(57)【要約】【課題】  ＣＡＥによる解析結果の評価の支援を行い、ユーザによる構造物の設計作業を効果的に補助することのできる構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムを提供すること。【解決手段】  構造物の設計作業を支援する構造設計支援装置１は、前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部１１と、前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析を行うＣＡＥ解析手段１２と、前記ＣＡＥ解析手段による解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段１４と、を備える。【選択図】図１
2017054203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の設計作業を支援する構造設計支援装置であって、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析を行うＣＡＥ解析手段と、
前記ＣＡＥ解析手段による解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、を備えることを特徴とする、構造設計支援装置。
【請求項２】
前記ＣＡＥ解析手段が、前記構造物のＦＥＭ解析処理を行うＦＥＭ解析手段を有し、前記解析結果が前記構造物のＦＥＭ解析結果であることを特徴とする、請求項１に記載の構造設計支援装置。
【請求項３】
前記ＣＡＥ解析手段が、前記構造物の構造最適化処理を行う構造最適化手段を有し、前記解析結果が前記構造物の構造最適化結果であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の構造設計支援装置。
【請求項４】
構造物の設計作業を支援する構造設計支援装置であって、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析結果を取得するＣＡＥ解析結果取得手段と、
前記解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、を備えることを特徴とする、構造設計支援装置。
【請求項５】
前記ＣＡＥ解析結果取得手段が、前記構造物のＦＥＭ解析結果を取得するＦＥＭ解析結果取得手段を有し、前記解析結果が前記ＦＥＭ解析結果であることを特徴とする、請求項４に記載の構造設計支援装置。
【請求項６】
前記ＣＡＥ解析結果取得手段が、前記構造物の構造最適化結果を取得する構造最適化結果取得手段を有し、前記解析結果が前記構造最適化結果であることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の構造設計支援装置。
【請求項７】
前記解析結果評価支援手段が、前記構造物中における荷重分布を分析する荷重分布分析機能を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れかに記載の構造設計支援装置。
【請求項８】
前記解析結果評価支援手段が、前記構造物中の任意の断面における断面特性と、当該断面における応力状況を分析する断面特性・応力計算手段を有することを特徴とする、請求項１から請求項７の何れかに記載の構造設計支援装置。
【請求項９】
前記解析結果評価支援手段が、前記構造物の全体及び／又は一部の境界部に外部から作用する荷重を分析する作用荷重分析手段を有することを特徴とする、請求項１から請求項８の何れかに記載の構造設計支援装置。
【請求項１０】
前記作用荷重分析手段が、複数の前記構造物の集合を、単一の構造物として取り扱うことを特徴とする、請求項９に記載の構造設計支援装置。
【請求項１１】
構造物の設計作業を支援する構造設計支援プログラムであって、
コンピュータ装置を、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析を行うＣＡＥ解析手段と、
前記ＣＡＥ解析手段による解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、として機能させることを特徴とする、構造設計支援プログラム。
【請求項１２】
構造物の設計作業を支援する構造設計支援プログラムであって、
コンピュータ装置を、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析結果を取得するＣＡＥ解析結果取得手段と、
