(57)【要約】【課題】  有限要素法に基づいて構造体のシミュレーションモデルを作成する方法において,解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合に,解析モデル変更前の元の節点の番号の順番を保存する方法を提供する。【解決手段】  解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合に,解析モデル変更前の元の節点の番号の順番を崩さないことを特徴とするものである。そして好ましくは，前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は実数とすることを特徴とするものである。更に好ましくは，前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は昇順で整数に変更することを特徴とするものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体シミュレーションモデルの作成方法において,
解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合に,解析モデル変更前の元の節点の番号の順番を崩さないことを特徴とする構造体シミュレーションモデルの作成方法。
【請求項２】
請求項１の構造体シミュレーションモデルの作成方法において、
前記構造体シミュレーションモデルは有限要素法に基づいて作成されることを特徴とする構造体シミュレーションモデルの作成方法。
【請求項３】
請求項１、又は請求項２の構造体シミュレーションモデルの作成方法において、
前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は実数とすることを特徴とする構造体シミュレーションモデルの作成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項3のうちの１つの構造体シミュレーションモデルの作成方法において、
前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は昇順で整数に変更することを特徴とする構造体シミュレーションモデルの作成方法。
【請求項５】
構造体のシミュレーションモデルを作成する手段と,
前記シミュレーションモデルを用いて各種解析を実行する解析手段と,
解析結果を表示する解析結果表示手段を有する構造体解析装置において,
請求項１からは請求項４のうちの１つの前記構造体シミュレーションモデルの作成方法に基づく前記構造体のシミュレーションモデル作成手段を備えたことを特徴とする構造体解析装置。
【請求項６】
請求項5の構造体解析装置において、
前記構造体シミュレーションモデルは有限要素法に基づいて作成されることを特徴とする構造体解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，構造体のシミュレーションモデルを作成する技術において，解析モデル変更により節点間に追加節点を挿入してもモデル変更前の元の節点の順番を崩さない構造体シミュレーションモデルの作成方法及びこれを用いた構造体解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として，例えば特許文献１がある。この公報には，「コンピュータを使用して構造解析を行う有限要素法の解析モデルデータ作成プログラムであって,前記コンピュータを,解析対象となる物品形状を多面体要素にメッシュ分割して作成された一次解析モデルデータＭ１を変更するための条件を設定する改作条件設定手段６と,前記条件に基づいて前記一次解析モデルデータＭ１を演算することにより,改作した二次解析モデルデータＭ２を作成する解析モデル改作手段５５として機能させるためのプログラムである。」と記載されている。
【０００３】
従来から有限要素法により構造解析等を実行する際に，解析を行う構造体の解析モデルを設定し，その解析モデルにより解析用の数値データを作成して構造解析を行うという方法がとられている。解析モデルは有限要素に分割されて各要素及び各節点のそれぞれに通し番号を割り振られている。構造変更により解析モデルを変更し，節点間に追加節点を挿入する場合の問題点として作業効率と計算効率がある。作業効率の問題点は，数値データ変更作業の煩雑さと解析モデル確認作業の複雑さである。計算効率の問題点は，解析の過程で作成される要素行列の半バンド幅（後述する）に依存した計算時間の増大である。
【０００４】
作業効率の問題点について，図３から図６を用いて説明する。解析モデルは梁要素の例とする。
