(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定されたメッシュ長に応じて変形解析の対象である構造体の形状データを基にメッシュモデルを生成し、その生成したメッシュモデルに有限要素法を施すことによって該構造体の変形量を解析する変形解析手段と、
２種類の異なるメッシュ長がそれぞれ設定されることにより、同一の構造体の形状データに対して前記変形解析手段によって得られる２種類の変形量と、該２種類の異なるメッシュ長との関係において所定の方程式を立て、その方程式のメッシュ長がゼロのときの解を、前記構造体の変形量として算出する変形量算出手段と、
を備えることを特徴とする構造体の変形解析支援装置。
【請求項２】
前記変形量算出手段は、前記メッシュモデルがシェルメッシュのとき、前記所定の方程式を、
２元２次方程式：Ｙ＝ｍ×Ｘ↑２＋ｙ（但し、Ｘはメッシュ長、Ｙは変形量、ｙはメッシュ長Ｘ＝０における変形量、ｍは係数、そして、Ｘ↑２はＸの２乗を表わす）
とすることを特徴とする請求項１記載の構造体の変形解析支援装置。
【請求項３】
前記変形量算出手段は、前記メッシュモデルがソリッドメッシュのとき、前記所定の方程式を、
２元３次方程式Ｙ＝ｎ×Ｘ↑３＋ｙ（但し、Ｘはメッシュ長、Ｙは変形量、ｙはメッシュ長Ｘ＝０における変形量、ｎは係数、そして、Ｘ↑３はＸの３乗を表わす）
とすることを特徴とする請求項１記載の構造体の変形解析支援装置。
【請求項４】
構造体の変形解析処理のプログラムを格納した記憶媒体であって、
その記憶媒体により、コンピュータを、
設定されたメッシュ長に応じて変形解析の対象である構造体の形状データを基にメッシュモデルを生成し、その生成したメッシュモデルに有限要素法を施すことによって該構造体の変形量を解析する変形解析手段と、
２種類の異なるメッシュ長がそれぞれ設定されることにより、同一の構造体の形状データに対して前記変形解析手段によって得られる２種類の変形量と、該２種類の異なるメッシュ長との関係において所定の方程式を立て、その方程式のメッシュ長がゼロのときの解を、前記構造体の変形量として算出する変形量算出手段として動作させる
ことを特徴とするコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造体の変形解析支援装置及び変形解析支援方法及びコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体に関し、例えば、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）装置等によって設計された構造体に対して擬似的に応力を加えたとき、その構造体に生じる弾性変形を解析する、構造体の変形解析支援装置及び変形解析支援方法及びコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、自動車を構成する様々な部品等の構造体の設計現場においては、ＣＡＤ装置等によって設計された構造体に対してコンピュータ上で擬似的に応力を加え、その応力によって該構造体がどのように変形するかを解析する、所謂、弾性変形解析が行われている。
【０００３】
このような弾性変形解析手法における一般的な手順としては、まず、解析対象の構造体の形状データを有限要素法（ＦＥＭ）を用いてメッシュ状に分割し、次に、そのメッシュ状に分割された構造体の形状データ（以下、ＦＥＭメッシュ）に対して、拘束条件、応力等の所定項目の境界条件を入力することによって変形解析を行う。
【０００４】
ＦＥＭメッシュを構成する個々のメッシュ形状としては、例えば、図７に示すような２次元のシェルメッシュや、図８に示すような３次元のソリッドメッシュが一般に利用される。また、シェルメッシュは、薄い板のような構造体を解析するのに適しており、ソリッドメッシュは、肉厚の構造体を解析するのに適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、ＦＥＭメッシュを構成する個々のメッシュの１辺の要素長（以下、メッシュ長）の設定により、解析時間が大きく変化してしまう。即ち、メッシュ長を短く設定すると、メッシュ数が多くなるため解析結果の精度は向上するが、解析に要する時間が長くなる。一方、メッシュ長を長く設定すると、メッシュ数が比較的少ないため解析に要する時間は短くて済むが、解析結果の精度はあまり高くない。また、メッシュ長を短く設定する場合はメッシュ数が多くなるため、使用するコンピュータのハードウエア（主にメモリ容量）による制約によって解析不能となる場合もある。
【０００６】
そこで本発明は、解析結果の用途に応じて効率的な変形解析が可能な構造体の変形解析支援装置及びコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る構造体の変形解析支援装置は、以下の構成を特徴とする。
【０００８】
