JP2002082999A - 解析装置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行な
うことにより、解析精度の向上および解析時間の短縮を
図ることが可能な解析装置を提供すること。 【解決手段】 解析プリミティブ生成部２は、部品の境
界条件を含んだ解析条件に基づいて解析の種類に応じた
部品の重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出
し、解析プリミティブを生成する。また、メッシュ要素
疎密制御部８は、メッシュ要素生成部７によってメッシ
ュ分割された解析プリミティブを配置し、部品の重要度
および影響属性に基づいてメッシュ要素の疎密制御を行
なう。したがって、解析条件を考慮したメッシュ要素分
割を行なうことができ、解析処理部９がそのメッシュ要
素を用いて解析することにより解析精度の向上および解
析時間の短縮を図ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、解析（シミュレー
ション）を実行する際に使用される解析プリミティブの
生成技術に関し、特に、解析精度を向上させるようにメ
ッシュ要素の疎密制御を行なって解析を行なう解析装
置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノート型パーソナルコンピュータ
（以下、ノート型パソコンと略す）等のように製品開発
のサイクルが短縮化され、その信頼性を迅速に確認する
ために解析（シミュレーション）が広く利用されてい
る。一般に、解析対象となる製品は複数の部品が積み重
なった階層構造を有し、各部品の力学的特性等を把握す
る必要があるため、部品毎にその材質や境界条件を設定
して作成された解析プリミティブを用いた解析装置が使
用されている。

【０００３】図１５は、従来の解析プリミティブを用い
た解析装置の処理手順を説明するためのフローチャート
である。まず、解析対象となる製品の各部品毎に形状が
入力される（Ｓ４１）。そして、部品毎の材質や境界条
件が設定されて（Ｓ４２）、解析プリミティブが作成さ
れる（Ｓ４０）。複数部品によって構成される製品全体
の解析を行なうために、部品毎に形状、材質および境界
条件が設定されて解析プリミティブが作成され、それら
の解析プリミティブが組合されて製品全体の解析プリミ
ティブが作成される。

【０００４】次に、生成された解析プリミティブが実際
の製品と等価となるように配置され、解析プリミティブ
が小さなエレメントに分割されて、メッシュ要素（メッ
シュモデル）が生成される（Ｓ４３）。そして、解析に
必要な熱伝達係数、発熱量等の解析条件がメッシュ要素
に設定されて、解析処理が実行される（Ｓ４４）。最後
に、解析結果が表示画面に表示されて処理が終了する。

【０００５】メッシュモデルには、汎用的な有限要素モ
デルや差分格子モデル、境界要素モデルなどがあり、た
とえば製品の発熱状態に応じた温度分布を解析する３次
元熱流体シミュレーション手法においては、物体の周囲
に流れる熱の挙動を３次元の格子を用いて解析するのが
一般的である。

【０００６】この３次元格子の作成方法として、各物体
の頂点をキーポイントとして直交格子を自動的に発生さ
せた後、設計者が要素分割数を指定したり、注目すべき
部分を指示することにより、直交格子を細分化する。逆
に、発熱源の影響をほとんど受けないと判断される部分
や、注目する必要のない部分を指定して、その部分につ
いては計算に必要な格子を発生させない等のメッシュ要
素の疎密制御が行なわれる。また、複数部品からなる製
品の解析を行なう場合には、個々の部品のメッシュサイ
ズをそれら部品が接する面（接合面）で同じ大きさに調
整される。

【０００７】現在、これらメッシュ要素を効率よく生成
することによって、計算速度および計算精度の向上が図
られているが、個々の部品が重要であるか否か、直交格
子を細分化するか無視するか等の判断は、設計者の経験
に頼られていた。

【０００８】また、ノート型パソコンに代表されるよう
に、コンパクト化が要求される製品の場合、ＣＰＵ（Ce
ntral Processing Unit）のようにサイズが小さく発熱
量が大きい部品などは、その部品自体の要素サイズのみ
でなく、近傍の部品の要素サイズについても整合をとる
必要がある。すなわち、各部品の接合面に対してのみ要
素サイズが小さい方のメッシュに合わせ込む処理を行な
うと、解析精度に不具合が生じる場合がある。たとえ
ば、放熱解析においては、発熱体の接触面から他の物体
へ放射状に伝搬される熱の流れを考慮する必要があり、
接合している部分のみではなく、その接合面を含む水平
方向および垂直方向の近傍まで影響を受けるため、メッ
シュ要素を細かくして計算精度を上げる必要がある。

【０００９】この問題点を解決する技術として、たとえ
ば特開平７−１２９６３４号公報に開示された発明があ
る。この発明は、形状モデルの形状要素に対して、形状
要素からの距離と接点の密度分布との関数（メッシュ疎
密分布関数）を入力し、この関数に基づいて形状モデル
に接点を発生させ、この接点に基づいて有限要素メッシ
ュモデルを生成する。そして、メッシュ疎密分布関数が
指定された複数の形状モデルを重ね合せて、メッシュの
疎密分布の制御が行なわれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いて説明した解析方法においては、複数の部品を含んだ
製品を解析する場合、メッシュ要素分割の疎密制御は単
に幾何的なメッシュ要素サイズおよび分割数の整合をと
る方法で行なわれ、各部品に設定された解析条件が考慮
されていない。そのため、解析上重要な部分にメッシュ
分割がなされていない、メッシュ要素サイズが極端に変
化して微妙な温度の変化が評価できない等の不具合が生
じるという問題点があった。

