JP2003042984A - 熱解析方法および装置 - Google Patents
熱解析方法および装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】対象物体の形状にとらわれずに、汎用的に温度
分布を得ることができる熱解析方法および装置を提供す
る。 【解決手段】熱解析の対象物形状を有限個の有限要素あ
るいはセルに分割する対象領域分割を行い、この分割結
果を用いて対象領域の熱解析を行う熱解析装置におい
て、温度分布算出部２２によって熱伝達率を用いて対象
物中の温度分布を求め、求めた温度分布に基づいて特定
点の温度を特定点温度算出部２３によって求め、求めた
特定点の温度と該特定点における予め与えた目標温度と
の偏差を偏差算出・判定部２４によって求め、かつ偏差
が所定範囲内か否かを判別し、偏差が所定範囲外と判別
されたとき熱伝達率更新部２５によって熱伝達率を変更
し、偏差が所定範囲内になるまで繰り返して、対象物中
の温度分布を求める。
分布を得ることができる熱解析方法および装置を提供す
る。 【解決手段】熱解析の対象物形状を有限個の有限要素あ
るいはセルに分割する対象領域分割を行い、この分割結
果を用いて対象領域の熱解析を行う熱解析装置におい
て、温度分布算出部２２によって熱伝達率を用いて対象
物中の温度分布を求め、求めた温度分布に基づいて特定
点の温度を特定点温度算出部２３によって求め、求めた
特定点の温度と該特定点における予め与えた目標温度と
の偏差を偏差算出・判定部２４によって求め、かつ偏差
が所定範囲内か否かを判別し、偏差が所定範囲外と判別
されたとき熱伝達率更新部２５によって熱伝達率を変更
し、偏差が所定範囲内になるまで繰り返して、対象物中
の温度分布を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、内燃機関
のピストンの温度分布解析などに利用することができる
熱解析方法および装置に関し、さらに詳細には応答曲面
法を用いた熱解析方法および装置に関する。
のピストンの温度分布解析などに利用することができる
熱解析方法および装置に関し、さらに詳細には応答曲面
法を用いた熱解析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱解析を行う際には、例えば、特開平１
１−１１８７４０号公報に示されているように、自然対
流熱伝達が生じる熱伝達境界面における熱伝達率を計算
する実験式を、諸条件に応じて自動的に選択し、熱伝達
率を決定するために仮想した熱伝達境界面の温度値を、
有限要素法（ＦＥＭ）あるいは有限差分法などの手段に
よって得られた熱伝達境界面の温度との整合性を取りな
がら繰り返し計算によって自動的に求めている。
１−１１８７４０号公報に示されているように、自然対
流熱伝達が生じる熱伝達境界面における熱伝達率を計算
する実験式を、諸条件に応じて自動的に選択し、熱伝達
率を決定するために仮想した熱伝達境界面の温度値を、
有限要素法（ＦＥＭ）あるいは有限差分法などの手段に
よって得られた熱伝達境界面の温度との整合性を取りな
がら繰り返し計算によって自動的に求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
に、自然対流熱伝達が生じる熱伝達境界面における熱伝
達率を計算するための実験式を、諸条件に応じて自動的
に選択するにしても、対象物の形状モデルにあった適切
な実験式を選択するためと熱伝達率を決定するためには
膨大な繰り返し計算が必要であり、膨大な手数と時間を
必要とするという問題があった。
に、自然対流熱伝達が生じる熱伝達境界面における熱伝
達率を計算するための実験式を、諸条件に応じて自動的
に選択するにしても、対象物の形状モデルにあった適切
な実験式を選択するためと熱伝達率を決定するためには
膨大な繰り返し計算が必要であり、膨大な手数と時間を
必要とするという問題があった。
【０００４】また、実験式は解析される物体形状毎に必
要であって、実験式の選択が自動化されても、対象物の
細部が変更された場合には、変更の度毎に実験式を作成
し、さらに熱伝達率を決定するために繰り返し計算を実
行しなければならず、膨大な手数と時間を必要とすると
いう問題があった。
要であって、実験式の選択が自動化されても、対象物の
細部が変更された場合には、変更の度毎に実験式を作成
し、さらに熱伝達率を決定するために繰り返し計算を実
行しなければならず、膨大な手数と時間を必要とすると
いう問題があった。
【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
で、対象物体の形状にとらわれずに、汎用的に温度分布
を得ることができる熱解析方法および装置を提供するこ
とを目的とする。
で、対象物体の形状にとらわれずに、汎用的に温度分布
を得ることができる熱解析方法および装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１および
３にかかる熱解析方法および装置は、熱解析の対象物形
状を有限個の有限要素あるいはセルに分割する対象領域
分割を行い、この対象領域分割結果を用いて前記対象領
域の熱解析を行う熱解析方法および装置において、領域
分割された対象形状表面の複数位置における熱伝達率を
用いて対象物中の温度分布を求め、求めた温度分布に基
づいて対象形状中における特定点の温度を求め、求めた
前記特定点の温度と該特定点における予め与えた目標温
度との偏差を求め、前記偏差が所定範囲内か否かを判別
し、前記偏差が所定範囲外と判別されたときは熱伝達率
を変更し、変更された熱伝達率で対象物の温度分布を求
めるために熱伝達率を更新して、前記偏差が前記所定範
囲内になるまで繰り返すことを特徴とする。
３にかかる熱解析方法および装置は、熱解析の対象物形
状を有限個の有限要素あるいはセルに分割する対象領域
分割を行い、この対象領域分割結果を用いて前記対象領
域の熱解析を行う熱解析方法および装置において、領域
