(57)【要約】【課題】  本発明は、解析精度を維持しつつ、解析モデルを効率的に作成できるようにすることを目的とする。【解決手段】  上記課題を解決するために、本願発明に係る情報処理装置は、複数の部品モデルについて、各部品モデルを示す部品データを入力し、熱解析モデルを作成するための情報処理装置であって、閾値に基づき、前記複数の部品モデル間の隙間を特定する特定手段と、前記隙間に接する部品モデルを変形させて前記隙間を結合する結合手段と、前記結合された結合面を抽出する抽出手段と、前記隙間の熱伝導率を取得する取得手段と、前記熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出する算出手段と、前記結合面に前記熱抵抗を割り当てる割り当て手段とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品モデルについて、各部品モデルを示す部品データを入力し、熱解析モデルを作成するための情報処理装置であって、
閾値に基づき、前記複数の部品モデル間の隙間を特定する特定手段と、
前記隙間に接する部品モデルを変形させて前記隙間を結合する結合手段と、
前記結合された結合面を抽出する抽出手段と、
前記隙間の熱伝導率を取得する取得手段と、
前記熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出する算出手段と、
前記結合面に前記熱抵抗を割り当てる割り当て手段と
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記結合手段は、前記変形により隙間モデルを作成し、前記隙間に接する部品モデルのうち、いずれか一方に前記隙間モデルを結合することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記変形は、前記隙間に接する部品モデルの前記隙間に接する面を前記閾値の分、押し出す変形であることを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記結合手段は、前記隙間に接する部品モデルのうち、いずれか一方の部品モデルに対して前記押し出す変形を行い、前記隙間に接する面を前記押し出す変形とは反対の方向に前記押し出す変形の前に戻す変形を行い、前記押し出す変形により生じる他方の部品モデルとの干渉部分を削除する変形により、前記隙間モデルを作成することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記結合手段は、前記隙間に接する部品モデルのうち体積の大きいほうの部品モデルに前記隙間モデルを結合することを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記結合手段は、前記隙間に接する部品モデルのうち熱容量の大きいほうの部品モデルに前記隙間モデルを結合することを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記結合手段は、前記隙間に接する部品モデルのうち結合後の最小エッジ長が長いほうの部品モデルに前記隙間モデルを結合することを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
【請求項８】
前記特定手段は、前記閾値と前記複数の部品モデル間の距離との比較により、前記隙間を特定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項９】
前記熱伝導率は、前記複数の部品モデルごとに異なることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
前記算出手段は、前記隙間の厚さに応じて前記熱抵抗を算出することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項１１】
前記隙間モデルを分割する分割手段をさらに有し、
前記取得手段は、前記分割された各隙間モデルの熱伝導率を取得し、
前記算出手段は、前記各隙間モデルの熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出することを特徴とする請求項４乃至１０の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項１２】
前記熱抵抗と前記形状モデルとを用いて、前記熱解析モデルを作成する作成手段をさらに有することを特徴とする請求項４乃至１１の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項１３】
前記部品データは、前記部品モデルの幾何情報を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の情報処理装置。
【請求項１４】
