(57)【要約】      （修正有）【課題】内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析方法において、成形された部品に残る残留応力を反映させた機能解析を行う。【解決手段】部品の形状を表現するソリッドデータから、前記形状を表現するメッシュの集合を作成するメッシュモデル作成部と、前記メッシュの集合で表現される形状を成形する場合について成形解析して、前記メッシュの内部に残る残留応力を出力する成形解析部と、前記残留応力を内包する前記メッシュの集合体として表現される形状の部品を組み付けた製品に関して、機能解析する機能解析部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析装置であって、
前記部品の形状を表現するソリッドデータから、前記形状を表現するメッシュの集合を作成するメッシュモデル作成部と、
前記メッシュの集合で表現される形状を成形する場合について成形解析して、前記メッシュの内部に残る残留応力を出力する成形解析部と、
前記残留応力を内包する前記メッシュの集合体として表現される形状の部品を組み付けた製品に関して、機能解析する機能解析部と、
を備えることを特徴とする機能解析装置。
【請求項２】
部品を構成するサーフェイスの組合せを含む拘束条件を取得して第１拘束条件として記憶する拘束条件取得部と、
前記第１拘束条件から、前記メッシュの組合せを含む第２拘束条件を作成する拘束条件変換部と、
を備え、
機能解析部は、前記第２拘束条件に従い組み付けた製品に関し機能解析する
ことを特徴とする請求項１記載の機能解析装置。
【請求項３】
内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析方法であって、
前記部品の形状を表現するソリッドデータから、前記形状を表現するメッシュの集合を作成するステップと、
前記メッシュの集合で表現される形状を成形する場合について成形解析して、前記メッシュの内部に残る残留応力を出力するステップと、
前記残留応力を内包する前記メッシュの集合体として表現される形状の部品を組み付けた製品に関して、機能解析するステップと、
を備えることを特徴とする機能解析方法。
【請求項４】
部品を構成する面を表現するサーフェイスの組合せを含む拘束条件を取得して第１拘束条件として記憶するステップと、
前記第１拘束条件から、互いに拘束される前記メッシュの組合せを含む第２拘束条件を作成するステップと、
を備え、
前記第２拘束条件に従い組み付けた製品に関し機能解析する
ことを特徴とする請求項３記載の機能解析方法。
【請求項５】
前記成形解析において、ショートショットとなると判断される場合に、成形されない部位に対応する前記メッシュに関し、機能解析対象から除外することを特徴とする請求項３記載の機能解析方法。
【請求項６】
前記成形解析において、ショートショットとなると判断される場合に、成形されない部位に対応する前記メッシュに対応する前記残留応力としてダミーデータを入力することを特徴とする請求項３記載の機能解析方法。
【請求項７】
請求項３に記載の機能解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、樹脂成形品の成形を解析するためのプログラムとして成形解析ソフトウェアが市販されている。成形解析ソフトウェアを用いれば、実際に成形を行なわなくても、どのような樹脂成形品が成形できるかが予測できるので、不良品の発生を未然に防ぐことができる。
【０００３】
また、複数の部品を組み付けた製品に、振動などの物理的なストレスを加えた場合の挙動を評価するプログラムとして、機能解析ソフトウェアが市販されている。機能解析ソフトウェアは、部品間の接触条件、ビス止め等の拘束条件等に基づいて、その挙動をシミュレーションする。機能解析ソフトウェアを用いれば、実際に試作品を試作してストレスを加えなくても、製品の挙動が予測できるので、試作品を試作せずに済む。
【０００４】
成形解析ソフトウェアおよび機能解析ソフトウェアは、有限要素法により解析を行なう。有限要素法とは微分方程式の近似解を得る方法の一つである。有限要素法では、解析対象である部品または製品の形状を、メッシュと呼ばれる微小要素に分割する。各メッシュに物理法則に基づく比較的単純で共通な補間関数を適用して、メッシュの集合体として定義された部品または製品の形状について、複雑なシミュレーション問題を解く。
【０００５】
成形解析の結果を機能解析に用いることができる機能解析方法及び機能解析プログラムが特許文献１に開示されている。
【０００６】