分割された対象形状表面の複数位置における熱伝達率を
用いて対象物中の温度分布を求め、求めた温度分布に基
づいて対象形状中における特定点の温度を求め、求めた
前記特定点の温度と該特定点における予め与えた目標温
度との偏差を求め、前記偏差が所定範囲内か否かを判別
し、前記偏差が所定範囲外と判別されたときは熱伝達率
を変更し、変更された熱伝達率で対象物の温度分布を求
めるために熱伝達率を更新して、前記偏差が前記所定範
囲内になるまで繰り返すことを特徴とする。
【０００７】本発明の請求項１および３にかかる熱解析
方法および装置によれば、領域分割された対象形状表面
の複数位置における熱伝達率を用いて対象物中の温度分
布が求められ、求められた温度分布に基づいて対象形状
中における特定点の温度が求められ、特定点の求められ
た温度と該特定点における予め与えた目標温度との偏差
が求められ、前記偏差が所定範囲内か否かが判別され
て、前記偏差が所定範囲外と判別されたとき熱伝達率が
変更され、変更された熱伝達率に前記温度分布を求める
ための熱伝達率が更新されて、前記偏差が前記所定範囲
内になるまで繰り返される。
方法および装置によれば、領域分割された対象形状表面
の複数位置における熱伝達率を用いて対象物中の温度分
布が求められ、求められた温度分布に基づいて対象形状
中における特定点の温度が求められ、特定点の求められ
た温度と該特定点における予め与えた目標温度との偏差
が求められ、前記偏差が所定範囲内か否かが判別され
て、前記偏差が所定範囲外と判別されたとき熱伝達率が
変更され、変更された熱伝達率に前記温度分布を求める
ための熱伝達率が更新されて、前記偏差が前記所定範囲
内になるまで繰り返される。
【０００８】上記のように本発明の請求項１および３に
かかる熱解析方法および装置によれば、自動的に繰り返
して熱伝達率が演算によって求められるために、実験式
の選択を行う必要もなく、温度分布と熱伝達率を効率よ
く得ることができる。
かかる熱解析方法および装置によれば、自動的に繰り返
して熱伝達率が演算によって求められるために、実験式
の選択を行う必要もなく、温度分布と熱伝達率を効率よ
く得ることができる。
【０００９】さらに、熱伝達率と温度分布とを連続して
得ることができるため、最終的な温度分布と熱伝達率と
がほぼ同時に求められて作業効率が向上する。
得ることができるため、最終的な温度分布と熱伝達率と
がほぼ同時に求められて作業効率が向上する。
【００１０】また、本発明の請求項１および３にかかる
熱解析方法および装置において、第１の行程および手段
は熱伝達率を予測変数とし、熱伝達率を所定の範囲内で
変化させて得た複数の近似式を連立方程式とし、該連立
方程式を解いて応答曲面を求め、該応答曲面を対象物の
温度分布とするようにしてもよい。
熱解析方法および装置において、第１の行程および手段
は熱伝達率を予測変数とし、熱伝達率を所定の範囲内で
変化させて得た複数の近似式を連立方程式とし、該連立
方程式を解いて応答曲面を求め、該応答曲面を対象物の
温度分布とするようにしてもよい。
【００１１】また、このようにしたときは、実験式によ
るわけではなく、近似式の連立方程式を熱伝達率に関し
て解くことによって得られた熱伝達率を用いて温度分布
が得られ、偏差の収束が時間的に早く得られて、最終的
な熱伝達率や温度分布が求まるまでの繰り返し回数は少
なくて済む。
るわけではなく、近似式の連立方程式を熱伝達率に関し
て解くことによって得られた熱伝達率を用いて温度分布
が得られ、偏差の収束が時間的に早く得られて、最終的
な熱伝達率や温度分布が求まるまでの繰り返し回数は少
なくて済む。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる熱解析方法
および装置を実施の形態によって説明する。
および装置を実施の形態によって説明する。
【００１３】図１は、本発明の実施の一形態にかかる熱
解析方法が適用される熱解析装置の構成を示すブロック
図である。
解析方法が適用される熱解析装置の構成を示すブロック
図である。
【００１４】図１に示した熱解析装置１０を内燃機関の
ピストンに対して適用した場合を例に説明する。
ピストンに対して適用した場合を例に説明する。
【００１５】熱解析装置１０は、入力装置１と、図示し
ないＲＯＭと、作業領域を有するテンポラリメモリ３
と、ＲＯＭおよびテンポラリメモリ３と協働する制御装
置２と、出力装置４とを備えている。
ないＲＯＭと、作業領域を有するテンポラリメモリ３
と、ＲＯＭおよびテンポラリメモリ３と協働する制御装
置２と、出力装置４とを備えている。
【００１６】入力装置１からピストンの３次元データ、
熱伝達率の初期値、予め定めた特定点の温度を入力す
る。
熱伝達率の初期値、予め定めた特定点の温度を入力す
る。
【００１７】制御装置２は、３次元データからピストン
の３次元モデルを作成し、ＦＥＭ解析のために３次元モ
デルの領域分割を行う形状算出部２１と、領域分割され
たピストン表面の複数位置における熱伝達率を用いてピ
ストンの温度分布を求める温度分布算出部２２と、求め
た温度分布からピストンの対象形状中における特定点の
温度を求める特定点温度算出部２３と、求めた特定点の
温度と該特定点に対して予め与えた特定点の温度とから
偏差を求め、求めた偏差が所定範囲内か否かを判別する
偏差算出・判別部２４と、偏差が所定範囲外と判別され
たとき熱伝達率を変更し、変更された熱伝達率を温度分
布算出部２２にて用いる熱伝達率として、偏差が所定範
囲内に入るまで繰り返させる熱伝達率更新部２５とを機
能的に備えている。
の３次元モデルを作成し、ＦＥＭ解析のために３次元モ
デルの領域分割を行う形状算出部２１と、領域分割され
たピストン表面の複数位置における熱伝達率を用いてピ
ストンの温度分布を求める温度分布算出部２２と、求め
た温度分布からピストンの対象形状中における特定点の
温度を求める特定点温度算出部２３と、求めた特定点の
温度と該特定点に対して予め与えた特定点の温度とから
偏差を求め、求めた偏差が所定範囲内か否かを判別する
偏差算出・判別部２４と、偏差が所定範囲外と判別され