【００１１】また、２つの隣接する解析プリミティブの
メッシュ要素サイズが極端に異なる場合に、接合面のみ
のメッシュ要素サイズの整合処理を行なうと、その部分
の計算精度が低下するとともに、解析結果を表示する際
にメッシュノード単位でしか表示されないため、注目す
べき部品の近傍の詳細な結果が得られないという問題点
があった。

【００１２】たとえば、放熱解析を行なう場合、他物体
への熱の伝播は接合面の垂直方向のみではなく面方向に
も放射状に伝わるため、解析に重要となる範囲は接合面
を含む近傍であり、その部分の計算精度を上げるために
メッシュ要素サイズを小さくする必要がある。また、放
熱解析等の流体を扱う解析の場合、物体どうしの関係に
限らず、物体外部への影響を計算する必要がある。その
ため、空気層も同様にメッシュ要素に分割する必要があ
り、物体間のメッシュ要素サイズの整合をとるだけでは
十分な解析精度を得ることができない。

【００１３】また、解析上注目すべき部分を指定してメ
ッシュ要素の分割を制御する方法においては、設計者の
経験知識によってメッシュ要素の分割指示が行なわれる
ため、初心者にはその判断が難しいという問題点があっ
た。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、第１の目的は、解析条件を考慮した
メッシュ要素分割を行なうことにより、解析精度の向上
および解析時間の短縮を図ることが可能な解析装置、解
析方法および解析プログラムを記録した記録媒体を提供
することである。

【００１５】第２の目的は、設計者の経験知識に頼るこ
となく、メッシュ要素分割の疎密制御を自動的に行なう
ことが可能な解析装置、解析方法および解析プログラム
を記録した記録媒体を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のある局面に従え
ば、解析装置は、複数の部品を含む製品を解析する解析
装置であって、部品の境界条件を含んだ解析条件に基づ
いて、解析の種類に応じた部品の重要度と部品間の影響
を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成
するための解析プリミティブ生成手段と、部品の形状デ
ータおよび影響属性に基づいて、解析プリミティブ生成
手段によって生成された解析プリミティブを分割してメ
ッシュ要素を生成するためのメッシュ要素生成手段と、
メッシュ要素生成手段によってメッシュ分割された解析
プリミティブを配置し、部品の重要度および影響属性に
基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうためのメッ
シュ要素疎密制御手段と、メッシュ要素疎密制御手段に
よって疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解
析するための解析手段とを含む。

【００１７】メッシュ要素疎密制御手段は、部品の重要
度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御
を行なうので、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を
行なうことができ、そのメッシュ要素を用いて解析する
ことにより解析精度の向上および解析時間の短縮を図る
ことが可能となる。また、メッシュ要素疎密制御手段
は、部品の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ
要素の疎密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼る
ことなくメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能と
なる。

【００１８】好ましくは、解析プリミティブ生成手段
は、部品の形状データを入力するための形状入力手段
と、解析条件を入力するための解析条件入力手段と、解
析条件入力手段によって入力された解析条件に基づい
て、部品の重要度を認識するための重要度認識手段と、
解析条件入力手段によって入力された解析条件に基づい
て、影響属性を生成するための影響属性生成手段と、部
品の形状データ、解析条件および影響属性を解析プリミ
ティブとして格納するための解析プリミティブ格納手段
とを含む。

【００１９】部品の形状データ、解析条件および影響属
性が解析プリミティブとして格納されるので、任意の解
析においてこの解析プリミティブを利用することができ
る。

【００２０】さらに好ましくは、重要度認識手段は、解
析の種類に対応する解析条件に応じて重要度が定められ
た重要度決定ルールを参照して、重要度を認識する。

【００２１】したがって、重要度決定ルールが予め作成
されていれば、経験の浅い設計者であっても、解析を行
なうことが可能となる。

【００２２】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
形状データの形状要素毎に、他部品に影響を与える範囲
を表わす影響範囲および影響を与える度合いを表わす影
響度が定められた影響属性生成ルールを参照して、影響
属性を生成する。

【００２３】したがって、影響属性生成ルールが予め作
成されていれば、経験の浅い設計者であっても、解析を
行なうことが可能となる。

【００２４】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
影響属性ルールを参照して、立体、面、稜線、頂点また
はそれらの組合せに対して影響範囲および影響度を設定
する。

【００２５】したがって、解析の種類に応じたメッシュ
要素の疎密制御を行なうことができ、解析精度をさらに
向上させることが可能となる。

【００２６】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
形状データの形状要素を含む最大矩形の相似立体を影響
範囲に設定する。

【００２７】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
最大矩形からのオフセット量の関数を影響度に設定す
る。

【００２８】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
形状データの形状要素を含む外接球を影響範囲に設定す
る。

