JP2002149717A - Structure optimizing method and recording medium recorded with structure optimizing program - Google Patents

Structure optimizing method and recording medium recorded with structure optimizing program

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JP2002149717A
JP2002149717A JP2000340204A JP2000340204A JP2002149717A JP 2002149717 A JP2002149717 A JP 2002149717A JP 2000340204 A JP2000340204 A JP 2000340204A JP 2000340204 A JP2000340204 A JP 2000340204A JP 2002149717 A JP2002149717 A JP 2002149717A
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Japan
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optimization
design
model
structure optimization
analysis
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Takanori Negishi
孝典 根岸
Kazuya Yamaura
和也 山浦
Yasuhiro Komori
康弘 小森
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a design time by facilitating structure optimization as to a structure optimizing method for a design system. SOLUTION: A model generated by CAD is divided (c) into meshes, a characteristic value analysis of node coordinate vectors of the model is taken (d), and a characteristic vector is calculated. A design variable determining a candiate for an alteration of a shape is automatically generated (e) from the calculated characteristic vector and the optimization of the structure is analyzed (f) by using the generated design variable. The result of the structure optimization is outputted (g).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,CAD(Computer
Aided Design)システムおよびCAE(ComputerAided
Engineering)システムに係り,特にモデルの形状を修
正して構造の最適化を行う設計システムにおける構造最
適化方法および構造最適化プログラム記録媒体に関す
る。
[0001] The present invention relates to a CAD (Computer).
Aided Design) system and CAE (ComputerAided)
More particularly, the present invention relates to a structure optimization method and a structure optimization program recording medium in a design system that optimizes a structure by correcting a model shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】有限要素法に代表される構造解析システ
ムは,製造業における様々な分野で活用されている。近
年では,設計期間の短縮,設計コストの削減を目指し,
設計部門での導入も盛んになってきている。構造解析シ
ステムにおける構造最適化は,構造解析と数値最適化と
を組み合わせ,設計の改良をコンピュータで行う技術で
ある。
2. Description of the Related Art Structural analysis systems represented by the finite element method are used in various fields in the manufacturing industry. In recent years, with the aim of shortening the design period and reducing design costs,
The introduction in the design department is also increasing. Structural optimization in a structural analysis system is a technology that combines structural analysis and numerical optimization to improve the design using a computer.

【0003】図5および図6は,従来の構造最適化技術
を説明する図である。図5に示す構造最適化では,ま
ず,CADモデリングによる設計を行う(ステップS1
0)。ここで形状等の最適化は,設計者の経験や勘をも
とに人間が行って,CADモデリングに直接反映させ
る。モデルが決まると,CAEによる構造解析を実行
し,振動問題や疲労破壊などの各種の設計条件が満たさ
れるかどうかのチェックを行う(ステップS11)。も
し,設計条件が満たされない場合,ステップS10へ戻
り,設計者の経験や勘にもとづいて設計変更を行う。
FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining a conventional structure optimization technique. In the structure optimization shown in FIG. 5, first, a design is performed by CAD modeling (step S1).
0). Here, optimization of the shape and the like is performed by a person based on the experience and intuition of the designer, and is directly reflected in CAD modeling. When the model is determined, a structural analysis by CAE is performed to check whether various design conditions such as a vibration problem and fatigue fracture are satisfied (step S11). If the design conditions are not satisfied, the process returns to step S10, and the design is changed based on the experience and intuition of the designer.

【0004】CAEによる構造解析の結果,各種の設計
条件が満たされることが確認できたならば,実際に製品
を試作し,振動テスト,疲労破壊テストその他の各種実
験を行い(ステップS12),もし不満足な結果になっ
たならば,再度,ステップS10へ戻ってCADモデリ
ングから繰り返す。
[0004] As a result of structural analysis by CAE, if it is confirmed that various design conditions are satisfied, a product is actually manufactured as a prototype, and a vibration test, a fatigue fracture test and other various experiments are performed (step S12). If an unsatisfactory result is obtained, the process returns to step S10 to repeat from CAD modeling.

【0005】この方法によれば,いわば試行錯誤による
繰り返しの回数が大きく,設計開始から終了まで,数カ
月といったオーダの時間がかかっていた。
According to this method, the number of repetitions by trial and error is large, and it takes an order of several months from the start to the end of the design.