たとき熱伝達率を変更し、変更された熱伝達率を温度分
布算出部２２にて用いる熱伝達率として、偏差が所定範
囲内に入るまで繰り返させる熱伝達率更新部２５とを機
能的に備えている。
【００１８】さらに詳細には、温度分布算出部２２は、
応答曲面を決定するための解析を含み、ＦＥＭ解析によ
る解析による温度分布解析を行う。
応答曲面を決定するための解析を含み、ＦＥＭ解析によ
る解析による温度分布解析を行う。
【００１９】先ず、熱解析装置１０の作用の説明に先立
って、熱解析装置１０が適用される解析システムについ
ての概略を説明する。
って、熱解析装置１０が適用される解析システムについ
ての概略を説明する。
【００２０】対象物であるピストンのモデルが作成さ
れ、続いてＦＥＭ解析のためのメッシュ、またはセルに
分割される。次いでピストンの諸元、計算条件が入力さ
れ、温度分布解析が行われ、温度分布解析結果に基づい
て爆発荷重と慣性力と熱応力等に対する強度解析が行わ
れ、続いて疲労計算、安全率評価などが行われる。
れ、続いてＦＥＭ解析のためのメッシュ、またはセルに
分割される。次いでピストンの諸元、計算条件が入力さ
れ、温度分布解析が行われ、温度分布解析結果に基づい
て爆発荷重と慣性力と熱応力等に対する強度解析が行わ
れ、続いて疲労計算、安全率評価などが行われる。
【００２１】熱解析装置１０は、上記の温度分布解析に
おいて用いられる。
おいて用いられる。
【００２２】ここで、温度分布解析を行う理由は次の如
くである。
くである。
【００２３】最高３００℃にも達する高温にさらされる
ピストンに用いられるアルミニウム合金材料は温度によ
る強度低下が大きい。このため、ピストン各部の温度分
布を求めておくことにより、爆発力と慣性力とを組み合
わせることによる温度の影響を考慮した疲労限界線図に
よってピストンの強度評価、応力評価が行えるためであ
る。
ピストンに用いられるアルミニウム合金材料は温度によ
る強度低下が大きい。このため、ピストン各部の温度分
布を求めておくことにより、爆発力と慣性力とを組み合
わせることによる温度の影響を考慮した疲労限界線図に
よってピストンの強度評価、応力評価が行えるためであ
る。
【００２４】上記のように構成された熱解析装置１０の
作用について図２のフローチャートに基づいて説明す
る。
作用について図２のフローチャートに基づいて説明す
る。
【００２５】プログラムが開始されると、入力装置１か
ら入力された３次元データに基づいて形状算出部２１に
より、対象物であるピストンの３次元モデルが作成さ
れ、続いてＦＥＭ解析のためのメッシュ、またはセルに
分割される（ステップＳ１）。続いて、入力装置１を介
して熱境界条件が設定される（ステップＳ２）。
ら入力された３次元データに基づいて形状算出部２１に
より、対象物であるピストンの３次元モデルが作成さ
れ、続いてＦＥＭ解析のためのメッシュ、またはセルに
分割される（ステップＳ１）。続いて、入力装置１を介
して熱境界条件が設定される（ステップＳ２）。
【００２６】熱境界条件として、図３に模式的に示すよ
うに、ピストン５１の天井５２からの入熱、ピストンリ
ング５３からの出熱、ピストン５１の内側からの出熱、
ピストン５１の外側からの出熱、ピストンピン５５の内
側からの出熱およびコネクチングロッド（コンロッド）
５６端からの出熱に対応する熱伝達率が初期条件とし
て、入力装置１において設定される。図３において符号
５４はピストンピン５５が挿入されるピストンピンボス
を示している。
うに、ピストン５１の天井５２からの入熱、ピストンリ
ング５３からの出熱、ピストン５１の内側からの出熱、
ピストン５１の外側からの出熱、ピストンピン５５の内
側からの出熱およびコネクチングロッド（コンロッド）
５６端からの出熱に対応する熱伝達率が初期条件とし
て、入力装置１において設定される。図３において符号
５４はピストンピン５５が挿入されるピストンピンボス
を示している。
【００２７】実際の内燃機関においては、ガスの燃焼に
よって熱が発生し、ピストン５１、ピストンピン５５、
コンロッド５６、図示しないシリンダなどの部品を介し
て放熱し、最終的には冷却水、オイルなどを介して放熱
される。
よって熱が発生し、ピストン５１、ピストンピン５５、
コンロッド５６、図示しないシリンダなどの部品を介し
て放熱し、最終的には冷却水、オイルなどを介して放熱
される。
【００２８】この現象を完全にシミュレートすることが
できないために、上記のように熱の出入りをパラメータ
として表し、熱解析を行うのである。本発明の実施の形
態では、熱の出入りのパラメータとして熱伝達率を用い
る。
できないために、上記のように熱の出入りをパラメータ
として表し、熱解析を行うのである。本発明の実施の形
態では、熱の出入りのパラメータとして熱伝達率を用い
る。
【００２９】具体的には、パラメータとしての各部熱伝
達率が図４に示すように、ピストン５１の天井５２の熱
伝達率Ｐ１、ピストン５１の側面の熱伝達率Ｐ２、トッ
プリング５３−１の熱伝達率Ｐ３、セカンドリング５３
−２の熱伝達率Ｐ４、オイルリング５３−３の熱伝達率
Ｐ５、ピストン５１の内面の熱伝達率Ｐ６、ピストンピ
ン５５の熱伝達率Ｐ７の７つとした場合を例に説明す
る。
達率が図４に示すように、ピストン５１の天井５２の熱
伝達率Ｐ１、ピストン５１の側面の熱伝達率Ｐ２、トッ
プリング５３−１の熱伝達率Ｐ３、セカンドリング５３
−２の熱伝達率Ｐ４、オイルリング５３−３の熱伝達率
Ｐ５、ピストン５１の内面の熱伝達率Ｐ６、ピストンピ
ン５５の熱伝達率Ｐ７の７つとした場合を例に説明す
る。
【００３０】ピストン天井５２の熱伝達率Ｐ１、ピスト
ン５１の側面の熱伝達率Ｐ２、トップリング５３−１の
熱伝達率Ｐ３、セカンドリング５３−２の熱伝達率Ｐ
４、オイルリング５３−３の熱伝達率Ｐ５、ピストン５
１の内面の熱伝達率Ｐ６、ピストンピン５５の熱伝達率
Ｐ７の７つが初期条件として設定される。
ン５１の側面の熱伝達率Ｐ２、トップリング５３−１の
熱伝達率Ｐ３、セカンドリング５３−２の熱伝達率Ｐ