【００２９】さらに好ましくは、影響属性生成手段は、
外接球の半径の関数を影響度に設定する。

【００３０】さらに好ましくは、影響属性ルールはさら
に変化率を含み、影響属性生成手段は、変化率に基づい
て影響度を変化させる。

【００３１】したがって、影響度が解析プリミティブか
らの距離等によって変化する場合であっても、精度の高
い解析が行なえるようになる。

【００３２】さらに好ましくは、メッシュ要素疎密制御
手段は、影響範囲の重なる部品の重要度を比較し、重要
度の高い部品の影響を重要度の低い部品のメッシュ要素
サイズに反映させるようにメッシュ要素分割を制御す
る。

【００３３】したがって、注目すべき部分のみメッシュ
要素を細かく分割することができ、解析精度の向上およ
び解析時間の短縮を図ることが可能となる。

【００３４】本発明の別の局面に従えば、複数の部品を
含む製品を解析する解析方法であって、部品の境界条件
を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じた部品
の重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、
解析プリミティブを生成するステップと、部品の形状デ
ータおよび影響属性に基づいて、生成された解析プリミ
ティブを分割してメッシュ要素を生成するステップと、
メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、部品の
重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密
制御を行なうステップと、疎密制御された後の解析プリ
ミティブを用いて解析するステップとを含む。

【００３５】部品の重要度および影響属性に基づいて、
メッシュ要素の疎密制御を行なうので、解析条件を考慮
したメッシュ要素分割を行なうことができ、そのメッシ
ュ要素を用いて解析することにより解析精度の向上およ
び解析時間の短縮を図ることが可能となる。また、部品
の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎
密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなく
メッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となる。

【００３６】本発明のさらに別の局面に従えば、複数の
部品を含む製品を解析する解析方法をコンピュータに実
行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読
取可能な記録媒体であって、解析方法は、部品の境界条
件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じた部
品の重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出
し、解析プリミティブを生成するステップと、部品の形
状データおよび影響属性に基づいて、生成された解析プ
リミティブを分割してメッシュ要素を生成するステップ
と、メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、部
品の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の
疎密制御を行なうステップと、疎密制御された後の解析
プリミティブを用いて解析するステップとを含む。

【００３７】部品の重要度および影響属性に基づいて、
メッシュ要素の疎密制御を行なうので、解析条件を考慮
したメッシュ要素分割を行なうことができ、そのメッシ
ュ要素を用いて解析することにより解析精度の向上およ
び解析時間の短縮を図ることが可能となる。また、部品
の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎
密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなく
メッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にお
ける解析装置の概略構成を示すブロック図である。この
解析装置は、キーボードやマウス等によって構成される
入力部２０と、ディスプレイやプリンタ等によって構成
される出力部２２と、入力部２０および出力部２２との
間でデータの入出力を行なうＩ／Ｏ（Input/Output）デ
バイス２１と、ＦＤ（Floppy Disk）やＣＤ−ＲＯＭ（C
ompact Disc-Read Only Memory）等の記録媒体２３と、
記録媒体２３が着脱自在に装着され、記録媒体２３に対
するデータの書込みおよび読出しを行なう外部記憶ドラ
イバ２４と、解析装置全体の制御を行なうＣＰＵ（Cent
ral Processing Unit）２５と、各種プログラムおよび
各種データが格納されるＲＯＭ（Read Only Memory）２
６、インターネット等の外部の通信ネットワーク２９と
の間の通信接続を行なう通信デバイス２７と、処理に必
要となるデータが一時的に格納されるＲＡＭ（Random A
ccess Memory）２８と、ハードディスク３０とを含む。

【００３９】解析プリミティブ生成および解析処理のた
めのプログラム（以下、解析プログラムと呼ぶ。）は、
記録媒体２３によって供給される。この記録媒体２３に
記録された解析プログラムは、ＣＰＵ２５によって外部
記憶ドライバ２４を介して一旦ハードディスク３０に格
納される。ＣＰＵ２５は、ハードディスク３０から適宜
解析プログラムをＲＡＭ２８にロードして実行すること
によって解析プリミティブ生成および解析処理を行な
う。また、解析プログラムは他のコンピュータより通信
ネットワーク２９を経由して供給されてもよい。

【００４０】図２は、本発明の実施の形態における解析
装置の機能的構成を説明するための図である。解析装置
は、解析装置の全体的な制御を行なう制御部１と、解析
プリミティブ生成部２と、メッシュ要素生成部７と、メ
ッシュ要素疎密制御部８と、解析処理部９と、表示部１
０と、解析プリミティブデータ格納部１１と、重要度決
定ルール１２と、影響属性生成ルール１３とを含む。ま
た、解析プリミティブ生成部２は、形状入力部３と、解
析条件入力部４と、部品重要度認識部５と、影響属性生
成部６とを含む。

【００４１】図３は、図２に示す解析装置の処理手順を
説明するためのフローチャートである。まず、オペレー
タは形状入力部３に解析対象物の形状を入力する（Ｓ３
１）。解析対象物は、形状データとして形状要素を用い
て定義されている。形状要素とは、解析対象物の形状を
表現する頂点、稜線、面およびそれらからなる立体を意
味している。次に、オペレータは、形状入力部３に入力
された形状データの形状要素に対して、材質を定義し、
解析計算に必要な境界条件を設定する（Ｓ３２）。