【０００５】
まず，図３，図４を用いて解析モデル変更により全節点が振り直しとなる場合の例を示す。
【０００６】
図３は解析モデルの変更が１か所の場合の例である。図３（１）に解析モデルを示す。図３（２）には対応する数値データを示す。変更前の解析モデル（図３（１）−１）は５つの梁要素に分割され，左から順に分割位置に節点番号が割り振られている(尚、図面では要素番号として丸付き数字を使用しているが、明細書の本文では丸付き数字は使用不可能な為、代わりに括弧付き数字として表す。以下同様)。このときの数値データは図３（２）−１に示すように，要素ごとに左側節点番号，右側節点番号，要素形状（例えば，長さ，外径，内径など）の並びとなる。このとき，解析モデル変更により要素(1)を２分割し，分割位置に節点を追加する。図３（１）−２に示すように新たな分割位置に要素(1)右側（要素(2)左側）の節点番号２を移動すると，要素(2)の左側の節点番号は要素(2)の右側から移動することになる。このようにして順に右から左へ節点番号を移動することになる。解析モデル変更後の数値データを図３（２）−２に示す。要素(1)の形状変更により，元の要素(2)から元の要素(4)の節点番号は，元の節点番号に対して１ずつ繰り上がった番号で全てが振り直しとなっている。この様な節点番号の振り直しは元の節点の順番は保存されるが，節点数が多いほど変更に費やす手間と時間がかかり大変である。
【０００７】
図４は図３の解析モデルで変更箇所が２か所の場合の例である。図４（１）に解析モデルを示す。図４（２）には対応する数値データを示す。図４（１）−１の変更前の解析モデルで，解析モデル変更により要素(1)および要素(3)をそれぞれ２分割し，分割位置に節点を追加する。図４（１）−２に示すように要素(1)の新たな分割位置に要素(1)右側（要素(2)左側）の節点番号２を移動すると，要素(2)の左側の節点番号は要素(2)の右側から，要素(2)の右側の節点番号は要素(3)の右側から移動することになる。要素(4)の左側と要素(4)の右側の節点番号は新たに追加した番号６と７となる。解析モデル変更後の数値データを図４（２）−２に示す。要素(1)および要素(3)の形状変更により，元の要素(2)と要素(3)a右側の節点番号は元の節点番号に対して１ずつ繰り上がった番号で振り直しとなっている。要素(3)b左側の節点番号は元の節点番号に対して２だけ繰り上がった番号で振り直しであり，要素(4)は新たな節点番号の割り振りとなっている。この様な節点番号の振り直しは元の節点の順番は保存されるが，変更箇所が複数で節点数が多いほど変更に費やす手間と時間がかかり大変である。
【０００８】
次に，図５，図６を用いて解析モデル変更により元の節点間に新たな節点番号を追加する場合の例を示す。
【０００９】
図５は解析モデルの変更が１か所の場合の例である。図５（１）に解析モデルを示す。図５（２）には対応する数値データを示す。解析モデル変更により要素(1)を２分割し，分割位置に節点を追加する。図５（１）−２に示すように元の節点番号は変更することなく，新たな分割位置に節点番号６を追加する。解析モデル変更後の数値データを図５（２）−２に示す。要素(1)の形状変更により，昇順となっていた節点番号の順番が崩れているのが分かる。この様な節点番号の追加は節点番号がランダムに分布することになり，節点数が多いほどデータ確認が困難になる。
【００１０】
図６は図５の解析モデルで変更箇所が２か所の場合の例である。図６（１）に解析モデルを示す。図６（２）には対応する数値データを示す。図６（１）−１の変更前の解析モデルで，解析モデル変更により要素(1)および要素(3)をそれぞれ２分割し，分割位置に節点を追加する。図６（１）−２に示すように元の節点番号は変更することなく，新たな分割位置に節点番号６および節点番号７を追加する。解析モデル変更後の数値データを図６（２）−２に示す。要素(1)および要素(3)の形状変更により，昇順となっていた節点番号の順番が崩れているのが分かる。この様な節点番号の追加は節点番号がランダムに分布することになり，節点数が多いほどデータ確認が困難になる。
【００１１】
計算効率の問題点について，有限要素法により生成された要素行列を元にして，図７から図９を用いて説明する。解析モデルは梁要素の例とする。
【００１２】
図７に変更前の解析モデルの要素行列の例を示す。図７（１）は変更前の解析モデル図で，５つの梁要素に分割され，左から順に分割位置に節点番号が割り振られている。このときの要素行列を図７(２)に示す。図７（２）の行列の左上角から右下角に向けた対角線は,行列における対角成分を示し,その対角成分の両側に非０要素のバンド行列が形成される。行列におけるバンド行列の外側は０要素の三角行列である。この行列において,対角成分からバンド行列の最も外側の要素成分までの幅が半バンド幅となる。本例の場合，半バンド幅は4であり最小値である。