前記解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、として機能させることを特徴とする、構造設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータを用いた構造物の設計作業を支援する、構造設計支援装置、及び構造設計支援プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や航空機などに用いられる機械部品のような製品や、橋梁のような建造物などの、種々の構造物の設計は、古くは、設計技術を有する技術者による製図作業によって行われていた。
【０００３】
そして、コンピュータ装置の発達に伴い、現在ではこのような設計作業に、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ、コンピュータ支援設計）システムが用いられることが多くなった。
【０００４】
更に、ＣＡＤシステムによる設計を用いる場合には、設計した構造物の３次元モデルデータを容易に作成できるため、そのようなデータを利用してＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ、有限要素法）などによる構造解析を行う、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）技術も広く利用されるようになった。
【０００５】
例えば、ＦＥＭ解析の基本的な流れは、図２０に示すようなものである。まず、解析対象とするモデルの選択をユーザより受け付け（Ｓ５１）、それを読み込み（Ｓ５２）、それを単純な要素に分解して解析用のメッシュを作成する（Ｓ５３）。続いて、モデルの固定個所などの拘束条件や、モデルに対して掛ける負荷の大きさとその作用点などの、解析条件の指定を受け付け、設定する（Ｓ５４）。そしてＦＥＭ解析を実施し（Ｓ５５）、その結果として、設定した解析条件下においてモデルの各部に生じる応力を、図２１に示すようなコンター図などによって、ユーザへ表示する（Ｓ５６）。これにより、ユーザは想定される負荷状態において構造物に生じる応力のシミュレーション結果を得ることができる。
【０００６】
このようなＣＡＥに関連する技術が多数公開されている。例えば、特許文献１には、ＦＥＭ解析の対象とするモデル中の、応力などの物理的特性が顕著となる部分に膜要素を生成することによってデータ量を削減し、処理速度の向上を図る技術が公開されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ＦＥＭ解析とその結果に基づいたモデルの更新とを繰り返し行うことによる、構造最適化に関する技術が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２５９４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、ＦＥＭ解析を利用すれば、ユーザは設計対象とする構造物の負荷時における応力状況のシミュレーション結果を得ることができる。しかし、構造物の設計を目的としてＦＥＭ解析を行う場合には、そのシミュレーション結果から更に、その構造に問題点があるか否か等の評価を行う必要がある。それには、材料力学に関連した知識など、ユーザ自身の知識や経験が必要となる。
【００１０】
また、特許文献２に記載されるような、ＣＡＥによる構造最適化を行った場合においても、その結果得られた構造が妥当であるか否かの評価が必要であるという点、そしてその評価がユーザ自身に委ねられているという点は変わりない。
【００１１】
そこで、本発明では、ＣＡＥによる解析結果の評価の支援を行い、ユーザによる構造物の設計作業を効果的に補助することのできる構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る構造設計支援装置は、
構造物の設計作業を支援する構造設計支援装置であって、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析を行うＣＡＥ解析手段と、
前記ＣＡＥ解析手段による解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、ユーザは、ＣＡＥ解析の結果の詳細な評価を容易に行うことができる。
【００１４】