【0006】この設計方法を改良し,構造最適化をでき
るだけ自動化した方法が,図6に示す従来技術である。
この方法では,まずCADモデリングによる設計(ステ
ップS20)を行った後,設計者からの入力によって,
材料の物理的特性,拘束条件,荷重などの各種の構造解
析条件を設定し(ステップS21),有限要素法を用い
た構造解析を行うため,モデルをあらかじめ定めた小さ
な要素のメッシュ(VOXEL)に分割する(ステップ
S22)。
FIG. 6 shows a conventional technique which improves this design method and automates the structure optimization as much as possible.
In this method, first, a design by CAD modeling (step S20) is performed, and then, based on an input from a designer,
Various structural analysis conditions such as physical properties, constraints, and loads of the material are set (step S21), and the model is converted into a predetermined small element mesh (VOXEL) in order to perform the structural analysis using the finite element method. It is divided (step S22).

【0007】次に,設計者は形状変更の候補などの構造
最適化を行う上での条件(設計制約)や構造最適化の目
的(目的関数)である設計変数を検討し(ステップS2
3),これらの最適化条件を設定し(ステップS2
4),有限要素法を用いた構造最適化解析により構造最
適化を行う(ステップS25)。もし,目的とする結果
が得られなかった場合,ステップS23へ戻って,設計
変数を再検討したり,ステップS21へ戻って,材料そ
の他の構造解析条件を変更したり,それでも満足できる
結果が得られなかった場合には,ステップS20からの
CADモデリングによる再設計を繰り返すという処理を
行う。
Next, the designer examines conditions (design constraints) for performing structural optimization such as shape change candidates and the like, and design variables which are the objectives (objective functions) of structural optimization (step S2).
3), these optimization conditions are set (step S2)
4) Structural optimization is performed by structural optimization analysis using the finite element method (step S25). If the desired result is not obtained, the process returns to step S23 to re-examine the design variables, returns to step S21, changes the material and other structural analysis conditions, and obtains a satisfactory result. If not, a process of repeating redesign by CAD modeling from step S20 is performed.

【0008】この図6の方法によれば,設計開始から終
了まで,例えば数週間程度の時間がかかっていた。
According to the method shown in FIG. 6, it takes, for example, about several weeks from the start to the end of the design.

【0009】図6に示す方法において,特にステップS
23の最適化条件設定における条件の入力操作を簡易化
するための技術として,特開2000−268197号
公報に記載されている「設計システムおよび記録媒体」
がある。
In the method shown in FIG.
As a technique for simplifying a condition input operation in setting optimization conditions of 23, "Design System and Recording Medium" described in JP-A-2000-268197
There is.

【0010】これは,モデルの形状変更の候補となるベ
ーシスベクトルを設計者・解析技術者が定義する際に,
ディスプレイに表示したモデルのエッジをマウスなどに
よりピックし,ピックしたエッジをドラッグしてエッジ
を変形し,それを形状変更の候補として,ベーシスベク
トル法を用いて構造最適化を行うものである。これによ
って,従来,形状変更の候補の入力では,メッシュ分割
されたモデルにおける多くの節点の座標値を一つ一つ定
義していたのに対し,モデル上に線を引くようなイメー
ジで簡単に入力することが可能になった。しかし,この
方法も基本的には,人間が設計変数(形状変更の候補)
を与えることに変わりはなく,試行錯誤を伴うものであ
った。
This is because when a designer / analysis engineer defines a basis vector which is a candidate for changing the shape of a model,
The edge of the model displayed on the display is picked by a mouse or the like, and the edge is deformed by dragging the picked edge, and the shape is optimized using the basis vector method as a candidate for shape change. As a result, conventionally, when inputting shape change candidates, the coordinate values of many nodes in the mesh-divided model have been defined one by one. It is now possible to enter. However, this method is basically based on the design variable (candidate for shape change)
Was the same, and it involved trial and error.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図5に示す従来の方法
では,設計の最適化を人間が行っていたのに対し,図6
に示す第2の従来の方法では,最適化解析(ステップS
25)をコンピュータでシミュレートすることによって
自動的に行う。しかし,この第2の従来の方法でも,設
計変数は,設計者(もしくは解析技術者)が自らの経験
や勘をもとに定義しなければならないため,構造最適化
が人間のスキルに依存することになり,やはり試行錯誤
によって設計変数を変更するなどして,最適な構造を導
き出すことが必要であった。
In the conventional method shown in FIG. 5, the design was optimized by a human.
In the second conventional method shown in FIG.
25) is automatically performed by simulating with a computer. However, even in the second conventional method, design variables must be defined by a designer (or an analysis engineer) based on his / her own experience and intuition, and thus structural optimization depends on human skills. Therefore, it was necessary to derive an optimal structure by changing design variables by trial and error.

