CN101221593A - 分析模型生成程序、设备、方法及利用该方法制造设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种存储在存储介质中的程序，其命令计算机进行以下步骤：接收三维几何模型；参考存储关于所述部件之间的紧固的属性信息；基于所述属性信息和所述三维几何模提取第一部件和第二部件在此被紧固的紧固部分；在所述三维几何模型中将所述第一部件和所述第二部件中的每一个划分为紧邻所述紧固部分的第一几何体和一个或多个对应于所述第一几何体之外的部分的第二几何体；以及对于通过划分所述第一部件和第二部件获得的所述第一几何体的每一个，参考根据所述属性信息的参数和根据所述部件的材料的性能值，基于所述参数和所述性能值来计算等价性能值以作为反映紧固的性能值，并且将所述等价性能值赋值给所述第一几何体。

Description

分析模型生成程序、设备、方法及利用该方法制造设备的方法

技术领域

本发明涉及由通过对物体的三维几何形状进行建模所获得的三维几何模型生成用于分析物体的分析模型的技术。

背景技术

最近，三维CAD(计算机辅助设计)系统已经被广泛用于设计包括多个部件的设备。三维CAD被用于各种装置中，例如集成电路、机械、车辆、建筑等。随着计算机性能的提高，三维CAD系统可以生成更复杂的三维几何模型。在下面的描述中，三维几何模型被简称为“几何模型”。目前，其性能足以处理与最终产品的形状同样详细的几何模型的计算机已经被普及。因此，在许多情况下，设计模型与实际产品模型同样详细。

另一方面，对于由对设备施加外力导致的变形和设备的强度的力学分析一般也可以由计算机来进行。

许多正被广泛使用的计算机的性能足以处理详细的具体几何模型，但是不足以采用该详细的具体几何模型作为分析模型来进行数值分析。因此，通常在用于设计的几何模型之外生成用于分析的分析模型，并且以有限元方法利用分析模型进行数值分析。

例如，一种设备具有柜单元结构，该柜单元结构包括金属梁、顶板和底板。柜单元结构是骨架框架，并且在其内部空间存储各种部件。最终产品可以存储各种部件，但是重要的是，对该柜单元结构进行力学分析。

在该柜单元结构中，通常使用诸如螺钉、螺栓、铆钉、焊接等之类的紧固手段来紧固诸如梁、顶板、底板等之类的板状金属部件。最近，针对金属板的详细几何形状所定义的具体几何模型(包括紧固件在内)常常利用三维CAD系统来生成。但是，这样的几何模型是如此具体，使得将其用作分析模型时，需要大量的计算机资源来进行分析。用作分析模型时，需要大量的计算机资源来进行分析。

例如，当在紧固操作中使用螺钉或者螺栓时，自然存在螺孔。当以有限元方法进行分析处理时，沿着孔的轮廓存在多个网格的节点，并且这些节点必须与网格的其它节点耦合。结果，直接或者间接地增加了节点的数量，并且需要大量的计算机资源来进行分析。因此，考虑到当前投入市场的计算机的性能，采用详细的具体几何模型作为分析模型是不切实际的。

因此，通常通过简化具体的几何模型来生成分析模型。为了简化模型，首先在尽可能地省略装配件的情况下生成基本结构。特别是涉及诸如板状金属件的薄板时，通常将由三维CAD系统生成的立体模型用作为面模型的壳模型来代替。在壳模型中，通过螺钉、螺栓、铆钉等的紧固部分通过利用例如横梁元件连接点，来用点对点连接代替。

下面参考图1A和1B简单描述壳模型。

图1A是示出了由螺栓紧固123和124紧固的两个板121和122的立体图。图1A示出了由三维CAD系统生成的几何模型。如图1A所示，由三维CAD系统生成的几何模型是立体模型，板121和122中的每一个被示为具有一定厚度的几何形状。

另一方面，图1B示出了对应于图1A的壳模型。在图1A和1B中，板121对应于面125，板122对应于面126，螺栓紧固123对应于点对点连接127，螺栓紧固124对应于点对点连接128。

如图1B所示，具有一定厚度的三维几何形状的板121和122被壳模型中的作为在厚度方向上被压缩的平面的面125和126代替。面125和126被称为中位表面。通过螺栓、铆钉、焊接等的紧固用通过将面125上的点与面126上的点连接得到的点对点连接来代替。在图1B所示的实例中，两点的螺栓紧固123和124由两点的点对点连接127和128代替。但是，例如，通过胶粘剂的紧固可以由n点的点对点连接来代替。

在专利文件1和2中描述了使用壳模型的实例。

在专利文件1中描述的分析模型生成设备(分析模型预备设备)自动地从几何模型检索紧固部分(接合部分)。在检索操作中，确定紧固件的位置和紧固件的类型，诸如螺钉、螺杆、铆钉、焊接等。然后，作为检索结果获得的紧固部分被突出，并且允许用户确认该确定结果是否正确。因此，分析模型生成设备参考接合模型预备目标数据库，并且针对其位置和类型已经被确定的紧固部分，对壳模型中的紧固部分进行建模。

专利文件2描述了如下方法，该方法将用于每一层的单层模型进行层叠，对该模型进行分析以分析多层印刷电路板。

[专利文件1]已公布的日本专利申请No.2001-265836

[专利文件2]已公布的日本专利申请No.2006-91939

由几何模型生成用于分析的壳模型需要如下步骤。

(1)从具有大量信息的立体模型提取基本结构的步骤。例如，从如图1A所示的几何模型提取板121和122作为基本结构的步骤。

(2)用壳模型代替立体模型的步骤。例如，用面125和126代替板121和122的步骤。

(3)适当地代替紧固部分的步骤。例如，用两点的点对点连接127和128代替螺栓紧固123和124的步骤。

这些步骤常常需要手工操作。尤其是，上述的步骤(3)需要人来进行确定。但是，因为许多设备包括200-300点的紧固部分，所以存在大量操作步骤。此外，难以正确地表达固定部分的刚性(即，刚度)，并且不存在确定的对紧固部分建模的方法。因此，分析的精度是不均的。

虽然用于减小代替操作的影响的方法已经被研究，但是上述步骤(2)中所述的代替操作影响分析精度。

另一方面，如果几何模型本身被用作分析模型以避免上述问题，则网格划分在该几何模型上进行。因此，网格的数量和构造该网格的节点的数量变得很大，分析需要大量的计算机资源。

首先，此问题是由用于图1A所示的螺栓紧固123和124的螺栓和螺母需要大量的小的网格所引起的。

其次，此问题是由沿着螺栓通过其穿过板121和122的孔的轮廓设置的网格的某些节点引起的。于是，包括这些节点的网格径向地设置在孔的周缘上。如果没有孔，板121和122就是长方体形的。因此，它们可以由粗分网格适当地建模，并且板121和122的顶表面和底表面上的节点的数量很低。但是，用于螺栓的孔的直径与板121和122的尺寸相比通常小得多，并且沿着小孔的周缘存在多个节点。因此，如果沿着孔的轮廓设置节点，则网格被紧密地沿径向设置在孔的周缘上，并且紧密布置的网格直接或者间接增加了板121和122的顶表面和底表面上的必需的节点的数量。

发明内容

所公开的实施例已经被开发来解决上述问题。实施例的目标是，当由三维几何模型生成分析模型时，更有效地利用该三维几何模型，并减少用户的繁重操作。

根据本发明的实施例的分析模型生成程序命令计算机通过处理包括多个部件的设备的三维几何模型生成分析模型。根据本发明的一个方面，提供了一种存储分析模型生成程序的计算机可读存储介质。

分析模型生成程序命令计算机进行：输入步骤，所述输入步骤接收所述三维几何模型作为输入，并且将所述三维几何模型存储在第一从存储单元中；紧固部分提取步骤，所述紧固部分提取步骤参考存储关于所述部件之间的紧固的属性信息的第二存储单元，并且基于所述属性信息和所述三维几何模提取第一部件和第二部件在此被紧固的紧固部分；划分步骤，所述划分步骤在所述三维几何模型中将所述第一部件和所述第二部件中的每一个划分为紧邻所述紧固部分的第一几何体和一个或多个对应于所述第一几何体之外的部分的第二几何体；以及等价性能值赋值步骤，所述等价性能值赋值步骤对于通过划分所述第一部件获得的所述第一几何体和通过划分所述第二部件获得的所述第一几何体中的每一个，参考存储根据所述属性信息的参数和根据所述部件的材料的性能值的第三存储单元，基于存储在所述第三存储单元中的所述参数和所述性能值来计算等价性能值以作为反映紧固的性能值，并且将所述等价性能值赋值给所述第一几何体。

因此，根据该分析模型生成程序，可以自动地赋值适当的等价性能值，而不用用户确定各个紧固部分。

此外，优选的是，所述分析模型生成程序还命令所述计算机进行删除步骤，其中，在所述紧固部分包括用于紧固所述第一部件和所述第一部件的第三部件时，所述删除步骤从所述三维几何模型删除所述第三部件。

还优选的是，所述分析模型生成程序还命令所述计算机进行填充步骤，其中，当所述第一部件和所述第二部件中的至少一个具有孔，并且所述第一部件和所述第二部件通过将所述第三部件装配在所述孔中而被紧固时，所述填充步骤在所述三维几何模型中对所述孔进行填充操作。