本発明の好ましい形態では、前記ＣＡＥ解析手段が、前記構造物のＦＥＭ解析処理を行うＦＥＭ解析手段を有し、前記解析結果が前記構造物のＦＥＭ解析結果であることを特徴とする。
これにより、ユーザは、本発明に係る構造設計支援装置を用いてＦＥＭ解析結果の処理を行い、その結果の妥当性の評価を行うことができる。
【００１５】
本発明の好ましい形態では、前記ＣＡＥ解析手段が、前記構造物の構造最適化処理を行う構造最適化手段を有し、前記解析結果が前記構造物の構造最適化結果であることを特徴とする。
これにより、ユーザは、本発明に係る構造設計支援装置を用いて構造最適化結果の処理を行い、その結果の妥当性の評価を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る構造設計支援装置は、
構造物の設計作業を支援する構造設計支援装置であって、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析結果を取得するＣＡＥ解析結果取得手段と、
前記解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい形態では、前記ＣＡＥ解析結果取得手段が、前記構造物のＦＥＭ解析結果を取得するＦＥＭ解析結果取得手段を有し、前記解析結果が前記ＦＥＭ解析結果であることを特徴とする。
これにより、ユーザは、他のＦＥＭ解析装置などによるＦＥＭ解析結果の妥当性評価に、本発明に係る構造設計支援装置を利用することができる。
【００１８】
本発明の好ましい形態では、前記ＣＡＥ解析結果取得手段が、前記構造物の構造最適化結果を取得する構造最適化結果取得手段を有し、前記解析結果が前記構造最適化結果であることを特徴とする。
これにより、ユーザは、他の構造最適化装置などによる構造最適化結果の妥当性評価に本発明に係る構造設計支援装置を利用することができる。
【００１９】
本発明の好ましい形態では、前記解析結果評価支援手段が、前記構造物中における荷重分布を分析する荷重分布分析機能を有することを特徴とする。
これにより、ユーザは、構造物全体における荷重分布の評価を行うことができる。
【００２０】
本発明の好ましい形態では、前記解析結果評価支援手段が、前記構造物中の任意の断面における断面特性と、当該断面における応力状況を分析する断面特性・応力計算手段を有することを特徴とする。
これにより、ユーザは、構造物中の各断面における応力状況を詳細に把握し、構造の評価を行うことができる。
【００２１】
本発明の好ましい形態では、前記解析結果評価支援手段が、前記構造物の全体及び／又は一部の境界部に外部から作用する荷重を分析する作用荷重分析手段を有することを特徴とする。
これにより、ユーザは、構造物に外部から作用する荷重の評価を容易に行うことができる。
【００２２】
本発明の好ましい形態では、前記作用荷重分析手段が、複数の前記構造物の集合を、単一の構造物として取り扱うことを特徴とする。
これにより、複数の構造物の集合について、その全体に対して作用する荷重の評価を行うことができる。
【００２３】
本発明に係る構造設計支援プログラムは、
構造物の設計作業を支援する構造設計支援プログラムであって、
コンピュータ装置を、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析を行うＣＡＥ解析手段と、
前記ＣＡＥ解析手段による解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、として機能させることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る構造設計支援プログラムは、
構造物の設計作業を支援する構造設計支援プログラムであって、
コンピュータ装置を、
前記構造物の３次元モデル情報を有する３次元モデル情報記憶部と、
前記３次元モデルを用いた前記構造物の構造の解析結果を取得するＣＡＥ解析結果取得手段と、
前記解析結果のユーザによる評価の支援を行う、解析結果評価支援手段と、として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
ＣＡＥによる解析結果の評価の支援手段により、ユーザはＣＡＥ解析を用いた構造物の設計作業を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造設計支援装置の機能ブロック図である。