【0012】本発明は上記問題点の解決を図り,振動問
題などでの形状設計の最適化において,設計変数を自動
生成することによって,構造最適化を容易に行うことが
できるようにし,かつ試行錯誤による繰り返しを不要と
して設計時間の短縮を可能にすることを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and in the optimization of a shape design for a vibration problem or the like, a structure optimization can be easily performed by automatically generating design variables, and a trial is performed. It is an object of the present invention to reduce design time by eliminating the need for repetition by mistake.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は,モデルの形状
を修正して構造の最適化を行う設計システムにおいて,
CADにより作成したモデルをメッシュ分割し,前記モ
デルの要素に関する節点座標ベクトルについて固有値解
析を行い,固有ベクトルを算出する。その算出された固
有ベクトルから形状の変更の候補を定める設計変数を自
動生成し,生成された設計変数を用いて構造最適化の解
析を行う。その構造最適化の結果を出力する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a design system for optimizing a structure by correcting the shape of a model.
The model created by CAD is divided into meshes, and eigenvalue analysis is performed on node coordinate vectors related to elements of the model to calculate eigenvectors. A design variable for determining a shape change candidate is automatically generated from the calculated eigenvector, and a structural optimization analysis is performed using the generated design variable. The result of the structure optimization is output.

【0014】設計変数の生成では,メッシュ分割された
モデルについて固有値解析を行い,求めた固有ベクトル
のうち,低次のものから複数個をベーシスベクトルとし
て設計変数を定義し,ベーシスベクトル法を用いて構造
最適化を行う。
In the generation of design variables, eigenvalue analysis is performed on the mesh-divided model, and a plurality of low-order eigenvectors are determined as basis vectors to define design variables, and a structural variable is formed using the basis vector method. Perform optimization.

【0015】以上の各処理手段をコンピュータによって
実現するためのプログラムは,コンピュータが読み取り
可能な可搬媒体メモリ,半導体メモリ,ハードディスク
などの適当な記録媒体に格納することができる。
A program for realizing each of the above-described processing means by a computer can be stored in an appropriate recording medium such as a computer-readable portable medium memory, a semiconductor memory, and a hard disk.

【0016】本発明の作用は,以下のとおりである。設
計者がCADデータに対して,構造解析で用いる条件
(材料,拘束,荷重)と構造最適化を行う上での設計制
約,構造最適化の目的(目的関数)を定義する。設計者
がこれだけを行えば,形状変更の候補となる設計変数を
外部から与えなくても,システムが自動メッシュ分割を
行い,有限要素法による構造解析(固有値解析を含む)
および構造最適化を自動的に行う。したがって,構造最
適化を容易にかつ迅速に行うことができるようになる。
The operation of the present invention is as follows. For the CAD data, the designer defines conditions (materials, constraints, loads) used in the structural analysis, design constraints for structural optimization, and an objective (objective function) for structural optimization. If the designer does only this, the system performs automatic mesh division without providing design variables that are candidates for shape change from the outside, and performs structural analysis using the finite element method (including eigenvalue analysis).
And optimizes the structure automatically. Therefore, the structure can be optimized easily and quickly.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明による自動構造最適化を実
施する具体的な手順の概要は,以下のとおりである。ま
ず,準備処理として(1) 〜(3) を実行し,その後,(4)
〜(8) をシステムが自動的に行う。 (1) CADを用いて最適化対象物のモデリングを行う
(初期設計)。 (2) 構造解析のための材料,荷重,拘束などの条件設定
を行う。 (3) 構造最適化のための目的関数,設計制約などの条件
を設定する。 (4) モデルをメッシュ分割する(既存の技術を利用)。 (5) 固有値解析により固有ベクトルを抽出する(既存の
技術を利用)。 (6) 固有ベクトルをベーシスベクトル(形状変更の候
補)とし,設計変数を自動生成する。 (7) 構造最適化のための設計変数を設定する。 (8) 構造最適化解析を行い,目的関数の値が最大または
最小となる最適解を探索する(既存の技術を利用)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The outline of a specific procedure for implementing automatic structure optimization according to the present invention is as follows. First, (1) to (3) are executed as preparation processing, and then (4)
(8) is performed automatically by the system. (1) Model the object to be optimized using CAD (initial design). (2) Set conditions such as materials, loads, and constraints for structural analysis. (3) Set conditions such as objective functions and design constraints for structural optimization. (4) Divide the model into meshes (using existing technology). (5) Extract eigenvectors by eigenvalue analysis (using existing technology). (6) The eigenvector is used as a basis vector (candidate for shape change), and design variables are automatically generated. (7) Set design variables for structural optimization. (8) Perform a structural optimization analysis and search for an optimal solution with the maximum or minimum value of the objective function (using existing technology).