通过上述的删除步骤和填充步骤，可以获得其几何形状被简化的三维几何模型，作为分析模型。

根据本发明的一个方面的分析模型生成设备是进行如下操作的设备，所述操作类似于上述分析模型生成程序的通过命令计算机进行的操作。根据本发明的一个方面的分析模型生成方法是分析模型生成程序命令计算机进行所述操作的方法。

制造包括多个部件的设备的方法可以包括所述分析模型生成方法。

由本发明的实施例获得的分析模型不是面模型，而是三维几何模型。因此，包括在原始的三维几何模型中的三维信息可以被有效地用于分析。此外，因为如上所述由计算机进行该过程，所以可以减少用户的手工操作。

附图说明

图1A和1B是壳模型的说明图；

图2A-2E是示出了根据本发明的实施方式的由几何模型生成分析模型的方法的要点的说明图；

图3示出了由三维CAD系统生成的具体几何模型的实例；

图4是示出了分析模型生成设备的功能的框图；

图5是由几何模型生成分析模型的过程的流程图；

图6是划分过程的流程图；

图7A和7B是添加到图3的放大部分的候选区域的视图；

图8A是图7B的剖视图；

图8B是图7B的侧视图；

图9是候选区域的余边的说明图；

图10示出了紧固系数定义表的实例；

图11示出了关于螺栓紧固的尺寸系数定义表的实例；

图12示出了角焊系数定义表的实例；

图13是关于当进行角焊时所需的自变量的说明图；

图14示出了存储各种性能值的材料和性能值对应表的实例；

图15是包括分析模型的生成的产生步骤的流程图；

图16A和16B是使用L形金属固定件的紧固实例的说明图；

图17A和17B是使用螺钉的紧固实例的说明图；以及

图18是执行程序的计算机的框图。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例方式。

为了便于理解下面的描述，假设了下面的两点。该假设并不是意在限制分析方法或者分析模型的类型。

·分析模型是用于进行力学分析的模型。

·网格划分在所生成的分析模型的几何性质上进行，以通过有限元方法进行分析。

图2A-2E是示出了根据本发明的实施方式的由几何模型生成分析模型的方法的要点的说明图。图2A是输入几何模型的立体图。图2B是图2A所示模型的剖视图。图2E是输出分析模型的立体图。图2D是图2E所示模型的剖视图。图2C是类似于图2B和图2D的剖视图，并示出了从图2B到图2D的过程的进程。

在图2A所示的几何模型中，板1和2由螺栓紧固3和4紧固。为了方便参考，x、y和z轴被示于右侧。为了易于解释，假设板1和2是长方体形的，该长方体的每一条边平行于x、y或z轴，板1和2的厚度方向是z轴方向。

图2B是图2A所示的几何模型的沿平行于yz平面的平面所取的剖视图。在图2A-2E中，螺栓紧固3和4的结构是相同的。图2B是对应于螺栓紧固3的部分的剖视图。如图2B所示，螺栓紧固3是指使用采用螺栓5和螺母6的紧固方式。任何合适的材料可以用于板1和2、螺栓6和螺母6。

如图2A和2B所示，即使对于诸如螺栓5和螺母6之类的小的部件，也进行了几何模型的建模。自然地，板1和2中的被螺栓5穿透的孔也被建模。因此，如果几何模型被用作分析模型，则如上所述，在分析中需要大量的计算机资源。

因此，在本发明的实施方式中，图2A和2B所示的几何模型不被用作分析模型，而是进行由图2B获得图2C的过程和由图2C获得图2D的过程。由图2B获得图2C的过程是简化几何模型并且消除增加网格和节点的数量的原因的过程。由图2C获得图2D的过程是提供分析所必需的信息的过程。

实际上，图2C可以通过如下操作获得：将螺栓5和螺母6从图2B删除并且填充板1和2中的螺栓5通过其穿透板1和2的孔。图2C示出了板1和2之间的接触表面7。板1和2在接触表面7上彼此接触。假定接触表面7在y轴方向上的范围为y1≤y≤y2。就是说，假定板2的最左的y坐标为y1，并且板1的最右的y坐标为y2。在此情况下，板1和2在此被紧固的紧固部分8包括板1和2上的由y1≤y≤y2表示的整个范围。在图2C中，因为几何性质较图2B被进一步简化，所以当在图2C所示的几何模型上进行网格划分时，网格和节点的数量低于图2B所示的几何模型上的网格划分中的网格和节点数量。

在图2B中，板1和2利用螺栓5和螺母6来紧固，但是紧固多个部件的方法不限于此。

例如，当部件通过焊接紧固时，几何模型可以不反映焊接引起的基体金属的几何形状的细微变化和填料金属的几何形状，或者当部件通过胶粘剂紧固时，当生成几何模型时，可以忽略胶粘剂的厚度。在此情况下，可以认为由三维CAD系统生成的几何模型已经进入了图2C所示的状态。因此，在这样的情况下，由图2B获得图2C的过程被省略。

另外，可能存在如下情况：填料金属的大体几何形状被建模成通过焊接的紧固的几何模型，例如图3所示的焊接32。在此情况下，由图2B获取图2C的过程可以变成仅仅是删除部件的过程。就是说，填料金属的几何形状被从几何模型删除，但是过程变成不进行填充过程的过程，因为原本不存在孔(这与使用螺栓5的紧固方式不同)。

回到图2C所示的实例，图2C示出的所获得的几何模型与表示没有孔的板的下表面上的一部分与没有孔的另一板的上表面上的一部分之间的接触的几何模型相同。另一方面，因为板1和2实际上在紧固部分8由螺栓紧固3和4紧固，所以分析模型必须反映该紧固方式。图2D和2E示出了反映了图2C中的紧固方式的分析模型。

实际上，板1被分成两个几何体，即板10和11，板2被分成两个几何体，即板21和22，板11被赋予与原板1的性能值不同的性能值，板21被赋予与原板2的性能值不同的性能值，并且在板10和11之间、板20和21之间、以及板11和21之间设定适当的约束条件，从而由图2C获取图2D的分析模型。

用于将板1分成板10和11的划分表面12是由y＝y1表示的平面，用于将板2分成板20和21的划分表面22是由y＝y2表示的平面。虽然接触表面9实际上是与接触表面7相同的表面，但是标号7用于表示板1和2之间的接触，而标号9用于表示板11和21之间的接触。

图2D用斜线示出了不同于原本的板1和2的性能值的性能值被赋予板11和21。一般来说，由紧固和装配多个部件制造的装置的紧固部分的强度低于集成的一件式装置。因此，对应于低强度的性能值被赋予板11和12。

上述的约束条件实际上是如下的约束条件。

·板10和11在划分表面12上彼此接触，并且彼此不分离或者接触位置不发生位移。就是说，任何外力都不能阻止板10和11在划分表面12上的接触状态。

·类似地，板20和21在划分表面22上彼此接触，并且彼此不分离或者接触位置不发生位移。

·类似地，板11和21在接触表面9上彼此接触，并且彼此不分离或者接触位置不发生位移。

这些约束条件规定了实际上对应于一个板1的板10和11两个几何体，实际上对应于一个板2的板20和21两个几何体，以及板1和2之间的紧固。

微观上，上述约束条件不能反映实际的变形或者位移。但是，如果从宏观上考虑整个分析对象，则将相应的合适的性能值赋值给板11和21可以在施加到紧固部分8的力使得紧固部分8的位移或者变形超出允许值时分析该力的强度的情况下，得到高的精度。

例如，当在分离板1和2的方向上施加大的力时，板1和2在接触表面7处变形，并且板1和2之间的接触不能被维持在范围y1≤y≤y2的部分中。就是说，实际上，板11和21之间的约束条件不能保持。

然而，虽然在上述约束条件下进行分析，但是如果将适当的性能值赋值给板11和21，当施加力时，肯定发生变形。例如，在沿分离板1和2的方向施加力的情况下进行分析时，板11和21变形，板10在划分表面12处变形，或者板20在划分表面22处变形。因此，通过将适当的性能值分别赋值给板11和21，预期在分析模型中当变形超出允许值时的力的强度基本等于在真实情况下板1和2变形或者位移超出允许值时的力的强度。因此，可以根据实验等确定适当的性能值的赋值。

如上所述所生成的分析模型具有如下特点。

首先，分析模型是具有如图2E所示的三维几何形状的模型。因此，与使用壳模型的情形不同，不存在由用平面代替三维几何体所导致的对分析精度的影响。

第二，分析模型的几何形状比图2A所示的原几何模型更简单。因此，为了通过执行网格划分以有限元方法进行分析，图2E所示的模型较之图2A所示的模型需要更少量的计算机资源。

第三，通过将合适的性能值赋予板11和21，简化的几何形状对分析精度的影响的水平可以被抑制到不发生实际问题的程度。此外，如果事先生成了用于确定适当的性能值的库，则性能值可以被自动赋值，由此减小了使用者的工作量，并且任何用户可以生成相同的分析模型。

图3示出了由三维CAD系统生成的详细的几何模型的实例。因为几何模型是详细的，所以图3可以示出待分析的确切结构。

图3右侧所示的柜单元结构30是基本长方体形的结构。柜单元结构30用于各种用途，例如，其被多个板分隔，每一个分隔空间存储机械部件。柜单元结构30包括垂直柱、水平梁、和用于安装顶板和底板的框架。在图3所示的实例中，假定柱和梁都由金属板制成。