特許文献１記載の機能解析方法では、成形型が成形するキャビティ及び型を多面体からなる微小要素に分割したキャビティメッシュデータ及び型メッシュデータに対して充填される溶融材料及び型の挙動を解析し、成形品の欠陥および残留応力を解析する。
【０００７】
次に、それぞれの該製品メッシュデータに成型品の残留応力を関連づけて、該製品メッシュデータに関連づけられた該残留応力に基づき強度解析または振動解析を行う。
【０００８】
図４に、特許文献１記載のメッシュデータを示す。図４（ａ）は製品メッシュデータの微小要素Ａを示す。図４（ｃ）は１０個のキャビティメッシュデータＢを示す。図４（ｂ）は、微小要素ＡおよびキャビティメッシュデータＢを同じ座標空間に位置づけた結果である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４３７８（平成１７年１月２０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１記載の技術は、１回の鋳造によって成形される１つの製品について、強度解析または振動解析を行なうものである。
【００１１】
そのため、成形された２つ以上の部品を、成形後に組立てて１つの製品とする場合については考慮されていないため、成形された２つ以上の部品を、成形後に組立てた１つの製品については、機構解析を行なうことができない。
【００１２】
上記に説明した問題に鑑み、本発明は、成形された２つ以上の部品を、成形後に組立てて１つの製品とする場合について、成形された部品に残る残留応力を反映させた機能解析を行う機能解析方法、機能解析装置、ならびに機能解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の機能解析装置は、内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析装置であって、前記部品の形状を表現するソリッドデータから、前記形状を表現するメッシュの集合を作成するメッシュモデル作成部と、前記メッシュの集合で表現される形状を成形する場合について成形解析して、前記メッシュの内部に残る残留応力を出力する成形解析部と、前記残留応力を内包する前記メッシュの集合体として表現される形状の部品を組み付けた製品に関して、機能解析する機能解析部と、を備える。
【００１４】
また、部品を構成するサーフェイスの組合せを含む拘束条件を取得して第１拘束条件として記憶する拘束条件取得部と、前記第１拘束条件から、互いに拘束される前記メッシュの組合せを含む第２拘束条件を作成する拘束条件変換部と、
を備え、機能解析部は、前記第２拘束条件に従い組み付けた製品に関し機能解析する
ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の機能解析方法は、内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析方法であって、前記部品の形状を表現するソリッドデータから、前記形状を表現するメッシュの集合を作成するステップと、前記メッシュの集合で表現される形状を成形する場合について成形解析して、前記メッシュの内部に残る残留応力を出力するステップと、前記残留応力を内包する前記メッシュの集合体として表現される形状の部品を組み付けた製品に関して、機能解析するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、部品を構成する面を表現するサーフェイスの組合せを含む拘束条件を取得して第１拘束条件として記憶するステップと、前記第１拘束条件から、互いに拘束される前記メッシュの組合せを含む第２拘束条件を作成するステップと、
を備え、前記第２拘束条件に従い組み付けた製品に関し機能解析することを特徴とする。
【００１７】
また、前記成形解析において、ショートショットとなると判断される場合に、成形されない部位に対応する前記メッシュに関し、機能解析対象から除外することを特徴とする。
【００１８】
また、前記成形解析において、ショートショットとなると判断される場合に、成形されない部位に対応する前記メッシュに対応する前記残留応力としてダミーデータを入力することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の機能解析プログラムは、本発明の機能解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
成形された２つ以上の部品を、成形後に組立てて１つの製品とする場合について、成形された部品に残る残留応力を反映させた機能解析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態に係る機能解析装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る解析データの構造を示すデータ構造図である。