即ち、設定されたメッシュ長に応じて変形解析の対象である構造体の形状データを基にメッシュモデルを生成し、その生成したメッシュモデルに有限要素法を施すことによって該構造体の変形量を解析する変形解析手段と、２種類の異なるメッシュ長がそれぞれ設定されることにより、同一の構造体の形状データに対して前記変形解析手段によって得られる２種類の変形量と、該２種類の異なるメッシュ長との関係において所定の方程式を立て、その方程式のメッシュ長がゼロのときの解を、前記構造体の変形量として算出する変形量算出手段と、を備えることを特徴とする。
これにより、解析結果の用途に応じて効率的な変形解析を行う。
【００１１】
好ましくは、前記メッシュモデルがシェルメッシュのときには、前記所定の方程式を、２元２次方程式：Ｙ＝ｍ×Ｘ↑２＋ｙ（但し、Ｘはメッシュ長、Ｙは変形量、ｙはメッシュ長Ｘ＝０における変形量、ｍは係数、そして、Ｘ↑２はＸの２乗を表わす）とするとよい。或いは、前記メッシュモデルがソリッドメッシュのときには、前記所定の方程式を、２元３次方程式Ｙ＝ｎ×Ｘ↑３＋ｙ（但し、Ｘはメッシュ長、Ｙは変形量、ｙはメッシュ長Ｘ＝０における変形量、ｎは係数、そして、Ｘ↑３はＸの３乗を表わす）とするとよい。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係るコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体は、構造体の変形解析処理のプログラムを格納した記憶媒体であって、その記憶媒体により、コンピュータを、設定されたメッシュ長に応じて変形解析の対象である構造体の形状データを基にメッシュモデルを生成し、その生成したメッシュモデルに有限要素法を施すことによって該構造体の変形量を解析する変形解析手段と、２種類の異なるメッシュ長がそれぞれ設定されることにより、同一の構造体の形状データに対して前記変形解析手段によって得られる２種類の変形量と、該２種類の異なるメッシュ長との関係において所定の方程式を立て、その方程式のメッシュ長がゼロのときの解を、前記構造体の変形量として算出する変形量算出手段として動作させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る構造体の変形解析支援装置の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
はじめに、後述する変形解析支援装置を実現するに至った本願発明者の実験結果及びその実験結果に基づく前提条件について説明する。
【００１５】
本願発明者は、一般的に使用されている構造解析用のソフトウエアを用いて、予め用意した所定の構造体の形状データに基づいて様々なメッシュ長を有するＦＥＭメッシュを作成し、そのＦＥＭメッシュを変形解析することによって各ＦＥＭメッシュを構成するメッシュ長と変形量との関係について実験を行った。ここで、変形量とは、シェルメッシュ、或いはソリッドメッシュにコンピュータ上で所定の応力を加えたときにそれぞれのメッシュに生じる変形量を言う（以下、同様）。この結果を、図１に示す。
【００１６】
図１は、本願発明者による変形解析の実験結果の一例を示す図である。実験結果であるメッシュ長Ｘ（ｍｍ）と変形量Ｙ（ｍｍ）との関係を結んだ折れ線グラフは、同図に示すように傾きがマイナスで上に凸の特性を有する。本願発明者は、同様な実験を、複数の構造体に対して、様々なメッシュ長にて行ったが、何れの場合も図１と同様な特性傾向が得られた。
【００１７】
そこで、図１に示す特性傾向と、上述したメッシュ長と解析結果の精度との一般的な関係とにより、図１の特性傾向において、同図に示す折れ線グラフを曲線と捉え、その曲線をメッシュ長Ｘ＝０の方向に延長する。そして、その曲線が、Ｘ＝０でＹ軸と交差したときのＹの値を、解析結果の精度が理論的には一番高いメッシュ長Ｘ＝０のときの変形量と仮定する。
【００１８】
但し、コンピュータを使用したＦＥＭメッシュの変形解析処理において、メッシュ長Ｘを０とする解析は不可能であり、メッシュ長を無限に小さくして解析することになるが、上述したように解析に要する所用時間、そしてハードウエアの制約があるため実際には困難である。
【００１９】
そこで、本願発明者は、以下に示す方法によってメッシュ長Ｘ＝０におけるＹの値を、変形解析の対象である構造体の変形量として算出する。ここで、２次元のシェルメッシュを一例として当該構造体の変形量の算出方法を説明する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態における構造体の変形量の算出方法を説明する図である。
【００２１】
まず、変形解析の対象である構造体の形状データに基づいて、メッシュ長ａのＦＥＭメッシュを作成し、そのＦＥＭメッシュにおける変形量Ｙａを算出する。次に、メッシュ長ｂのＦＥＭメッシュを作成し、そのＦＥＭメッシュにおける変形量Ｙｂを算出する。これにより、２つの座標（Ｘ，Ｙ）＝（ａ，Ｙａ），（ｂ，Ｙｂ）が得られる。
【００２２】
次に、この２つの座標値を使用して２元２次方程式Ｙ＝ｍ×Ｘ↑２＋ｙ（但し、ｍは係数、Ｘ↑２はＸの２乗を表わす）の解を算出する。具体的に、図２では、Ｙａ＝ｍ×ａ↑２＋ｙ，Ｙｂ＝ｍ×ｂ↑２＋ｙの解を算出する。この解は、図２に示す２つの座標（ａ，Ｙａ），（ｂ，Ｙｂ）を通る曲線のメッシュ長Ｘ＝０における変形量ｙを表わす。
【００２３】