图3的左侧部分示出了柜单元结构30的放大部分，并且柜单元结构30的构件由螺栓紧固31、焊接32、铆钉紧固33等互连。图3所示的焊接32是角焊，并且由三角柱几何形状示出。这不是填料金属的正确几何形状，而是表示焊接位置和长度的方便几何形状。

图4是示出了根据本发明的实施方式的分析模型生成设备40的功能构造的框图。图4还示出了作为到分析模型生成设备40的输入的几何模型50，作为从分析模型生成设备40的输出的分析模型53，分析模型生成设备40使用的紧固部件位置和属性DB(DB是数据库的缩写)51，以及分析模型生成设备40使用的紧固部件等价性能值库52。

分析模型生成设备40包括：几何模型接收单元41，用于接收作为输入的由三维CAD系统所生成的详细几何模型50；紧固部分提取单元42，用于基于几何模型50提取紧固部分；部件删除单元43，用于从几何模型50删除诸如图2B所示的螺栓5和螺母6之类的部件；填充单元44，用于填充由部件删除操作形成的孔；划分单元45，用于划分包括在紧固部分中的部件中的每一个；以及等价性能值替换单元49，用于将性能值赋予经划分的几何体。例如，图2A-2C所示的板1和2是包括在紧固部分中的部件的实例，并且划分单元45将板1划分为图2D和2E所示的板10和11，并且将板2划分为图2D和2E所示的板20和21。等价性能值替换单元49将性能值赋予板11和21，作为划分后的几何体。在由等价性能值替换单元49进行的过程中处理的数据被从分析模型生成设备40输出，作为分析模型53。

划分单元45包括：候选区域设定单元46，用于对每一个紧固部分设定对应于该紧固部分的候选区域；候选区域耦合单元47，用于在多个候选区域满足预定条件时，将其合并成一个候选区域；以及划分执行单元48，用于通过将候选区域的表面在其上横穿部件的表面作为划分表面，将该部件划分成多个几何体。

在图4中，箭头从三个单元，即紧固部分提取单元42，部件删除单元43和填充单元44，中的每一个指向划分单元45。更确切的，三个箭头被指向划分单元45的候选区域设定单元46。这三个箭头对应于可以根据紧固类型而被省略的过程。例如，通过胶粘剂或焊接的紧固部分可以不被反映作为几何模型中的几何体。在此情况下，既不需要删除部件，也不需要填充孔。因此，这对应于从紧固部分提取单元42指向划分单元45的箭头。反映图3所示的诸如焊接32的几何模型中的填料金属的几何体的通过角焊的紧固部分仅仅需要删除填料金属的几何体，而不需要填充。因此，这对应于从部件删除单元43指向划分单元45的箭头。通过螺栓、螺钉和铆钉的紧固部分需要删除部件和填充孔两个操作，由此对应于从填充单元44指向划分单元45的箭头。

图4所示的分析模型生成设备40的每一个构件是功能块。功能块可以由专用硬件电路实现，以可以由软件实现。在软件的情况下，紧固部件位置和属性DB 51和紧固部件等价性能值库52可以被存储在实现分析模型生成设备40的计算机的存储设备中，并且可以被存储在计算机通过互联网可访问的存储设备中。

接着，参考图5和6描述由分析模型生成设备40执行的过程。图5是分析模型生成设备40由几何模型50生成分析模型53的过程的流程图，图6是该生成过程中的划分过程的流程图。

在步骤S101，几何模型接收单元41接收几何模型50，将其存储在存储器中，并且控制操作进行到步骤S102。几何模型50是由三维CAD系统生成的详细的几何模型。实际实例是图3。存储器的实例是图18所示的RAM 103。

在布置S102中，紧固部分提取单元42参考紧固部件位置和属性DB51从由几何模型接收单元41接收的几何模型50提取紧固部分。紧固部分提取单元42将经提取的结果作为紧固部分数据54存储在存储器中，用于后面的处理。存储器的实例是图18所示的RAM 103。

紧固部件位置和属性DB 51存储紧固部件的位置和属性。“紧固部件”不仅包括诸如螺栓、螺母、铆钉等的部件，还包括诸如点焊、角焊等的焊接。包括焊接的“紧固部件”可以不被反映为几何模型50中的几何体。例如，点焊不被表示为几何模型50中的几何体，并且存在仅仅是焊接的位置和属性被存储作为数据的可能性。

紧固部分提取单元42参考紧固部件位置和属性DB 51获取关于几何模型50中包括的紧固部件的位置和属性的信息。步骤S102中所用的属性的实例是紧固部件的几何形状、尺寸、类型、材料等。

例如，参考紧固部件位置和属性DB 51，紧固部分提取单元42获取关于使用螺栓的位置、螺栓的直径和长度、使用螺栓的方向等的信息。类似地，紧固部分提取单元42还获取关于螺母的信息。结果，紧固部分提取单元42可以提取紧固部分。

例如，当几何模型50是图2A所示的模型时，在步骤S 102中，紧固部分提取单元42从紧固部件位置和属性DB 51获取关于图2B所示的螺栓5和螺母6的信息。然后，紧固部分提取单元42根据所获取的信息和几何模型50中包括的装配信息识别出以下内容。

·螺栓5穿透螺母6中通孔。就是说，使用螺栓5和螺母6的组合。

·板1的一部分和板2的一部分被置于螺栓5和螺母6之间。

·螺栓5的头部与板1的顶表面接触。

·螺母6接触板2的底表面。

·板1和2在接触表面7上彼此接触。

·在板1和2中的每一个中存在通孔，并且通孔的位置与螺栓5的位置相匹配。

基于上述的认知，紧固部分提取单元42提取紧固部分8。确定提取的区域作为紧固部分8的方法取决于本发明的实施方式。

例如，在图2B所示的实例的情况下，紧固部分8可以是满足包括作为紧固部件的螺栓5和螺母6、包括从板2的底表面到板1的顶表面的范围的z坐标、以及包括接触表面7的范围的x坐标和y坐标这些条件的区域中的最小球体区域。另外，紧固部分8可以是满足上述条件的区域中的最小长方体区域。另外，紧固部分8可以是被设为较之上述的最小区域宽预定的余边的区域。就是说，紧固部分数据54的实际格式和被提取作为紧固部分的区域的实际几何形状和范围可以在步骤S103到S105的过程中，由步骤S102中存储的紧固部分数据54，根据实施例来任意地确定，只要可以获得必要的信息就行。

在存储紧固部分数据54之后，将控制进行到步骤S103。

在步骤S103，将被从包括在步骤S102所提取的紧固部分中的部件中删除的部件被部件删除单元43从几何模型50中删除。经过删除之后的几何模型由标号“50b”表示，但是没有示于附图中。具体地，待删除部件作为紧固部件被存储在紧固部件位置和属性DB 51中。换句话说，待删除部件是构造被分析的结构的部件中的基本构件(诸如柱、梁等)之外的部件，并且是用于紧固基本构件的较小部件。

也可以存在单独使用的紧固部件，诸如螺钉，以两个部件的组合使用的紧固部件，诸如螺栓和螺母，以三个部件的组合使用的紧固部件，诸如螺栓、螺母和垫圈。在许多情况下，在步骤S103中，组合使用的多个紧固部件全部被删除。但是，在图16A和16B所示的实施例中，L形金属固定件77a和螺栓78a和79a组合使用，但是L形金属固定件77a不被删除。

另一方面，包括在固定部分中的部件中的不被删除部件是构造被分析结构的基本构件。例如，图2B所示的紧固部分8包括板1和2。但是，因为板1和2是基本构件，所以板1和2的包括在紧固部分8中的部分不从几何模型50中删除。在一个实施例中，没有被反映为几何体的诸如焊接的紧固部件可以被删除，但是在另一个实施例中，这些部件可以不被删除。

在图5中，箭头表示在步骤S103中，紧固部分数据54和紧固部件位置和属性DB 51被参考。

例如，在与图3所示的柜单元结构30相关的几何模型50的情形中，在步骤103中，用于螺栓紧固31的图3中没有示出的螺栓和螺母、由三角柱几何体表示的焊接32、以及用于铆钉紧固33的铆钉被删除。

在对于在步骤S102中提取的所有紧固部分删除所有待删除的部件之后，将控制进行到步骤S104。

在步骤S104中，填充单元44填充在步骤S103中删除部件之后在几何模型50b中留下的孔。在步骤S104中，填充单元44参考紧固部分数据54和紧固部件位置和属性DB 51两者，图5使用箭头示出了此操作。

在步骤S104中填充的孔仅仅是步骤S103中删除的部件被装配在其中的孔。例如，对于与图7A和7B所示的梁35相对应的图3所示的水平方向的梁，存在具有与紧固无关的孔的部件。与紧固无关的孔不被填充。

因此，填充单元44参考紧固部分数据54和紧固部件位置和属性DB51，以判定几何模型50b中包括的孔中的正被考虑的孔是否是步骤S103中删除的部件被装配在其中的孔。填充单元44仅仅填充基于该判定将被填充的孔。填充孔的过程在几何模型50b上进行。在下面的描述中，经过填充过程之后的几何模型由标号“50c”表示，但是没有示于附图中。几何模型50c对应于图2C所示的模型。