複数の部品モデルについて、各部品モデルを示す部品データを入力し、熱解析モデルを作成するための情報処理方法であって、
閾値に基づき、前記複数の部品モデル間の隙間を特定する特定工程と、
前記隙間に接する部品モデルを変形させて前記隙間を結合する結合工程と、
前記結合された結合面を抽出する抽出工程と、
前記隙間の熱伝導率を取得する取得工程と、
前記熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出する算出工程と、
前記結合面に前記熱抵抗を割り当てる割り当て工程と
を有することを特徴とする情報処理方法。
【請求項１５】
コンピュータを、請求項１乃至１２の何れか１項に記載された情報処理装置の各手段として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状モデルから熱解析モデルを作成するための情報処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品や製品の設計にＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）が広く利用されている。そして、ＣＡＤで作成された三次元ＣＡＤモデル（以下、ＣＡＤモデルと略称する）の一つの活用方法として有限要素法を使った解析が挙げられる。ＣＡＤモデルを解析に活用する際、複雑な形状又は微細な形状が存在すると、メッシュ数が多くなり、多くの計算時間を要するため、ある程度の解析精度を保ちつつ、簡易な形状へと修正する形状簡略化（以下、簡略化と略称する）が一般的に行われている。特に、熱流体解析では、部品だけでなく解析空間自体にもメッシュを作成するため、部品間で微小な隙間が存在していると解析空間が複雑な形状になり、部品の場合と同様に多くの計算時間を要する。
【０００３】
そこで、一般的には解析空間を簡略化するために、解析結果への影響が少ないと考えられる箇所をユーザが判断し、部品間の微小な隙間を埋める作業を行っている。このような作業の負荷を軽減させるために、部品間の隙間を埋める方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、部品を複数の面要素に分割し、各面要素に対向する部品の要素同士の距離を測定し、隙間の部分にある面要素のみ抽出し、抽出した面要素を使って隙間モデルを作成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６５０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の手法では、隙間部分の形状が部品の分割方法に依存するため、部品間の隙間部分で微小な段差などがあると、隙間部分が細かくなり、解析規模の削減効果が小さくなってしまう。
【０００７】
また、熱流体解析では、単純に隙間を埋めてしまうと、解析精度が低下する懸念がある。例えば、互いに接触していない部品同士に対して、両者の隙間を埋めて接触させてしまうと、実際の製品と熱の挙動に差異が生じてしまう。そのため、上記技術では、単純に隙間を埋めてしまうことは可能であるが、隙間を埋めることで実際の熱の挙動が再現できない場合がある。
【０００８】
これらを踏まえ、解析に影響の少ない隙間を確認しながら、ユーザが手作業で簡略化する必要があるが、この作業に非常に多くの手間と時間を要するという課題がある。
【０００９】
そこで本発明は、解析精度の低下を抑制しつつ、解析モデルを効率的に作成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本願発明に係る情報処理装置は、複数の部品モデルについて、各部品モデルを示す部品データを入力し、熱解析モデルを作成するための情報処理装置であって、閾値に基づき、前記複数の部品モデル間の隙間を特定する特定手段と、前記隙間に接する部品モデルを変形させて前記隙間を結合する結合手段と、前記結合された結合面を抽出する抽出手段と、前記隙間の熱伝導率を取得する取得手段と、前記熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出する算出手段と、前記結合面に前記熱抵抗を割り当てる割り当て手段とを有する。
【００１１】
上記課題を解決するために、本願発明に係る情報処理方法は、複数の部品モデルについて、各部品モデルを示す部品データを入力し、熱解析モデルを作成するための情報処理方法であって、閾値に基づき、前記複数の部品モデル間の隙間を特定する特定工程と、前記隙間に接する部品モデルを変形させて前記隙間を結合する結合工程と、前記結合された結合面を抽出する抽出工程と、前記隙間の熱伝導率を取得する取得工程と、前記熱伝導率と前記結合面とに基づき、前記結合面の熱抵抗を算出する算出工程と、前記結合面に前記熱抵抗を割り当てる割り当て工程とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、解析精度の低下を抑制しつつ、解析モデルを効率的に作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る情報処理装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る情報処理装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】熱伝導率入力処理の一例を示す図である。
