JP2003186946A - ディスク形状設計システム、ディスク形状設計方法、及びディスク形状設計プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスク形状部品の最適設計を容易に行うこ
とができるディスク形状設計システムを提供する。 【解決手段】 半径方向に沿う平面を基準として面対称
であるディスク形状部品を設計するディスク形状設計シ
ステムであって、ディスク形状の設計条件、目的関数、
使用材料、及びディスク初期形状のそれぞれのデータを
入力するデータ入力手段と、ディスクに使用する材料の
物性値が予め記憶された物性値データベースを参照し
て、入力された使用材料に関する物性値を定義する物性
値定義手段と、入力または定義されたデータに基づい
て、ディスクの各位置における応力を計算し、目的関数
を満たす最適解を求めるために、ディスク初期形状に変
更を加えながら収束値を計算する最適化計算手段と、最
適化計算手段によって得られた収束値を出力する計算結
果出力手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機エンジン等
に用いるディスク形状部品の最適設計を行うディスク形
状設計システム、ディスク形状設計方法、及びディスク
形状設計プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】航空機
エンジン等に用いられるディスク（円盤）形状部品の設
計は、ディスク各部の応力を考慮しながら寸法を決定
し、応力計算を実施しながらディスク全面の応力が許容
値以下になるまで寸法を変更する作業を繰り返し行うの
が一般的である。

【０００３】しかしながら、従来の設計手法は、経験と
勘に頼って設計者が手作業で行っていたため、繰り返し
作業に多大な設計時間を要するという問題がある。ま
た、限られた時間内で手作業によって設計を行う場合
は、得られた設計結果が必ずしも設計要件を満たす最適
解であるかを確認することができないという問題もあ
る。さらには、従来から最適化手法が知られているが、
使用方法が難しく、容易にディスク形状の設計工程に取
り込むことが困難であるという問題もある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、航空機エンジン等に用いるディスク形状部品
の最適設計を容易に行うことができるディスク形状設計
システム、ディスク形状設計方法、及びディスク形状設
計プログラムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半径方向に沿う平面を基準として面対称であるディ
スク形状部品を設計するディスク形状設計システムであ
って、前記ディスク形状設計システムは、前記ディスク
形状の設計条件、目的関数、使用材料、及びディスク初
期形状のそれぞれのデータを入力するデータ入力手段
と、前記ディスクに使用する材料の物性値が予め記憶さ
れた物性値データベースを参照して、前記データ入力手
段によって入力された使用材料に関する物性値を定義す
る物性値定義手段と、前記データ入力手段及び物性値定
義手段において入力または定義されたデータに基づい
て、ディスクの各位置における応力を計算し、前記目的
関数を満たす最適解を求めるために、前記ディスク初期
形状に変更を加えながら収束値を計算する最適化計算手
段と、前記最適化計算手段によって得られた収束値を出
力する計算結果出力手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、前記最適化計算
手段は、最適化手法として逐次線形計画法または逐次２
次計画法のいずれかを使用することを特徴とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、前記ディスク形
状設計システムは、最適化が図られたディスク形状をＣ
ＡＤデータに変換して出力するＣＡＤデータ出力部をさ
らに備えたことを特徴とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、前記最適化計算
手段は、ディスク形状を定義する変数に対して、数値固
定、範囲の指定、及び制限なしのうちいずれかを指定可
能であることを特徴とする。

【０００９】請求項５に記載の発明は、前記最適化計算
手段は、目的関数が重量最小または強度余裕最大のいず
れかであることを特徴とする。

【００１０】請求項６に記載の発明は、前記最適化計算
手段は、ディスクの外周半径を所定の数に等分して得ら
れる半径位置における対称面である前記平面からの距離
を変化させて形状を変更することを特徴とする。