上記の例では、２次元のシェルメッシュの場合を説明したが、３次元のソリッドメッシュの場合は、２元３次方程式Ｙ＝ｎ×Ｘ↑３＋ｙ（但し、ｎは係数）を使用すればよい。
【００２４】
以下、上述した変形量の算出方法を実現する構造体の変形解析支援装置について説明する。まず、本実施形態に係る構造体の変形解析支援装置として使用可能なコンピュータの構成について説明する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態における構造体の変形解析支援装置として使用可能なコンピュータのブロック構成図である。
【００２６】
図中、２２はＣＲＴ等のディスプレイ、２３は入力手段であるキーボード、２４はブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ、２５は各種処理結果を一時記憶するＲＡＭ、２６は一般的な構造体の解析形状作成処理、その処理により生成される解析形状に基づく変形解析処理のプログラム、そして上述した本実施形態に係る変形量の算出処理を行なうプログラム等を記憶するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶装置、２７は外部のエンジニアリングワークステーション等と通信ネットワークを介して通信するための通信インタフェース、そして２８は処理結果等を印刷するプリンタである。これらの各構成は、内部バス２９を介して接続されており、ＣＰＵ２１は記憶装置２６に記憶したプログラムに従って、設計者の変形解析業務を支援する。
【００２７】
本実施形態に係る構造体の変形解析支援装置は、変形量の算出処理を行うのに先立って、解析対象の構造体に一般的な解析形状作成処理と、その処理により生成される解析形状に基づく変形解析処理を施す。この変形解析処理について図４及び図５を参照して説明する。
【００２８】
図４は、本発明の一実施形態に採用可能な構造体の解析形状作成処理を示すフローチャートである。このフローチャートを、後述する変形量の算出処理の説明の都合上、ブロックＡと称する。
【００２９】
同図において、ステップＳ１：オペレータは、予め用意した解析対象の構造体の形状データに、例えばＳＩ単位系等の単位系を設定する。
【００３０】
ステップＳ２：変形解析支援装置は、構造体の形状データに基づいて、解析用の３次元ソリッドモデルを作成する。
【００３１】
ステップＳ３：オペレータは、ステップＳ２で作成された３次元ソリッドモデルに対して、メッシュの概略形態を設定する。例えばシェルメッシュの場合、オペレータは、当該３次元ソリッドモデルに基づいて中立面を作成し、その中立面から３次元サーフェースモデルを作成する。そして、その３次元サーフェースモデルに対して厚みを入力する。
【００３２】
ステップＳ４：オペレータは、ステップＳ３でメッシュの概略形態設定した３次元ソリッドモデルに対して、更に、所定の物理特性値を入力する。所定の物理特性値としては、縦弾性係数、ポアソン比、質量密度等がある。
【００３３】
ステップＳ５：オペレータは、ステップＳ４で所定の物理特性値が入力された３次元ソリッドモデルに対して、所定の境界条件を入力する。所定の境界条件としては、当該３次元ソリッドモデルがＦＥＭメッシュとなって変形解析されるときにどの位置を固定するのかを表わす完全固定、並進固定等の拘束条件と、当該３次元ソリッドモデルにどの程度の応力、圧力等を加えるのかを表わす荷重条件とがある。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態に採用可能な構造体の変形解析処理を示すフローチャートである。このフローチャートを、後述する変形量の算出処理の説明の都合上、ブロックＢと称する。
【００３５】
同図において、ステップＳ１１：オペレータは、構造体の解析形状作成処理により得られた解析対象の構造体の３次元ソリッドモデルに対して、図７及び図８に示したような各種メッシュの形態のうち何れのメッシュを使用するのか、また、そのメッシュのメッシュ長等、解析で使用するメッシュについての詳細形態を設定する。
【００３６】
ステップＳ１２：変形解析支援装置は、構造体の３次元ソリッドモデルを、上記の各種設定に従ってＦＥＭメッシュにメッシュ分割する。
【００３７】
ステップＳ１３：オペレータは、ステップＳ１２で生成されたＦＥＭメッシュの品質をチェックする。チェック項目としては、当該ＦＥＭメッシュ及び該ＦＥＭメッシュを構成する個々のメッシュの歪み状態、ストレッチ状態、反りファクタ等がある。
【００３８】
ステップＳ１４からステップＳ１６：オペレータは、ステップＳ１３におけるチェックにおける当該ＦＥＭメッシュの品質を判断し（ステップＳ１４）、品質が良好と判断できるときにはステップＳ１７に進む。一方、ステップＳ１４の判断において品質が良好と判断できないときには、当該ＦＥＭメッシュの修正を行う（ステップＳ１５）。
【００３９】
そして、オペレータは、ステップＳ１５における修正により、修正後のＦＥＭメッシュの品質を判断し（ステップＳ１６）、品質が良好と判断できないときにはステップＳ１１に戻る。即ち、改めてメッシュの詳細形態を設定し、その設定に基づいてメッシュ分割を行う。一方、ステップＳ１６の判断において品質を良好と判断できるときには、ステップＳ１７に進む。
