(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した、多数の要素からなる構造解析モデルにおいて該構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある該各要素に、上記構造物の伝熱計算又は応力計算を行うために、該内部空間の流体について作成した、多数の要素からなる流体解析モデルのデータを境界条件として設定する、コンピュータによる構造解析モデルの境界条件設定方法であって、
上記コンピュータは、演算処理を行う演算処理部と、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素を基準要素として設定するための基準要素入力手段とを有するものであり、
上記演算処理部が、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素入力手段により設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出する境界条件設定対象要素抽出ステップと、
上記演算処理部が、上記基準要素を含めて上記境界条件設定対象要素抽出ステップで抽出した全ての境界条件設定対象要素に対し、該境界条件設定対象要素に対応する上記流体解析モデルの要素のデータを境界条件として設定する境界条件設定ステップとを含むことを特徴とする構造解析モデルの境界条件設定方法。
【請求項２】
請求項１記載の構造解析モデルの境界条件設定方法において、
上記コンピュータは、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の外表面に相当する部分にある要素を指定するための外表面要素入力手段を更に有するものであり、
上記境界条件設定対象要素抽出ステップは、
上記演算処理部が、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素又は上記抽出した境界条件設定対象要素に隣接する、上記構造物の表面に相当する部分にある要素を選択する選択ステップと、
上記演算処理部が、上記選択した要素が、上記外表面要素入力手段により指定された、上記構造物の外表面に相当する部分にある要素であるか否かを判定する判定ステップと、
上記演算処理部が、上記判定ステップで上記構造物の外表面に相当する部分にある要素でないと判定した要素を、上記境界条件設定対象要素として抽出する抽出ステップと
を有していて、上記選択ステップ、判定ステップ及び抽出ステップをこの順に繰り返すステップであることを特徴とする構造解析モデルの境界条件設定方法。
【請求項３】
請求項２記載の構造解析モデルの境界条件設定方法において、
上記境界条件設定対象要素抽出ステップは、上記演算処理部が、上記抽出ステップの後に上記境界条件設定対象要素の数をカウントアップするカウントステップを更に有し、
上記演算処理部は、上記カウントステップでのカウント数がアップしなくなったときに、上記境界条件設定対象要素抽出ステップを中止することを特徴とする構造解析モデルの境界条件設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルに、該内部空間の流体について作成した流体解析モデルのデータを境界条件として設定する構造解析モデルの境界条件設定方法に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばエンジンのシリンダヘッドでは、シリンダヘッドの３次元設計データから、多数の要素（メッシュ）からなる構造解析モデルを作成するとともに、シリンダヘッドの内部空間を流れる冷却水等の流体について、多数の要素（メッシュ）からなる流体解析モデルを作成し、上記構造解析モデルにおいて上記流体と熱のやり取りを行う面（つまり内部空間に接する面）に相当する部分にある各要素に、流体解析モデル表面の要素のデータ（温度及び熱伝達率）を境界条件として設定して（データマッピングを行って）、その構造解析モデルで伝熱計算や応力計算を行い、これによりシリンダヘッドの熱伝導解析や熱応力解析を行うようにしている。
【０００３】
上記のようなデータマッピングの作業は、例えば特許文献１に示されているように、コンピュータで自動で行うことができ、作業者が手動で行う場合に比べて短時間に行うことができる。
【特許文献１】特開２００１−８２３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記シリンダヘッドのような内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルに、該内部空間の流体について作成した流体解析モデルのデータを境界条件として設定する（データマッピングを行う）場合、その構造解析モデルにおいて上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を抽出して、その抽出した要素に対して、該要素に対応する流体解析モデルの要素のデータを境界条件として設定する。ここで、上記構造解析モデルにおける上記内部空間に相当する部分と上記流体解析モデルとは同じ形状をなしており、該部分に流体解析モデルを重ねたときに流体解析モデル表面における上記抽出した各要素に接する要素が、該抽出した要素に対応する流体解析モデルの要素となる。
【０００５】