【００１１】請求項７に記載の発明は、前記最適化計算
手段は、設計対象のディスク形状を直線補間と曲線関数
補間のいずれかで定義することを特徴とする。

【００１２】請求項８に記載の発明は、半径方向に沿う
平面を基準として面対称であるディスク形状部品を設計
するディスク形状設計方法であって、前記ディスク形状
設計方法は、前記ディスク形状の設計条件、目的関数、
使用材料、及びディスク初期形状のそれぞれのデータを
入力するデータ入力過程と、前記ディスクに使用する材
料の物性値が予め記憶された物性値データベースを参照
して、前記データ入力過程によって入力された使用材料
に関する物性値を定義する物性値定義過程と、前記デー
タ入力過程及び物性値定義過程において入力または定義
されたデータに基づいて、ディスクの各位置における応
力を計算し、前記目的関数を満たす最適解を求めるため
に、前記ディスク初期形状に変更を加えながら収束値を
計算する最適化計算過程と、前記最適化計算過程によっ
て得られた収束値を出力する計算結果出力過程とを有す
ることを特徴とする。

【００１３】請求項９に記載の発明は、半径方向に沿う
平面を基準として面対称であるディスク形状部品を設計
するディスク形状設計プログラムであって、前記ディス
ク形状設計プログラムは、前記ディスク形状の設計条
件、目的関数、使用材料、及びディスク初期形状のそれ
ぞれのデータを入力するデータ入力処理と、前記ディス
クに使用する材料の物性値が予め記憶された物性値デー
タベースを参照して、前記データ入力処理によって入力
された使用材料に関する物性値を定義する物性値定義処
理と、前記データ入力処理及び物性値定義処理において
入力または定義されたデータに基づいて、ディスクの各
位置における応力を計算し、前記目的関数を満たす最適
解を求めるために、前記ディスク初期形状に変更を加え
ながら収束値を計算する最適化計算処理と、前記最適化
計算処理によって得られた収束値を出力する計算結果出
力処理とをコンピュータに行わせることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ディスク形状設計システムを図面を参照して説明する。
図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この
図において、符号１は、航空機エンジン等で用いられる
ディスク部品の最適化設計を行うディスク形状設計シス
テムである。符号２は、設計条件やディスクの概略形状
を入力するデータ入力部である。符号３は、入力された
設計条件やディスクの概略形状に基づいて、最適化を行
うための形状を定義する形状定義部である。符号４は、
ディスクに用いる材料の物性値が記憶された物性値デー
タベースである。この物性値データベース４は、外部か
ら物性値データを入力することによって構築される。符
号５は、入力された条件に基づいて、該当する物性値デ
ータを物性値データベース４から読み込む物性値読込部
である。符号６は、入力された条件、読み込まれた物性
値、及び定義された形状に基づいて、最適化の計算を行
う最適化計算部である。符号７は、最適化計算部６にお
ける計算結果に基づいて、ディスク形状のＣＡＤデータ
８を出力するＣＡＤデータ出力部である。符号９は、最
適化計算部６において得られた計算結果データ１０を出
力する計算結果出力部である。符号１１は、ＣＡＤデー
タ出力部７から出力されるＣＡＤデータ１０を使用し
て、詳細設計を行うＣＡＤシステムである。なお、デー
タ入力部２は、ＣＡＤシステム１１で描画されたディス
クの概略形状のＣＡＤデータ８を入力データとしてもよ
い。

【００１５】次に、図２を参照して、図１に示す最適化
計算部６の構成を説明する。図２は、図１に示す最適化
計算部６の構成を示すブロック図である。図２におい
て、符号６１は、ディスクの各部位における応力を計算
する応力計算部である。符号６２は、ディスクの重量を
計算する重量計算部である。この応力計算部６１、重量
計算部６２を計算部６３と称する。計算部６３は、デー
タ入力部２において入力された計算条件、物性値読込部
５において読み込まれた物性値、形状定義部３において
定義された形状データをそれぞれ入力し、応力または重
量を計算する。符号６４は、計算部６３の計算結果に対
して、逐次線形計画法を用いて各変数の最適化を図る逐
次線形計画法処理部であり、最適化が図られた計算結果
を計算結果データ１０として出力する。符号６５は、逐
次線形計画法処理部６４における処理結果に基づいて、
最適化を図るために外部から入力されたディスク形状の
変更を行う形状変更部であり、最適化が図られた形状を
ＣＡＤデータ８として出力する。