４、オイルリング５３−３の熱伝達率Ｐ５、ピストン５
１の内面の熱伝達率Ｐ６、ピストンピン５５の熱伝達率
Ｐ７の７つが初期条件として設定される。
【００３１】さらに、ピストン５１の断面において図５
に黒丸で示す予め定めた特定点における目標温度が設定
される。この目標温度は所望強度のピストン５１を得る
ためにそれぞれの強度着目点である特定点における目標
温度であり、予めステップＳ２において、熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７と共に初期条件として入力装置１を介して設定さ
れる。
に黒丸で示す予め定めた特定点における目標温度が設定
される。この目標温度は所望強度のピストン５１を得る
ためにそれぞれの強度着目点である特定点における目標
温度であり、予めステップＳ２において、熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７と共に初期条件として入力装置１を介して設定さ
れる。
【００３２】初期条件の設定に続いて、初期条件として
設定された熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が読み込まれ（ステップ
Ｓ３）、対象形状、すなわちピストン５１中における予
め定めた特定点の目標温度が読み込まれる（ステップＳ
４）。
設定された熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が読み込まれ（ステップ
Ｓ３）、対象形状、すなわちピストン５１中における予
め定めた特定点の目標温度が読み込まれる（ステップＳ
４）。
【００３３】次いで、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が用いられて
温度分布算出部２２において応答曲面法に基づいて応答
曲面が求められる（ステップＳ５）。
温度分布算出部２２において応答曲面法に基づいて応答
曲面が求められる（ステップＳ５）。
【００３４】ステップＳ５における応答曲面モデルの作
成方法について説明する。
成方法について説明する。
【００３５】いま、各パラメータである７つの熱伝達率
Ｐ１〜Ｐ７を予測変数とし、応答関数として２次多項式
を採用した場合、応答曲線法に基づき応答曲面式は下記
の式（１）にて示される。
Ｐ１〜Ｐ７を予測変数とし、応答関数として２次多項式
を採用した場合、応答曲線法に基づき応答曲面式は下記
の式（１）にて示される。
【００３６】
【数１】
【００３７】ここで、式（１）におけるａ0、ｂｉ、ｃ
ｊ、ｄｋはそれぞれ未知の値であり、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ
７を、所定の範囲、例えば（０．１〜１．０）の範囲内
で何回か変動させて、変動の結果に基づいて７つ以上の
方程式を生成し、そのうちの７つの方程式を連立方程式
として、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７について解いて、応答曲面
を求める。
ｊ、ｄｋはそれぞれ未知の値であり、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ
７を、所定の範囲、例えば（０．１〜１．０）の範囲内
で何回か変動させて、変動の結果に基づいて７つ以上の
方程式を生成し、そのうちの７つの方程式を連立方程式
として、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７について解いて、応答曲面
を求める。
【００３８】ステップＳ５をさらに説明すれば、例え
ば、図７に示す如く熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７（各パラメー
タ）の各々に対して水準の決定が行われる（ステップＳ
５１）。各パラメータを２水準とした場合を例示すれ
ば、図８に示すように、例えば各パラメータの水準を２
に揃え、例えば下記の表１に示すようにＬ８直交表に割
り付けられる。
ば、図７に示す如く熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７（各パラメー
タ）の各々に対して水準の決定が行われる（ステップＳ
５１）。各パラメータを２水準とした場合を例示すれ
ば、図８に示すように、例えば各パラメータの水準を２
に揃え、例えば下記の表１に示すようにＬ８直交表に割
り付けられる。
【００３９】
【表１】
【００４０】直交表に割り付けられた水準に基づき熱伝
達率Ｐ１〜Ｐ７の寄与が同等になるようにＮ回の解析が
設定される（ステップＳ５２）。
達率Ｐ１〜Ｐ７の寄与が同等になるようにＮ回の解析が
設定される（ステップＳ５２）。
【００４１】ステップＳ５２に続いて設定されたＮ回の
解析が繰り返し行われて（ステップＳ５３）、解析結果
に基づいて最小自乗法などを用いて応答曲面が作成され
る（ステップＳ５５）。
解析が繰り返し行われて（ステップＳ５３）、解析結果
に基づいて最小自乗法などを用いて応答曲面が作成され
る（ステップＳ５５）。
【００４２】ステップＳ５５において作成された応答曲
面から特定点の温度が目標温度となるように応答曲面モ
デルより熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が決定される（ステップＳ
６）。その熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７を用いて熱伝達解析を行
うことで対象領域であるピストン５１の温度分布が得ら
れる（ステップＳ７）。
面から特定点の温度が目標温度となるように応答曲面モ
デルより熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が決定される（ステップＳ
６）。その熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７を用いて熱伝達解析を行