【図４】閾値入力処理の一例を示す図である。
【図５】簡略化する箇所の抽出処理を説明するための図である。
【図６】隙間部分のモデル作成処理を説明するための図である。
【図７】隙間部分のモデルを部品に結合する処理を説明するための図である。
【図８】隙間の簡略化により規模が縮小される様子を表す図である。
【図９】新たに生成された接触面を説明するための図である。
【図１０】割り当てられた熱抵抗リストの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る情報処理装置について、図面を用いて説明する。なお、同一な構成については、同じ符号を付して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１における情報処理装置の構成を示すブロック図である。情報処理装置は、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）が後述する各部の制御を行い、図示しない読み出し専用記憶装置（ＲＯＭ）や、計算処理時にＣＰＵが一時的な読み書きを行う記憶装置（ＲＡＭ）などを含む。
【００１６】
解析データ生成部１０１は、複数の部品モデル（以下、単に部品とも表記する。）を含む３ＤＣＡＤモデルについて、各部品モデルの部品データである設計データを、３Ｄ設計データＤＢ１０２から入力する。なお、設計データは、形状モデル、モデルの属性情報、モデルの幾何情報などを含む。そして、入力した設計データから、解析部１０８で熱流体解析を行うための解析データを生成する。また、解析データ生成部１０１は、隙間簡略化部１０３、熱抵抗算出部１０４、接触面抽出部１０５、熱抵抗割り当て部１０６とを有する。
【００１７】
隙間簡略化部１０３は、３Ｄ設計データＤＢ１０２から３ＤＣＡＤモデルの設計データを入力し、部品間の隙間部分を簡略化する。熱抵抗算出部１０４は、隙間簡略化部１０３により簡略化された隙間部分の熱抵抗を算出する。接触面抽出部１０５は、隙間簡略化部１０３により簡略化された隙間部分の接触面（結合面）を抽出する。熱抵抗割り当て部１０６は、接触面抽出部１０５により抽出された接触面に熱抵抗を割り当てる。記憶部１０７は、熱抵抗割り当て部１０６で部品ごとに割り当てられた熱抵抗の情報を、例えば、リスト化して保存する。解析部１０８は、解析データ生成部１０１によって生成された解析データと、記憶部１０７に保存され、解析データ生成部１０１により生成された解析データに対応する熱抵抗の情報とを入力し、熱流体解析を実行する。なお、記憶部１０７は、解析データ生成部１０１に内蔵されていてもよい。
【００１８】
以下、図２を用いて、本実施形態における情報処理装置の処理の流れを説明する。各処理および各処理の制御は、情報処理装置のＣＰＵにより行われる。
【００１９】
まず、隙間簡略化部１０３は、設計対象のＣＡＤモデルの設計データを３Ｄ設計データＤＢ１０２から入力する（ステップＳ２０１）。なお、ＣＡＤモデルの設計データは、ネットワークで接続された他のコンピュータシステムから入力されても、コンピュータシステムの外部の記憶媒体から入力されても良い。
【００２０】
次に、熱抵抗算出部１０４は、ステップＳ２０１で入力した、複数の部品で構成されているＣＡＤモデルに対し、部品以外の解析空間を満たす流体部分を流体部品として、流体部品の熱伝導率を入力し、設定しておく（ステップＳ２０２）。流体部品の熱伝導率を入力する熱伝導率設定画面の一例を図３に示す。熱伝導率設定画面３０１では、解析空間内をすべて均一な熱伝導率にするチェックボックス３０２が選択されている場合、固定の熱伝導率を流体部品の熱伝導率に設定する。また、任意の流体部品を指定するチェックボックス３０３が選択されている場合、それぞれの流体部品に対してユーザの入力により指定された熱伝導率を流体部品の熱伝導率に設定する。
【００２１】
ボタン３０４が選択されると設定された熱伝導率が決定され、ボタン３０５が選択されると設定された熱伝導率がキャンセルされる。
【００２２】
なお、本実施例では、ユーザが任意に熱伝導率を入力する例を示したが、予めプログラム等に解析空間の熱伝導率を設定しておくことで、ステップＳ２０２の処理を省略してもよい。
【００２３】
次に、隙間簡略化部１０３は、ステップＳ２０１で入力したＣＡＤモデルに対し、簡略化を行う部品間隙間の閾値を入力する（ステップＳ２０３）。部品間隙間の閾値ｔｈを入力する閾値入力画面の一例を図４に示す。簡略化する隙間の閾値入力画面４０１では、ユーザの入力により指定された任意の閾値４０２を設定する。本実施例では、閾値が０．１ｍｍに設定されるとする（ｔｈ＝０．１）。