【図３】本実施の形態に係る機能解析方法に係るフロー図である。
【図４】従来技術に係るメッシュを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の機能解析方法、機能解析装置、ならびに機能解析プログラムに係る実施形態について、以下に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本実施例に係る機能解析装置の機能構成を示すブロック図である。本実施例の機能解析装置は、内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析装置であって、ＣＡＤデータ取得部１、メッシュモデル作成部２、成形条件取得部３、成形解析部４、機能解析条件取得部５、拘束条件取得部６、機能解析部７、解析結果出力部８、拘束条件変換部９および解析データ記憶部（図示せず）から構成される。
【００２４】
本実施例に係る機能解析装置は、液晶ディスプレイ等の表示部、キーボードマウス等の操作入力部を備えるコンピュータに、本発明の各構成要素として機能させるための機能解析プログラムをインストールすることによって構成する。
【００２５】
図２は、解析データ記憶部に記憶される解析データの構造を示すデータ構造図である。
【００２６】
解析データは、ＣＡＤデータ１１を含む。ＣＡＤデータは、アセンブリ１１ａ、部品１１ｂ、サーフェイス１１ｃからなる３層構造のデータである。また、メッシュ１２、残留応力１３、機能解析条件１４、第１拘束条件１５ａ、第２拘束条件１５ｂ、成形条件１６、物性１７を含む。
【００２７】
また、部品１１ｂ、メッシュ１２、成形条件１６、物性１７は、成形解析データ１８を構成する。アセンブリ１１ａ、部品１１ｂ、メッシュ１２、残留応力１３、機能解析条件１４、第２拘束条件１５ｂは機能解析データ１９を構成する。
【００２８】
部品１１ｂは個々の部品に関するデータであり、部品の形状を表現するソリッドデータを含む。
【００２９】
部品の形状を表現するソリッドデータは、複数のサーフェイス１１ｃを含んで構成される。サーフェイス１１ｃは、部品を構成する面を表現するデータである。１つのサーフェイス１１ｃは、ＣＡＤ装置における１つのサーフェイス作成コマンド等で作成される１つの面であり、１つの設計意図に対応する。平面、球面、円筒面等、ＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Splines）表現可能な面またはその集合として定義される。
【００３０】
アセンブリ１１ａは、複数の部品１１ｂ間の組み付け情報である。アセンブリ１１ａはアセンブリ空間に対する部品１１ｂの配置情報を含む。
【００３１】
メッシュ１２は、微小な三角形、微小な四角形、微小な四面体、微小な直方体のいずれかの形状および位置を表現する。
【００３２】
残留応力１３は、部品を成形した後に部品内部に残る応力を表現する。通常は、メッシュ１２である微小面の頂点または辺中点または面中心におけるベクトル、または微小立体の重心におけるベクトルとして定義される。
【００３３】
機能解析条件１４は、本実施例の機能解析における条件を表現する。機能解析が振動解析である場合には、振動を与える位置、力、周波数および固定する位置などであり、機能解析が応力解析である場合には、力を与える位置、力の大きさ、および固定する位置などである。
【００３４】
第１拘束条件１５ａおよび第２拘束条件１５ｂは、部品と部品との相互の拘束を表現する。第１拘束条件１５ａは、互いに拘束されるサーフェイス１１ｃの組合せを含む。これは、一方の部品１１ｂが備えるサーフェイス１１ｃと他方の部品１１ｂ’が備えるサーフェイス１１ｃ’とが、接触する位置関係にある、または接触する位置関係になる可能性があることを意味する。第１拘束条件１５ａによれば、組合せとなるサーフェイス１１ｃとサーフェイス１１ｃ’が対向し、かつ所定の距離より近くにあるか否かで接触の有無を判断することができる。なお、拘束条件には、対向して接する２つのサーフェイスが接着剤やネジ等によって相互に固定され相対移動しない固定状態、静止状態において所望の圧力によって２つのサーフェイスが押し付けらてられており、サーフェイスの法線ベクトルと垂直な方向に相対移動可能であるが、移動には所定の摩擦抵抗が生じる押付状態、静止状態において２つのサーフェイスの間に力が働かない無負荷状態などがある。第１拘束条件１５ａとして、固定状態、押付状態、無負荷状態などの中から所望の拘束条件を選択することができることが望ましい。また、固定状態においては、固定が破壊される剪断応力または引張応力が設定できることがさらに望ましい。また、ＣＡＤデータ１１に第１拘束条件１５ａが含まれる構成であっても良い。