上記のようにデータマッピングを行う場合には、構造解析モデルから、流体解析モデルのデータを付与すべき要素を抽出する必要があるが、この要素が、構造物の外表面に相当する部分にある要素であれば、構造解析モデルにおいても外表面に位置するので、その要素の抽出は容易である。
【０００６】
しかし、上記抽出する要素は、内部空間に接する面に相当する部分にある要素であるため、その要素を抽出するには相当時間がかかるという問題がある。すなわち、上記抽出する要素は、構造解析モデルの外表面にはなくて、構造解析モデルの内側にあり、その内側にある要素を抽出するためには、構造解析モデルにおいて外表面の要素から順次取り除く等して抽出する必要があり、このため、その作業時間がかなり長くなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルに、該内部空間の流体について作成した流体解析モデルのデータを境界条件として設定する際に、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を短時間で抽出できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明では、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素を、作業者が基準要素として設定するようにし、コンピュータの制御演算部が、上記構造解析モデルにおいて該設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出するようにした。
【０００９】
具体的には、請求項１の発明では、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した、多数の要素からなる構造解析モデルにおいて該構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある該各要素に、上記構造物の伝熱計算又は応力計算を行うために、該内部空間の流体について作成した、多数の要素からなる流体解析モデルのデータを境界条件として設定する、コンピュータによる構造解析モデルの境界条件設定方法を対象とする。
【００１０】
そして、上記コンピュータは、演算処理を行う演算処理部と、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素を基準要素として設定するための基準要素入力手段とを有するものであり、上記演算処理部が、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素入力手段により設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出する境界条件設定対象要素抽出ステップと、上記演算処理部が、上記基準要素を含めて上記境界条件設定対象要素抽出ステップで抽出した全ての境界条件設定対象要素に対し、該境界条件設定対象要素に対応する上記流体解析モデルの要素のデータを境界条件として設定する境界条件設定ステップとを含むものとする。
【００１１】
上記の構成により、基準要素入力手段により、構造解析モデルにおいて上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における開放部（つまり流体の入口又は出口）に対応する端部に相当する部分にある要素が基準要素として設定される。続いて、境界条件設定対象要素抽出ステップで、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素入力手段により設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素が境界条件設定対象要素として抽出される。次いで、境界条件設定ステップで、上記基準要素を含めて上記全ての境界条件設定対象要素に対し、該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素のデータが境界条件として設定される。
【００１２】
上記基準要素は、構造物の外表面に相当する部分にある要素ではないが、内部空間に接する面における開放部に対応する端部に相当する部分にある要素であるので、外表面に相当する部分にある要素と同様に、作業者が目視可能な要素である。この結果、基準要素の設定は、作業者自身が構造解析モデルを見ながら指定することによって容易にできる。
【００１３】
そして、上記基準要素に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素（要素の少なくとも１つの面が他の要素と接していない要素）は、コンピュータで自動で抽出することができる。ここで、上記基準要素は、構造解析モデルにおいて内部空間に接する面に相当する部分にある要素であるので、それに次々に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素は、通常、内部空間に接する面に相当する部分にある要素である。一方、抽出した境界条件設定対象要素が内部空間に接する面と外表面との境界にある場合、その境界条件設定対象要素に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素は、構造物の外表面に相当する部分にある要素である可能性が高くなる。