うことで対象領域であるピストン５１の温度分布が得ら
れる（ステップＳ７）。
【００４３】ステップＳ７において算出された対象領域
の温度分布は模式的に図５において破線で示す如くであ
る。具体的には濃淡図形で示される。図５はピストンピ
ン５５と直交する方向でのピストン５１の断面図であ
り、二点鎖線はピストンピンボス５４の位置を示してい
る。図６もピストン５１の断面図であって、図５と直交
する方向で切断したときのピストン５１の中心線に対し
て左の一方側のみを示し、二点鎖線はピストンピンボス
５４の中心線の位置を示している。
の温度分布は模式的に図５において破線で示す如くであ
る。具体的には濃淡図形で示される。図５はピストンピ
ン５５と直交する方向でのピストン５１の断面図であ
り、二点鎖線はピストンピンボス５４の位置を示してい
る。図６もピストン５１の断面図であって、図５と直交
する方向で切断したときのピストン５１の中心線に対し
て左の一方側のみを示し、二点鎖線はピストンピンボス
５４の中心線の位置を示している。
【００４４】ステップＳ７において得られた温度分布か
ら、特定点温度算出部２３によって、前記特定点におけ
る温度が算出され（ステップＳ８）、特定点における算
出温度と対応する特定点の目標温度との偏差△Ｔが偏差
算出・判別部２４により求められる（ステップＳ９）。
ら、特定点温度算出部２３によって、前記特定点におけ
る温度が算出され（ステップＳ８）、特定点における算
出温度と対応する特定点の目標温度との偏差△Ｔが偏差
算出・判別部２４により求められる（ステップＳ９）。
【００４５】ステップＳ９において求められた偏差△Ｔ
が予め定めた所定範囲内であるか否かが、偏差算出・判
別部２４によってチェックされる（ステップＳ１０）。
が予め定めた所定範囲内であるか否かが、偏差算出・判
別部２４によってチェックされる（ステップＳ１０）。
【００４６】ステップＳ１０において偏差△Ｔが予め定
めた範囲内でないと判別されたときは、熱伝達率更新部
２５により、これまでに得られた解析結果とステップＳ
８の解析結果より応答曲面モデルが更新され（ステップ
Ｓ１１）、ステップＳ６から再び実行される。
めた範囲内でないと判別されたときは、熱伝達率更新部
２５により、これまでに得られた解析結果とステップＳ
８の解析結果より応答曲面モデルが更新され（ステップ
Ｓ１１）、ステップＳ６から再び実行される。
【００４７】この実行により偏差△Ｔが予め定めた所定
範囲内に入ったと判別されると、偏差△Ｔが予め定めた
所定範囲内に入ったときの熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が、ピス
トン５１の熱伝達率として決定され、その熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７に基づくピストン５１の温度分布が得られる。
範囲内に入ったと判別されると、偏差△Ｔが予め定めた
所定範囲内に入ったときの熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７が、ピス
トン５１の熱伝達率として決定され、その熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７に基づくピストン５１の温度分布が得られる。
【００４８】上記のステップＳ６からステップＳ１１の
繰り返しによって、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７（絶対値）の変
動の様子の一例は図８に示す如くであり、熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７が目標値（偏差△Ｔが収束したときの値）へ収束
していく様子の一例は図９に示す如くであり、偏差△Ｔ
が収束していく様子の一例は図１０に示す如くであっ
た。この例では５回の繰り返しによって偏差△Ｔは所定
範囲内に入り、従来の手法による場合に比較して５分の
１の時間で所定の設定目標温度範囲に収束した。
繰り返しによって、熱伝達率Ｐ１〜Ｐ７（絶対値）の変
動の様子の一例は図８に示す如くであり、熱伝達率Ｐ１
〜Ｐ７が目標値（偏差△Ｔが収束したときの値）へ収束
していく様子の一例は図９に示す如くであり、偏差△Ｔ
が収束していく様子の一例は図１０に示す如くであっ
た。この例では５回の繰り返しによって偏差△Ｔは所定
範囲内に入り、従来の手法による場合に比較して５分の
１の時間で所定の設定目標温度範囲に収束した。
【００４９】図１０において、オイルリング中央部、セ
カンドリング中央部、トップリング中央部、ピストン天
井肉抜き部（ａ）、ピストン天井上中央部（ｂ）、ピス
トン下中央部（ｃ）、リブ中央部（ｄ）、ピストンピン
ボス面取り内側上部（ｅ）、ピストンピンボス面取り内
側油溝上部（ｆ）およびピストンピンボス面取り内側下
部（ｇ）における偏差△Ｔが収束していく様子を示して
いる。
カンドリング中央部、トップリング中央部、ピストン天
井肉抜き部（ａ）、ピストン天井上中央部（ｂ）、ピス
トン下中央部（ｃ）、リブ中央部（ｄ）、ピストンピン
ボス面取り内側上部（ｅ）、ピストンピンボス面取り内
側油溝上部（ｆ）およびピストンピンボス面取り内側下
部（ｇ）における偏差△Ｔが収束していく様子を示して
いる。
【００５０】ここで、オイルリング中央部、セカンドリ
ング中央部、トップリング中央部を除いて、ピストン天
井肉抜き部（ａ）、ピストン天井上中央部（ｂ）、ピス
トン天井下中央部（ｃ）、リブ中央部（ｄ）、ピストン
ピンボス面取り内側上部（ｅ）、ピストンピンボス面取
り内側油溝上部（ｆ）およびピストンピンボス面取り内
側下部（ｇ）の各部は、ピストンピン５５と直交する方
向でのピストン５１の断面図である図１１（ａ）および
図１１（ａ）の底部からみたピストン５１の模式図であ
る図１１（ｂ）において、図１０における符号と同一の
符号（ａ）〜（ｇ）にて示してある。
ング中央部、トップリング中央部を除いて、ピストン天
井肉抜き部（ａ）、ピストン天井上中央部（ｂ）、ピス