【００１６】次に、図３を参照して、ディスク形状設計
システム１で扱うディスク形状について説明する。図３
は、航空機エンジン等で用いられるディスクの形状の断
面と各部の寸法を示す図である。ディスク形状設計シス
テム１によって最適化が図られるディスクは、符号Ｒで
示すリム部と符号Ｂで示すボア部とからなり、ボア内に
通すシャフトの軸に垂直な平面（半径方向に沿う平面）
に対して対称形をしている部品である。図３に示す各部
の寸法（ＲＢＯＲＥ，ＨＢＯＲＥ，ＨＲＤ，ＲＲＩＭ，
ＨＲＩＭ，ＲＲＤ，ＲＲ，ＲＢＤ）及び符号ＳＰで示す
曲線を表す関数を最適化することが可能である。これら
の変数を最適化するにあたり、以下に示す３つの条件の
いずれかを任意に指定することが可能である。 （１）外部要因（取り付け位置や隣接する部品の形状
等）に基づいて、該当する変数を固定値とし、最適化計
算部６において値を変更しない。 （２）該当する変数の値の範囲を制限し、最適化計算部
６において、この範囲内でのみ変数値を変更する。ここ
でいう範囲とは、変数をＸとすると、０＜Ｘ≦制限値
（変数の最大値を指定する），制限値≦Ｘ（変数の最小
値を指定する）、制限値≦Ｘ≦制限値（変数の最大値と
最小値を指定する）の３つのうちいずれかの範囲を指定
可能である。 （３）全く制限を設けず、最適化計算部６において、任
意に値を決定する。

【００１７】図３に示す各部の寸法で定義されるディス
ク形状は、基本設計工程において、ディスクの基本性能
を得るために必須な寸法であるとともに、詳細設計工程
においても満足しなければならない最低条件を満たすよ
うに、形状を定義する寸法の数を絞り込まれた形状とな
っている。したがって、図３に示すように各部の寸法を
最適化して決定することによって得られたディスク形状
は、詳細設計における設計要件を満たしているはずであ
るから、結果的に設計工程の時間短縮が可能となる。

【００１８】次に、図４を参照して、ディスク形状の最
適化計算を行う場合の計算モデルについて説明する。図
４は、計算モデルを示す図である。本発明におけるディ
スク形状設計システム１では、半径方向に沿う平面を基
準として面対称であるディスク形状部品を設計すること
が条件である。そして、この計算モデルは、図３に示す
各寸法によって定義されるディスクの外周半径を所定の
数に等分して、この等分された位置において応力計算を
行うモデルである。ただし、図４に示すようにボアとリ
ムからなるディスク形状を単純に等分すると、符号Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３で示す点が計算位置になるとは限らない
ため、本計算モデルでは符号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示す位
置を境界点とし、この境界点の間を等分するようにして
いる。すなわち、ディスク形状の断面において、符号Ａ
１〜Ａ４の領域に分けて、Ａ１を３等分、Ａ２を９等
分、Ａ３、Ａ４を２等分とする。

【００１９】そして、各領域Ａ１〜Ａ４について、それ
ぞれ、直線補間であるか曲線補間であるかを予め定義す
る。この例では、Ａ１、Ａ２、Ａ４が直線であり、Ａ２
は滑らかな曲線（例えば、スプライン曲線）と定義され
ている。このように、計算位置を定義することによっ
て、図３に示す各寸法で定義されたディスク形状は、図
４に示すように、シャフトの中心からの距離、すなわち
ディスクの半径方向の距離（符号Ｒ１〜Ｒ１７）と、こ
の位置における幅（符号Ｈ１〜Ｈ１７）によってディス
ク形状を定義されたこととなる。