【００３５】
また、第２拘束条件１５ｂは、互いに拘束されるメッシュ１２の組合せを含む。これは、一方のメッシュ１２と他方のメッシュ１２’とが、接触する位置関係にある、または接触する位置関係になる可能性があることを意味する。
【００３６】
成形条件１６は、個々の部品１１ｂを成形するための条件である。成形が熱可塑性樹脂による射出成形である場合、ゲート、ガスベント、パーティングライン等の配置情報、射出温度、射出圧力、型締め圧力、型温度などを含む。
【００３７】
物性１７は、部品１１ｂの材料に関する情報であり、成形後の無応力状態におけるヤング率、降伏点／破断点などである。また、成形中における物性を含む。材料が熱可塑性樹脂である場合は、樹脂の種類、融点、各温度における粘性などを含む。なお、物性１７がＣＡＤデータ１１に含まれる構成であっても良い。
【００３８】
以下、図１の各部について、説明する。ＣＡＤデータ取得部１は、本実施例の機能解析装置における解析対象物に係るＣＡＤデータを取得し、解析データ記憶部にＣＡＤデータ１１として記憶させる手段である。
【００３９】
メッシュモデル作成部２は、部品１１ｂが含むソリッドデータに基づき、ソリッドデータが表現する形状を表現するメッシュ１２の集合を作成する手段である。
【００４０】
成形条件取得部３は、成形条件を取得して解析データ記憶部に解析データに成形条件１６として記憶する手段である。また、材料の物性に関する情報を取得して解析データ記憶部に物性１７として記憶する手段であっても良い。
【００４１】
成形解析部４は、成形解析データ１８に基づいて成形解析をする手段である。具体的には、ある部品１１ｂに関して、メッシュ１２で表現される部品形状を、物性１７で表現される材料を用いて、成形条件１６で成形する場合について解析して、残留応力１３を出力する手段である。材料が熱可塑性樹脂であり、成形条件１６が射出成形である場合は、成形解析部４として熱流動解析装置を用いることが好ましい。
【００４２】
機能解析条件取得部５は、機能解析条件を取得して解析データ記憶部に機能解析条件１４として記憶する手段である。
【００４３】
拘束条件取得部６は、サーフェイス１１ｃの組合せを含んで定義された拘束条件を取得して解析データ記憶部に第１拘束条件１５ａとして記憶する手段である。
【００４４】
拘束条件変換部９は、第１拘束条件１５ａから、該第１拘束条件１５ａと同一の拘束を表現する第２拘束条件１５ｂを作成する手段である。
【００４５】
機能解析部７は、機能解析データ１９に基づいて機能解析をする手段である。具体的には、残留応力１３を内包する物性１７の材料からなるメッシュ１２の集合体として表現される部品１１ｂを、アセンブリ１１ａおよび第２拘束条件１５ｂに従い組み付けた製品に関して、機能解析条件１４が示す条件を与えた場合の挙動について機能解析し、解析結果を出力する手段である。機能解析が振動解析である場合は、出力は各メッシュの振動方向、振幅、周波数、干渉・衝突・降伏・破断の有無などの情報であり、機能解析が応力解析である場合は、出力は各メッシュの移動方向、移動距離、干渉・衝突・降伏・破断の有無などの情報である。
【００４６】
解析結果出力部８は、機能解析部７の出力を機能解析装置の外部に出力する手段である。具体的には、本機能解析装置が具備する液晶ディスプレイへの表示、本機能解析装置が具備するプリンタへの印字、本機能解析装置が具備するネットワークインターフェースを用いた他の情報機器への通信等を行なう手段である。
【００４７】
図３に本実施例の機能解析方法に係るフロー図を示す。本実施例の機能解析方法は、内部応力が残る方法で成形された部品を組み付けた製品に関し機能解析を行なう機能解析方法である。以下、図３に記載のフロー図を参照して、本実施例に係る機能解析方法を説明する。
【００４８】
まず初めに、ＣＡＤデータ取得部１が、ＣＡＤデータを取得して、解析データ記憶部に、ＣＡＤデータ１１として記憶する（ステップＳ１）。
【００４９】
次に、メッシュモデル作成部２が、部品１１ｂが含むソリッドデータに基づき、部品１１ｂ毎にメッシュ１２の集合を作成する（ステップＳ２）。
【００５０】
次に、成形条件取得部３が、各部品１１ｂについて成形条件を取得して解析データ記憶部に成形条件１５として記憶する。また、ＣＡＤデータ１１に物性１７が含まれていない場合、物性１７を取得して解析データ記憶部に各部品１１ｂについて物性１７として記憶する（ステップＳ３）。
【００５１】