【0018】本発明は,特に上記手順(5) 〜(7) をシス
テムが自動的に行う点が従来技術と異なる。
The present invention differs from the prior art in that the above-mentioned procedures (5) to (7) are performed automatically by the system.

【0019】図1は,本発明を実施する構造最適化処理
装置の構成例を示す。構造最適化処理装置1は,CPU
およびメモリなどからなるコンピュータであり,ソフト
ウェアプログラム等によって構成されるデータ作成処理
部10,構造最適化計算処理部20,結果評価処理部3
0,制御部40を備える。構造最適化処理装置1には,
外部記憶装置やキーボードその他の入力装置2および表
示装置3が接続されている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a structure optimization processing apparatus embodying the present invention. The structure optimization processing device 1 has a CPU
And a computer including a memory and the like, and a data creation processing unit 10, a structure optimization calculation processing unit 20, and a result evaluation processing unit 3 configured by a software program or the like.
0, a control unit 40 is provided. In the structure optimization processing device 1,
An external storage device, a keyboard and other input devices 2 and a display device 3 are connected.

【0020】データ作成処理部10は,構造最適化の準
備のためのプリプロセッサであり,入力装置2からCA
Dを用いて作成されたモデルのCADデータを読み込む
初期形状読込・表示部11,構造解析のための条件設定
を行う条件設定部12,モデルをメッシュに分割する有
限要素分割部13を備える。
The data creation processing unit 10 is a preprocessor for preparing for optimization of the structure.
An initial shape reading / display unit 11 for reading CAD data of a model created using D, a condition setting unit 12 for setting conditions for structural analysis, and a finite element dividing unit 13 for dividing the model into meshes are provided.

【0021】構造最適化計算処理部20は,固有値解析
部211を含む構造解析部21,設計感度解析部22,
数値最適化部23を備える。構造解析部21は,有限要
素法(FEM)を用いて構造解析を行う部分で,特に固
有値解析部211は,モデルの要素に関する節点座標ベ
クトルについて固有値解析を行い,固有ベクトルを抽出
する。設計感度解析部22は,設計変数の変更が,目的
関数や設計制約に与える影響度(これを感度係数とい
う)を定量的に計算する処理部である。数値最適化部2
3は,感度係数と設計制約の値とから探索的に最適解を
求める処理部である。
The structure optimization calculation processing unit 20 includes a structure analysis unit 21 including an eigenvalue analysis unit 211, a design sensitivity analysis unit 22,
A numerical optimization unit 23 is provided. The structural analysis unit 21 performs a structural analysis using the finite element method (FEM). In particular, the eigenvalue analysis unit 211 performs an eigenvalue analysis on a node coordinate vector related to an element of the model, and extracts an eigenvector. The design sensitivity analysis unit 22 is a processing unit that quantitatively calculates the degree of influence of the change of the design variable on the objective function and the design constraint (this is called a sensitivity coefficient). Numerical optimization unit 2
Reference numeral 3 denotes a processing unit for exploring and finding an optimal solution from the sensitivity coefficient and the value of the design constraint.

【0022】結果評価処理部30は,構造最適化計算処
理部20による処理結果を編集し出力するもので,結果
編集・加工部31,結果出力・表示部32を備える。制
御部40は,全体の制御機能を司る。
The result evaluation processing unit 30 edits and outputs the processing result of the structure optimization calculation processing unit 20, and includes a result editing / processing unit 31 and a result output / display unit 32. The control unit 40 controls the entire control function.