【図２】解析対象とする構造物の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における構造設計支援処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態における荷重分布分析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おける荷重分布の分析面及び分析軸の設定例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における荷重分布の分析結果表示の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における荷重分布の分析面及び分析軸の設定例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における荷重分布の分析面及び分析軸の設定例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態における荷重分布の分析面及び分析軸の設定例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における荷重分布の分析軸の設定例を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態における断面特性分析処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における断面特性の分析面の設定例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における断面特性の分析結果表示の一例を示す図である。
【図１４】解析対象とする構造物の一例を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態における作用荷重分析処理を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態における作用荷重の分析軸の設定例を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態における作用荷重の分析結果表示の一例を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態における複数部品を備える構造物に対する作用荷重の分析軸の設定例を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態における構造最適化対象モデル及び構造最適化結果モデルの一例を示す図である。
【図２０】一般的なＦＥＭ解析処理を示すフローチャートである。
【図２１】一般的なＦＥＭ解析結果表示の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る構造設計支援装置１の機能ブロック図である。
【００２８】
構造設計支援装置１は、図１に示すように、設計対象とする構造物の３次元モデルデータを記憶する３次元モデル情報記憶部１１と、３次元モデルを利用したＣＡＥ解析を行うＣＡＥ解析手段１２と、図示しない他のＣＡＥ解析装置などによって３次元モデルを利用して行ったＣＡＥ解析結果データを取得するＣＡＥ解析結果取得手段１３と、ＣＡＥ解析手段１２により出力される、あるいはＣＡＥ解析結果取得手段１３によって取得されるＣＡＥ解析結果データのユーザによる評価を支援する解析結果評価支援手段１４と、を備える。なお、ここでのＣＡＥ解析結果データとは、応力、変位、ひずみエネルギー、節点力などを含むものである。
【００２９】
ＣＡＥ解析手段１２は、図２０に示すような処理によって、外力を与えた際の構造物の応力状況などを算出するＦＥＭ解析手段１２ａと、ＦＥＭ解析とその結果に基づいた構造の変更とを繰り返すことにより、設計対象とする構造物の最適な構造を算出する、構造最適化手段１２ｂとを有する。また、ＣＡＥ解析結果取得手段１３も同様に、ＦＥＭ解析結果取得手段１３ａと、構造最適化結果取得手段１３ｂと、を有する。
【００３０】
なお、構造設計支援装置１は、解析結果評価支援手段１４への入力値として利用するＣＡＥ解析結果を何らかの方法で用意する手段を備えていればよく、すなわち、ＣＡＥ解析手段１２とＣＡＥ解析結果取得手段１３の何れか一方を省略するような構成としてもよい。また、構造最適化手段１２ｂや構造最適化結果取得手段１３ｂを省略するような構成としてもよい。
【００３１】