【００４２】従来の解析装置においては、形状データと
解析条件とのみが解析プリミティブとして定義されてい
た。本実施の形態における解析装置においては、解析プ
リミティブの属性として形状データおよび解析条件の他
に、他部品へ与える影響を考慮した影響属性が設定され
る。ステップＳ３３およびＳ３４において、この影響属
性が設定される。

【００４３】解析重要度認識部５は、各部品の重要度を
認識する（Ｓ３３）。この重要度とは、目的の解析に重
要な役割を持つ解析条件が設定された場合に、放熱解
析、応力解析等、解析の種類に応じて、その部品に設定
される値であり、部品重要度認識部５が、重要度が定義
された重要度決定ルール１２を用いて決定する。

【００４４】図４は、重要度決定ルール１２の一例を示
す図である。この重要度決定ルール１２は、解析種類５
１と、重要部品候補５２と、解析条件５３と、主要部品
例５４と、設定形状要素５５と、重要度５６とを含む。

【００４５】解析種類５１は、解析目的毎に注目すべき
部品や解析条件が異なるため、それぞれの目的に応じて
判断するための分類を示すものである。たとえば、放熱
解析においては各部品の温度分布の計算が重要な目的で
あるため、発熱部品や放熱部品に着目する必要があり、
応力解析においては部品の応力やひずみが重要であるた
め、荷重を与える部品とその荷重による影響に着目する
必要がある。

【００４６】重要部品候補５２は、各解析目的にとって
注目すべき現象の発生源となる部品を機能で分類したも
のであり、たとえば放熱解析においては注目すべき機能
部品は発熱部品と放熱部品とである。解析条件５３は、
注目すべき部品を自動的に認識するための条件であり、
たとえば発熱量設定されている部品は発熱部品であると
判断される。

【００４７】主要部品５４は、各注目部品の代表的な部
品例を挙げたものである。たとえば、ノート型パソコン
の放熱解析の場合、主な発熱部品としてＣＰＵ、電源、
メモリ等が挙げられ、放熱対策部品である放熱部品とし
てヒートパイプ、放熱板、ファン等が挙げられる。設定
形状要素５５は、解析条件５３が設定される形状要素と
その影響が及ぶ範囲とを設定するための形状が記述され
る。

【００４８】これらの解析部品は、解析の目的に応じて
解析条件に対する重要度５６が設定されている。たとえ
ば、放熱解析においては発熱部品が放熱部品よりも重要
度が高く設定されており、重要度決定ルール１２に記述
されていない筐体部品等は重要度が最も低く設定されて
いる。

【００４９】図４に示す項目のうち、解析種類５１、解
析条件５３および重要度５６が部品重要度認識部５によ
って用いられる。また、重要度５６は、後述する各部品
のメッシュ要素分割や解析プリミティブの組合せ配置に
よる各部品間で影響を受ける順位、または影響を与える
順位を決定するために用いられる。図４においては、重
要度の高い順に１，２とするが、このテーブルに出現す
る順序で重要度を表わすようにしても良い。また、各解
析プリミティブに簡易的な解析計算を行なって、各解析
プリミティブの重要度を決定するようにしても良い。

【００５０】２つ以上の解析プリミティブ間の影響順位
を決定する重要度は、他の解析プリミティブのメッシュ
要素疎密制御や物性値に影響を与える解析プリミティブ
に高い重要度が設定されるが、逆に解析の種類および解
析条件によっては他物体から影響を全く受けないと判断
される場合には、重要度が最高レベルに設定され、他物
体からの影響を受けないようにされる。

【００５１】また、解析の種類によっては、異なる解析
条件に対して同じレベルの重要度が設定される場合があ
るが、同じ重要度の部品どうしの場合にはメッシュ要素
サイズの小さい方のモデルの重要度が高いと判断され、
メッシュ要素サイズの大きい方のモデルが小さい方のモ
デルから影響を受けるように処理される。

【００５２】次に、影響属性生成部６は、影響属性生成
ルール１３を参照して影響属性を生成する（Ｓ３４）。
図５は、影響属性生成ルール１３の一例を示す図であ
る。影響属性生成ルール１３は、形状要素６１と、影響
範囲６２と、影響度の強さ６３と、変化率６４とを含
む。形状要素６１は、立体、面、稜線、頂点およびそれ
らの組合せを含む。

【００５３】影響属性生成部６によって生成される影響
属性とは、各解析プリミティブの形状要素に対して設定
される属性であり、設定された部品の重要度と解析条件
とから自動的に生成される。影響範囲６２は、各形状要
素６１が影響を及ぼす領域を表わし、各形状要素６１を
用いて表わされる。たとえば、形状要素６１が“立体”
の場合には、影響範囲を表わす形状がその立体を含む
「最大矩形の相似立体」となる。そして、影響度の強さ
は、その立体からの拡大距離（拡大量）で表わされる。
なお、拡大距離を含む影響範囲そのものが、強度を含む
影響属性として設定されても良い。

【００５４】また、影響範囲を表わす形状、たとえば立
体の場合には、その立体を含む「最大矩形の相似立体」
以外に、「立体の外接球」、または「立体のオフセット
立体」としても良く、影響範囲を表わす形状を部品形状
の特徴、解析の種類、発熱体などの部品の機能等に対応
して自動的に選択したり、オペレータが選択するように
しても良い。

