JP2005085233A

JP2005085233A - ３次元ｃａｄ解析システム、解析方法、解析プログラム及び解析プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体

Info

Publication number: JP2005085233A
Application number: JP2003320167A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tsutsumi; 泰樹堤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】３次元ＣＡＤの解析モデルの作成を容易にするシステムを提供すること。
【解決手段】マスターモデルを入力するマスターモデル入力部と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力部と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件、拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定部と、幾何形状判定部の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元ＣＡＤ解析システムおよび解析方法に関し、さらに３次元ＣＡＤを用いる数値解析において解析モデルを作成する技術に関する。

通常、解析モデルは、ＣＡＤ上で形状編集し、数値解析ソフトウエア上で荷重印加領域に対する荷重属性を設定した後に数値解析が実行される。
ＣＡＤを用いて作成されたマスターモデルとは別に、荷重印加領域を設定した荷重領域データを併用することで、解析モデルの作成及び変更を容易にした数値解析技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６３３０６号公報（３ページ〜５ページ、図３）

このような従来技術では、数値解析ソフトウエアを使って荷重領域及び量の設定や拘束設定を行う場合、ユーザーは拘束属性を設定するために新たに数値解析専用ソフトウエアを予め習得しなければならないという課題がある。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ユーザーが数値解析専用ソフトウエアを最低限習得することで、解析モデルの作成を容易にする解析システムと解析方法を提供するものである。

この発明は、マスターモデルを入力するマスターモデル入力部と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力部と、
前記幾何形状が少なくとも荷重条件と拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定部と、幾何形状判定部の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行部とを備えた３次元ＣＡＤ解析システムを提供するものである。

３次元ＣＡＤ解析システムは、少なくともＣＰＵとメモリとを備えたコンピュータ上に構築され、メモリにロードされたプログラムによりソフトウェア的に実現される。
ここでいうマスターモデルとは、数値解析の対象である物体の形状を表わす３次元ＣＡＤデータをいう。

前記境界条件を表す幾何形状は、荷重条件と拘束条件によって形状を変え、該形状によって荷重値と荷重方向を表すようにしてもよい。
前記境界条件を表す幾何形状は、点荷重又は点拘束の場合は錘形状であり、前記マスターモデル上に指示する錘の頂点が荷重点又は拘束点を表すようにしてもよい。
前記境界条件を表す幾何形状は、エッジ荷重又はエッジ拘束の場合は角柱形状であり、前記マスターモデル上に指示する角柱の稜線が荷重エッジ点又は拘束エッジを表すようにしてもよい。

前記境界条件を表す幾何形状は、面荷重又は面拘束の場合は断面が四辺形の多角形状であり、前記マスターモデル上に指示する面が荷重面又は拘束面を表すようにしてもよい。
前記幾何形状は数値解析の単位系を表すようにしてもよい。
前記幾何形状が単位系を表す場合は、幾何形状は前記マスターモデルと接触しない箇所に配置されるようにしてもよい。
この発明は別の観点から、マスターモデルを入力するマスターモデル入力工程と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力工程と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件、拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定工程と、幾何形状判定工程の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行工程とを備えたことを特徴とする３次元ＣＡＤ解析方法を提供するものである。

この発明はさらに別の観点から、マスターモデルを入力するマスターモデル入力工程と、
前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力工程と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件、拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定工程と、幾何形状判定工程の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行工程とを備えたことを特徴とする３次元ＣＡＤ解析プログラムを提供するものである。
また、この発明は上記３次元ＣＡＤ解析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を提供するものである。

本発明による３次元ＣＡＤ解析システムは、解析モデルを容易に作成することができる。また、荷重及び拘束属性を変更する際、荷重箇所とその大きさを表す幾何形状と拘束箇所を表す幾何形状のみを再編集すればよいので解析モデルの変更を容易に行うことができる。
荷重箇所及び荷重点を円錐又は、多角錐で表現することにより、その大きさを表現することができる。
荷重箇所及び拘束点の拘束箇所を検索するにあたり、円錐又は、多角錐の頂点抽出方法を用いることにより容易に荷重点及び拘束点を認識することができる。
円錐又は、多角錐の形状に対し単位系を取り決めておくことにより、単位系を合わせるための再計算を省くことができる。
マスターモデルと接触しないように、四角錐・球や立方体などの容易に形状を特定できる幾何形状をマスターモデルと共にアセンブリすることにより、単位系を認識することができる。

以下、本発明の実施形態である解析システムについて図面を参照して説明する。図１は本発明に係る解析システムのシステム構成図である。
同図において、解析システム１は、マスターモデルと、このマスターモデルに対して数値解析を行うための荷重箇所と荷重値と拘束箇所を設定する幾何形状を３Ｄ（３次元）モデルとして生成する３Ｄモデル作成装置２と、この解析システム１を実行する計算装置４と、計算装置４で計算された結果及び３Ｄモデル作成装置２で生成された幾何形状データを記憶する記憶装置５と、計算装置４で計算された結果を表示する表示装置６と、表示装置６で表示した内容を必要に応じて印字出力する印字装置７とを備える。

３Ｄモデル作成装置２は、ユーザーの入力操作に応じて少なくとも数値解析の対象である物体の形状データ、すなわちマスターモデルを入力するマスターモデル入力部８と、このマスターモデルに対する荷重箇所と荷重値、拘束箇所及び数値解析の単位系を入力する幾何形状入力部９とから成る。ここで、荷重箇所と荷重値、拘束箇所及び数値解析の単位系を設定する幾何形状は、マスターモデルとは別体として作成される。