このような外表面に相当する部分にある要素は容易に特定することができるので、外表面に相当する部分にある要素であるか否かの判定を行い、構造物の外表面に相当する部分にある要素でなければ、内部空間に接する面に相当する部分にある要素であると判断して、その要素を抽出し、構造物の外表面に相当する部分にある要素は抽出しないようにすればよい。こうして、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を容易にかつ短時間で抽出することができる。よって、境界条件設定対象要素の抽出時間を大幅に短縮することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記コンピュータは、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の外表面に相当する部分にある要素を指定するための外表面要素入力手段を更に有するものであり、上記境界条件設定対象要素抽出ステップは、上記演算処理部が、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素又は上記抽出した境界条件設定対象要素に隣接する、上記構造物の表面に相当する部分にある要素を選択する選択ステップと、上記演算処理部が、上記選択した要素が、上記外表面要素入力手段により指定された、上記構造物の外表面に相当する部分にある要素であるか否かを判定する判定ステップと、上記演算処理部が、上記判定ステップで上記構造物の外表面に相当する部分にある要素でないと判定した要素を、上記境界条件設定対象要素として抽出する抽出ステップとを有していて、上記選択ステップ、判定ステップ及び抽出ステップをこの順に繰り返すステップであるものとする。
【００１５】
このことにより、選択ステップで、構造解析モデルにおいて基準要素又は境界条件設定対象要素に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素が一旦選択され、判定ステップで、その選択された要素が、構造物の外表面に相当する部分にある要素であるか否かが判定され、抽出ステップで、構造物の外表面に相当する部分にある要素でないと判定した要素（つまり内部空間に接する面に相当する部分にある要素）が、境界条件設定対象要素として抽出され、これら選択ステップ、判定ステップ及び抽出ステップがこの順に繰り返し実行される。この結果、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素のみを確実に抽出することができる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記境界条件設定対象要素抽出ステップは、上記演算処理部が、上記抽出ステップの後に上記境界条件設定対象要素の数をカウントアップするカウントステップを更に有し、上記演算処理部は、上記カウントステップでのカウント数がアップしなくなったときに、上記境界条件設定対象要素抽出ステップを中止するようにする。
【００１７】
すなわち、全ての境界条件設定対象要素の抽出が完了した場合には、選択ステップで選択される要素は、構造物の外表面に相当する部分にある要素のみとなり、カウント数がアップしなくなる。したがって、カウント数がアップしなくなったときには、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素が抽出されたことになり、そのときに境界条件設定対象要素抽出ステップを中止することで、全ての境界条件設定対象要素の抽出完了後において、構造物の外表面に相当する部分にある要素しか選択されない状態が続くことを防止することができる。よって、全ての境界条件設定対象要素の抽出完了を適切に判定することができ、無駄な処理をなくして、処理の効率化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の構造解析モデルの境界条件設定方法によると、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素を、作業者が基準要素として設定するようにし、コンピュータの制御演算部が、上記構造解析モデルにおいて該設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出するようにしたことにより、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を容易にかつ短時間で抽出することができ、境界条件設定対象要素の抽出時間を大幅に短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、流体が流通する内部空間を有する構造物の熱伝導解析や熱応力解析を行う場合の作業手順を示す。上記内部空間は、構造物の外部に開放する開放部を有しており、この開放部を通じて内部空間に上記流体が流入出するようになっている。尚、以下の各フローチャートのステップは、基本的にはコンピュータが行う処理であるが、作業者が行う処理も含まれており、作業者が行う場合には、その旨を明示する。
【００２１】
最初に、流体が流通する内部空間を有する構造物の３次元（３Ｄ）設計データ（例えばＣＡＤデータ）を、該３次元設計データを記憶した記憶装置から入力する（ステップＳ１）。
【００２２】