【００５５】形状要素６１が“面”の場合には、影響範
囲を表わす形状が「面の法線方向」を高さとする立体と
なり、影響度の強さは面からの距離で表わされる。形状
要素６１が“稜線”の場合には、影響範囲を表わす形状
が「稜線を中心軸とする円柱」となり、稜線からの距離
で影響度の強さが表わされる。また、形状要素６１が
“頂点”の場合には、影響範囲を表わす形状が「頂点を
中心とする球」となり、頂点からの距離で影響度の強さ
が表わされる。

【００５６】１つの部品が複数の部品が組合されて構成
される、いわゆる組部品（アセンブリ）として定義され
る場合には、組部品全体を１つの解析プリミティブとし
て扱い、組部品を１つの立体として各立体、面、稜線お
よび頂点に対して影響属性が設定される。

【００５７】変化率６４は、影響範囲内の影響度の変化
を表わす値である。たとえば、放熱解析の場合には、発
熱体の影響は距離に応じて変化することが知られてお
り、変化率６４は発熱体からの距離の関数で表わされ
る。以上の定義を行なったものを解析プリミティブと呼
ぶ。

【００５８】解析プリミティブ生成部２は、生成した解
析プリミティブデータを一旦解析プリミティブデータ格
納部１１に格納する（Ｓ３５）。解析プリミティブデー
タ格納部１１に格納された解析プリミティブは、別の解
析時において読出されて利用されても良い。

【００５９】次に、メッシュ要素生成部７は、解析プリ
ミティブのメッシュ要素分割を行なう（Ｓ３６）。メッ
シュ要素生成部７は、解析プリミティブの各形状要素に
設定された解析条件から判断された重要度と影響属性と
を考慮してメッシュ分割を行なう。一般的な３次元ＣＡ
Ｄ（Computer Aided Design）システムにおいては、ソ
リッドモデルを自動分割する機能が搭載されており、そ
れを利用して予めメッシュ分割した後、形状要素に設定
された影響属性から後述する解析プリミティブ内のメッ
シュ要素疎密制御を行なうようにしても良い。

【００６０】次に、製品全体として解析を行なうため
に、メッシュ分割された解析プリミティブの部品配置が
行なわれる。

【００６１】次に、メッシュ要素疎密制御部８は、解析
プリミティブの形状要素に設定された影響範囲どうしが
重なる部品が存在する場合、それらの解析プリミティブ
の重要度を比較し、重要度の高い解析プリミティブの影
響範囲内に存在する重要度の低い解析プリミティブのメ
ッシュ要素に対して疎密制御を行なう（Ｓ３７）。

【００６２】次に、解析処理部９は、解析条件入力部４
に入力された形状要素の材質および境界条件から、解析
に必要な熱伝達係数、発熱量等の条件を抽出し、メッシ
ュ要素疎密制御部８によって疎密制御された後のメッシ
ュ要素に設定して解析（シミュレーション）を実行する
（Ｓ３８）。最後に、表示部１０は、解析処理部９によ
って行なわれた解析結果を表示して（Ｓ３９）、処理を
終了する。オペレータは、この表示された解析結果を確
認し、必要に応じて再度メッシュ要素の疎密制御を繰返
し行なう。

【００６３】図６〜図１４は、解析処理の一例として、
２つの解析プリミティブを配置して、放熱解析を行なう
場合のメッシュ要素疎密制御処理の手順を説明するため
の図である。図６は、解析対象となる２つの解析プリミ
ティブを示す図である。解析プリミティブＡ７１の形状
データには、立体全体に対する発熱量と熱伝導率とが設
定されている。また、解析プリミティブＢ７２には、立
体全体に対する熱伝導率のみが設定されている。

【００６４】解析プリミティブＡ７１には発熱量が設定
されているので、図４に示す重要度決定ルールによって
発熱体であると判断され、解析プリミティブＡ７１に重
要度“１”が設定される。解析プリミティブＢ７２には
熱伝導率のみが設定されており、図４に示す重要度決定
ルールに重要部品として登録されていないため、重要度
として最も低い値が設定される。なお、解析プリミティ
ブＢ７２と、熱伝導率のみが設定された他部品とが比較
される場合は、熱伝導率の値が比較されて値の大きい解
析プリミティブの方が重要度が高いと判断される。

【００６５】上述したように、重要度決定ルール１２
は、解析種類５１とその物性値または境界条件等の解析
条件５３との組合せによって、重要度５６を決定するた
めに予め定められたルールである。たとえば、放熱解析
の場合には、発熱体が最も重要度が高く、放熱部品がそ
の次に重要な部品として定義されている。その他の解
析、たとえば応力解析、熱応力解析、圧縮解析、落下衝
撃解析等についても各解析の目的によって重要部品が定
義され、重要度の決定の際にその重要度決定ルールが利
用される。

【００６６】この重要度決定ルール１２は、経験者が事
前に設定することも可能であるが、重要度が不明の場合
には従来の解析方法で簡易解析を行ない、その解析結果
に基づいて注目すべき部品に対して重要度を設定するよ
うにしても良い。