当所有待填充的孔都被完全填充时，将控制进行到步骤S105。

步骤S105中的划分过程由划分单元45在几何模型50c上进行的过程。下面参考图2C到2E所示的实例描述了该过程的要点，作为用于将板1划分成板10和11和将板2划分成板20和21的划分过程。在图2A到2E中，为了更易于描述，几何模型50较简单。因此，在图2D所示的实例中，划分单元45在表示y＝y1的平面上划分板1，并且在表示y＝y2的平面上划分板2。基于表示y1≤y≤y2的范围(此范围对应于接触表面7)的边界进行此划分过程。就是说，表示y＝y1的平面是包括划分表面12的平面，表示y＝y2的平面是包括划分表面22的平面。

但是，具有诸如图3所示的柜单元结构30的复杂几何形状的几何模型50被实际输入到分析模型生成设备40。然后，在步骤105中，进行较图2D所示的实例的更复杂的过程。

图6是划分过程的细节的流程图。作为实例，参考通过放大图3的一部分获得的图7A和7B、作为图7B的剖视图的图8A和作为图7B的侧视图的图8B，描述图6所示的过程。

图7A和7B通过将候选区域61到63添加到图3所示的螺栓紧固31的一部分的放大视图而获得。如图7A所示，柱34和梁35由两个紧固部分38和39紧固。螺栓36和没有示于附图中的螺母被用于紧固部分38，并且螺栓37和没有示于附图中的螺母被用于紧固部分39。

为了便于参考，图7A和7B示出了x、y和z轴。如图3所示，柜单元结构30具有大致长方体的几何形状，并且该长方体的每一条边平行于x、y或者z轴。此外，如图7A和7B所示，柱34的纵向平行于z轴，梁35的纵向平行于x轴。梁35的几何形状不是平面形状的。如图8A所示，沿平行于yz平面的平面所取的梁35的截面四个弯曲部分。在弯曲部分上方和下方分别存在紧固部分38和39。

回到图6，在步骤S201中，候选区域设定单元46参考紧固部分数据54，并且在没有示于附图中的几何模型50c上设置候选区域。在本发明的此实施方式中，候选区域的几何形状是长方体形，并且因为长方体是六面体，所以候选区域也被称为六面体区域。

在图2D所示的实例中，在对应于划分表面12和22的y＝y1的位置和y＝y2的位置处进行划分。如下所述，划分位置由三维区域的多个表面确定。该区域的这些表面是该区域的内部区域和外部区域之间的边界，该边界确定划分位置和划分表面。在步骤S201中设定的候选区域是该区域的候选。

在本发明的此实施方式中，候选区域设定单元46首先在步骤S201中参考紧固部分数据54识别紧固部分的位置，并且设定包括被识别出的紧固部分在内的长方体区域作为候选区域。长方体的每一条边平行于x、y或者z轴。

如上所述，根据实施方式，存在各种实际的紧固部分几何形状。例如，当紧固部分在步骤S 102中以表示：x1≤x≤x2；y1≤y≤y2；z1≤z≤z2的长方体被提取时，紧固部分的被提取的长方体本身可以在步骤S201中被设为候选区域。

图7A示出了对应于紧固部分38的候选区域61和对应于紧固部分39的候选区域62。候选区域61包括柱34和梁35之间的接触表面附近的部分。对于候选区域62同样如此。虽然图7A示出了螺栓36和37两者，但是它们是为了方便描述而被示出，并且螺栓36和37已经被从几何模型50c删除，并且不存在于步骤S201中的几何模型50c中。

在图7A中，候选区域61和62在x、y和z方向上具有相同的余边。例如，因为在x方向存在余边，所以候选区域61的左端在柱34的左端的左侧。

候选区域不必需要余边，并且紧固部分的区域可以与候选区域精确匹配。但是，对于候选区域设置余边具有优点。图9是候选区域的余边的说明图。

图9是以任何方法在紧固部分73将板71紧固到板72的实例的顶视图。在图9中，板71和72的厚度方向是z方向，z轴的正侧是顶表面侧。在图9中，紧固部分73具有长方体形的几何形状，并且紧固部分73的x坐标和y坐标的范围与板71和72的接触表面的范围相同，并且紧固部分73的z坐标的范围是从板71的底表面到板72的顶表面的范围。

在此实例中，假定没有对候选区域设置余边。就是说，假定紧固部分73的区域被用作候选区域。

然后，在后面所述的步骤S204中，板71和72分别被候选区域的表面划分。结果，当顶视图如图9所示时，经过划分之后的板71的几何形状为对应于紧固部分73的处于右侧的矩形和左侧的剩余部分，就是说，凹入的八边形。与图9所示的作为板71的几何形状的矩形相比，凹入八边形具有更复杂的几何形状。

如后面所述的细节，性能值被赋予经过划分后的几何体，并且利用其中进行了赋值的模型作为分析模型，进行分析。因此，当划分使得几何形状变复杂时，分析所需的计算机资源也因为复杂的几何形状而增加。另一方面，本发明的本实施方式的本来目标是通过简化的几何形状减小分析所需的计算机资源，同时保持三维几何形状的特性而不用面模型代替三维立体模型。因此，理想的是，与划分之前的几何形状相比，划分之后使得几何形状变复杂的程度可以被抑制。

用于上述目的的方法之一是为候选区域设置余边。在图9所示的实例中，在x轴方向上，宽度为t的余边被设置在紧固部分73的两侧。板71的y轴方向上的长度与板72不同。因此，y轴上的余边基于在y轴方向上更长的板71，并且从板71的两端设置宽度为t的余边。

在图9所示的实例中，四个余边的宽度为t，但是它们可以是彼此不同的。余边的宽度的合适值取决于本发明的实施方式。如果余边的宽度太大，则性能值赋值目标物包括远离紧固部分的部分，由此不能获得合适的分析结果。另一方面，如果余边的宽度太小，则划分之后的几何形状可能是不简单的。就是说，理想的是，根据被分析的设备的尺寸或者用于该设备的部件的几何形状确定合适的余边值，并且利用该值确定候选区域的范围。

回到参考图6的描述，如果候选区域设定单元46已经在步骤S201中在存储在紧固部分数据54中存储的所有紧固部分上完全地设定了候选区域，则将控制进行到步骤S202。

步骤S202和S203中的过程形成了循环，并且这些过程被重复执行，直到在步骤S202中的判定为“否”。

在步骤S202中，候选区域耦合单元47判定是否仍然存在彼此靠近并且可以合并的一组候选区域。如果该组候选区域仍然存在，则判定为“是”，并且将控制进行到步骤S203。如果没有，则判定为“否”，并且将控制进行到步骤S204。

虽然根据各种实施方式存在各种对步骤S202中的判定的实际标准，但是当如下两个条件：存在一组彼此靠近的候选区域和该组候选区域可以被合并，都被满足时，判定为“是”。下面描述了由两个候选区域组成的组的实例，但是由在步骤S202和S203中的过程中可以使用由三个或者更多个候选区域组成的组。

在步骤S202中，候选区域耦合单元47从所有候选区域中选择两个候选区域，并且判定这两个候选区域是否彼此靠近。例如，候选区域耦合单元47可以计算两个候选区域的中心点之间的距离，即两个长方体的中心点之间的距离，作为两个候选区域之间的距离，并且如果该距离等于或者小于预定阈值，则可以判定“两个候选区域彼此靠近”。

当两个候选区域彼此接触时，并且当其的至少一部分彼此交叠时，候选区域耦合单元47可以判定两个候选区域彼此靠近。另外，候选区域耦合单元47可以基于如下计算进行判定。首先，假定一个候选区域的x坐标的范围由x1≤x≤x2表示，并且另一个候选区域的x坐标的范围由x3≤x≤x4表示。候选区域耦合单元47通过如下的方程(1-1)至(1-3)计算两个候选区域的x轴方向上的距离Δx。方程(1-1)对应于在x轴方向上存在交叠的情形，方程(1-2)和(1-3)对应于在x轴方向上不存在交叠的情形。

(1-1)Δx＝0(当x3≤x2，或者x1≤x4时)

(1-2)Δx＝x3-x2(当x2＜x3时)

(1-3)Δx＝x1-x4(当x4＜x1时)

此外，候选区域耦合单元47类似地计算两个候选区域的y轴方向上的差Δy，以及z轴方向上的差Δz。如果(Δx+Δy+Δz)等于或者小于预定的正阈值t，则候选区域耦合单元47判定两个候选区域彼此靠近。如果(Δx+Δy+Δz)大于t，则候选区域耦合单元47判定两个候选区域彼此不靠近。

例如，在图7A中，候选区域61和62具有相同的x和y坐标范围，所以方程Δx＝Δy＝0成立。作为候选区域61的下端和候选区域62的上端之间的距离Δz等于或者小于阈值t。因此，可以判定候选区域61和62彼此靠近。

当有一组两个候选区域被认为是彼此靠近时，候选区域耦合单元47接着判定两个候选区域是否可以被合并。判定标准取决于本发明的实施方式。例如，如果两个候选区域包括共同的部件，则候选区域耦合单元47可以判定两个候选区域可以被合并，如果它们不包括共同的部件，则候选区域耦合单元47可以判定两个候选区域不可以被合并。

在图7A所示的实例中，候选区域61包括柱34和梁35，并且候选区域62也包括柱34和梁35。虽然在图7A中示出，但是请注意，螺栓36和螺栓37已经被从几何模型50c删除，并且在步骤S202中几何模型50c中不存在螺栓36和螺栓37。因此，两个部件，即柱34和梁35在候选区域61和62之间是共同的，并且候选区域耦合单元47判定候选区域61和62可以被彼此合并。