続いて、上記３Ｄ設計データから、上記内部空間の流体について、多数の要素（テトラメッシュやヘキサメッシュ等）からなる流体解析モデルを作成する（ステップＳ２）。この流体解析モデルの作成は、既存の有限要素法汎用ソフトを用いて行う。そして、作業者が、上記流体の境界条件を設定して（ステップＳ３）、上記流体解析モデル及び境界条件に基づいて流体計算（熱流体解析）を実行し（ステップＳ４）、その計算結果である各要素毎のデータ（温度及び熱伝達率）を出力するポスト処理を行う（ステップＳ５）。
【００２３】
一方、上記流体についての熱流体解析と並行して、上記３Ｄ設計データから、上記構造物について、多数の要素（テトラメッシュやヘキサメッシュ等）からなる構造解析モデルを作成する（ステップＳ６）。この構造解析モデルも、流体解析モデルと同様に、既存の有限要素法汎用ソフトを用いて行う。尚、構造解析モデルの要素の大きさは、流体解析モデルの要素の大きさよりも大きい。
【００２４】
続いて、上記構造解析モデルから上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素、つまり上記流体解析モデルのデータを付与すべき要素（以下、境界条件設定対象要素という）を抽出し（ステップＳ７）、その抽出した全境界条件設定対象要素（後述の基準要素を含む）を出力する（ステップＳ８）。
【００２５】
次いで、上記抽出した境界条件設定対象要素に、上記流体解析モデルのデータを付与する（流体解析モデルのデータを境界条件として設定する）データマッピングを行い（ステップＳ９）、構造解析モデルにおいて上記付与されたデータを、伝熱計算（又は熱応力計算）のための入力ファイルに取り込み（ステップＳ１０）、構造解析モデルにおいて伝熱計算（又は熱応力計算）を実行し（ステップＳ１１）、その計算結果である各要素毎のデータ（温度又は熱応力）を出力するポスト処理を行う（ステップＳ１２）。
【００２６】
本実施形態では、上記ステップＳ７における境界条件設定対象要素の抽出は、具体的には、図２のフローチャートの如く行う。
【００２７】
すなわち、最初に、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の外表面に相当する部分にある要素（つまり構造解析モデルの外表面にある要素）を指定し（ステップＳ２１）、続いて、作業者が、上記構造解析モデルにおいて上記構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素（作業者が目視可能な要素）を基準要素として設定する（ステップＳ２２）。この基準要素は、上記境界条件設定対象要素となるものである。
【００２８】
そして、上記構造解析モデルにおいて上記基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出する。具体的には、上記基準要素（後述のステップＳ２８から戻ってきたときには、後述のステップＳ２５で抽出した境界条件設定対象要素）に隣接する、上記構造物の表面（外表面及び内部空間に接する面）に相当する部分にある要素を選択し（ステップＳ２３）、その選択した要素が、上記ステップＳ２１で指定した、構造物の外表面に相当する部分にある要素であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。
【００２９】
上記選択した要素が、外表面に相当する部分にある要素でない、つまり内部空間に接する面に相当する部分にある要素であるとき（ステップＳ２４の判定がＮＯであるとき）には、上記選択した要素を境界条件設定対象要素として抽出して（ステップＳ２５）、その後に、境界条件設定対象要素の数をカウントアップし（ステップＳ２６）、しかる後にステップＳ２８に進む。
【００３０】
一方、上記選択した要素が、外表面に相当する部分にある要素であるとき（ステップＳ２４の判定がＹＥＳであるとき）には、上記選択した要素を境界条件設定対象要素として抽出しないで（ステップＳ２７）、ステップＳ２８に進む。
【００３１】
上記ステップＳ２８では、境界条件設定対象要素のカウント数がアップするか否かを判定して（ステップＳ２８）、カウント数がアップするとき（ステップＳ２８の判定がＹＥＳであるとき）には、上記ステップＳ２３に戻って、今度は、上記抽出した境界条件設定対象要素に隣接する要素を選択して、上記ステップＳ２４〜Ｓ２８の処理を繰り返す。一方、カウント数がアップしないとき（ステップＳ２８の判定がＮＯであるとき）、すなわち、全ての境界条件設定対象要素の抽出が完了して、外表面に相当する部分にある要素しか選択されなくなったときには、境界条件設定対象要素の抽出処理を中止する。
【００３２】
尚、上記境界条件設定対象要素として抽出した要素は、コンピュータの記憶装置に記憶するが、本実施形態では、処理を簡単にするために、上記選択した要素であって境界条件設定対象要素として抽出しない要素は記憶しないようにしている。このため、上記境界条件設定対象要素として抽出した要素は再度選択されることはないが、一度選択されても境界条件設定対象要素として抽出されなかった要素は、再度選択される可能性がある。このようにしても境界条件設定対象要素として抽出されることはないので、問題はない。
【００３３】