【0023】図2は,本発明の実施の形態による処理フ
ローチャートである。以下,図2に示す(a)〜(g)
に従って説明する。
FIG. 2 is a processing flowchart according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, (a) to (g) shown in FIG.
It will be described according to.

【0024】(a)初期形状の読込・表示 データ作成処理部10の初期形状読込・表示部11は,
CADを用いて作成された最適化対象物のモデルのCA
Dデータ51を磁気ディスクなどの外部記憶装置によっ
て構成される入力装置2から入力する。必要に応じて読
み込んだCADデータ51のモデル形状を表示装置3に
表示する。
(A) Read / display of initial shape The initial shape read / display unit 11 of the data creation processing unit 10
CA of the model of the optimization target created using CAD
The D data 51 is input from the input device 2 configured by an external storage device such as a magnetic disk. The model shape of the CAD data 51 read as necessary is displayed on the display device 3.

【0025】(b)条件の設定・表示 条件設定部12は,構造解析のための材料の物理的特
性,荷重,拘束などの条件53を設定する。また,構造
最適化のための目的関数,設計制約などの条件について
も設定する。目的関数は,最適解かどうかを判断するた
めの関数であり,目的関数の値を最大化または最小化す
ることが最適化の目的となる。設計制約は,構造解析の
結果(変位,応力,重量など)に上限または下限を与え
ることで定義される。これらの設定された条件を表示装
置3に表示し,設計者の確認をとったならば,これらの
情報を条件データ54として保存し,次の処理へ進む。
(B) Setting and Display of Conditions The condition setting section 12 sets conditions 53 such as physical properties, loads and constraints of the material for structural analysis. In addition, conditions such as an objective function for structural optimization and design constraints are set. The objective function is a function for determining whether it is an optimal solution, and maximizing or minimizing the value of the objective function is an object of optimization. The design constraint is defined by giving an upper or lower limit to the results of structural analysis (displacement, stress, weight, etc.). These set conditions are displayed on the display device 3, and when the designer confirms them, the information is stored as condition data 54, and the process proceeds to the next process.

【0026】(c)有限要素分割(メッシュ分割) 有限要素分割部13は,CADデータ51から得られた
形状データ52および条件データ54をもとに,構造最
適化対象であるモデルを有限要素法(FEM)を利用し
て解析するために,小さな要素のメッシュ(VOXE
L)に分割する。この結果をFEMデータ55とする。
(C) Finite element division (mesh division) The finite element division unit 13 divides a model to be subjected to structural optimization based on the shape data 52 and the condition data 54 obtained from the CAD data 51 by the finite element method. For analysis using (FEM), mesh of small elements (VOXE)
L). This result is referred to as FEM data 55.

【0027】(d)固有値解析 構造最適化計算処理部20の固有値解析部211は,F
EMデータ55を入力し,モデルを構成する要素の節点
データからなる全体合成マトリックス(節点座標ベクト
ル)について固有値解析を行い,固有ベクトル56を抽
出する。なお,この固有値解析による固有ベクトルの抽
出方法については既存の技術であり,よく知られている
ので,ここでの抽出方法自体の詳しい説明は省略する。
(D) Eigenvalue analysis The eigenvalue analysis unit 211 of the structure optimization calculation processing unit 20
The EM data 55 is input, an eigenvalue analysis is performed on a total synthesis matrix (node coordinate vector) including node data of elements constituting the model, and an eigenvector 56 is extracted. The method of extracting eigenvectors by the eigenvalue analysis is an existing technique and is well known, so that the detailed description of the extraction method itself will be omitted.

【0028】(e)設計変数の生成 次に,構造最適化計算処理部20は,固有値解析部21
1によって算出した固有ベクトルのうち,低次のものか
ら複数個をベーシスベクトルとして設計変数を定義す
る。固有ベクトルは,もともとあった形状が振動によっ
てどのように変わるかを示すものと考えてよい。ベーシ
スベクトルは,いわば変形のパターンを決めるものであ
るから,これを固有ベクトルを用いて定義することによ
り,例えば振動問題における最適形状の候補として適し
ていると考えられる。定義された設計変数データ57
を,次の構造最適化解析に用いる。
(E) Generation of Design Variables Next, the structure optimization calculation processing unit 20
A design variable is defined as a basis vector using a plurality of eigenvectors calculated from the low-order eigenvectors as basis vectors. The eigenvector may be considered to indicate how the original shape changes due to vibration. Since the basis vector determines a so-called deformation pattern, it is considered to be suitable as, for example, a candidate for an optimum shape in a vibration problem by defining the basis vector using an eigenvector. Defined design variable data 57
Is used for the next structural optimization analysis.