【００６７】次に、影響属性生成部６は、解析プリミテ
ィブＡ７１の影響属性を生成する。解析プリミティブＡ
７１については、立体に解析条件として発熱量および熱
伝導率が設定されているため、影響範囲は立体を含む最
大矩形の相似形状となり、影響度の強さは、たとえば拡
大距離をｄとすると、ｄ＝Ｆ（ｑ，ｓ１）で表わされ
る。すなわち、ｑを発熱量、ｓ１を形状データサイズと
すると、ｄはｑとｓ１との関数Ｆで表わされる。ここ
で、変化率ｒ１＝ｋ１、ｋ１は定数とする。

【００６８】解析プリミティブＢ７２については、同様
に立体に解析条件として熱伝導率が設定されているた
め、影響範囲は立体を含む最大矩形の相似形状となり、
影響度の強さは、たとえば拡大距離をｄ２とすると、ｄ
２＝Ｆ２（ｔ，ｓ２）で表わさる。すなわち、ｔを熱伝
達係数、ｓ２を形状データサイズとすると、ｄ２はｔと
ｓ２との関数Ｆ２で表わされる。ここで、変化率ｒ２＝
ｋ２、ｋ２は定数とする。

【００６９】関数ＦおよびＦ２は、設計者によって適切
な関数が定義される。次に、メッシュ要素生成部７は、
解析プリミティブＡ７１およびＢ７２をそれぞれメッシ
ュ要素に分割する。ここでは、放熱解析を目的としてい
るため、差分法によって解析プリミティブを矩形にメッ
シュ要素分割する場合を示す。なお、メッシュ要素分割
された後の解析プリミティブをそれぞれ解析プリミティ
ブＡ８１およびＢ８２とする。

【００７０】図７は、メッシュ要素に分割された解析プ
リミティブが配置されるところを示す図である。解析プ
リミティブＢ８２が既に配置されており、その上に接す
るように解析プリミティブＡ８１が配置される。解析プ
リミティブＡ８１は、解析プリミティブＢ８２よりも重
要度が高いと判断されており、解析プリミティブＢ８２
よりも形状要素サイズが小さいため、配置前の解析プリ
ミティブＡ８１のメッシュ要素サイズは、解析プリミテ
ィブＢ８２のメッシュ要素サイズよりも小さくなってい
る。なお、配置の順番として解析プリミティブＢ８２を
配置した後その上に解析プリミティブＡ８１を配置した
場合について説明しているが、本実施の形態における解
析処理は配置の順番には依存しない。

【００７１】従来の解析装置、すなわち解析プリミティ
ブの属性として影響属性が設定されていない装置の場
合、図８に示すように解析プリミティブ９１と解析プリ
ミティブ９２との接合面９３においてのみメッシュ要素
サイズの整合がとられる。

【００７２】一方、本実施の形態における解析装置によ
って影響属性が設定される場合、図９（ａ）に示すよう
に重要度が高い解析プリミティブ１５１を配置する際、
それよりも重要度が低い解析プリミティブ１５２は解析
プリミティブ１５１の影響を受けて、たとえば頂点１５
３に設定された影響属性によって、図９（ｂ）に示すよ
うに影響範囲１５４に含まれるメッシュ要素の疎密制御
が行なわれる。このように、注目すべき部分のみのメッ
シュ要素を細かく制御することができ、解析に要する時
間の増大を抑えることができるとともに、解析精度を上
げることが可能となる。

【００７３】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、解析
プリミティブＡ１０３の立体全体に対して影響属性が設
定されているところを示す図である。図１０（ａ）は、
影響範囲を示す形状１０１を解析プリミティブＡ１０３
の最大矩形１０２の相似形とし、影響度の強さを拡大距
離ｄで定義した場合における解析プリミティブＢ１０４
のメッシュ要素サイズに与える影響を示している。図１
０（ｂ）は、影響範囲を示す形状を解析プリミティブＡ
１０３の外接球１０５とし、影響度の強さを半径の長さ
ｄで定義した場合における解析プリミティブＢ１０４の
メッシュ要素サイズに与える影響を示している。

【００７４】たとえば放熱解析の場合、発熱体から発せ
られた熱は放射上に伝達されることが知られているの
で、影響範囲を球状に設定する方が実モデルに近いモデ
ルとなる。このように、解析の種類によって影響範囲を
設定する形状を選択することが可能である。図１０
（ａ）および図１０（ｂ）のいずれの場合においても、
解析プリミティブＡ１０３の影響範囲内に含まれる解析
プリミティブＢ１０４のメッシュ要素が影響を受け、そ
の部分のメッシュ要素サイズが細分化される。

【００７５】また、変化率ｒが一定ではなく中心からの
距離の関数で与えられる場合、メッシュ要素サイズに与
える影響は、影響範囲内で中心から遠くなる程影響が小
さくなる。図１１は、変化率が形状要素（頂点）からの
距離の関数で与えられたとき、２つの解析プリミティブ
を配置した後のメッシュ要素を示す図である。図１１
（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、解析プリミテ
ィブＡ１４１の頂点に影響属性が設定されており、影響
度１４３および変化率１４４が設定されている。この解
析プリミティブＡ１４１が解析プリミティブＢ１４２上
に接するように配置されると、影響範囲内で中心から遠
くなる程影響が小さくなる。中心からの距離をｄとし、
影響変化率をｒとすると、次式が成り立つ。なお、Ｋは
変更可能な係数であるか、ｄの関数である。