上記の抽出方法では、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を容易にかつ短時間で抽出することができる。すなわち、構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素は、外表面に相当する部分にある要素とは異なり、構造解析モデルの内側にあるため、その内側にある要素を抽出するためには、構造解析モデルにおいて外表面の要素から順次取り除く等して抽出する必要がある。一方、上記基準要素は、内部空間に接する面に相当する部分にある要素ではあるが、内部空間に接する面における開放部に対応する端部に相当する部分にある要素であるので、作業者が目視可能な要素であり、基準要素の設定は、作業者自身が構造解析モデルを見ながら指定することによって容易にできる。そして、上記基準要素に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素（要素の少なくとも１つの面が他の要素と接していない要素）は、コンピュータで自動で抽出することができる。ここで、上記基準要素は、構造解析モデルにおいて内部空間に接する面に相当する部分にある要素であるので、その基準要素に次々に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素は、通常、内部空間に接する面に相当する部分にある要素であるが、構造物の外表面に相当する部分にある要素である可能性もある。このような外表面に相当する部分にある要素は容易に特定することができるので、外表面に相当する部分にある要素であるか否かの判定を行い、構造物の外表面に相当する部分にある要素でなければ、内部空間に接する面に相当する部分にある要素であると判断することができ、上記の如く、その要素を抽出し、構造物の外表面に相当する部分にある要素は抽出しないようにする。このようにして、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を容易にかつ短時間で抽出することができる。
【００３４】
ここで、上記基準要素は、１つであっても複数であってもよく、特に開放部が複数設けられている場合に複数の基準要素を設定することが好ましい。この場合、複数の基準要素が、構造解析モデルにおいて内部空間に接する面における互いに異なる開放部に対応する端部に相当する部分にそれぞれある要素とするのがよい。こうすれば、境界条件設定対象要素の抽出処理をより短時間で終了させることができる。
【００３５】
上記ステップＳ９におけるデータマッピングは、具体的には、図３のフローチャートの如く行う。
【００３６】
最初に、作業者が、上記構造解析モデルにおける上記内部空間に相当する部分と上記流体解析モデルとの同じ部分が同じ座標となるように、該両モデルについて共通の３次元座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）を設定する（ステップＳ５１）。すなわち、その３次元座標軸で定義される空間において、上記両モデルの位置関係が、上記構造物及び上記流体の位置関係と同じになるようにする。ここで、構造解析モデルにおける内部空間に相当する部分は、流体解析モデルと同じ形状をなしており、上記３次元座標軸で定義される空間において、構造解析モデルにおける内部空間に相当する部分に流体解析モデルが丁度重なる。尚、上記３次元座標軸の設定は、コンピュータにより自動的に行うようにしてもよい。
【００３７】
続いて、上記３次元座標軸で定義される、上記構造解析モデルが存在する空間を、該構造解析モデルにおいて上記境界条件設定対象要素で構成される部分が複数の構造解析側領域に跨るように、該複数の構造解析側領域に分割する。本実施形態では、先ず、上記構造解析モデルにおいて上記境界条件設定対象要素で構成される部分の中心（以下、構造解析モデル中心という）の、上記３次元座標軸による座標を求める（ステップＳ５２）。具体的には、上記各境界条件設定対象要素の中心座標データの中から、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標のそれぞれの最大値と最小値とを抽出して、Ｘ座標の最大値と最小値との平均値を、構造解析モデル中心のＸ座標とし、Ｙ座標の最大値と最小値との平均値を、構造解析モデル中心のＹ座標とし、Ｚ座標の最大値と最小値との平均値を、構造解析モデル中心のＺ座標とする。
【００３８】
そして、上記構造解析モデルが存在する空間を、上記構造解析モデル中心に対して、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側及びＺ軸正側にある第１構造解析側領域Ｆ１と、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側及びＺ軸負側にある第２構造解析側領域Ｆ２と、Ｘ軸正側、Ｙ軸負側及びＺ軸正側にある第３構造解析側領域Ｆ３と、Ｘ軸正側、Ｙ軸負側及びＺ軸負側にある第４構造解析側領域Ｆ４と、Ｘ軸負側、Ｙ軸正側及びＺ軸正側にある第５構造解析側領域Ｆ５と、Ｘ軸負側、Ｙ軸正側及びＺ軸負側にある第６構造解析側領域Ｆ６と、Ｘ軸負側、Ｙ軸負側及びＺ軸正側にある第７構造解析側領域Ｆ７と、Ｘ軸負側、Ｙ軸負側及びＺ軸負側にある第８構造解析側領域Ｆ８との８つの構造解析側領域に分割する（ステップＳ５３）。これにより、構造解析モデルにおいて上記境界条件設定対象要素で構成される部分が複数（本実施形態では、８つ）の構造解析側領域に跨ることになる。
【００３９】