解析結果評価支援手段１４は、設計対象とする構造物における荷重分布の分析を行う荷重分布分析手段１４１と、構造物中に任意に設定する分析面における断面特性を分析する断面特性分析手段１４２、対象物の全部及び／又は一部の境界部に外部から作用する力やモーメントを分析する作用荷重分析手段１４３と、を有する。
【００３２】
荷重分布分析手段１４１は、荷重分布の分析面を設定する荷重分布分析面設定手段１４１ａと、荷重分布の分析軸を設定する荷重分布分析軸設定手段１４１ｂと、荷重分布分析面に発生する並進力を算出する並進力算出手段と、荷重分布分析面に発生するモーメントを算出するモーメント算出手段と、算出した並進力及びモーメントを表示する、荷重分布表示手段と、を備える。
【００３３】
断面特性分析手段１４２は、断面特性の分析面を設定する断面特性分析面設定手段１４２ａと、断面特性分析面における断面特性を算出する断面特性算出手段１４２ｂと、断面特性分析面に発生する組み合わせ応力算出手段１４２ｃと、算出した断面特性と、組み合わせ応力を表示する、断面特性表示手段と、を備える。
【００３４】
作用荷重分析手段１４３は、作用荷重の分析軸を設定する作用荷重分析軸設定手段１４３ａと、作用荷重を算出する作用荷重算出手段１４３ｂと、算出した作用荷重を表示する作用荷重表示手段１４３ｃと、を備える。
【００３５】
構造設計支援装置１には、演算装置（ＣＰＵ）、主記憶装置（ＲＡＭ）、補助記憶装置（ＨＤＤ、ＳＳＤなど）、各種の入出力装置などを備える汎用的なコンピュータ装置などを用いることができる。より具体的には、補助記憶装置上にコンピュータ装置を構造設計支援システムとして機能させるためのプログラムを設け、それを適宜主記憶装置上に展開し、演算装置によって構造設計支援装置１の各機能を実現するための処理を行う。また、３次元モデル情報記憶部１１を図示しないサーバ装置に設け、インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）のようなネットワークを用いて接続するといったように、複数のコンピュータ装置、サーバ装置を共に動作させることによって、構造設計支援装置１の機能を果たすような構成としてもよい。
【００３６】
また、ＣＡＥ解析結果取得手段１３は、各種の外部記録媒体や、ネットワークなどを経由して、ＣＡＥ解析結果を取得可能な構成となっていることが好ましい。
【００３７】
＜ＦＥＭ解析結果からの荷重分布・断面特性分析＞
ここで、図２に示すようなＦＥＭ解析対象モデル２の解析を行う場合を考える。ＦＥＭ解析対象モデル２は、上面部２１と、側面部２２と、下面部２３と、端部２４、２５を有する構造物である。
【００３８】
図３に、構造設計支援装置１による構造設計支援処理のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１１で、ＣＡＥ解析結果を利用するか否かの選択を受け付ける。ここで、利用しないことが選択された場合には、ステップＳ１２に進み、ＦＥＭ解析手段１２ａを用いて図２０に示したような手順でのＦＥＭ解析処理を行う。
【００３９】
ステップＳ１１で、ＣＡＥ解析結果を利用することが選択された場合には、ＦＥＭ解析結果取得手段１３ａにより、ステップＳ１３で、利用するＣＡＥ解析結果の選択を受け付け、ステップＳ１４でそれを読み込む。
【００４０】
そして、ステップＳ１５に進み、解析結果評価支援手段１４を用いた解析結果の評価支援を行い、処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ１５で行う解析結果の評価支援処理は、荷重分布分析手段１４１を用いるものと、断面特性分析手段１４２を用いるものと、作用荷重分析手段１４３を用いるものがあり、これらの内の任意の１又は複数の処理を行うものである。
【００４２】
図４は、荷重分布分析手段１４１による荷重分布分析処理を示すフローチャートである。荷重分布分析処理においては、まず、ステップＳ２１で荷重分布の分析軸の設定を行う。図５では、一例として、ＦＥＭ解析対象モデル２の両端部に基準面２Ａ、２Ｂをそれぞれ設定し、基準面２Ａの中央から基準面２Ｂの中央を繋ぐように荷重分布の分析軸を設定しているが、分析軸の両端の設定を受け付けるなどの方法で、ユーザが任意の方法で設定可能な構成とすることが好ましい。
【００４３】
続くステップＳ２２では、荷重分布の分析面の設定を行う。図５では、一例として、基準面２Ａと基準面２Ｂの間を等分割して分析面２ａ〜２ｈを設定しているが、分析面の間隔や数の指定をユーザから受け付けるなど、任意の方法で分析面を設定可能な構成とすることが好ましい。