次に、成形解析部４が、成形解析データ１８に基づいて部品１１ｂ毎に成形解析を行ない、残留応力１３を出力する（ステップＳ４）。
【００５２】
ステップＳ２〜ステップＳ４は、全ての部品について、部品毎に実施する。たとえば、ＣＡＤデータ１１が３つの部品からなる製品を表すデータである場合、各部品について１回ずつ、計３回ステップＳ２〜ステップＳ４を実施する。
【００５３】
次に、拘束条件取得部６が、サーフェイス１１ｃ間の拘束条件を取得して解析データ記憶部に第１拘束条件１５ａとして記憶する（ステップＳ５）。拘束条件の取得方法としては、本実施例の機能解析装置が備える表示部にサーフェイス１１ｃが表す形状を可視化して表示し、可視化して表示されたサーフェイス１１ｃが、操作入力部からの入力によって選択されたこと検知した場合に、該サーフェイス１１ｃが拘束される対象のサーフェイスであると判断する。拘束条件は、一方の部品１１ｂに係る対象のサーフェイス１１ｃと、他方の部品１１ｂ’に係る対象のサーフェイス１１ｃ’との組合せとして表現され、サーフェイス１１ｃとフェイス１１ｃ’との間に拘束条件が存在することを表す。
【００５４】
次に、第１拘束条件１５ａから第２拘束条件１５ｂを作成する（ステップＳ６）。入力された拘束条件は、サーフェイス１１ｃに対応するデータであるため、これをメッシュ１２に対応するデータに変換する。サーフェイス１１ｃは、部品１１ｂのソリッドデータの構成要素であり、メッシュ１２は、部品１１ｂのソリッドデータに基づいて作成されたデータである。従って、サーフェイス１１ｃとメッシュ１２との対応付けをして、メッシュ１２の組合せによる拘束条件を作成することは可能である。具体的には、両者の座標が一致している場合に対応付けをしても良く、メッシュ１２を作成する際にどのサーフェイス１１ｃに基づいてどのメッシュ１２が作成されたかを履歴情報として残して、該履歴情報を用いて対応付けをしても良い。
【００５５】
次に、機能解析条件取得部５が、機能解析条件を取得して解析データ記憶部に機能解析条件１４として記憶する（ステップＳ７）。
【００５６】
次に、機能解析部７が、機能解析データ１９に基づいて機能解析を実施する（ステップＳ８）。具体的には、残留応力１３を内包する物性１７の材料からなるメッシュ１２の集合体として表現される部品１１ｂを、アセンブリ１１ａおよび拘束条件１５ｂに従い組み付け製品に関して、機能解析条件１４が示す条件を与えた場合の挙動について機能解析し、解析結果を出力する。
【００５７】
最後に解析結果出力部８は、機能解析部７の出力を機能解析装置の外部に出力する（ステップＳ９）。
【００５８】
本実施例によれば、成形された２つ以上の部品を、成形後に組み付けて１つの製品とする場合について、成形された部品に残る残留応力を反映させた機能解析を行うことができる。
【００５９】
また、表示部に可視化して表示されたサーフェイス１１ｃを利用者が選択することによって、拘束される面を選択するので、拘束条件を指定するためにメッシュ１２を選択する必要がなく、操作が簡略である。
【００６０】
また、メッシュ１２を、成形解析と機能解析との両方に用いるので、機能解析用のメッシュと成形解析用のメッシュとを別々に作成する必要が無く、処理時間が短い。また、解析データ記憶部が記憶するデータ量が少なく済む。
【００６１】
なお、ステップＳ４において、ショートショット（充填不良による成形されない部位があること）となると判断される場合、成形されない部位に対応するメッシュ１２に関し、フラグを立てて、ステップＳ７において、機能解析する対象から除外しても良い。また、成形されない部位に対応するメッシュ１２に対応する残留応力１３として０等のダミーデータを入力しても良い。
【００６２】
これにより、ステップＳ４において、ショートショットとなると判断される場合においても、ステップＳ７において、エラーとなることがなく、機能解析を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、内部応力が残る方法で部品を成形し、成形した部品を組み付けて製品を生産する場合において、設計の良否を判断することに利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２  メッシュモデル作成部
４  成形解析部
６  拘束条件取得部
７  機能解析部
９  拘束条件変換部
【図１】
2012073973.tif 000003
【図２】
2012073973.tif 000004
【図３】
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【図４】
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