存在其它判定候选区域是否可以被合并的标准。例如，假定一个候选区域包括L个部件，其中L≥1，另一个候选区域包括M个部件，其中M≥1，并且在两个候选区域之间上述部件中的N个部件(其中N≥0)是共同的。这是，标准可以是如果N/(L+M)等于或者大于预定阈值，则候选区域可以被合并。

如果在步骤S202中判定为“是”，则候选区域耦合单元47合并该组中的候选区域，并且在步骤S203中用一个候选区域代替它们。

例如，图7A中的候选区域61和62的组被合并，并且用图7B所示的候选区域63代替。候选区域63是包括候选区域61和62在内的长方体中最小的长方体。在图7A和7B中，因为其每一个条边平行于x、y或者z轴的长方体被用作候选区域，所以计算在步骤S203中的合并之后的候选区域非常简单。

在步骤S203中合并候选区域之后，将控制返回到步骤S202。

如果在步骤S202中判定为“否”，则进行步骤S204中的过程。在步骤S204中，划分执行单元48在候选区域的表面上划分横穿该表面的部件。在几何模型50c上，对于所有候选区域的所有表面进行该过程。

例如，因为图7B所示的候选区域63是长方体形的，所以其是六面体型的并且具有六个表面。因为，对于候选区域63的六个表面中的每一个，划分执行单元48确定横穿该表面的部件，并且在该表面上划分该部件。在图7B中，平行于xy平面的两个平面被称为顶表面和底表面，平行于xz平面的两个平面被称为前表面和后表面，平行于yz平面的两个平面被称为左侧表面和右侧表面。然后，在图7B中，柱34穿过顶表面和底表面，没有部件穿过前表面和后表面，没有部件穿过左侧表面，梁35穿过右侧表面。因此，划分执行单元48通过顶表面和底表面划分柱34，并且通过右侧表面划分梁35。

图8A通过侧视图示出了由平行于yz平面的平面进行划分的情形。图8B通过从y轴方向观察的侧视图示出了进行划分的情形。因为柱34由候选区域63的顶表面和底表面划分，所以在划分之后生成三个几何体。三个几何体以从顶部向下的次序在图8A中被示为柱64，65和66。梁35被候选区域63的右侧表面划分，并且在划分之后具有两个几何体。两个几何体在图8B中以从右的次序被示为梁67和68。

步骤S204可以被视作如上所述划分原几何体的过程，但是也可以被视为用多个划分之后的几何体代替原几何体并且重新组装所述多个几何体的过程。

合并候选区域、然后进行划分过程的原因与为候选区域设置余边的原因相同。通过划分过程简化划分之后的几何形状，可以减少分析所需的计算机资源量。例如，要不是将图7A所示的候选区域61和62合并，那么柱34被划分成五个几何体，梁35被划分成三个几何体，并且该三个几何体具有复杂的形状。另一方面，当基于图7B所示的经合并的候选区域63进行划分时，可以抑制划分之后的几何体的数量，并且划分之后的几何形状不那么复杂。

如果对于所有的候选区域进行上述的划分，图6所示的过程，即图5所示的步骤S105终止，并且将控制进行到图5所示的步骤S106。图6所示的过程之后的几何模型由标号“50d”表示，但是没有在附图中示出。

在步骤S106中，等价性能值替换单元49参考紧固部件位置和属性DB 51和紧固部件等价性能值库52，并且执行替换几何模型50d的性能值的过程，并且输出作为该过程的结果获得的分析模型53。就是说，在由步骤S105中的划分过程获得的几何体中，等价性能值替换单元49对于在划分中使用的候选区域内的几何体中的每一个进行性能值替换过程。

例如，在图8A和8B所示的实例中，在划分之后获得的几何体包括柱64、65和66以及梁67和68。在这些几何体中，候选区域63内的几何体是柱65和梁68。因此，其性能值在步骤S106中被替换的对象物仅仅是柱65和梁68，并且这两个几何体由图8A和8B中由相应的图案加以区分。在划分之后的几何体中，对应于划分中所用的候选区域63的外部的柱64和66继承了划分之前的原始的柱34的性能值，并且类似地，梁67继承了梁35的性能值。

如图2D所示并且如上所述，步骤S106中的过程是赋予反映实际紧固的性能值的过程。就是说，在步骤S106中，性能值被赋值，通过反映其中存在螺钉、螺栓、铆钉和螺孔的实际紧固部分的性能，使得几何体(其通过划分过程获得并且处于没有实际存在的螺钉、螺栓、铆钉和螺孔的状态)的性能值可以等价于实际紧固部分的性能。因此，所赋的性能值也可以称作“等价性能值”。

赋值等价性能值是另一性能值代替原始性能值。例如，在图2D中，板11反映了紧固部分8的性能，因为板11中替换将原始的板1的性能值用另一个性能值替换。另一方面，候选区域的外部，即作为紧固部分8的外部的几何体的板10继承了板1原本的性能值，并且不是其性能值将被替换的对象物。

下面参考图10-14描述步骤S106中的步骤的实例。图10-12，以及图14示出了包括在紧固部件等价性能值库52中的表的实例，并且图13是用于补充说明的说明图。

在步骤S106中，等价性能值替换单元49计算所有被处理的几何体的将被赋值的等价性能值，并且用计算出的等价性能值代替原始赋予的性能值。除了与刚度相关的杨氏模量和泊松比之外，表示性能的参数的实例还可以是质量密度、热膨胀系数、振动阻尼因子等。根据材料，可以考虑杨氏模量的各向异性。在步骤S106中，等价性能值替换单元49对于多个常数计算相应的等价性能值。

根据各种材料，这些材料可以是具体的值。图14例如示出了铝的杨氏模量为71GPa。

步骤S106中的等价性能值计算可以由下面的方程(2-1)至(2-m)以公式表示。

            (2-1)q₁＝f₁(p₁，c₁₁，c₁₂，......)

            (2-2)q₂＝f₂(p₂，c₂₁，c₂₂，......)

                     ：

                     ：

            (2-m)q_m＝f_m(p_m，c_m1，c_m2，......)

方程(2-1)至(2-m)的含义如下所述。

·m表示被计算的参数的类型的数量。例如，当在分析中仅仅需要杨氏模量和泊松比时，m＝2。当在分析中，图14所示的所有四种类型的参数都被需要时，m＝4。

·下标q、f和p对应于表示性能的参数的类型。例如，下标1表示杨氏模量，下标2表示泊松比。

·q₁到q_m表示被计算的等价性能值。

·p₁到p_m表示原始性能值。这些值被存储在提供给紧固部件等价性能值库52的图14所示的表中。例如，当下标1表示杨氏模量，并且其等价性能值被计算的部件是铝时，p₁＝71GPa。

·f₁到f_m是不同的函数。对于各个函数，自变量的数量可以不同。例如，当下标1表示杨氏模量时，f1是如下的函数，该函数用于定义基于诸如图2A所示的板1的部件的原始杨氏模量p₁和其它的一个或者多个自变量(c₁₁，c₁₂，...)，计算杨氏模量值q₁的方法，其中杨氏模量值q₁将被赋予例如图2D所示的板11，作为反映紧固的杨氏模量。这些函数被定义在例如紧固部件等价性能值库52中，并且可以由等价性能值替换单元49调用。

·作为函数f_j的第(k+1)个自变量的c_jk是表示紧固属性的自变量。例如，当其等价性能值q_j被计算的几何体是图2D所示的板11时，板11对应于图2A所示的螺栓紧固3和4的紧固，并且自变量c_jk表示该紧固的属性。例如，在本发明的实施方式中，表示紧固类型是螺栓紧固的值可以被赋值为c_j1，表示存在两点螺栓紧固3和4的值可以被赋值为c_j2，并且对应于螺栓5的几何形状的值可以被赋值为c_j3。通过由等价性能值替换单元49参考紧固部件位置和属性DB 51和紧固部件等价性能值库52获得c_jk的值。

在下面的描述中，假定下标1表示杨氏模量，并且利用关于杨氏模量的等价性能值的计算作为实例，世界描述函数f₁和自变量c_1k。

图10示出了紧固系数定义表的实例。在图10中，左栏表示记录号，中间栏表示紧固类型，右栏表示紧固系数。紧固系数被用作自变量c₁₁。

例如，图2D所示的板11对应于由螺栓紧固3和4紧固的部分。因此，为了计算板11的等价性能值，等价性能值替换单元49参考紧固部件位置和属性DB 51，获取螺栓5的直径，并且基于该直径检索与螺栓紧固相关的尺寸系数定义表。结果，例如，如果螺栓5的直径小于3mm，则等价性能值替换单元49获取等于1的值，作为尺寸系数。

因为紧固部分8包括两个螺栓紧固3和4，所以等价性能值替换单元49获取等于2的值作为自变量c₁₃。

关于铆钉紧固，图11所示的相似格式的尺寸系数定义表被提供给紧固部件等价性能值库52。

图12示出了角焊系数定义表的实例。在表12中，左栏表示记录号，中间栏表示角焊的存在/不存在，右栏表示焊接系数。焊接系数被用作自变量c₁₄。

角焊可以与诸如螺杆紧固、铆钉紧固、点焊等的另一种紧固方法一起使用，也可以单独使用。等价性能值替换单元49参考紧固部件位置和属性DB 51，获取关于角焊是否用于与其等价性能值被计算的几何体相对应的紧固部分的信息，并且根据所获取的信息检索角焊系数定义表。结果，如果使用了角焊，则等价性能值替换单元49获取等于5的焊接系数。如果没有使用角焊，则等价性能值替换单元49获取等于1的焊接系数。