【００４４】
なお、ここではステップＳ２１において荷重分布分析軸の設定を、ステップＳ２２にて荷重分布分析面の設定を、順に行う構成としているが、これらの設定の順序を逆にするような構成や、荷重分布分析軸と荷重分布分析面の指定を同時に受け付けるような構成としてもよい。
【００４５】
そして、ステップＳ２３にて、並進力算出手段１４１ｃを用いた各分析面に発生する並進力の算出と、モーメント算出手段１４１ｄを用いた各分析面に発生するモーメントの算出とを行う。
【００４６】
より具体的には、ＦＥＭ解析対象モデル２の表面に作用する外部荷重、質量に作用する慣性力、隣接物との境界面に作用する内部荷重等を、分析面の前方又は後方について足し合わせることによって並進力を求め、そして、距離を考慮して積算することによって各分析面に発生するモーメントを算出する。
【００４７】
また、分析面の前方又は後方について隣接する節点を特定し、隣接する節点の並進力やモーメントの節点力等を足し合わせることによって並進力を求め、そして、距離を考慮して積算することによって各分析面に発生するモーメントを算出するような構成としてもよい。
【００４８】
そして、ステップＳ２４で、算出した並進力とモーメントの表示を行う。図６（ａ）は、各分析面において生じる、ｘ軸方向の並進力Ｓｘ、ｙ軸方向の並進力Ｓｙと、ｚ軸方向の並進力Ｓｚを示す荷重分布図の一例である。同様に、図６（ｂ）は、各分析面において生じる、ｘ軸方向のモーメントＭｘと、ｙ軸方向のモーメントＭｙと、ｚ軸方向のモーメントＭｚを示す荷重分布図の一例である。このように、各分析面における各軸方向の並進力とモーメントとを示すことにより、ユーザは対象モデルにおける荷重分布を把握することができる。なお、ここでは、ｘ軸方向の並進力ＳｘとモーメントＭｘについては、ｘ−ｚ平面上に、ｙ軸方向の並進力ＳｙとモーメントＭｙについては、ｙ−ｚ平面上にそれぞれ示し、ｚ軸方向の並進力ＳｚとモーメントＭｚについては、ｚ軸を中心とする円弧の半径によって、その値を示している。
【００４９】
また、対象モデルを複数の部材へと分割し、より詳細な荷重分布の評価を可能とするような構成としてもよい。例えば、ＦＥＭ解析対象モデル２の端部２５を固定し、端部２４に対してｙ軸方向下向きの外力がかかっている場合を想定すると、上面部２１には引張力が、側面部２２にはせん断力が、下面部２３には圧縮力がそれぞれかかっている状態となる。
【００５０】
ここで、ＦＥＭ解析モデル２を、図７に示すような上面部２１と、図８に示すような側面部２２、及び図９に示すような下面部２３の３つに分解し、それぞれについて図４に示したような荷重分布分析処理を行い、図６に示すように並進力とモーメントとを表示することで、ユーザは荷重分布の状況をより詳細に知ることができる。
【００５１】
また、荷重分布分析軸設定手段１４１ｂにより、荷重分布の分析軸を複数設定可能な構成としてもよい。このような構成とすることにより、下面部２３のように平面的でない形状の部材の荷重分布を分析する際に、図１０に示すように、部材に沿った複数の荷重分布の分析軸を設定することができ、ユーザはより多面的な検討を行うことができる。
【００５２】
図１１は、断面特性分析手段１４２による断面特性分析処理を示すフローチャートである。断面特性分析処理においては、まず、ステップＳ３１で断面特性の分析面の設定を行う。ここでは一例として、図１２に示すように、図５に示した荷重分布の分析面と同様の分析面の設定を行っているが、これも荷重分布の分析面と同様、ユーザが任意に設定可能な構成とすることが好ましい。
【００５３】
そして、ステップＳ３２で、断面特性算出手段１４２ｂによる各分析面における断面特性の算出と、組み合わせ応力算出手段による各分析面における組み合わせ応力の算出を行う。なお、ここでの断面特性とは、断面積や断面２次モーメントなどの値を指すものであり、断面を構成する輪郭の寸法や位置などより算出するものである。
【００５４】
なお、ｘ軸周りの断面２次モーメントＩｘ、ｙ軸周りの断面２次モーメントＩｙは、断面の微小面積要素ｄＡと、微小要素のｘ軸からの距離ｙ、微小要素のｙ軸からの距離ｘを用いて、それぞれ式（１）のように求めることができる。
【００５５】
【数１】
2017054203.tif 000003
【００５６】
そして、ステップＳ３３で、算出した断面特性や組み合わせ応力などの表示を行う。ここでは、例えば図１３に示すように、表形式などで詳細に表示することが好ましい。これにより、ユーザは各分析面における応力状況を、荷重分布分析処理よりも詳細に把握することができる。