トン天井下中央部（ｃ）、リブ中央部（ｄ）、ピストン
ピンボス面取り内側上部（ｅ）、ピストンピンボス面取
り内側油溝上部（ｆ）およびピストンピンボス面取り内
側下部（ｇ）の各部は、ピストンピン５５と直交する方
向でのピストン５１の断面図である図１１（ａ）および
図１１（ａ）の底部からみたピストン５１の模式図であ
る図１１（ｂ）において、図１０における符号と同一の
符号（ａ）〜（ｇ）にて示してある。
【００５１】図１１（ａ）および（ｂ）において、符号
５９はピストンの内周側と外周側とを連通させる油溝で
あり、符号６０はピストンピンボス５４とピストン外周
壁との間をつないでいるリブを示している。また、ａは
ピストン天井裏面側において、ピストン軽量化のために
肉厚を薄くされた部分である。
５９はピストンの内周側と外周側とを連通させる油溝で
あり、符号６０はピストンピンボス５４とピストン外周
壁との間をつないでいるリブを示している。また、ａは
ピストン天井裏面側において、ピストン軽量化のために
肉厚を薄くされた部分である。
【００５２】以上説明したように、熱解析装置１０によ
るときは、強度上着目点での目標温度に対して該着目点
での温度変化の履歴から最適熱伝達率が得られ、最適熱
伝達率による対象物における温度分布が迅速に得られ
る。
るときは、強度上着目点での目標温度に対して該着目点
での温度変化の履歴から最適熱伝達率が得られ、最適熱
伝達率による対象物における温度分布が迅速に得られ
る。
【００５３】ちなみに、強度上着目点の実測温度が欲し
いときにも、その着目点の温度測定が可能とは限らず、
着目点の周辺の温度を測定して測定結果に基づいて温度
分布を推定するために、実測データに合うように熱伝達
率を変えながら計算を繰り返す場合に比較して、熱解析
装置１０によるときは時間的に１／５から１／１０程度
の時間で済む。
いときにも、その着目点の温度測定が可能とは限らず、
着目点の周辺の温度を測定して測定結果に基づいて温度
分布を推定するために、実測データに合うように熱伝達
率を変えながら計算を繰り返す場合に比較して、熱解析
装置１０によるときは時間的に１／５から１／１０程度
の時間で済む。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる熱解
析方法および装置によれば、自動的に繰り返して熱伝達
率が演算によって求められるために、実験式の選択を行
う必要がなく、熱伝達率を効率よく得ることができると
いう効果が得られる。
析方法および装置によれば、自動的に繰り返して熱伝達
率が演算によって求められるために、実験式の選択を行
う必要がなく、熱伝達率を効率よく得ることができると
いう効果が得られる。
【００５５】また、偏差の収束に至るまでの時間が少な
くて済み、作業効率が向上するという効果も得られる。
くて済み、作業効率が向上するという効果も得られる。
【図１】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置の説
明に供するフローチャートである。
明に供するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置が適
用されるピストンの模式断面図である。
用されるピストンの模式断面図である。
【図４】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置にお
ける熱伝達率の説明に供する一部断面図である。
ける熱伝達率の説明に供する一部断面図である。
【図５】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置によ
るときの温度分布の説明図である。
るときの温度分布の説明図である。
【図６】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置によ
るときの温度分布の説明図である。
るときの温度分布の説明図である。
【図７】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置にお
ける温度分布の計算の説明に供するフローチャートであ
る。
ける温度分布の計算の説明に供するフローチャートであ
る。
【図８】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置にお
ける繰り返し数対熱伝達率の変動の様子を示す説明図で
ある。
ける繰り返し数対熱伝達率の変動の様子を示す説明図で
ある。
【図９】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置にお
ける繰り返し数対熱伝達率の目標値への収束の様子を示
す説明図である。
ける繰り返し数対熱伝達率の目標値への収束の様子を示
す説明図である。
【図１０】本発明の実施の一形態にかかる熱解析装置に
おける繰り返し数対偏差の収束の様子を示す説明図であ
る。
おける繰り返し数対偏差の収束の様子を示す説明図であ
る。
【図１１】図１０における測定個所を示す概略図であ
る。
る。
１…入力装置 ２…制御装置
３…テンポラリメモリ ４…出力装置
１０…熱解析装置 ２１…形状算出部
２２…温度分布算出部 ２３…特定点温度
算出部 ２４…偏差算出・判定部 ２５…熱伝達率更
新部
算出部 ２４…偏差算出・判定部 ２５…熱伝達率更
新部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G040 AA01 BA08 BA25 CA01 DA11
DA15 HA08
5B056 AA04 BB02 BB64
Claims (4)
- 【請求項１】熱解析の対象物形状を有限個の有限要素あ
るいはセルに分割する対象領域分割を行い、この対象領
域分割結果を用いて前記対象領域の熱解析を行う熱解析
実行行程を有する熱解析方法において、 前記熱解析実行行程は、 領域分割された対象形状表面の複数位置における熱伝達
率を用いて対象物中の温度分布を求める第１の行程と、 前記第１の行程によって求めた温度分布に基づいて対象