【００２０】このようにして、得られた計算モデルを使
用して、最適化を図るための計算を行う場合に、前述し
た変数の条件を考慮しながら、各半径位置の幅を増減さ
せながら周知の最適化手法を用いて目的関数値を最適解
に収束させる計算を行う。例えば、図４に示す例におい
て、ボア半径（ＲＢＯＲＥ）が固定値に指定されていた
場合において、領域Ａ１（図３においては、寸法ＲＢ
Ｄ）を増加させる場合は、幅Ｈ５の値をＨ１〜Ｈ４の値
と同一にすれば、寸法ＲＢＤを増加させたこととなる。

【００２１】なお、図４に示す計算モデルにおいて、各
領域（図４の例ではＡ１〜Ａ４）を何等分するかは予め
決めておいてもよいが、計算の都度設計者が設定するよ
うにしてもよい。また、滑らかな曲線部分に使用する曲
線関数を計算の度に設計者が指定するようにしてもよ
い。また、曲線部分をＮＣ機械によって加工をする場合
には、使用するＮＣ機械の性能に応じて、使用する曲線
関数を決定してもよい。

【００２２】次に、図５を参照して、図１に示す物性値
データベース４のテーブル構造を説明する。図５は、物
性値データベース４のテーブル構造を示す図である。図
５に示すように、物性値データベース４は、ディスク部
品に用いる材料の特性を定義するデータが蓄えられてお
り、「材料名」、「密度」、「ＬＣＦ許容値」、「温
度」、「ポアソン比」、「ヤング率」、「線膨張係
数」、「バースト許容値」のフィールドからなる。ここ
で、ＬＣＦとは低サイクル疲労のことであり、バースト
とは、極限強さのことである。これらのうち「ポアソン
比」、「ヤング率」、「線膨張係数」、「バースト許容
値」の４つは、各温度毎の特性値が定義されている。そ
して、物性値データベース４には、図５に示すテーブル
が、異なる材料の数だけ蓄えられている。図５に示す例
は、材料名が「ＡＢＣＤＥＦ」という材料について、密
度、ＬＣＦ許容値と、１５，１００，２００，３００℃
におけるポアソン比、ヤング率、線膨張係数、バースト
許容値が定義されている例である。通常、これらの値は
測定値によるため、測定されていない温度における特性
は、未知であるので、物性値読込部５は、これらの値を
読込み、内挿や外挿によって補間して求めた値を読込ん
だ値とする。なお、この物性値データベース４は、事前
にキーボード等を用いて物性値の入力が行われる。

【００２３】次に、図１、２を参照して、ディスク形状
の最適化設計を行う動作を説明する。ここでは、すでに
物性値データが物性値データベース４に蓄えられている
ものとして説明する。まず、ディスク形状設計システム
１を起動すると、データ入力部２は、図示しない表示装
置に対して入出力画面を表示する。この画面に対して設
計者は、事前に入力することが必要なデータ（条件、デ
ィスク形状）をキーボード等の入力装置から入力する。
ここで入力するデータを図６を参照して説明する。図６
は、データ入力時に画面に表示される入出力画面であ
る。設計者が入力しなければならない条件データは、エ
ンジン運転中のディスクの「定格回転数」とディスク表
面の圧力である「面圧」、ＬＣＦサイクル要求値である
「サイクル」、「バースト速度」、「材料」、「リムの
温度」、「ボアの温度」、及び「最適化条件」である。
また、必要に応じて、航空機エンジン中のディスクの数
である「ディスク段数」及び「バースト係数」を入力す
る。ここで最適化条件とは、「重量最小」、「強度余裕
最大」のいずれかであり、この最適化条件が最適化処理
における目的関数である。