上記分割の後、上記境界条件設定対象要素をＦ１〜Ｆ８の各構造解析側領域に分類する（ステップＳ５４）。
【００４０】
次に、上記３次元座標軸で定義される、上記流体解析モデルが存在する空間を、上記複数の構造解析側領域（Ｆ１〜Ｆ８）にそれぞれ対応するように複数の流体解析側領域に分割する。本実施形態では、先ず、上記流体解析モデルにおいて表面の要素で構成される部分の中心（以下、流体解析モデル中心という）の、上記３次元座標軸による座標を求める（ステップＳ５５）。具体的には、上記流体解析モデルの各要素の中心座標データの中から、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標のそれぞれの最大値と最小値とを抽出して、Ｘ座標の最大値と最小値との平均値を、流体解析モデル中心のＸ座標とし、Ｙ座標の最大値と最小値との平均値を、流体解析モデル中心のＹ座標とし、Ｚ座標の最大値と最小値との平均値を、流体解析モデル中心のＺ座標とする。
【００４１】
そして、上記流体解析モデルが存在する空間を、流体解析モデル中心に対して、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側及びＺ軸正側にある、上記第１構造解析側領域Ｆ１に対応する第１流体解析側領域Ｃ１と、Ｘ軸正側、Ｙ軸正側及びＺ軸負側にある、上記第２構造解析側領域Ｆ２に対応する第２流体解析側領域Ｃ２と、Ｘ軸正側、Ｙ軸負側及びＺ軸正側にある、上記第３構造解析側領域Ｆ３に対応する第３流体解析側領域Ｃ３と、Ｘ軸正側、Ｙ軸負側及びＺ軸負側にある、上記第４構造解析側領域Ｆ４に対応する第４流体解析側領域Ｃ４と、Ｘ軸負側、Ｙ軸正側及びＺ軸正側にある、上記第５構造解析側領域Ｆ５に対応する第５流体解析側領域Ｃ５と、Ｘ軸負側、Ｙ軸正側及びＺ軸負側にある、上記第６構造解析側領域Ｆ６に対応する第６流体解析側領域Ｃ６と、Ｘ軸負側、Ｙ軸負側及びＺ軸正側にある、上記第７構造解析側領域Ｆ７に対応する第７流体解析側領域Ｃ７と、Ｘ軸負側、Ｙ軸負側及びＺ軸負側にある、上記第８構造解析側領域Ｆ８に対応する第８流体解析側領域Ｃ８との８つの流体解析側領域に分割する（ステップＳ５６）。
【００４２】
上記構造解析モデル中心の座標と流体解析モデル中心の座標とは、基本的には同じであり（本実施形態では、上記の如く各境界条件設定対象要素の中心座標のデータ及び流体解析モデルの各要素の中心座標のデータの最大値と最小値との平均値としていることから、僅かにずれる可能性はある）、互いに対応する構造解析側領域及び流体解析側領域同士は、上記３次元座標軸で定義される空間において同じ部分に位置することになる。
【００４３】
上記分割の後、上記流体解析モデルの要素をＣ１〜Ｃ８の各流体解析側領域に分類する（ステップＳ５７）。
【００４４】
次いで、上記境界条件設定対象要素が属する構造解析側領域に対応する流体解析側領域内にある上記流体解析モデル表面の要素の中から、当該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素を特定する。本実施形態では、先ず、第１構造解析側領域Ｆ１内の境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素を特定する（ステップＳ５８，Ｓ５９）。すなわち、第１構造解析側領域Ｆ１に対応する第１流体解析側領域Ｃ１内にある上記流体解析モデル表面の要素の中から、当該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素を特定する。具体的には、第１構造解析側領域Ｆ１内の境界条件設定対象要素毎に、該境界条件設定対象要素の座標位置と第１流体解析側領域Ｃ１内にある上記流体解析モデル表面の全要素の座標位置とを比較することで、該境界条件設定対象要素の座標位置に最も近い座標位置にある流体解析モデル表面の要素（つまり、上記３次元座標軸で定義される空間において、構造解析モデルにおける内部空間に相当する部分に流体解析モデルを重ねたときに、境界条件設定対象要素に接する流体解析モデル表面の要素）を選択して、該選択した要素を、当該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素として特定する。
【００４５】
続いて、上記第１構造解析側領域Ｆ１内の各境界条件設定対象要素に、上記特定した流体解析モデル表面の要素のデータ（温度及び熱伝達率）をそれぞれ付与する（ステップＳ６０）。そして、次の第２構造解析側領域Ｆ２内の境界条件設定対象要素についても、同様にして、当該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルの要素を特定して、第２構造解析側領域Ｆ２内の境界条件設定対象要素に、該特定した流体解析モデル表面の要素のデータを付与する。これを第８構造解析側領域Ｆ８まで繰り返して（ステップＳ５９〜Ｓ６２）、全ての構造解析側領域内の境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデル表面の要素を特定して、該境界条件設定対象要素に、該特定した流体解析モデル表面の要素のデータを付与する。
【００４６】
尚、上記データの付与は、流体解析モデル表面の要素を特定する毎に行ってもよく、全ての構造解析側領域内の境界条件設定対象要素について、対応する流体解析モデル表面の要素を特定した後に、まとめて行ってもよい。