【００１３】
図８は,図３に示した従来の技術例の要素行列の例である。すなわち，新たな分割位置に要素(1)右側（要素(2)左側）の節点番号２を移動し，要素(2)の左側の節点番号は要素(2)の右側から移動する。このようにして順に右から左へ節点番号を移動することで元の節点の順番は保存されている場合である。図８（１）に変更後の解析モデルを示す。図８（２）に要素行列を示す。半バンド幅は4であり最小値である。元の節点番号の順番が保存されているために，図７に示した解析モデル変更前の要素行列を同じ大きさであり計算効率の点からは問題ない。しかし，図３および図４で説明したように，本例では，変更に費やす手間と時間がかかり作業効率の点で問題がある。
【００１４】
図９は，図５に示した従来の技術例の要素行列の例である。すなわち，元の節点番号は変更することなく，新たな分割位置に節点番号６を追加した場合で，昇順となっていた節点番号の順番が崩れて節点番号がランダムに分布する場合である。図９（１）に変更後の解析モデルを示す。図９（２）に要素行列を示す。半バンド幅は１２である。節点番号がランダムに分布しているために，図７に示した解析モデル変更前の要素行列に対して，半バンド幅が４→１２と大きくなっている。半バンド幅が大きくなると行列の計算量や計算に必要なメモリが大きくなるため，解析計算に要する時間が大きくなる。このため計算効率の点から問題となる。
【００１５】
まとめると，構造変更により解析モデルを変更し，節点間に追加節点を挿入する場合，元の節点番号の順番を崩さないように節点番号移動により節点番号を振り直す場合は，要素行列の半バンド幅は最小となり計算効率の点では問題ないが，変更箇所が複数で節点数が多いほど変更に費やす手間と時間がかかり作業効率が悪くなる。また，構造変更により解析モデルを変更し，節点間に追加節点を挿入する場合，元の節点間に新たな節点番号を追加する場合は，節点番号がランダムに分布することになり，節点数が多いほどデータ確認が困難で作業効率が悪くなるだけでなく，要素行列の半バンド幅が大きくなり，解析計算に要する時間が大きくなるため，計算効率が悪くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開2003-216663号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献1には，解析モデル改作手段が記載されている。一般的に解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合には，解析モデル変更前の元の節点の順番が保存されない。このような場合には，例えば，1つの要素を構成する節点番号の開きが大きくなって解析に用いる要素行列の半バンド幅が大きくなることにより，解析時間の増大や計算効率の低下といった問題がある。また，初期の解析モデルに対して，節点番号の順番が異なることにより，解析モデルの確認や節点番号を指定しての新たな要素の追加が複雑になる。
【００１８】
そこで，本発明の目的は，有限要素法に基づいて構造体のシミュレーションモデルを作成する方法において,解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合に,解析モデル変更前の元の節点の番号の順番を保存することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために，本発明は， 構造体シミュレーションモデルの作成方法において,解析モデル変更のために節点間に追加節点を挿入する場合に,解析モデル変更前の元の節点の番号の順番を崩さないことを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明は構造体シミュレーションモデルの作成方法において、前記構造体シミュレーションモデルは有限要素法に基づいて作成されることを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は構造体シミュレーションモデルの作成方法において、前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は実数とすることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は構造体シミュレーションモデルの作成方法において、前記追加節点及び解析モデル変更前の元の節点の番号は昇順