【００５７】
＜ＦＥＭ解析結果からの作用荷重分析＞
次に、ＦＥＭ解析結果を利用した作用荷重分析について説明する。まず、図３に示したフローチャートに従い、ステップＳ１１からＳ１４で、ＦＥＭ解析結果を得る。そして、ステップＳ１５における解析結果評価支援の処理として、作用荷重分析手段１４３による作用荷重分析処理を行う。
【００５８】
ここでは、図１４に示すような、ＦＥＭ解析モデル３を対象としたＦＥＭ解析によって得られるフリー・ボディ・フォースと呼ばれる解析結果を、ユーザに理解しやすく表示する処理を説明する。
【００５９】
なお、フリー・ボディ・フォースとは、選択した境界面に外部から作用する力やモーメントを示すものであり、一般的なフリー・ボディ・フォースでは、図１４に矢印で示すように、ＦＥＭ解析において作成した各メッシュの境界（節点）を基準とし、各節点における力とモーメントを表示するものである。ここで、力の単位はＮ（ニュートン）、モーメントの単位はＮ  ｍｍ（ニュートンミリメートル）などで表されるものであり、すなわち、一般的なフリー・ボディ・フォースにおいて表されるモーメントは、隣接する節点との距離に依存する。これにより、ユーザは各節点におけるモーメントの表示を単純に同じ尺度で評価することができない。
【００６０】
そこで、作用荷重分析手段１４３では、Ｎ／ｍｍ（ニュートンパーミリメートル）のような単位で表される単位長さあたりの力と、Ｎ  ｍｍ／ｍｍ（ニュートンミリメートルパーミリメートル）のような単位で表される単位長さあたりのモーメントによって表示し、ユーザによる評価を容易にする。
【００６１】
図１５は、作用荷重分析手段１４３による作用荷重分析処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４１で、作用荷重の分析軸の設定を行う。ここでは例えば図１６に示すように、ＦＥＭ解析対象モデル３を構成する各面に沿って複数の分析軸を設定する。なお、ここでの作用荷重分析軸の設定は、ユーザがその本数や向きを任意に設定可能な構成とすることが好ましい。
【００６２】
そして、ステップＳ４２において、作用荷重の算出処理を行う。より詳細には、まず、基準となる節点の影響範囲、すなわち、隣接する節点の中点からもう一方の隣接する節点の中点の距離を求める。そして、節点のフリー・ボディ・フォースを影響範囲で割ることにより、単位長さあたりのフリー・ボディ・フォースを求める。
【００６３】
その後、ステップＳ４３で、算出した作用荷重の表示を行う。ここでは、例えば、図１７に示すように、面外力、面内力、端部モーメントを、グラフとして表示する。このように、単位長さあたりの値で作用荷重を表現することにより、ユーザによる評価を容易にすることができる。
【００６４】
＜複数部品を備える構造物の作用荷重分析＞
本実施形態に係る構造設計支援装置１は、複数部品を備える構造物の作用荷重分析についても実施可能に構成されている。図１８は、複数部品を備えるＦＥＭ解析対象モデル４と、それに対する作用荷重分析軸の設定を示す図である。
【００６５】
ＦＥＭ解析対象モデル４は、４ａ〜４ｋの複数の部品を備えるものであり、ここでは、これらの部品をグループ化してＦＥＭ解析対象モデル４として扱い、それに対して外部から作用する荷重を算出する。
【００６６】
ここでの作用荷重の分析結果についても、ＦＥＭ解析モデル３の解析結果と同様、図１７に例示するような形態で表示する。
【００６７】
このように、複数の部品をグループ化した状態で取り扱い、作用荷重を算出することにより、それらの全体に掛かる作用荷重を容易に把握することができる。
【００６８】
＜構造最適化結果の妥当性評価＞
本実施形態に係る構造設計支援装置１は、構造最適化結果の妥当性評価にも用いることができるものである。ここでは、構造最適化の例として、図１９（ａ）に示すように、構造最適化対象モデル５について、その両端の下部５ａ、５ｂを支点とし、情報中央より外力Ｆを加える条件での構造最適化を想定し、その妥当性評価を行う場合の処理を説明する。
【００６９】
図３に示す構造設計支援処理のフローチャートに従い、ステップＳ１１で、ＣＡＥ解析結果を利用するか否かの選択を受け付ける。なお、ここでのＣＡＥ解析とは、先に述べたような、構造最適化対象モデル５の構造最適化である。
【００７０】
ここで、ＣＡＥ解析結果を利用しないことが選択された場合には、ステップＳ１２に進み、構造最適化手段１２ｂを用いた構造最適化処理を行う。