【００２４】また、設計者は、ディスク形状の各寸法を
入力する。このとき入力する寸法は、あくまで初期値で
あり、各寸法に対して、前述した条件（固定値、範囲指
定、制限無しのいずれか）を指定する。この例では、ボ
ア半径（ＲＢＯＲＥ）に対して与えた初期値を最小値と
指定した例である。また、ボア幅（ＨＢＯＲＥ）に対し
て、最大幅を指定し、リム首幅（ＨＲＤ）に対して最小
値を指定した例である。また、リム半径（ＲＲＩＭ）、
リム幅（ＨＲＩＭ）、リム長さ（ＲＲＤ）、及びリム首
上長さ（ＲＲ）に指定した初期値は、固定値に指定した
例である。なお、ディスク形状の入力は、ＣＡＤシステ
ム１１で作成したＣＡＤデータに基づいて、寸法を求
め、求めた寸法を初期値とし、この初期値に対して前述
した条件（固定値、範囲指定、制限無しのいずれか）を
指定するようにしてもよい。

【００２５】次に、データ入力部２は、入力されたデー
タを読み取り、内部に保持する。そして、データ入力部
２は、形状に関するデータを形状定義部３へ通知し、材
料に関するデータを物性値読込部５へ通知する。そし
て、データ入力部２は、計算に関する条件データを最適
化計算部６の計算部６３へ通知する。これを受けて、形
状定義部３は、データ入力部２から通知された形状に関
するデータに基づいて、前述した計算モデルのデータを
作成して、最適化計算部６の形状変更部６５へ通知す
る。また、物性値読込部５は、入力データ入力部２から
通知された材料に関するデータに基づいて、該当する材
料の物性値を、物性値データベース４から読み出して、
最適化計算部６の計算部６３へ通知する。この動作によ
って、最適化計算部６において、最適化計算を行う準備
が整ったこととなる。

【００２６】なお、図６に示す例では、ポアソン比、ヤ
ング率、線膨張係数、ＬＣＦ許容値、バースト許容値が
表示されているが、これらの値は、入力した材料名とリ
ム温度及びボア温度に基づいて、物性値データベース４
から選択して読み込んだ値である。ただし、該当する値
が物性値データベース４に登録されていない場合は、登
録されている値に基づいて、内挿または外挿によって補
間処理によって求められた値である。また、最適化計算
を行う前の入出力画面において、符号Ｄと符号Ｌで示す
部分は、計算結果を表示するエリアであるため、空欄と
なっている。

【００２７】次に、応力計算部６１は、前述した計算モ
デルを使用して、各位置の応力を計算して、それぞれの
計算結果を逐次線形計画法処理部６４へ通知する。一
方、重量計算部６２は、通知された形状データからディ
スクの体積を求め、この体積に密度を乗算することによ
りディスクの重量を計算して、この計算結果を逐次線形
計画法処理部６４へ通知する。

【００２８】次に、逐次線形計画法処理部６４は、計算
部６３から通知された計算結果と目的関数（重量最小、
強度余裕最大のいずれか）とに基づき、通知された計算
結果を判定し、この判定結果に基づきディスク形状を変
更しながら形状の最適化を図る処理を行う。このとき、
逐次線形計画法処理部６４は、逐次線形計画法に基づ
き、形状変更の方針を決定し、形状変更部６５へ通知す
る。形状の変更は、前述した計算モデルにしたがって、
半径方向に沿う対称面からの距離を変更する。これを受
けて、形状変更部６５は、通知された形状変更方針に基
づき、ディスク形状の変更を行う。そして、変更された
形状の応力を計算部６３において計算するという動作を
目的関数の値が収束するまで形状を変化させながら最適
化計算を続ける。

【００２９】次に、逐次線形計画法処理部６４は、目的
関数の値が収束した時点で、計算結果出力部９に対し
て、各位置の応力計算結果とディスク形状を数値で出力
する。また、逐次線形計画法処理部６４は、形状変更部
６５に対して、この時点のディスク形状を出力するよう
に指示する。これを受けて、形状変更部６５は、目的関
数が収束した時点のディスク形状をＣＡＤデータ出力部
７へ出力する。