で整数に変更することを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記課題を解決するために，本発明は，構造体のシミュレーションモデルを作成する手段と,前記シミュレーションモデルを用いて各種解析を実行する解析手段と,解析結果を表示する解析結果表示手段を有する構造体解析装置において,前述の前記構造体シミュレーションモデルの作成方法に基づく前記構造体のシミュレーションモデル作成手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明は構造体解析装置において、前記構造体シミュレーションモデルは有限要素法に基づいて作成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば,節点の順番保存で解析モデルが分かり易く，解析モデル変更でも半バンド幅の小さい解析モデルを提供することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例の処理手順を表わすフロー図である。
【図３】従来技術における節点追加処理の例である。
【図４】従来技術における節点追加処理の例である。
【図５】従来技術における節点追加処理の例である。
【図６】従来技術における節点追加処理の例である。
【図７】従来の技術の要素行列例である。
【図８】従来の技術の要素行列例である。
【図９】従来の技術の要素行列例である。
【図１０】本発明の実施例の本発明の技術例である。
【図１１】本発明の実施例の本発明の技術例の要素行列例である。
【図１２】本発明の実施例の本発明の技術例である。
【図１３】本発明の実施例の本発明の技術例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下，本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
図1は，本発明装置に掛かる構造体解析装置の構成を示す図である。図1の実施例の装置は，解析モデル作成部101，解析実行部102，解析結果表示部103からなる。
【００２９】
解析モデル作成部101では，構造体を複数かつ有限個の要素に分割して有限要素法を用いた数値解析に用いる解析モデルを作成する。
【００３０】
解析実行部102では，上記解析モデルを用いて固有振動数解析などを実行する。
【００３１】
解析結果表示部103では，解析結果の固有振動数や固有振動モードなどを表示する。
【００３２】
このように構成される実施形態の処理手続きについて，図２および図10から図13を参考にしながら説明する。
【００３３】
図２は，本発明の処理手順を表わす図であり，解析モデル作成部における要素分割処理の手順を示す。まず，図面などを元にして構造体の形状データを入力する(ステップ101、以下S101と称する)。データベース等から構造体の解析モデルを読み込んでもよい。次に，構造体を複数かつ有限個の梁要素に分割し，分割位置に節点番号を付与する(S102)。分割終了後，ディスプレイなどに解析モデル図を表示し分割状況を確認する。この解析モデルで追加の分割が必要な場合は，追加分割する要素を一つまたは複数個指定する(S104)。要素ごとに分割数を指定する(S105)。分割数に従って，要素を複数個に分割し，分割位置に節点番号を付与する(S106)。このとき，付与する節点番号は実数とする。元の節点番号を実数化して，追加の節点番号とあわせて昇順にリナンバーし，節点番号を整数化する(S107)。ここで，解析モデルを表示し，分割の必要がある場合は手順S104からS107を繰り返す。分割の必要がない場合は，解析モデルが完成する(S108)。
【００３４】
以下，本発明の節点追加方法および要素行列の半バンド幅について図10から図13を用いて説明する。
【００３５】
図10に節点追加の例を示す。図10（１）に解析モデルを示す。図10（２）には対応する数値データを示す。変更前の解析モデル（図10（１）−１）は５つの梁要素に分割され，左から順に分割位置に節点番号が割り振られている。このときの数値データは図10（２）−１に示すように，要素ごとに左側節点番号，右側節点番号，要素形状（例えば，長さ，外径，内径など）の並びとなる。このとき，解析モデル変更により要素(1)を２分割し，分割位置に節点を追加する。図10（１）−２に示すように新たな分割位置に実数の節点番号1.5を追加する。節点番号1.5は，要素(1)左側の節点番号１と要素(1)右側の節点番号２の差１を分割数２で割って要素(1)左側の節点番号１に加算した数値である。解析モデル変更後の数値データを図10（２）−２に示す。要素(1)の形状変更により，要素(1)aの右側節点番号と要素(1)bの左側節点番号は新たな節点番号1.5となっている。次に，元の節点番号を含めて全て実数化し昇順に整数化する。図10（１）−３にリナンバー後の解析モデルを示す。図10（２）−３にリナンバー後の数値データを示す。元の節点の順番は保存されるとともに，昇順変更で節点番号の移動の手間がない。