【００４７】
次いで、上記境界条件設定対象要素に付与されたデータを、上記ステップＳ１０において伝熱計算（又は熱応力計算）のための入力ファイルに取り込むために、構造解析用のフォーマットで出力する（ステップＳ６３）。
【００４８】
尚、上記構造解析側領域及び流体解析側領域としては、Ｆ１〜Ｆ８及びＣ１〜Ｃ８に限るものではなく、構造解析モデルにおいて境界条件設定対象要素で構成される部分が複数の構造解析側領域に跨っていれば、構造解析側領域の数や形状はどのようなものであってもよく、流体解析側領域は、構造解析側領域に対応して３次元座標軸で定義される空間において同じ部分に位置していればよい。
【００４９】
ここで、一例として構造物がエンジンのシリンダヘッドである場合を示す。
【００５０】
図４は、上記シリンダヘッドについて作成した、多数の要素（本例では、テトラメッシュ）からなる構造解析モデルＭ１を示し、１は、ウォータジャケットへの冷却水入口に相当する部分である。上記冷却水入口は、シリンダヘッドにおけるシリンダブロックとの接触面に設けられており、冷却水がシリンダブロックからウォータジャケットへ流入するようになっている。また、図４では見えていないが、構造解析モデルＭ１における図４の左側の側面に、冷却水出口に相当する部分がある（図６において、冷却水出口に相当する部分に符号２を付している）。このようにシリンダヘッドは、冷却水（流体）が流通する内部空間としてのウォータジャケットを有し、このウォータジャケットには、シリンダヘッド外部に開放する開放部としての冷却水入口及び出口が設けられており、該冷却水入口及び出口を通じて冷却水がウォータジャケットへ流入出するようになっている。
【００５１】
上記構造解析モデルＭ１から境界条件設定対象要素（ウォータジャケットに接する面に相当する部分にある要素）を抽出するに際して、作業者が、図４に示すような構造解析モデルＭ１を見ながら、ウォータジャケットに接する面に相当する部分にある全要素の中から、目視可能な要素である、ウォータジャケットに接する面における上記冷却水入口に対応する端部に相当する部分にある要素（例えば、図４の構造解析モデルにおける冷却水入口に相当する部分を拡大した図５に示す要素Ｅ１）を、基準要素として設定する。尚、構造解析モデルＭ１の向きを、作業者が上記冷却水出口の側が見えるように変更することができ、こうすれば、ウォータジャケットに接する面における上記冷却水出口に対応する端部に相当する部分にある要素を、基準要素として設定することができる。
【００５２】
こうして設定した基準要素を核にして、それに次々に隣接する、ウォータジャケットに接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として自動で抽出する。ここで、冷却水入口が設けられているシリンダブロック接触面に相当する部分にある要素（例えば図５に示す要素Ｅ２）や、冷却水出口が設けられている側面に相当する部分にある要素が、やがて選択されることになる（上記ステップＳ２３参照）が、これらの要素は、作業者が予め指定した、シリンダヘッドの外表面に相当する部分にある要素であるので、境界条件設定対象要素として抽出されることはない。そして、ウォータジャケットに接する面に相当する部分にある要素全てを抽出して、抽出される要素がなくなる（シリンダヘッドの外表面に相当する部分にある要素（要素Ｅ２等）の選択はなされる）と、抽出処理が終了する。
【００５３】
図６は、上記構造解析モデルＭ１において上記抽出した境界条件設定対象要素で構成される部分を示している。尚、図６は、図４とは見る方向が異なっており、冷却水出口に相当する部分２が見えている。
【００５４】
図７は、上記シリンダヘッドのウォータジャケットを流れる流体である冷却水について作成した、多数の要素（本例では、ヘキサメッシュ）からなる流体解析モデルＭ２において表面にある要素で構成される部分を示している。尚、図６及び図７では、上記構造解析モデルＭ１及び流体解析モデルＭ２について共通の３次元座標軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）を設定している。
【００５５】
上記３次元座標軸で定義される空間において、構造解析モデルＭ１における内部空間に相当する部分に流体解析モデルＭ２を重ねたときに、構造解析モデルＭ１において上記抽出した境界条件設定対象要素で構成される部分と流体解析モデルＭ２表面とは、丁度接する。流体解析モデルＭ２表面の要素の数は約１１万個であるのに対し、上記構造解析モデルＭ１から抽出した境界条件設定対象要素の数は、約８万個である。これは、構造解析モデルＭ１の要素の大きさが流体解析モデルＭ２の要素の大きさよりも大きいためである。このため、１つの境界条件設定対象要素に接する流体解析モデルＭ２表面の要素は複数あるが、本実施形態では、１つの境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルＭ２の要素としては、１つの要素（境界条件設定対象要素の座標位置に最も近い座標位置にある要素）しか特定しない。このようにしても、シリンダヘッドの熱伝導解析や熱応力解析の結果に大きな影響を与えることはなく、大きな問題は生じない。
【００５６】