形状中における特定点の温度を求める第２の行程と、 前記第２の行程によって求めた前記特定点の温度と該特
定点における予め与えた目標温度との偏差を求める第３
の行程と、 前記偏差が所定範囲内か否かを判別する第４の行程と、 前記偏差が所定範囲外と判別されたとき熱伝達率を変更
する第５の行程と、 を備え、 前記第５の行程によって変更された熱伝達率に前記第１
の行程にて用いる熱伝達率を更新して、前記偏差が前記
所定範囲内になるまで前記第１の行程から繰り返すこと
を特徴とする熱解析方法。 - 【請求項２】請求項１記載の熱解析方法において、第１
の行程は熱伝達率を予測変数とし、熱伝達率を所定の範
囲内で変化させて得た複数の近似式を連立方程式とし
て、該連立方程式を解いて応答曲面を求め、該応答曲面
を対象物中の温度分布とすることを特徴とする熱解析方
法。 - 【請求項３】熱解析の対象物形状を有限個の有限要素あ
るいはセルに分割する対象領域分割を行い、この対象領
域分割結果を用いて前記対象領域の熱解析を行う熱解析
装置において、 領域分割された対象形状表面の複数位置における熱伝達
率を用いて対象物中の温度分布を求める第１の手段と、 前記第１の手段によって求めた温度分布に基づいて対象
形状中における特定点の温度を求める第２の手段と、 前記第２の手段によって求めた前記特定点の温度と該特
定点における予め与えた目標温度との偏差を求める第３
の手段と、 前記偏差が所定範囲内か否かを判別する第４の手段と、 前記偏差が所定範囲外と判別されたとき熱伝達率を変更
する第５の手段と、 を備え、 第５の手段によって変更された熱伝達率に前記第１の手
段にて用いる熱伝達率を更新して、前記偏差が前記所定
範囲内になるまで前記第１の手段から繰り返すことを特
徴とする熱解析装置。 - 【請求項４】請求項３記載の熱解析装置において、第１
の手段は熱伝達率を予測変数とし、熱伝達率を所定の範
囲内で変化させて得た複数の近似式を連立方程式とし
て、該連立方程式を解いて応答曲面を求め、該応答曲面
を対象物中の温度分布とすることを特徴とする熱解析装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001235556A JP4097176B2 (ja) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | 熱解析方法および装置 |
| FR0209429A FR2828283B1 (fr) | 2001-08-02 | 2002-07-25 | Procede et appareil pour analyse thermique |
| US10/202,884 US6885964B2 (en) | 2001-08-02 | 2002-07-26 | Method and apparatus for thermal analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001235556A JP4097176B2 (ja) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | 熱解析方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042984A true JP2003042984A (ja) | 2003-02-13 |
| JP4097176B2 JP4097176B2 (ja) | 2008-06-11 |
Family
ID=19066981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001235556A Expired - Lifetime JP4097176B2 (ja) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | 熱解析方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6885964B2 (ja) |
| JP (1) | JP4097176B2 (ja) |
| FR (1) | FR2828283B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011226855A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 伝熱解析装置及び伝熱解析方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004188382A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Fuji Heavy Ind Ltd | 塗装乾燥予測方法、塗装乾燥予測システムおよび記録媒体 |
| KR100796926B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2008-01-22 | 동부제강주식회사 | 칼라 도장 강판 생산라인에서 강판온도 예측 방법 |
| US8065122B2 (en) * | 2007-07-16 | 2011-11-22 | Durr Systems, Inc. | Method of designing or evaluating a bake oven |
| US8180598B2 (en) * | 2009-02-10 | 2012-05-15 | Owens Corning Intellectual Capital, Llc | System and method for performing thermal analysis on a building through universal meshing |
| US8214182B2 (en) * | 2009-05-12 | 2012-07-03 | GM Global Technology Operations LLC | Methods of predicting residual stresses and distortion in quenched aluminum castings |