图13是当使用角焊时还需要的自变量的说明图。一个是用作自变量c₁₅的焊接长度，另一个是用作自变量c₁₆的接触边长。

图13是示出了如图9所示的情形的板71和72的紧固的顶视图。在图13中，板71和72之间的接触表面是被粗体虚线包围的部分。长方形接触表面具有如图13所示的水平边长“a”，以及垂直边长“b”。在图13中，如双线所示，从端部到端部沿着长度为a的两条边进行角焊。

在此实例中，焊接长度为a+a＝2a。因为接触边长被定义为接触表面的周长，所以其通过a+b+a+b＝2(a+b)来计算。

通常，具有n个角的多边形接触表面中的通过角焊处理的边数是任意确定的。例如，在图2A中，角焊可以在板1的右端与板2的顶表面接触的部分上和在板2的左端与板1的底表面接触的部分上进行，由此紧固部分8的紧固可以被加强。不必进行从每一条边的端部到端部的角焊。在本发明的另一个实施方式中，接触表面的面积可以用于计算等价性能值，并且在上述实例中使用a·b。

图14示出了存储了根据原始部件的材料的各种性能值的材料和性能值对应表的实例。等价性能值替换单元49参考紧固部件位置和属性DB 51识别部件的材料，并且使用所识别的材料作为关键词，检索材料和性能值对应表，并且获取目标性能值。例如，当图2D所示的板11的杨氏模量的等价性能值将被计算时，基于板1的材料获取杨氏模量p₁。

使用如上所述获取的值，等价性能值替换单元49计算等价性能值。通过调用在紧固部件等价性能值库52中定义的函数f₁来进行计算。

例如，在本发明的实施方式中，方程(2-1)的函数f₁实际上由下面的方程(3-1)或者(3-2)表示。在方程中使用的几何形状系数和角焊系数由方程(4-1)、(4-2)、(5-1)以及(5-2)定义。组合那些方程取决于紧固方法。因此，下面对每种情形进行描述。

首先，没有检查角焊的存在/不存在，并且当紧固部分包括螺栓紧固或者铆钉紧固时，使用如下方程。

(3-1)Ye＝Fs·G·Fw·Yo

其中

Ye：杨氏模量的等价性能值

Fs：紧固系数

G：几何形状系数

Fw：角焊系数

Yo：原始杨氏模量

(4-1)G＝D·N1

其中

D：尺寸系数

N1：数量

(5-1)Fw＝Lw/Lc·W

其中

Lw：焊接长度

Lc：接触边长

W：焊接系数

(当进行角焊时)

(5-2)Fw＝W

(当没有进行角焊时)

方程(3-1)的紧固系数Fs被示于图10中，并且方程(4-1)的尺寸系数D被示于图11中，方程(5-1)和方程(5-2)的焊接系数W被示于图12中。方程(4-1)中的“数量”N1是自变量c₁₃，并且表示其等价性能值将被计算的候选区域中包括的螺栓紧固或者铆钉紧固的数量。例如，图2A示出了包括两个螺栓紧固3和4的紧固部分8，并且对于包括紧固部分8的候选区域计算等价性能值。因此，“数量”N1为2。类似地，在图7B中，因为候选区域63包括螺栓36和37，所以“数量”N1为2。

例如，假定图2A所示的板1是铝，螺栓5的直径为3mm或者更小，并且没有进行角焊，则板11的杨氏模量的等价性能值为

0.3·(1·2)·1·71[GPa]。

根据本发明的实施方式，可以存在仅仅通过角焊的紧固。在此情况下，由下面的方程(3-2)所表示的函数可以被定义为紧固部件等价性能值库52中的函数f₁。在方程(3-2)中，α为常数，并且角焊系数Fw由方程(5-1)定义。

(3-2)Ye＝α·Fw·Yo

根据本发明的实施方式，可以仅仅通过点焊紧固，以及仅仅通过点焊和角焊的组合紧固。在此情况下，由方程(3-1)定义的函数(其中几何形状系数G由下面的方程(4-2)定义)可以被定义为紧固部件等价性能值库52中的函数f₁。因为焊接点的尺寸是基本不变的，所以几何形状系数G由方程(4-2)中的常数β定义几何形状系数G。

(4-2)G＝β·N2

其中

N2：点焊点的数量

上述是在步骤S106中的赋值等价性能值的实例。如参考图2D所述，在赋值等价性能值之后，设定关于划分过程之后的几何体之间的关系的约束条件。存在两类约束条件。第一类约束条件是在候选区域的表面上划分的几何体之间在划分表面上保持接触而没有相对位移的约束条件。第二类约束条件是在通过划分两个彼此紧固的原始部件所获得的并且被包括在候选区域内的几何体之间在由原始的紧固限定的接触表面上保持接触而没有相对位移的约束条件。

例如，在图8A和8B所示的实例中，第一类约束条件是保持柱64和65之间的接触而不发生位移、保持柱65和66之间的接触而不发生位移、以及保持梁67和68之间的接触而不发生位移的约束条件。第二类约束条件是保持柱65和梁68之间的接触而不发生位移的约束条件。针对几何模型50d设置这些约束条件。

因此，作为对几何模型50d进行步骤S106中的过程的结果，获得分析模型53。分析模型53具有较之几何模型50被简化的几何形状，但是具有三维几何形状。在步骤S106中，分析模型生成设备40输出分析模型53，并且图5中的过程结束。

参照图5和6的分析模型53的生成具有如下效果。

首先，因为几乎不需要用户的手工操作和判定，所以大大地缩短了生成时间。在使用一定的几何模型的实验实例中，除了用户进行确认或选择，所有过程都不是自动进行的。尽管进行这样的用户操作，可以在较之常规方法中生成壳模型所需的更短的时间段内生成分析模型。

此外，因为分析模型53的几何形状被简化，所以在分析中所需的计算机资源量远远小于在分析中使用几何模型50的情形。

因此，可以分析常规不能分析的设备。就是说，通常存在不能被分析的设备，其原因是，在生成分析模型时所需的手工操作太多、对分析模型的过分复杂的几何形状进行分析的时间过长、或者由于分析模型的过分复杂的几何形状而需要巨大的计算机资源。例如，虽然包括数百个紧固部分的设备是常用的，但是该设备不能按常规方式进行分析。因此，只能生产实际的设备并进行实验。但是，本发明的实施方式使得在可行的时间段内可以对设备的至少一部分进行分析。

此外，紧固部件等价性能值库52的内容可以预先基于实验等被适当地确定。因此，任何用户，不管其专业技能或知识怎样，都可以生成分析模型，可以减小分析精度的误差。

图15是根据本发明的实施方式的包括分析模型的生成的制造过程的流程图。

在步骤S301，产品被设计，并且在三维CAD系统中生成详细的几何模型。

在步骤S301之后进行步骤S302。步骤S302对应于图5。就是说，在步骤S301中生成的几何模型对应于图4所示的几何模型50，其被用作到图4中所示的分析模型生成设备40的输入，并且分析模型53被输出。

然后，控制进行到步骤S303，并且由分析模型53生成分析用数据。例如，当以有限元方法进行力学分析时，在分析模型53上进行网格划分。

然后，控制进行到步骤S304，基于在步骤S303中生成的数据进行分析。在步骤S305中判定分析结果是否存在问题。例如，如果在力学分析之后确定产品的紧固部分或者产品的其它部分不满足强度的所要求的规格，则步骤S305中的判定为“是”，这是因为产品不满足所要求的规格。如果判定产品满足所要求的规格，则步骤S305中的判定为“否”。当判定为“是”时，控制被返回到步骤S301，并且重新进行设计。如果判定为“否”，则控制进行到步骤S306。

在步骤S306中，基于当前的几何模型制造产品。为了正确，在步骤S306中，实际设备被生产以用于实验，对实际设备进行强度测试，并且如果强度测试的结果没有检测到问题，则开始销售产品的制造。如果存在任何问题，则必须返回到步骤S301中的设计过程。在图15中，这些步骤被省略。

在图紧固部件位置和属性DB 51中，步骤S301到步骤S304中的过程由计算机执行。同一计算机可以执行步骤S301到步骤S304中的全部步骤，也可以由不同的计算机分别执行各个步骤。

图16A、16B、17A和17B示出了以其它方法进行紧固的实例。上述的生成分析模型的方法可以适用于各种紧固方法。

图16A和16B示出了利用两个L形金属固定件紧固板75和76的实例。任何材料可以用于板75和76。为了便于参考，图16A和16B示出了坐标轴。图16A是立体图，图16B是平行于yz平面的由x＝A表示的平面所取的剖视图。

在图16A中，板75和76具有长方形表面。板75被垂直设置，并且其厚度方向是y轴方向。板76被水平设置，并且其厚度方向是z轴方向。y轴的正侧此后被称为“前侧”，y轴的负侧此后被称为“后侧”。因此，板76的最后侧接触板75。板75和76在x轴方向上的长度相等，并且在x轴方向上的两端上被紧固。在下面的描述中，x轴方向上的两端此后被称为最左端和最右端。