【００３６】
図11に本発明による節点追加による要素行列の例を示す。図11（１）はリナンバー後の解析モデル図で，５つの梁要素に左から順に分割位置に節点番号が割り振られている。このときの要素行列を図11(２)に示す。図11（２）の行列の左上角から右下角に向けた対角線は,行列における対角成分を示し,その対角成分の両側に非０要素のバンド行列が形成される。行列におけるバンド行列の外側は０要素の三角行列である。この行列において,対角成分からバンド行列の最も外側の要素成分までの幅が半バンド幅となる。本例の場合，半バンド幅は4であり最小値である。
【００３７】
次に，図10のモデルで変更箇所が２か所の場合の節点追加の例を示す。図12（１）に解析モデルを示す。図12（２）には対応する数値データを示す。図12（１）−１の変更前の解析モデルで，解析モデル変更により要素(1)および要素(3)をそれぞれ２分割し，分割位置に節点を追加する。図12（１）−２に示すように新たな分割位置に実数の節点番号1.5および3.5を追加する。節点番号1.5は，要素(1)左側の節点番号１と要素(1)右側の節点番号２の差１を分割数２で割って要素(1)左側の節点番号１に加算した数値である。また節点番号3.5は，要素(3)左側の節点番号３と要素(3)右側の節点番号４の差１を分割数２で割って要素(3)左側の節点番号３に加算した数値である。解析モデル変更後の数値データを図12（２）−２に示す。要素(1)の形状変更により，要素(1)aの右側節点番号と要素(1)bの左側節点番号は新たな節点番号1.5となっている。また，要素(3)の形状変更により，要素(3)aの右側節点番号と要素(3)bの左側節点番号は新たな節点番号3.5となっている。次に，元の節点番号を含めて全て実数化し昇順に整数化する。図12（１）−３にリナンバー後の解析モデルを示す。図12（２）−３にリナンバー後の数値データを示す。元の節点の順番が保存されているため解析モデルが分かり易く，昇順変更で節点番号の移動の手間がない。また，本解析モデルは図10のモデルの節点番号の並びは保存されているため，半バンド幅も最小の４である。
【００３８】
次に，図10のモデルで1つの要素を３分割した場合の節点追加の例を示す。図13（１）に解析モデルを示す。図13（２）には対応する数値データを示す。図13（１）−１の変更前の解析モデルで，解析モデル変更により要素(1)それぞれ３分割し，分割位置に節点を追加する。図13（１）−２に示すように新たな分割位置に実数の節点番号1.33・・・および1.66・・・を追加する。節点番号1.33・・・および1.66・・・は，要素(1)左側の節点番号１と要素(1)右側の節点番号２の差１を分割数３で割った時の値0.33・・・の1倍および2倍を要素(1)左側の節点番号１に加算した数値である。解析モデル変更後の数値データを図12（２）−２に示す。要素(1)の形状変更により，要素(1)aの右側節点番号と要素(1)bの左側節点番号は新たな節点番号1.33・・・となっている。また，要素(1)bの右側節点番号と要素(1)cの左側節点番号は新たな節点番号1.66・・・となっている。次に，元の節点番号を含めて全て実数化し昇順に整数化する。図12（１）−３にリナンバー後の解析モデルを示す。図12（２）−３にリナンバー後の数値データを示す。元の節点の順番が保存されているため解析モデルが分かり易く，昇順変更で節点番号の移動の手間もない。また，本解析モデルは図10のモデルの節点番号の並びは保存されているため，半バンド幅も最小の４である。
【００３９】
以上により,節点の順番保存で解析モデルが分かり易く，解析モデル変更でも半バンド幅の小さい解析モデル，すなわち作業効率と計算効率のよい解析モデルを提供することができる。
【００４０】
なお,本発明は上記した実施例に限定されるものではなく,様々な梁要素分割の形状例が含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  解析モデル作成部
１０２  解析実行部
１０３  解析結果表示部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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