【００４０】
ステップＳ１７，ステップＳ１８：変形解析支援装置は、上述した各種設定に基づいてＦＥＭメッシュに変形解析を施し（ステップＳ１７）、その解析結果をディスプレイ２２や記憶装置２６等に出力する。
【００４１】
図６は、本発明の一実施形態としての変形量の算出処理の構成を示すフローチャートである。本実施形態に係る変形解析支援装置は、前述した変形量の算出方法を実現すべく、同図に示す構成でオペレータの変形解析業務を支援する。
【００４２】
図６において、オペレータは、当該変形解析支援装置においてブロックＡを実行することにより、解析対象の構造体の解析形状作成する。
【００４３】
次に、オペレータは、ブロックＡの実行によって得られた構造体の解析形状に対してブロックＢ及びブロックＢ’を実行することにより、当該変形解析支援装置において２種類のメッシュ長でそれぞれ変形解析を行う。これは、上述した図２のメッシュ長ａ，ｂに対する変形量Ｙａ，Ｙｂの算出に相当する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０１として、当該変形解析支援装置は、算出された２つの座標（Ｘ，Ｙ）＝（ａ，Ｙａ），（ｂ，Ｙｂ）について、シェルメッシュの場合は、２元２次方程式Ｙ＝ｍ×Ｘ↑２＋ｙ、ソリッドメッシュの場合は２元３次方程式Ｙ＝ｎ×Ｘ↑３＋ｙの解を算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ１０２として、当該変形解析支援装置は、ステップＳ１０１で算出した解を、メッシュ長Ｘ＝０のときの当該構造体の変形量ｙとしてディスプレイ２２や記憶装置２６等に出力する。
【００４６】
以上説明した構成で構造体の変形解析を行うと、２種類のメッシュ長の選び方により、理論的には不可能であるメッシュ長Ｘ＝０における変形量を算出することができ、用途に応じた効率的な変形解析が可能になる。即ち、解析精度の高さよりも、変形量の解析の所用時間に重きを置くときには、図２に示すメッシュ長ａ，ｂを、できるだけ＋Ｘ方向に設定するとよい。逆に、変形量の解析の所用時間の長さよりも、解析精度の高さに重きを置くときには、図２に示すメッシュ長ａ，ｂを、できるだけＸ＝０方向に設定するとよい。但し、この場合は、当該変形解析支援装置のハードウエアの制約によって変形解析が不能になる場合が予想されるため、そのようなときには、２種類のメッシュ長のうち、メッシュ長ａはできるだけＸ＝０方向に、そしてメッシュ長ｂはできるだけ＋Ｘ方向に設定するとよい。
【００４７】
尚、上述した実施形態は、図４から図６のフローチャートに示した動作を実現するソフトウエアを、例えば、フロッピーディスク等の記憶媒体に格納し、その記憶媒体の情報を、例えばパーソナルコンピュータに読み込むことにより、そのコンピュータを本実施形態に係る制御用コンピュータ２として動作させる場合にも適用できることは言うまでもない。この場合、図６のフローチャートにおいて、ブロックＡのソフトウエア、ブロックＢのソフトウエア、そしてステップＳ１０１及びステップＳ１０２の動作を実現するソフトウエアが、複数の記憶媒体に別々に格納されていてもよいことは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、解析結果の用途に応じて効率的な変形解析が可能な構造体の変形解析支援装置及びコンピュータ読み取りが可能な記憶媒体の提供が実現する。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明者による変形解析の実験結果の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における構造体の変形量の算出方法を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態における構造体の変形解析支援装置として使用可能なコンピュータのブロック構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に採用可能な構造体の解析形状作成処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に採用可能な構造体の変形解析処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態としての変形量の算出処理の構成を示すフローチャートである。
【図７】一般的な２次元のシェルメッシュの類型を示す図である。
【図８】一般的な３次元のソリッドメッシュの類型を示す図である。
【符号の説明】
２１：ＣＰＵ，
２２：ディスプレイ，
２３：キーボード，
２４：ＲＯＭ，
２５：ＲＡＭ，
２６：記憶装置，
２７：通信インタフェース，
２８：プリンタ，
２９：内部バス，
【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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