更确切的，板75和76不被直接紧固，而是通过L形金属固定件77a和77b间接紧固。在最左端处的L形金属固定件77a接触两个板75和76。板75和L形金属固定件77a利用螺栓78a紧固。板76和L形金属固定件77a利用螺栓79a紧固。类似地，在最右端处的L形金属固定件77b接触两个板75和76。板75和L形金属固定件77b利用螺栓78b紧固。板76和L形金属固定件77b利用螺栓79b紧固。

对于该结构，例如，在图5所示的步骤S102中，对应于四个螺栓的四个紧固部分被提取。并且图16A所示的四个螺栓和与四个螺栓对应的在附图中没有示出的四个螺母在步骤S103中被删除。然后，在步骤S104中，与四个螺栓对应的孔被填充。就是说，板75和76和L形金属固定件77a和77b中的孔被填充。在步骤S105的划分过程中，例如，可以进行图16B所示的划分。

图16B是由“x＝A”表示的并且横穿L形金属固定件77a的平面所取的图16A的剖视图。在该剖视图中，板75被划分成作为对应于与L形金属固定件77a的接触表面和与板76的接触表面的部分的板81，以及作为L形金属固定件77a的上方的部分的板80。板76被划分成作为对应于与L形金属固定件77a的接触表面的部分的板83，以及作为板83的前方的部分的板82。L形金属固定件77a没有被划分。

例如，在步骤S102中，可以仅仅将板75的其z坐标范围跨越和与L形金属固定件77a的接触表面相同的范围的部分提取，作为紧固部分，但是图16B所示的划分结果是通过设置大于紧固部分的候选区域而获得的。然后，在图5所示的步骤S106中，将等价性能值赋值给板81和83，以及L形金属固定件77a。

对于右侧的紧固部分，以类似方式进行划分过程并且以类似方式赋值等价性能值。当板75和76的x轴方向的长度较短时，在图6所示的步骤S203中，对应于右侧和左侧紧固部分的候选区域可以被合并成一个候选区域。

图17A和17B示出了利用管91的外螺纹和管92的内螺纹紧固管91和92的实例。利用上述的紧固方式，两根短管91和92被接合成一根长管。图17A是与管92的内螺纹配合的管91的外螺纹的剖视图。图17B对应于由几何模型50生成的分析模型53，并且以与图17A类似的方式表示为剖视图。

例如，在某一三维CAD系统中，垄和沟的几何形状可以不被表示出来。在此情况下，在几何模型50中，垄和沟之间的表面可以表示为管91和92之间的表面。

在此情况下，在图5所示的步骤S102中，外螺纹和内螺纹彼此配合的部分被提取作为紧固部分，并且在步骤S103和S104中没有被删除或者被填充的对象物。因此，在步骤S103和S104中没有进行具体的处理。在对应于图6的步骤S105中，管91被划分成管93和94两个几何体，并且管92被划分成管95和96两个几何体。在步骤S106，等价性能值被赋予对应于紧固部分的管94和96中的每一个。在图17B中，等价性能值被赋给其的部分由斜线表示。在此情况下，假定计算等价性能值的方法基于垄的数量、螺距、导程、几何形状、材料等中的至少之一定义在紧固部件等价性能值库52中。

另外，可能存在表示出垄和沟的几何形状的三维CAD系统。在此情况下，分析模型生成设备40可以例如进行如下过程：将对应于图7B所示的管94和96的表面的垄和沟之间的光滑表面设定为几何模型50上的管91和92的表面，来代替图5所示的步骤S103和S104。结果，管91和92之间的在设定表面上的接触被建模。此后，通过以类似方式进行步骤S105和S 106中的过程，可以获得图17B所示的分析模型53。

通过图18所示的普通计算机可以根据本发明的上述实施方式生成分析模型。图18所示的计算机对应于图4所示的分析模型生成设备40。图15所示的步骤S301，S303，以及S304中的过程也可以由类似的计算机执行。

图18所示的计算机包括CPU(中央处理单元)101，ROM(只读存储器)102，RAM(随机访问存储器)103，输入设备104，输出设备105，存储设备106，便携式存储介质110的驱动设备107，以及通信接口108，并且这些构件都经由总线109连接。

图18所示的计算机通过通信接口108连接到网络111。网络111可以任意的网络，诸如LAN(局域网)、因特网等。紧固部件等价性能值库52可以是通过网络111连接的库113。

输入设备104是诸如鼠标等的点选设备和/或键盘。输出设备105是显示设备，诸如液晶显示器。输出设备105可以根据用户指令显示几何模型50和分析模型53，允许用户可视地对其进行确认。

存储设备106可以是磁盘设备，诸如硬盘驱动器。可以使用其它类型的存储设备作为存储设备106。

存储设备106或者ROM 102存储用于实现参考本发明的实施方式所示的操作的程序。CPU 101执行该程序，由此进行图5和6所示的过程。

存储设备106可以存储紧固部件位置和属性DB 51和/或紧固部件等价性能值库52。在此情况下，例如，通过网络111和通信接口108从库113下载最新的数据，并且存储设备106的内容可以被更新。

已经被生成的几何模型50的数据被存储在存储设备106中，并且在图5所示的步骤S101中被读入RAM 103。

上述的程序可以由程序供应商112通过网络111和通信接口108提供，可以例如存储在存储设备106中，并且由CPU 101执行。便携式存储介质110可以存储该程序，便携式存储介质110可以被设置在驱动设备107中，并且在所存储的程序被加载到RAM 103中之后，所存储的程序可以由CPU 101执行。便携式存储介质110可以是具有诸如CD(压缩盘)、DVD(数字多功能盘)等的光盘、磁光盘、软盘等的格式的各种存储介质。

此外，几何模型50、紧固部件位置和属性DB 51和紧固部件等价性能值库52可以被存储在便携式存储介质110中。便携式存储介质110可以被设置在驱动设备107中，存储在便携式存储介质110中的数据可以被拷贝到存储设备106中，并且用于图5和6所示的过程。

本发明不限于本发明的上述实施方式，而是可以进行变化。下面描述了一些实例。

在图5所示的流程图中，过程以如下次序进行：在步骤S102中所有紧固部分被提取，在步骤S103中删除所有待删除的部件，然后在步骤S104中填充所有待填充的孔。然而，可以改变处理次序。例如，如果一个固定部分被提取，则针对该紧固部分进行部件删除和孔填充，然后提取下一个紧固部分。

可以添加用户确认和/或选择步骤的过程。例如，步骤S102中的过程可以被修改，使得用户可以确认紧固部分是否被正确地提取。另外，紧固部件等价性能值库52可以被构造成使得计算等价性能值的方法可以从多个方法中进行选择，从而用户可以在步骤S106中选定其。另外，步骤S202中的过程可以被修改，使得一组可以合并的候选区域被呈现给用户，可以允许用户选择候选区域是否应该被合并。

另一方面，根据本发明的实施方式，步骤S103和S104中的过程可以被省略。例如，在其中已经预先知道所有紧固部分由焊接紧固的情况下的本发明的实施方式中，步骤S104可以被省略。在此情况下，如果预先知道使用不反映焊接几何形状的几何模型50，则步骤S103也可以被省略。

根据本发明的实施方式，计算等价性能值的实际方法可以改变。就是说，根据本发明的实施方式，紧固部件等价性能值库52的实际内容可以改变。

例如，在上述的方程(3-1)到(5-2)中，仅仅使用了乘法和除法，但是可以通过包括加法、减法和其它计算的方程计算等价性能值。就是说，在上述的方程(2-1)到(2-m)中，函数f₁～f_m的实际定义可以是任意的。

根据函数f₁～f_m的实际定义，将被存储在紧固部件等价性能值库52中的数据被确定。在本发明的一个实施方式中，可能需要图10到图12所示的表中的仅仅一部分。在本发明的另一个实施方式中，还可能需要图10到图12之外的表。此外，例如，基于螺栓的直径在图11中定义了尺寸系数，但是尺寸系数可以基于螺栓直径和长度的组合来定义。类似地，在图10中，可以基于紧固类型和紧固部件的材料的组合来定义紧固系数。此外，紧固部件等价性能值库52中的数据格式是可选的，并且数据可以以不同于诸如图10到图12以及图14的表格式的其它格式被存储。即，概括地说，紧固部件等价性能值库52基于可以从紧固部件位置和属性DB 51获得的指示紧固部件的属性的诸如类型、尺寸、几何形状、材料等之类的项目中的一项或多项，定义计算等价性能值所需的一个或者多个参数的值，并且存储该值。

图10到图12所示的值是为了便于说明而被示出，并且不是意在指明优选值。理想的是，存储在紧固部件等价性能值库52中的实际值通过实验等被适当地确定。此外，根据函数f₁～f_m的定义，存在各种优选值。例如，可以是如下情形：用于计算杨氏模量的等价性能值q₁的函数f₁和用于计算泊松比的等价性能值的q₂的函数f₂具有“紧固系数”作为自变量。在此情况下，作为函数f₁的自变量的紧固系数和作为函数f₂的自变量的紧固系数可以以相同的方法定义，或者可以在不同的表中分别定义。

在本发明的上述实施方式中，函数f₁～f_m被定义在紧固部件等价性能值库52中，并且等价性能值替换单元49调用这些函数。但是，根据本发明的实施方式，紧固部件等价性能值库52可以仅仅保存图10到图12以及图14所示的数据，并且函数的定义可以被并入用于实现等价性能值替换单元49的功能的程序中。