【００２４】
ボタン４０３が選択されると設定された閾値が決定され、ボタン４０４が選択されると設定された閾値はキャンセルされる。
【００２５】
なお、本実施例では、ユーザが任意にその閾値を入力する例を示したが、予めプログラム等に簡略化する隙間の閾値を設定しておくことで、ステップＳ２０３の処理を省略してもよい。
【００２６】
次に、隙間簡略化部１０３は、ステップＳ２０３で入力した閾値に基づき、簡略化する隙間の箇所を抽出する（ステップＳ２０４）。簡略化する箇所を抽出する処理の一例を図５に示す。以下、図５（ａ）に示す部品５０１、部品５０２を対象とする場合を例に挙げて説明する。
【００２７】
まず、図５（ｂ）のように、設計データの属性情報を用いて部品５０１の各面（サーフェス）を抽出する。そして、Ｓ２０３で設定した閾値分だけ、設計データにより定義された、部品５０１から離れる方向の法線方向に、以下の式を用いて抽出された各サーフェスを押し出す変形をして（オフセットして）各サーフェス５０１ｂを作成する。
【００２８】
ここで、各サーフェスの単位法線ベクトルの成分を（Ａ，Ｂ，Ｃ）とし、各サーフェスのオフセット前の幾何情報を（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とすると、オフセット後の幾何情報（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）は、（Ｘｂ＋Ａｔｈ，Ｙｂ＋Ｂｔｈ，Ｚｂ＋Ｃｔｈ）で表される。
【００２９】
次に、図５（ｃ）のように、押し出した各サーフェス５０１ｃが部品５０２と干渉するか否かを、部品５０２の設計データの幾何情報と各サーフェス５０１ｃの幾何情報とを用いて判定する。判定の結果、干渉すると判定されたサーフェスのＩＤを記憶部１０７に記憶し、それ以外のサーフェスは削除、すなわち、記憶しない。
【００３０】
次に、図５（ｄ）のように、記憶したサーフェスをオフセット前の状態に戻し、設計データの幾何情報に基づき、オフセット前に隣接していたサーフェス同士を結合させ、サーフェス５０１ｄを作成する。この処理によって、部品間距離が閾値以下となる隙間に接するサーフェスが抽出され、簡略化する箇所が特定される。
【００３１】
なお、上記では、サーフェスをオフセットすることで簡略化する箇所を特定する例を示したが、これに限られない。すなわち、部品５０１の各サーフェスと部品５０２の最短距離をそれぞれ設計データから取得し、閾値以下の距離にあるサーフェスのみを抽出することにより、簡略化する箇所を特定してもよい。
【００３２】
次に、隙間簡略化部１０３は、ステップＳ２０４で抽出したサーフェスを元に、部品間の隙間部分を埋める隙間モデルを作成する。（ステップＳ２０５）隙間モデル作成処理の一例を図６に示す。
【００３３】
まず、図６（ａ）のように、ステップＳ２０４で抽出された箇所に対応するサーフェスを、上述した式を用いてステップＳ２０３で設定した閾値分だけ部品から離れる方向の法線方向にオフセットし、サーフェス６０１を作成する。ここでは、ステップＳ２０４とは異なり、複数のサーフェスを結合した状態（図５のサーフェス５０１ｄに示す状態）でオフセットを行っているため、オフセット後も各サーフェス同士が結合した状態が保たれる。
【００３４】
次に、部品６０２とサーフェス６０１それぞれの幾何情報に基づき、互いが干渉する箇所のみ抽出し、図６（ｂ）のようにサーフェス６０１ｂを作成する。図６（ｂ）の例では、サーフェス６０１ｂと部品６０２との交点６０１ｂ’を求める。なお、交点６０１ｂ’の幾何情報はサーフェス６０１ｂと部品６０２それぞれの幾何情報に基づき算出する。
【００３５】
次に、作成したサーフェス６０１ｂを図６（ａ）の時と反対方向（逆方向）にオフセットした分と同じ量オフセットして、図６（ｃ）のようなモデル６０１ｃを作成する。具体的には、サーフェス６０１ｂと交点６０１ｂ’それぞれの幾何情報に対してオフセット量を加えることで、モデル６０１ｃを作成する。
【００３６】
ここで、部品間の隙間部分の大きさと閾値とが一致しない場合、すなわち、隙間部分の大きさより閾値のほうが大きい場合、オフセットにより作成したモデル６０１ｃと部品６０２とが干渉し合う（重複する）部分が生じてしまう。そのため、さらに、作成したモデル６０１ｃと部品６０２それぞれの幾何情報を用いて、干渉する部分を削除し、図６（ｄ）の隙間モデル６０１ｄを作成する。
【００３７】
また、隙間モデル６０１ｄと、部品６０２、６０３いずれかの接触面（結合面）とが、後に熱抵抗を割り当てる面となるため、それぞれの接触面を抽出し、記憶部１０７に記憶しておく。
【００３８】