【００３０】次に、ＣＡＤデータ出力部７は、形状変更
部６５から受け取った形状データをＣＡＤデータ８に変
換して出力する。また、計算結果出力部９は、逐次線形
計画法処理部６４から受け取った計算結果を入出力画面
に対して出力する。図７に、計算結果を表示した状態の
入出力画面の一例を示す。図７において、符号Ｄで示す
エリアは、最適化後のディスク形状の図を表示するエリ
アである。また、符号Ｌで示すエリアは、計算結果のリ
スト出力を表示するエリアである。このリスト出力にお
いては、「形状」、「物性値」、「ＬＣＦ」、「バース
ト」の４つの結果が表示される。ここで、形状の「半径
位置」とは、シャフトの中心からディスクの半径方向の
距離を意味し、「ボア幅」とは、「半径位置」における
幅（図４に示すＨ１〜１７に相当）である。また、「判
定」とは、各位置の応力がＬＣＦ、バーストのそれぞれ
の許容値以下であるか否かの判定をした結果である。さ
らに、最適化後の入出力画面には、各部寸法の初期値の
隣に「収束値」が表示さるとともに、符号Ｃで示す部分
に、「重量」「断面平均フープ応力」、及び「回転数」
が表示される。

【００３１】このように、予めディスク形状の設計パラ
メータを絞り込んでおき、所定の計算モデルを使用し
て、形状の最適化を行う計算をしたため、短時間で最適
解を得ることが可能となる。なお、図２に示す逐次線形
計画法処理部６４は、最適化手法として、逐次線形計画
法を用いたが、逐次２次計画法や他の周知の最適化手法
を用いてもよい。また、本発明によって設計が可能なデ
ィスク形状は、図３に示す形状の相似形に限るものでは
なく、図４に示す計算モデルに合致する形状であればど
のような形状であっても適用が可能である。すなわち、
半径方向に沿う平面を基準として面対称であるディスク
形状であり、ディスクの半径方向の距離（図４の符号Ｒ
１〜Ｒ１７）と、この位置における幅（図４の符号Ｈ１
〜Ｈ１７）によって定義することができるディスク形状
適用可能である。

【００３２】また、図１、２における処理部の機能を実
現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な
記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログ
ラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するこ
とによりディスク形状設計処理を行ってもよい。なお、
ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺
機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コン
ピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している
場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環
境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り
可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気
ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピ
ュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装
置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な
記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電
話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場
合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム
内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プロ
グラムを保持しているものも含むものとする。

【００３３】また、上記プログラムは、このプログラム
を記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝
送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により
他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここ
で、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネ
ット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回
線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体
のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能
の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、
前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録され
ているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、い
わゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ディスク形状の設計パラメータを絞り込んだため、
経験と勘に頼ることなく、短時間で設計作業が行えると
いう効果が得られる。また、絞り込んだパラメータに対
して最適化手法を用いて設計要件を満たすようにしたた
め、短時間で最適解を得ることが可能になるとういう効
果が得られる。さらに、パラメータを絞り込むことによ
り、設計手順が標準化されるため、常に安定した設計品
質を得ることが可能になるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
である。

【図２】 図１に示す最適化計算部６の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】 ディスク形状の一例を示す説明図である。

【図４】 計算モデルを示す説明図である。

【図５】 図１に示す物性値データベース４のテーブル
構造を示す説明図である。

【図６】 データ入力時の入出力画面の一例を示す説明
図である。

【図７】 最適化計算後の入出力画面の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１・・・ディスク形状設計システム ２・・・データ入力部 ３・・・形状定義部 ４・・・物性値データベース ５・・・物性値読込部 ６・・・最適化計算部 ６１・・・応力計算部 ６２・・・重量計算部 ６３・・・計算部 ６４・・・逐次線形計画法処理部 ６５・・・形状変更部 ７・・・ＣＡＤデータ出力部 ８・・・ＣＡＤデータ ９・・・計算結果出力部 １０・・・計算結果データ １１・・・ＣＡＤシステム