【００７１】
ステップＳ１１で、ＣＡＥ解析結果を利用することが選択された場合には、構造最適化結果取得手段１３ｂにより、ステップＳ１３で、利用するＣＡＥ解析結果の選択を受け付け、ステップＳ１４でそれを読み込む。
【００７２】
そして、ステップＳ１５に進み、解析結果評価支援手段１４を用いた構造最適化結果の評価支援を行い、処理を終了する。構造最適化結果の評価支援としては、先に説明したＦＥＭ解析結果の評価支援と同様、荷重分布分析手段１４１による荷重分布の分析や、断面特性分析手段１４２による断面特性の分析、作用荷重分析手段１４３による作用荷重の分析の内の１つ又は複数を実施する。
【００７３】
なお、ここでは、構造最適化結果として、図１９（ｂ）に示すような構造最適化結果モデル６が得られた場合を想定する。なお、このように、両端を支点として中央部に外力を加えるモデルを設定し、構造最適化を行う場合には、構造最適化結果モデル６のようなトラス構造が得られる場合が多い。
【００７４】
そして、図４を参照して説明したような処理による、荷重分布分析手段１４１による荷重分布の分析や、図１１を参照して説明したような処理による、断面特性分析手段１４２による断面特性の分析などを行う。
【００７５】
また、図１９（ｃ）に示すように、構造最適化結果モデル６を６ａ〜６ｉの複数の部品を備えるモデルとして扱い、それぞれの部品について作用荷重分析軸を設定し、それぞれの部品についての作用荷重を求めることもできる。このような作用荷重分析を行い、それぞれの部品について軸力のみが作用していることが確認できれば、構造最適化の結果は妥当であると判断することができる。
【００７６】
以上のように、構造設計支援装置１を用いることで、ユーザは、様々な形態の構造設計支援を受けることができる。
【００７７】
まず、ＦＥＭ解析結果より、荷重分布を分析することにより、ＦＥＭ解析対象モデルの全体におけるモーメント、並進力の状況を把握することができる。そして、断面特性を分析することにより、ＦＥＭ解析対象モデルの各分析面における応力状況をより詳細に把握することができる。
【００７８】
また、作用荷重分析を行うことにより、ＦＥＭ解析対象モデルの外部から作用する力やモーメントを、ユーザが理解しやすいように表示することができる。
【００７９】
構造最適化結果についても、ＦＥＭ解析結果と同様に分析を行うことにより、ユーザは構造最適化の妥当性を検討することができる。
【００８０】
以上のように、本実施形態に係る構造設計支援装置１は、ＦＥＭ解析や構造最適化といったＣＡＥ解析を実施、あるいはＣＡＥ解析結果を取得し、その解析結果の評価支援を行うことができる。これにより、材料力学・構造力学などの知識に乏しいユーザによるＣＡＥ解析結果の妥当性の評価を、解析対象とする構造物における荷重分布や、断面特性などの分析により、強力に支援することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  構造設計支援装置
１１  ３次元モデル情報記憶部
１２  ＣＡＥ解析手段
１２ａ  ＦＥＭ解析手段
１２ｂ  構造最適化手段
１３  ＣＡＥ解析結果取得手段
１３ａ  ＦＥＭ解析結果取得手段
１３ｂ  構造最適化結果取得手段
１４  解析結果評価支援手段
１４１  荷重分布分析手段
１４１ａ  荷重分布分析面設定手段
１４１ｂ  荷重分布分析軸設定手段
１４１ｃ  並進力算出手段
１４１ｄ  モーメント算出手段
１４１ｅ  荷重分布グラフ表示手段
１４２  断面特性分析手段
１４２ａ  断面特性分析面設定手段
１４２ｂ  断面特性算出手段
１４２ｃ  組み合わせ応力算出手段
１４２ｄ  断面特性表示手段
１４３  作用荷重分析手段
１４３ａ  作用荷重分析軸設定手段
１４３ｂ  作用荷重算出手段
１４３ｃ  作用荷重表示手段
２  ＦＥＭ解析対象モデル
２１  上面部
２２  側面部
２３  下面部
２４、２５  端部
２Ａ、２Ｂ  基準面
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ  分析面
３  ＦＥＭ解析対象モデル
４  ＦＥＭ解析対象モデル
５  構造最適化対象モデル
６  構造最適化結果モデル
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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