【００７６】ｒ＝Ｋ×ｄ …（１） また、解析プリミティブＡのメッシュ要素サイズをＬＡ
とすると、解析プリミティブＢのメッシュ要素サイズＬ
Ｂは次式によって算出される。

【００７７】ＬＢ＝ＬＡ×ｒ …（２） 図１２は、形状要素の面に対して影響属性が設定された
場合を示す図である。解析プリミティブＡ１１３の面１
１１に影響属性が設定されており、影響範囲は面１１１
の法線方向と距離ｄで表わされる範囲１１２で表わされ
る。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。解析プ
リミティブＡ１１３を配置した後、影響範囲１１２に含
まれる解析プリミティブＢ１１４のメッシュ要素に対し
て疎密制御が行なわれる。また、解析プリミティブＡ１
１３とＢ１１４との接合面内に中心を持ち、その接合面
に接する外接球を影響範囲とし、影響度の強さを半径ｒ
によって表わしても良い。

【００７８】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、形状
要素の稜線に対して影響属性が設定された場合を示す図
である。解析プリミティブＡ１２１の稜線１２４に影響
属性が設定されており、図１３（ａ）に示すように影響
範囲は稜線１２４を中心軸とした角柱１２３で表わされ
る。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。また、
図１３（ｂ）に示すように影響範囲が稜線１２４を中心
軸とした円柱１２５で表わされるようにしても良い。解
析プリミティブＡ１２１を配置した後、影響範囲１２３
または１２５に含まれる解析プリミティブＢ１２２のメ
ッシュ要素に対して疎密制御が行なわれる。

【００７９】解析対象が放熱部品の場合、解析プリミテ
ィブの解析条件として形状要素の面に熱流束条件が与え
られ、面の法線方向への熱の流れが計算される。そのと
き、メッシュ要素サイズは面の法線方向のみではなく、
面を含む近傍のメッシュ要素サイズを小さくする必要が
ある。そのため、面とその面を構成する稜線との組合せ
に影響属性が設定され、メッシュ要素の疎密制御が行な
われる。

【００８０】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、形状
要素の頂点に対して影響属性が設定された場合を示す図
である。解析プリミティブＡ１３１の頂点１３３に影響
属性が設定されており、図１４（ａ）に示すように影響
範囲は頂点１３３を中心とした立方体１３４で表わされ
る。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。また、
図１４（ｂ）に示すように影響範囲が頂点１３３を中心
とした球１３５で表わされるようにしても良い。解析プ
リミティブＡ１３１を配置した後、影響範囲１３４また
は１３５に含まれる解析プリミティブＢ１３２のメッシ
ュ要素に対して疎密制御が行なわれる。

【００８１】応力解析などの場合、解析条件設定によっ
て、荷重条件が与えられた部品の稜線または頂点の近傍
についてメッシュ要素サイズを小さくすることが解析精
度を向上させる上で有効であることが知られており、稜
線または頂点に影響属性が設定される。

【００８２】以上説明したように、本実施の形態におけ
る解析装置によれば、メッシュ要素疎密制御部８が、部
品の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の
疎密制御を行なうようにしたので、解析条件を考慮した
メッシュ要素分割を行なうことが可能となった。また、
解析処理部９がそのメッシュ要素を用いて解析すること
により、解析精度の向上および解析時間の短縮を図るこ
とが可能となった。

【００８３】また、メッシュ要素疎密制御部８は、部品
の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎
密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなく
メッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となった。
したがって、経験の浅い設計者であっても、解析精度の
向上を図れるメッシュモデルを作成することが可能とな
った。さらには、形状要素の接触面のみではなく、その
近傍に対して影響度が設定されるため、形状要素の近傍
に対してもメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能
となった。

【００８４】今回開示された実施の形態は、すべての点
で例示であって制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請
求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味
および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における解析装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態における解析装置の機能
的構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の実施の形態における解析装置の処理
手順を説明するためのフローチャートである。