【0029】(f)構造最適化解析 構造最適化計算処理部20は,条件データ54,FEM
データ55,設計変数データ57を入力し,構造解析部
21,設計感度解析部22,数値最適化部23によって
構造最適化計算を行う。まず,初期の形状について有限
要素法を用いた構造解析および設計感度解析を行う。次
に,数値最適化では,感度係数と設計制約値とから,目
的関数を用いて探索的に最適解を求める。この処理時間
の短縮のため,近似モデルと呼ばれる数値モデルを利用
する。これは,目的関数や設計制約をテーラー展開によ
る近似式を用いて計算するものである。以上の処理を,
設計変数に従ってモデルの形状を変更しながら,設計の
条件を満足した最適解が得られるまで何回も繰り返す。
(F) Structural optimization analysis The structural optimization calculation processing unit 20 includes the condition data 54, the FEM
The data 55 and the design variable data 57 are input, and the structure analysis unit 21, the design sensitivity analysis unit 22, and the numerical optimization unit 23 perform a structure optimization calculation. First, structural analysis and design sensitivity analysis are performed on the initial shape using the finite element method. Next, in the numerical optimization, an optimal solution is exploratively obtained from the sensitivity coefficient and the design constraint value using an objective function. To reduce the processing time, a numerical model called an approximate model is used. In this method, an objective function and design constraints are calculated using an approximate expression based on Taylor expansion. The above processing
While changing the shape of the model according to the design variables, the process is repeated many times until an optimal solution satisfying the design conditions is obtained.

【0030】この構造最適化解析の処理は,既存の技術
であり,例えば以下の参考文献に記載されている技術を
利用することができる。 [参考文献1] Vanderplaats,G.N.: Numerical Optimization Techniqu
es for Engineering Design:With Applcations. McGraw
-Hill, 1984. [参考文献2] 鈴木,山浦,赤堀:構造最適化システムの開発と適用:
雑誌FUJITSU,Vol.48,No.1, 1997-1. (http://www.fujitsu.co.jp/hypertext/develop/magaz
ine/vol48-1/7.html) (g)最適化結果の出力・表示 構造最適化解析により,結果データ58が得られたなら
ば,結果評価処理部30は,設計者・解析技術者の要求
に応じて結果編集・加工部31によって結果データ58
を編集・加工し,結果出力・表示部32によって編集後
の結果データ59を表示装置3に表示し,また磁気ディ
スクなどの外部記憶装置に結果データ59を出力し保存
する。
The processing of the structure optimization analysis is an existing technique, and for example, a technique described in the following reference can be used. [Reference 1] Vanderplaats, GN: Numerical Optimization Techniqu
es for Engineering Design: With Applcations. McGraw
-Hill, 1984. [Reference 2] Suzuki, Yamaura, Akahori: Development and application of a structural optimization system:
Magazine FUJITSU, Vol.48, No.1, 1997-1. (Http://www.fujitsu.co.jp/hypertext/develop/magaz
ine / vol48-1 / 7.html) (g) Output and display of optimization result If the result data 58 is obtained by the structural optimization analysis, the result evaluation processing unit 30 The result data 58 by the result editing / processing unit 31 in response to a request
Is edited and processed, the edited result data 59 is displayed on the display device 3 by the result output / display unit 32, and the result data 59 is output and stored in an external storage device such as a magnetic disk.

【0031】[0031]

【実施例】ディスクアーム形状への最適化の適用例につ
いて説明する。図3(A)はCADにより設計したディ
スクアームの初期設計の形状である。ここで,このディ
スクアームについて面内振動モードの固有振動数を最大
化する形状最適化を図る。目的関数は,面内振動の4次
モードの最大化である。設計制約は,全体の重量を初期
値以下とすることである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A description will be given of an application example of optimization to a disk arm shape. FIG. 3A shows an initial design shape of a disk arm designed by CAD. Here, shape optimization for maximizing the natural frequency of the in-plane vibration mode of the disk arm is attempted. The objective function is to maximize the fourth-order mode of the in-plane vibration. The design constraint is to keep the overall weight below the initial value.