次に、熱抵抗算出部１０４は、ステップＳ２０５で作成した隙間モデルの形状から、隙間モデルの厚さに応じた熱抵抗を算出する（ステップＳ２０６）。このステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で作成した隙間モデルについて、ステップＳ２０１で入力した設計データから得られる体積と、ステップＳ２０５で記憶した接触面の面積を用いて、隙間モデルの厚さを算出する。ここで、隙間モデルにおいて、上述した接触面に対して斜めの面が存在する場合などは、隙間モデルの厚さが異なるため、算出する厚さは平均の厚さとする。
【００３９】
次に、隙間モデルがどの流体部品に含まれているかを判定し、ステップＳ２０２で入力した熱伝導率を隙間モデルの熱伝導率とする。この熱伝導率と厚みの情報に基づいて、隙間部分の厚さに応じた熱抵抗を以下の式によって算出する。
Ｒ＝Ｌ／（Ａ×λ）
ここで、Ｒ：熱抵抗、λ：流体の熱伝導率、Ｌ：隙間部分の厚み、Ａ：接触面積、であり、λについては、ステップＳ２０２において流体部品が指定されている場合、指定された流体部品の熱伝導率である。
【００４０】
また、ここでは、隙間部分を流れる流体の流速が無視できるほど小さいものとし、隙間モデルを固体として扱い、熱抵抗を算出する。
【００４１】
なお、上記では、隙間モデルの厚さから熱抵抗を算出しているが、隙間モデルを複数に分割し、分割した隙間モデル毎に熱抵抗を算出してもよい。
【００４２】
次に、隙間簡略化部１０３は、ステップＳ２０５で作成した隙間モデルを隣接する部品に結合（マージ）する（ステップＳ２０７）。その結合処理の一例を図７に示す。まず、隙間モデル７０３に隣接する部品７０１、部品７０２について、ステップＳ２０１で入力した設計データから得られる体積を比較し、体積の大きい方の部品７０２に隙間モデルを結合する。ここでは、隙間モデルを結合すると被結合物の体積が大きくなってしまうため、被結合物の体積変化率が小さくなるよう、幾何情報を参照して体積の大きい部品に結合する。
【００４３】
なお、体積が大きい方に結合する例を示したが、熱容量の大きい部品に結合する、あるいは、結合後の最小エッジ長が長い部品に結合する等としてもよい。また、結合する部品の判断は自動ではなくユーザの指示に応じても良い。また、上述の例ではオフセットを用いて隙間モデルを作成する例について説明したが、これに限られない。例えば、一方（例えば、体積の大きい方）の部品の一部を変形させることにより隙間モデルを作成してもよい。
【００４４】
このように、隙間モデルを部品に結合することで部品間の隙間が埋まり、隙間部分の形状が簡略化されたＣＡＤモデルが新たに作成される。この簡略化によって、図８のように隙間部分のメッシュを粗くすることが可能となり、解析規模が縮小される。
【００４５】
次に、接触面抽出部１０５は、ステップＳ２０７で隙間モデルを結合することによって新たに生成された接触面を、隙間モデルの幾何情報を用いて抽出する（ステップＳ２０８）。ここでは、ステップＳ２０５で抽出した接触面と、ステップＳ２０７で結合した部品とから、結合後の接触面を特定し、図９のようにサーフェス９０１を抽出する。
【００４６】
次に、熱抵抗割り当て部１０６は、ステップＳ２０８で抽出したサーフェス９０１にステップＳ２０６で算出した熱抵抗を割り当て、その情報をリスト化し、保存する（ステップＳ２０９）。リスト化した熱抵抗情報リストの一例を図１０に示す。
【００４７】
以上の処理の後、上記で作成された新たなＣＡＤモデルを熱解析モデルとして使用する。すなわち、この解析モデルと熱抵抗情報リストとを解析実行部１０８に入力することにより、熱解析処理を実行する。
【００４８】
なお、解析処理には、解析、評価、最適化等が含まれてもよい。また、解析のみが行われても、解析及び評価が行われても、解析と評価と最適化が行われてもよい。また、本実施形態は上述した処理の流れに限られない。例えば、先に結合された結合面を抽出し、その後で熱抵抗を算出してもよい。
【００４９】
また、本発明は、上述した実施例の機能（例えば、上記のフローチャートにより示される機能）を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても実現できる。この場合、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）がコンピュータが読み取り可能に記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することにより、上述した実施例の機能を実現する。
【００５０】
以上によれば、隙間を埋める簡略化の後に熱抵抗を割り当てる。これらの作業を自動で行うため、手動による簡略化を行う場合の目視による簡略化箇所の特定、簡略化処理の実行などにかかる時間が削減され、効率的に解析モデルが作成できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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