| CN102592024B (zh) * | 2012-01-06 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | 一种确定径向热传导稳态温度极大值的热网络建模方法 |
| FR2993360B1 (fr) * | 2012-07-13 | 2015-02-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede de mesure de la conductivite thermique d’un materiau mince anisotrope |
| DE102015007455B4 (de) | 2015-06-05 | 2018-10-31 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Verringerung oder Deaktivierung einer Kolbenkühlung in Abhängigkeit von einer modellierten Kolbentemperatur sowie entsprechende Brennkraftmaschine |
| JP6296045B2 (ja) * | 2015-12-08 | 2018-03-20 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| CN106446364B (zh) * | 2016-09-08 | 2019-06-25 | 东南大学 | 一种温度场-热路直接耦合的电机热分析方法 |
| CN110709849A (zh) * | 2017-06-09 | 2020-01-17 | 富士通株式会社 | 热分析装置、热分析方法和热分析程序 |
| US11783099B2 (en) * | 2018-08-01 | 2023-10-10 | General Electric Company | Autonomous surrogate model creation platform |
| CN109344460B (zh) * | 2018-09-14 | 2023-04-14 | 上海理工大学 | 一种传热结构仿生分层生长方法 |
| CN109238724B (zh) * | 2018-10-24 | 2023-07-07 | 浙江大学城市学院 | 一种可调节燃烧室样件传热特性研究系统 |
| CN114117852B (zh) * | 2021-11-18 | 2022-10-21 | 华北电力大学 | 一种基于有限差分工作域划分的区域热负荷滚动预测方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5202843A (en) * | 1990-04-25 | 1993-04-13 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | CAE system for automatic heat analysis of electronic equipment |
| JP3170375B2 (ja) * | 1993-01-25 | 2001-05-28 | 日新製鋼株式会社 | 熱延鋼板の温度予測方法 |
| JP3042601B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2000-05-15 | ファイラックインターナショナル株式会社 | 流体燃料の改質用セラミックス触媒を用いた内燃機関及 びこれを使用した交通輸送用又は発電用手段 |
| US5931140A (en) * | 1997-05-22 | 1999-08-03 | General Motors Corporation | Internal combustion engine thermal state model |
| JP3274095B2 (ja) * | 1997-07-18 | 2002-04-15 | 富士通株式会社 | 加熱炉内の被加熱物の熱解析装置及びそれを用いたリフロー炉の制御装置並びにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| JPH11118740A (ja) * | 1997-10-17 | 1999-04-30 | Canon Inc | 熱解析方法及び熱解析装置 |
-
2001
- 2001-08-02 JP JP2001235556A patent/JP4097176B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-07-25 FR FR0209429A patent/FR2828283B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2002-07-26 US US10/202,884 patent/US6885964B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011226855A (ja) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 伝熱解析装置及び伝熱解析方法 |
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|---|---|
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| US6885964B2 (en) | 2005-04-26 |
| FR2828283B1 (fr) | 2005-06-03 |
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