【0032】設計変数は,面内振動の低次3モード(固
有ベクトル)をベーシスベクトルとし,これによってア
ーム形状を定義する。図4に,その3個の設計変数1,
2,3の例を示す。例えば, Y=(yx1,yy1,yz1,yx2,yy2,yz2,……,y
xN,yyN,yzN) を,モデル全体の節点座標を含むベクトルとする。この
節点座標ベクトルをndv個の設計変数でコントロール
する場合,設計変数が変化したときの新しい節点座標ベ
クトルYnew は, Ynew =Y0 +X1 ・φ1 +X2 ・φ2 +……+Xndv
・φndv で与えられる。ここで,Y0 は節点座標ベクトルの初期
値である。φi は固有ベクトル,Xi は変化後の設計変
数である。
As a design variable, a low-order three mode (eigenvector) of in-plane vibration is defined as a basis vector, and an arm shape is defined by the basis vector. FIG. 4 shows the three design variables 1,
Examples 2 and 3 will be described. For example, Y = ( yx1 , yy1 , yz1 , yx2 , yy2 , yz2 ,..., Y
xN , yyN , yzN ) is a vector including the node coordinates of the entire model. When this node coordinate vector is controlled by ndv design variables, a new node coordinate vector Y new when the design variable changes is given by: Y new = Y 0 + X 1 · φ 1 + X 2 · φ 2 + ... + X ndv
Is given by φ ndv Here, Y 0 is the initial value of the node coordinate vector. φ i is the eigenvector and X i is the design variable after the change.

【0033】本発明によって自動構造最適化を行った結
果のディスクアーム形状を,図3(B)に示す。従来,
人間が設計変数を検討し設定していた場合に,数週間程
度の設計時間がかかっていたのに対し,本発明によって
設計時間を数時間から数日程度に短縮することができ
た。
FIG. 3B shows the disk arm shape as a result of the automatic structure optimization according to the present invention. Conventionally,
The present invention has reduced the design time from several hours to several days, compared to several weeks of design time when humans considered and set the design variables.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
設計者・解析技術者の試行錯誤によらずに,コンピュー
タシミュレーションだけで構造の最適化を実現すること
が可能になる。特に,設計変数の設定が,設計者のスキ
ルに依存しないので,経験不足の若手設計者であって
も,最適な形状を導き出すことができる。また,必要な
条件を設定した後は完全自動化も可能であり,設計・開
発時間の大幅な短縮が可能になる。特に,振動問題など
では,固有ベクトルを用いて設計変数を定義するため,
より良い最適解が得られるようになる。
As described above, according to the present invention,
The optimization of the structure can be realized only by computer simulation, without trial and error of the designer and the analysis engineer. In particular, since the setting of the design variables does not depend on the skill of the designer, even an inexperienced young designer can derive the optimum shape. Also, after setting the necessary conditions, complete automation is possible, and the design and development time can be significantly reduced. In particular, for vibration problems, etc., design variables are defined using eigenvectors.
A better optimal solution can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を実施する構造最適化処理装置の構成例
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a structure optimization processing apparatus that implements the present invention.

【図2】本発明の実施の形態による処理フローチャート
である。
FIG. 2 is a processing flowchart according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例を説明するためのディスクアー
ムの形状を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a shape of a disk arm for explaining an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例を説明するための設計変数の例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of design variables for explaining an embodiment of the present invention.

【図5】従来の構造最適化技術を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a conventional structure optimization technique.