尚、１つの境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルＭ２の要素として複数の要素を特定するようにしてもよい。この場合、例えば、境界条件設定対象要素の座標位置から所定距離以内の座標位置にある流体解析モデルＭ２表面の要素（複数）を、該境界条件設定対象要素に対応する流体解析モデルＭ２の要素として特定し、これら複数の要素のデータを平均する等して当該境界条件設定対象要素に付与すればよい。
【００５７】
本実施形態では、上記流体解析モデルＭ２の要素の特定に際して、境界条件設定対象要素の座標位置と流体解析モデルＭ２表面の全ての要素の座標位置とを比較するのではなくて、上記３次元座標軸で定義される、構造解析モデルＭ１及び流体解析モデルＭ２が存在する空間を、互いに対応する８つの構造解析側領域Ｆ１〜Ｆ８及び流体解析側領域Ｃ１〜Ｃ８にそれぞれ分割して、境界条件設定対象要素の座標位置と該境界条件設定対象要素が属する構造解析側領域に対応する流体解析側領域内にある流体解析モデルＭ２表面の座標位置とを比較するようにするので、１つの境界条件設定対象要素の比較対象要素数を、流体解析モデルＭ２表面の全要素と比較する場合の約１／８（１１万／８個）に減らすことができる。
【００５８】
尚、流体解析モデルＭ２の要素の特定に際して、境界条件設定対象要素の座標位置と流体解析モデルＭ２表面の全ての要素の座標位置とを比較してもよいが、この場合には、１つの境界条件設定対象要素の比較対象要素がかなり多くなるので、上記のように比較対象要素数を減らすようにすることが好ましい。
【００５９】
したがって、本実施形態では、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある全要素の中から、該内部空間に接する面における上記開放部に対応する端部に相当する部分にある任意の要素を、作業者が基準要素として設定するようにし、コンピュータの制御演算部が、上記構造解析モデルにおいて該設定された基準要素を核にして、それに次々に隣接する、上記内部空間に接する面に相当する部分にある要素を境界条件設定対象要素として抽出するようにしたので、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素を、構造解析モデルにおいて外表面の要素から順次取り除く等して抽出する方法に比べて、容易にかつ短時間で抽出することができ、境界条件設定対象要素の抽出時間を大幅に短縮することができる。
【００６０】
また、上記境界条件設定対象要素の抽出に際して、構造解析モデルにおいて基準要素又は境界条件設定対象要素に隣接する、構造物の表面に相当する部分にある要素を一旦選択し、その選択した要素が、構造物の外表面に相当する部分にある要素であるか否かを判定して、構造物の外表面に相当する部分にある要素でないと判定した要素を、境界条件設定対象要素として抽出するようにしたので、構造解析モデルにおいて構造物の内部空間に接する面に相当する部分にある要素のみを確実に抽出することができる。
【００６１】
さらに、上記境界条件設定対象要素を抽出した後に境界条件設定対象要素の数をカウントアップするようにしておき、そのカウント数がアップしなくなったときに、境界条件設定対象要素の抽出作業を中止するようにしたので、全ての境界条件設定対象要素の抽出完了後において、構造物の外表面に相当する部分にある要素しか選択されない状態が続くことを防止することができ、無駄な処理をなくして、処理の効率化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物について作成した構造解析モデルに、該内部空間の流体について作成した流体解析モデルのデータを境界条件として設定する構造解析モデルの境界条件設定方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】外部に開放する開放部が設けられかつ該開放部を通じて流体が流入出する内部空間を有する構造物の熱伝導解析や熱応力解析を行う場合の作業手順を示すフローチャートである。
【図２】境界条件設定対象要素の抽出の詳細手順を示すフローチャートである。
【図３】データマッピングの詳細手順を示すフローチャートである。
【図４】シリンダヘッドについて作成した構造解析モデルを示す斜視図である。
【図５】図４の構造解析モデルにおける冷却水入口に相当する部分を拡大して示す図である。
【図６】図４の構造解析モデルにおいて境界条件設定対象要素で構成される部分を示す斜視図である。
【図７】流体解析モデルにおいて表面にある要素で構成される部分を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      構造解析モデルにおける冷却水入口（開放部）に相当する部分
２      構造解析モデルにおける冷却水出口（開放部）に相当する部分
Ｅ１    構造解析モデルにおいてウォータジャケットに接する面における冷却水入口に対応する端部に相当する部分にある要素
Ｅ２    構造解析モデルにおけるシリンダヘッド外表面に相当する部分にある要素
【図１】
0005045348.tif 000002
【図２】
0005045348.tif 000003
【図３】
0005045348.tif 000004
【図４】
0005045348.tif 000005
【図５】
0005045348.tif 000006
【図６】
0005045348.tif 000007
【図７】
0005045348.tif 000008