可以存在各种其分析模型用上述操作生成的对象物，并且还可以存在各种用于包括在对象物中的紧固部分的方法和对象物的材料。例如，图14仅仅示出了铝和钢作为材料，但是根据本发明的上述实施方式的生成分析模型的方法可以处理各种材料，诸如金属、木材、合成树脂、天然树脂、玻璃等。

例如，当木材或者合成树脂用作设备的材料时，可以存在使用胶粘剂的紧固。在此情况下，紧固部件等价性能值库52基于胶粘剂的类型、被粘接的部件的材料、胶粘剂涂覆面积和接触表面的面积之间的比等中的至少一项或者多项，定义计算等价性能值的方法。此外，在木材被用作设备材料的情况下，可以使用钉子进行紧固。在此情况下，紧固部件等价性能值库52基于钉子的几何形状、尺寸、材料等中的至少一项，定义计算等价性能值的方法。

此外，本发明的上述实施方式可以适用于除上述的实例之外的诸如使用销、楔的紧固的其它紧固方式。此外，本发明的实施方式可以适用的设备可以是各种设备，诸如电子设备、机械、工具、车辆、各种壳体(即，各种底盘)、家具、建筑物等。

在上面的实例中，进行如图6所示的合并候选区域的过程，但是候选区域的合并不是必要的。此外，参考长方体被用于简化步骤S203和S204中的过程的情形描述了候选区域的几何形状，但是候选区域可以使用任何几何形状。

Claims (19)

1.一种存储分析模型生成程序的计算机可读存储介质，所述程序用于命令计算机通过处理包括多个部件的设备的三维几何模型生成分析模型，所述程序包括：

输入步骤，所述输入步骤接收所述三维几何模型作为输入，并且将所述三维几何模型存储在第一从存储单元中；

紧固部分提取步骤，所述紧固部分提取步骤参考存储关于所述部件之间的紧固的属性信息的第二存储单元，并且基于所述属性信息和所述三维几何模提取第一部件和第二部件在此被紧固的紧固部分；

划分步骤，所述划分步骤在所述三维几何模型中将所述第一部件和所述第二部件中的每一个划分为紧邻所述紧固部分的第一几何体和一个或多个对应于所述第一几何体之外的部分的第二几何体；以及

等价性能值赋值步骤，所述等价性能值赋值步骤对于通过划分所述第一部件获得的所述第一几何体和通过划分所述第二部件获得的所述第一几何体中的每一个，参考存储根据所述属性信息的参数和根据所述部件的材料的性能值的第三存储单元，基于存储在所述第三存储单元中的所述参数和所述性能值来计算等价性能值以作为反映紧固的性能值，并且将所述等价性能值赋值给所述第一几何体。

2.如权利要求1所述的存储介质，其中

所述分析模型生成程序还命令所述计算机进行删除步骤，其中，在所述紧固部分包括用于紧固所述第一部件和所述第一部件的第三部件时，所述删除步骤从所述三维几何模型删除所述第三部件。

3.如权利要求2所述的存储介质，其中

所述分析模型生成程序还命令所述计算机进行填充步骤，其中，当所述第一部件和所述第二部件中的至少一个具有孔，并且所述第一部件和所述第二部件通过将所述第三部件装配在所述孔中而被紧固时，所述填充步骤在所述三维几何模型中对所述孔进行填充操作。

4.如权利要求2所述的存储介质，其中

所述第三部件是螺栓、铆钉、钉子、销、点焊以及角焊中的任意一种。

5.如权利要求2所述的存储介质，其中

当所述紧固部件包括所述第三部件，并且当所述紧固部件还包括与所述第三部件一起用于紧固的第四部件时，所述分析模型生成程序还命令所述计算机在所述删除步骤中从所述三维几何模型删除所述第四部件。

6.如权利要求5所述的存储介质，其中

所述第四部件是螺母或垫圈。

7.如权利要求2所述的存储介质，其中

关于使用所述第三部件的紧固的所述属性信息包括所述第三部件的类型、材料、尺寸、几何形状以及对应于一个固定部分的第三部件的数量中的至少项。

8.如权利要求7所述的存储介质，其中

所述第三部件的类型包括螺栓、铆钉、钉子、销、点焊、角焊、胶粘剂和螺钉中的至少一种。

9.如权利要求1所述的存储介质，其中

当所述第一固件和所述第二部件由角焊紧固时，利用角焊的长度、所述第一部件和所述第二部件通过角焊接触的接触表面的面积以及所述接触表面的周长中的至少一项计算所述等价性能值。

10.如权利要求1所述的存储介质，其中

所述分析模型生成程序还命令所述计算机进行：

设定第一约束条件的第一约束条件设定步骤，所述第一约束条件为在划分所述第一和第二几何体的划分表面上保持所述第一几何体和所述第二几何体之间的接触，而不发生相对位移；以及

设定第二约束条件的第二约束条件设定步骤，所述第二约束条件为在通过划分所述第一部件获得的所述第一几何体和通过划分所述第二部件获得的所述第一几何体之间在各个表面上保持接触，而在所述表面上不发生相对位移。

11.如权利要求1所述的存储介质，其中

所述性能值包括杨氏模量、泊松比、质量密度、热膨胀系数以及振动阻尼因子中的至少一种。

12.如权利要求1所述的存储介质，其中

在所述划分步骤中，划分所述第一几何体和所述第二几何体的划分表面是平面。

13.如权利要求12所述的存储介质，其中

当存在对应于一个部件的多个第二几何体，或者在所述划分步骤中多个部件被划分时，所有划分表面之间的关系是平行或者垂直的。

14.如权利要求1所述的存储介质，其中

所述划分步骤包括：

候选区域设定步骤，所述候选区域设定步骤对应于所述紧固部分，设定候选区域作为如下三维区域的候选，所述三维区域具有用于确定划分表面的表面，所述划分表面用于所述第一几何体和所述第二几何体的划分；

候选区域合并步骤，当多个候选区域满足预定条件时，所述候选区域合并步骤通过合并所述多个候选区域，设定包括所述多个候选区域的一个新的候选区域；以及

划分执行步骤，所述划分执行步骤确定所述候选区域的横穿所述部件的表面作为所述第一几何体和所述第二几何体之间的划分表面，并且通过划分表面进行划分。

15.如权利要求14所述的存储介质，其中

所有候选区域是长方体空间；以及

所述长方体的所有边平行于作为对于所述三维几何模型预定的坐标轴的x轴、y轴和z轴之一。

16.如权利要求14所述的存储介质，其中

所述候选区域合并步骤中的条件是基于所述多个候选区域之间的距离和所述多个候选区域中共同包括的部件的数量中的至少之一来确定的。

17.一种分析模型生成设备，其通过处理包括多个部件的设备的三维几何模型生成分析模型，所述分析模型生成设备包括：

接收单元，所述接收单元接收所述三维几何模型作为输入，并且将所述三维几何模型存储在第一从存储单元中；

紧固部分提取单元，所述紧固部分提取单元参考存储关于所述部件之间的紧固的属性信息的第二存储单元，并且基于所述属性信息和所述三维几何模提取第一部件和第二部件在此被紧固的紧固部分；

划分单元，所述划分单元在所述三维几何模型中将所述第一部件和所述第二部件中的每一个划分为紧邻所述紧固部分的第一几何体和一个或多个对应于所述第一几何体之外的部分的第二几何体；以及

等价性能值赋值单元，所述等价性能值赋值单元对于通过划分所述第一部件获得的所述第一几何体和通过划分所述第二部件获得的所述第一几何体中的每一个进行操作，其中，所述操作包括：参考存储根据所述属性信息的参数和根据所述部件的材料的性能值的第三存储单元，基于存储在所述第三存储单元中的所述参数和所述性能值来计算等价性能值以作为反映紧固的性能值，并且将所述等价性能值赋值给所述第一几何体。

18.一种通过计算机的分析模型生成方法，用于通过处理包括多个部件的设备的三维几何模型生成分析模型，所述方法包括：

输入步骤，所述输入步骤接收所述三维几何模型作为输入，并且将所述三维几何模型存储在第一从存储单元中；

紧固部分提取步骤，所述紧固部分提取步骤参考存储关于所述部件之间的紧固的属性信息的第二存储单元，并且基于所述属性信息和所述三维几何模提取第一部件和第二部件在此被紧固的紧固部分；

划分步骤，所述划分步骤在所述三维几何模型中将所述第一部件和所述第二部件中的每一个划分为紧邻所述紧固部分的第一几何体和一个或多个对应于所述第一几何体之外的部分的第二几何体；以及

等价性能值赋值步骤，所述等价性能值赋值步骤对于通过划分所述第一部件获得的所述第一几何体和通过划分所述第二部件获得的所述第一几何体中的每一个，参考存储根据所述属性信息的参数和根据所述部件的材料的性能值的第三存储单元，基于存储在所述第三存储单元中的所述参数和所述性能值来计算等价性能值以作为反映紧固的性能值，并且将所述等价性能值赋值给所述第一几何体。

19.一种用于具有多个部件的设备的制造方法，包括：

根据权利要求18的计算机的分析模型生成步骤，所述分析模型生成步骤接收所述设备的三维几何模型，并且通过根据权利要求18所述的分析模型生成方法处理所述三维几何模型，生成分析模型；

分析步骤，所述分析步骤利用所述分析模型进行分析；以及

制造步骤，所述制造步骤在完成所述分析之后基于所述三维几何模型制造所述设备。

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