【図6】従来の構造最適化技術を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional structure optimization technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 構造最適化処理装置 2 入力装置 3 表示装置 10 データ作成処理部(プリプロセッサ) 11 初期形状読込・表示部 12 条件設定部 13 有限要素分割部 20 構造最適化計算処理部 21 構造解析部 211 固有値解析部 22 設計感度解析部 23 数値最適化部 30 結果評価処理部(ポストプロセッサ) 31 結果編集・加工部 32 結果出力・表示部 REFERENCE SIGNS LIST 1 structure optimization processing device 2 input device 3 display device 10 data creation processing unit (preprocessor) 11 initial shape reading / display unit 12 condition setting unit 13 finite element division unit 20 structure optimization calculation processing unit 21 structure analysis unit 211 eigenvalue analysis Unit 22 Design sensitivity analysis unit 23 Numerical optimization unit 30 Result evaluation processing unit (post-processor) 31 Result editing / processing unit 32 Result output / display unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山浦 和也 長野県長野市大字鶴賀字鍋屋田1403番地3 株式会社富士通長野システムエンジニア リング内 (72)発明者 小森 康弘 長野県長野市大字鶴賀字鍋屋田1403番地3 株式会社富士通長野システムエンジニア リング内 Fターム(参考) 5B046 AA07 JA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuya Yamaura 1403-3 Nabeyada, Tsuruga, Nagano-shi, Nagano Prefecture Inside Fujitsu Nagano System Engineering Co., Ltd. 1403 No. 3 F-term in Fujitsu Nagano System Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 5B046 AA07 JA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モデルの形状を修正して構造の最適化を
行う設計システムにおける構造最適化方法であって,モ
デルをある定められた大きさの要素に分割する過程と,
前記モデルの要素に関する節点座標ベクトルについて固
有値解析を行い,固有ベクトルを算出する過程と,算出
された固有ベクトルから形状の変更の候補を定める設計
変数を生成する過程と,生成された設計変数を用いて構
造最適化の解析を行う過程と,構造最適化の結果を出力
する過程とを有することを特徴とする構造最適化方法。
1. A structure optimization method in a design system for optimizing a structure by correcting a shape of a model, the method comprising: dividing a model into elements having a predetermined size;
Performing eigenvalue analysis on the nodal coordinate vectors related to the model elements, calculating an eigenvector, generating a design variable that determines a candidate for a shape change from the calculated eigenvector, and constructing a structure using the generated design variable. A structure optimization method, comprising: a step of performing optimization analysis; and a step of outputting a result of the structure optimization.
【請求項2】 前記設計変数を生成する過程では,固有
値解析により求めた固有ベクトルのうち,低次のものか
ら複数個をベーシスベクトルとして設計変数を定義し,
前記構造最適化の解析を行う過程では,ベーシスベクト
ル法を用いて最適化を行うことを特徴とする請求項1記
載の構造最適化方法。
2. In the step of generating the design variables, a plurality of low-order eigenvectors obtained from the eigenvalue analysis are defined as basis vectors to define the design variables.
2. The structure optimization method according to claim 1, wherein in the step of analyzing the structure optimization, the optimization is performed using a basis vector method.
【請求項3】 モデルの形状を修正して構造の最適化を
行う設計システムにおける構造最適化のためのプログラ
ムを記録した記録媒体であって,モデルをある定められ
た大きさの要素に分割する処理と,前記モデルの要素に
関する節点座標ベクトルについて固有値解析を行い,固
有ベクトルを算出する処理と,算出された固有ベクトル
から形状の変更の候補を定める設計変数を生成する処理
と,生成された設計変数を用いて構造最適化の解析を行
う処理と,構造最適化の結果を出力する処理とを,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こと
を特徴とする構造最適化プログラム記録媒体。
3. A recording medium storing a program for optimizing a structure in a design system for optimizing a structure by correcting a shape of the model, wherein the model is divided into elements having a predetermined size. Processing, performing eigenvalue analysis on nodal coordinate vectors related to the elements of the model to calculate an eigenvector, generating design variables that determine candidates for shape changes from the calculated eigenvectors, and generating the design variables. A structure optimization program recording medium characterized by recording a program for causing a computer to execute a process of analyzing a structure optimization using the same and a process of outputting a result of the structure optimization.
【請求項4】 請求項3記載の構造最適化プログラム記
録媒体において,前記設計変数を生成する処理では,固
有値解析により求めた固有ベクトルのうち,低次のもの
から複数個をベーシスベクトルとして設計変数を定義
し,前記構造最適化の解析を行う処理では,ベーシスベ
クトル法を用いて最適化を行うことを特徴とする構造最
適化プログラム記録媒体。
4. The structure optimization program recording medium according to claim 3, wherein, in the processing of generating the design variables, a plurality of eigenvectors obtained by eigenvalue analysis from low-order eigenvectors are used as basis vectors. A structure optimization program recording medium, characterized in that in a process of defining and analyzing the structure optimization, optimization is performed using a basis vector method.
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