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半径方向に沿う平面を基準として面対称
   であるディスク形状部品を設計するディスク形状設計シ
   ステムであって、 前記ディスク形状設計システムは、 前記ディスク形状の設計条件、目的関数、使用材料、及
   びディスク初期形状のそれぞれのデータを入力するデー
   タ入力手段と、 前記ディスクに使用する材料の物性値が予め記憶された
   物性値データベースを参照して、前記データ入力手段に
   よって入力された使用材料に関する物性値を定義する物
   性値定義手段と、 前記データ入力手段及び物性値定義手段において入力ま
   たは定義されたデータに基づいて、ディスクの各位置に
   おける応力を計算し、前記目的関数を満たす最適解を求
   めるために、前記ディスク初期形状に変更を加えながら
   収束値を計算する最適化計算手段と、 前記最適化計算手段によって得られた収束値を出力する
   計算結果出力手段とを備えたことを特徴とするディスク
   形状設計システム。
2. 【請求項２】 前記最適化計算手段は、 最適化手法として逐次線形計画法または逐次２次計画法
   のいずれかを使用することを特徴とする請求項１に記載
   のディスク形状設計システム。
3. 【請求項３】 前記ディスク形状設計システムは、 最適化が図られたディスク形状をＣＡＤデータに変換し
   て出力するＣＡＤデータ出力部をさらに備えたことを特
   徴とする請求項１に記載のディスク形状設計システム。
4. 【請求項４】 前記最適化計算手段は、 ディスク形状を定義する変数に対して、数値固定、範囲
   の指定、及び制限なしのうちいずれかを指定可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載のディスク形状設計シ
   ステム。
5. 【請求項５】 前記最適化計算手段は、 目的関数が重量最小または強度余裕最大のいずれかであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のディスク形状設計
   システム。
6. 【請求項６】 前記最適化計算手段は、 ディスクの外周半径を所定の数に等分して得られる半径
   位置における対称面である前記平面からの距離を変化さ
   せて形状を変更することを特徴とする請求項１に記載の
   ディスク形状設計システム。
7. 【請求項７】 前記最適化計算手段は、 設計対象のディスク形状を直線補間と曲線関数補間のい
   ずれかで定義することを特徴とする請求項１に記載のデ
   ィスク形状設計システム。
8. 【請求項８】 半径方向に沿う平面を基準として面対称
   であるディスク形状部品を設計するディスク形状設計方
   法であって、 前記ディスク形状設計方法は、 前記ディスク形状の設計条件、目的関数、使用材料、及
   びディスク初期形状のそれぞれのデータを入力するデー
   タ入力過程と、 前記ディスクに使用する材料の物性値が予め記憶された
   物性値データベースを参照して、前記データ入力過程に
   よって入力された使用材料に関する物性値を定義する物
   性値定義過程と、 前記データ入力過程及び物性値定義過程において入力ま
   たは定義されたデータに基づいて、ディスクの各位置に
   おける応力を計算し、前記目的関数を満たす最適解を求
   めるために、前記ディスク初期形状に変更を加えながら
   収束値を計算する最適化計算過程と、 前記最適化計算過程によって得られた収束値を出力する
   計算結果出力過程とを有することを特徴とするディスク
   形状設計方法。
9. 【請求項９】 半径方向に沿う平面を基準として面対称
   であるディスク形状部品を設計するディスク形状設計プ
   ログラムであって、 前記ディスク形状設計プログラムは、 前記ディスク形状の設計条件、目的関数、使用材料、及
   びディスク初期形状のそれぞれのデータを入力するデー
   タ入力処理と、 前記ディスクに使用する材料の物性値が予め記憶された
   物性値データベースを参照して、前記データ入力処理に
   よって入力された使用材料に関する物性値を定義する物
   性値定義処理と、 前記データ入力処理及び物性値定義処理において入力ま
   たは定義されたデータに基づいて、ディスクの各位置に
   おける応力を計算し、前記目的関数を満たす最適解を求
   めるために、前記ディスク初期形状に変更を加えながら
   収束値を計算する最適化計算処理と、 前記最適化計算処理によって得られた収束値を出力する
   計算結果出力処理とをコンピュータに行わせることを特
   徴とするディスク形状設計プログラム。