【図４】 重要度決定ルール１２の一例を示す図であ
る。

【図５】 影響属性生成ルール１３の一例を示す図であ
る。

【図６】 解析対象となる２つの解析プリミティブを示
す図である。

【図７】 メッシュ要素に分割された解析プリミティブ
が配置されるところを示す図である。

【図８】 影響属性を考慮せずに疎密制御が行なわれた
解析プリミティブを示す図である。

【図９】 影響属性を考慮して疎密制御が行なわれた解
析プリミティブを示す図である。

【図１０】 解析プリミティブの立体全体に対して影響
属性が設定されているところを示す図である。

【図１１】 変化率ｒが設定された解析プリミティブの
疎密制御を説明するための図である。

【図１２】 解析プリミティブの面に対して影響属性が
設定されているところを示す図である。

【図１３】 解析プリミティブの稜線に対して影響属性
が設定されているところを示す図である。

【図１４】 解析プリミティブの頂点に対して影響属性
が設定されているところを示す図である。

【図１５】 従来の解析装置の処理手順を説明するため
のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 制御部、２ 解析プリミティブ生成部、３ 形状入
力部、４ 解析条件入力部、５ 部品重要度認識部、６
影響属性生成部、７ メッシュ要素生成部、８ メッ
シュ要素疎密制御部、９ 解析処理部、１０ 表示部、
１１ 解析プリミティブデータ格納部、１２ 重要度決
定ルール、１３ 影響属性生成ルール、２０ 入力部、
２１ Ｉ／Ｏデバイス、２２ 出力部、２３ 記録媒
体、２４外部記憶ドライバ、２５ ＣＰＵ、２６ ＲＯ
Ｍ、２７ 通信デバイス、２８ＲＡＭ、２９ 通信ネッ
トワーク、３０ ハードディスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B046 AA07 BA04 JA08 5B049 AA04 BB07 DD00 DD05 EE03 EE11 EE41 FF00 FF03 FF04 FF09 GG04 GG07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の部品を含む製品を解析する解析装
   置であって、 部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種
   類に応じた部品の重要度と部品間の影響を表わす影響属
   性とを抽出し、解析プリミティブを生成するための解析
   プリミティブ生成手段と、 部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記
   解析プリミティブ生成手段によって生成された解析プリ
   ミティブを分割してメッシュ要素を生成するためのメッ
   シュ要素生成手段と、 前記メッシュ要素生成手段によってメッシュ分割された
   解析プリミティブを配置し、前記部品の重要度および前
   記影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行な
   うためのメッシュ要素疎密制御手段と、 前記メッシュ要素疎密制御手段によって疎密制御された
   後の解析プリミティブを用いて解析するための解析手段
   とを含む、解析装置。
2. 【請求項２】 前記解析プリミティブ生成手段は、前記
   部品の形状データを入力するための形状入力手段と、 前記解析条件を入力するための解析条件入力手段と、 前記解析条件入力手段によって入力された解析条件に基
   づいて、前記部品の重要度を認識するための重要度認識
   手段と、 前記解析条件入力手段によって入力された解析条件に基
   づいて、前記影響属性を生成するための影響属性生成手
   段と、 前記部品の形状データ、前記解析条件および前記影響属
   性を解析プリミティブとして格納するための解析プリミ
   ティブ格納手段とを含む、請求項１記載の解析装置。
3. 【請求項３】 前記重要度認識手段は、解析の種類に対
   応する解析条件に応じて重要度が定められた重要度決定
   ルールを参照して、前記重要度を認識する、請求項２記
   載の解析装置。
4. 【請求項４】 前記影響属性生成手段は、前記形状デー
   タの形状要素毎に、他部品に影響を与える範囲を表わす
   影響範囲および影響を与える度合いを表わす影響度が定
   められた影響属性生成ルールを参照して、前記影響属性
   を生成する、請求項２または３記載の解析装置。
5. 【請求項５】 前記影響属性生成手段は、前記影響属性
   ルールを参照して、立体、面、稜線、頂点またはそれら
   の組合せに対して前記影響範囲および前記影響度を設定
   する、請求項４記載の解析装置。
6. 【請求項６】 前記影響属性生成手段は、前記形状デー
   タの形状要素を含む最大矩形の相似立体を前記影響範囲
   に設定する、請求項４または５記載の解析装置。
7. 【請求項７】 前記影響属性生成手段は、前記最大矩形
   からのオフセット量の関数を前記影響度に設定する、請
   求項６記載の解析装置。
8. 【請求項８】 前記影響属性生成手段は、前記形状デー
   タの形状要素を含む外接球を前記影響範囲に設定する、
   請求項４または５記載の解析装置。
9. 【請求項９】 前記影響属性生成手段は、前記外接球の
   半径の関数を前記影響度に設定する、請求項８記載の解
   析装置。
10. 【請求項１０】 前記影響属性ルールはさらに変化率を
    含み、前記影響属性生成手段は、前記変化率に基づいて
    前記影響度を変化させる、請求項７または９記載の解析
    装置。
11. 【請求項１１】 前記メッシュ要素疎密制御手段は、影
    響範囲の重なる部品の重要度を比較し、重要度の高い部
    品の影響を重要度の低い部品のメッシュ要素サイズに反
    映させるようにメッシュ要素分割を制御する、請求項４
    〜１０のいずれかに記載の解析装置。
12. 【請求項１２】 複数の部品を含む製品を解析する解析
    方法であって、 部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種
    類に応じた部品の重要度と部品間の影響を表わす影響属
    性とを抽出し、解析プリミティブを生成するステップ
    と、 部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記
    生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を
    生成するステップと、 前記メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、前
    記部品の重要度および前記影響属性に基づいて、メッシ
    ュ要素の疎密制御を行なうステップと、 前記疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析
    するステップとを含む、解析方法。
13. 【請求項１３】 複数の部品を含む製品を解析する解析
    方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記
    録したコンピュータで読取可能な記録媒体であって、 前記解析方法は、部品の境界条件を含んだ解析条件に基
    づいて、解析の種類に応じた部品の重要度と部品間の影
    響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生
    成するステップと、 部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記
    生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を
    生成するステップと、 前記メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、前
    記部品の重要度および前記影響属性に基づいて、メッシ
    ュ要素の疎密制御を行なうステップと、 前記疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析
    するステップとを含む、コンピュータで読取可能な記録
    媒体。