計算装置４は、幾何形状入力部９で入力した幾何形状がマスターモデルに対して、荷重箇所と荷重値を表す幾何形状、拘束箇所を表す幾何部、数値解析の単位系を表す幾何形状のいずれであるかを判定する幾何形状判定部１０と、マスターモデルに対する荷重箇所の属性及び荷重値の設定と拘束箇所の属性の設定並びに、数値解析の単位系を設定する解析属性設定部１１と、荷重箇所と荷重値、拘束箇所、数値解析の単位系を表す各幾何形状を削除する幾何形状削除部１２と、マスターモデルに対しメッシュを作成するメッシュ作成部１３と、メッシュ作成部１３により作成された解析モデルに対して構造解析等の数値解析を実行する解析実行部１４から構成される。

この計算装置４により作成された数値解析結果は、ハードディスクからなる記憶装置５に記憶することができる。また、数値解析結果は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）からなる表示装置６に表示され、必要に応じてこれらの数値解析結果をプリンタやプロッタからなる印字装置７により印字することができる。
次に本発明に係る解析システム１の処理手順について図２と図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

ステップＳ１では、図４のようなマスターモデル３をマスターモデル入力部８で作成する。又は、既存のデータとして予め作成しておいたデータを記憶装置５から取り込んで編集してもよい。
ステップＳ２では、図５に示すように荷重箇所と荷重値を表す幾何形状である点荷重幾何形状１８と、拘束箇所を表す幾何形状である点拘束幾何形状１７を幾何形状入力手段９で作成する。この幾何形状の形状により、荷重値と拘束する対象が点、エッジ、面のいずれであるかが決定される。

ステップＳ３では、図１７に示すように単位系識別幾何形状３２をマスターモデル３に接触しないように入力する。この単位系識別幾何形状３２は、拘束用幾何形状又は、荷重用幾何形状で置換することも可能である。例えば、拘束用幾何形状に四角錐が含まれていればＳＩ単位系とする。この場合は、拘束用幾何形状が単位系識別用形状を兼ねているため、新たに単位系識別用の幾何形状は入力する必要がない。
ステップＳ４では、ステップＳ１からステップＳ３で作成したデータを数値解析専用ソフトウエアに取り込む。
ステップＳ５では、幾何形状同士で接触していない幾何形状が存在するか否かを調べる。
幾何形状が全て接触している場合はステップＳ６に進み、単位系識別幾何形状が存在するか否かを調べる。

単位系識別形状が存在しない場合はステップＳ７に進み、数値解析専用ソフトウエアのデフォルトの単位系に設定される。単位系識別形状が存在する場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ５において接触していない幾何形状がある場合はステップＳ８に進み、幾何形状判定部１０により単位系識別幾何形状の形状を判定する。
ステップＳ９では、形状毎に取り決めた単位系に数値解析専用ソフトウエアの単位系を設定する。
ステップＳ１０では、図５に示すようなマスターモデル３と拘束及び荷重を示す幾何形状をアセンブリしたデータのどの幾何形状がマスターモデル、または荷重形状、拘束形状のいずれであるかを幾何形状判定部１０で判断する。

幾何形状がマスターモデルである場合はステップＳ１１に進み、図６のようにマスターモデル３に対しメッシュ作成部１３によりメッシュ作成を行い、ステップＳ１０に戻る。
幾何形状が荷重形状、拘束形状である場合はステップ１２に進み、ステップＳ２で作成された幾何形状が、荷重、拘束のいずれであるかを判断する。
幾何形状が荷重である場合はステップＳ１３に進み、荷重形状と判断された幾何形状に沿って解析属性設定部１１により荷重箇所の属性をマスターモデル３に設定し、幾何形状削除部１２により解析に不必要な幾何形状を削除して、ステップＳ１０に戻る。
幾何形状が拘束である場合はステップＳ１４に進み、拘束形状と判断された幾何形状に沿って拘束箇所と拘束属性をマスターモデル３に設定し、解析に不必要な幾何形状を削除して、ステップＳ１０に戻る。（データ構造により、ステップＳ１１とステップＳ１２は前後することがある。）

ステップＳ１０において幾何形状が無い場合はステップＳ１５に進み、解析実行部１４により解析を実行する。
ステップＳ１６では、ステップＳ１５で行われた解析結果を読み込み表示装置６上に表示する。必要に応じて印字装置７で解析結果を出力することもできる。このステップＳ５からステップＳ１５までを解析システム１のプログラム上で行う。

次に、上記動作の要点を図４〜図１７を用いて更に詳しく説明する。
図４は点荷重及び点拘束の例で、マスターモデル３上に拘束点と荷重点を設定し、点拘束部１５を黒い正方形で、点荷重部１６を黒い円形で示す。
図５はマスターモデル３に対し、図４で示した点拘束部１５と点荷重部１６に、各々点拘束幾何形状１７を四角錐で、点荷重幾何形状１８を円錐で示し付加したアセンブリの例である。この場合、点拘束幾何形状１７の四角錐の底辺から頂点に向けて荷重が掛かる設定である。この荷重の向きは、逆であってもよい。
図６はマスターモデル３に図５で指示した円錐１８の底辺から頂点方向に向けた点荷重２０と四角錐１７の頂点に点拘束１９を付加し、解析実行手段１４で実行した結果の解析モデル３３である。

図７はエッジ荷重及びエッジ拘束の例で、マスターモデル３に対し、エッジ荷重幾何形状２２と、エッジ拘束幾何形状２１を付加したアセンブリの例である。
図８はエッジ荷重幾何形状２２の正面図である。この例では三角柱の両端を斜めに切り落とした形状を荷重用の幾何形状とし、高さＨを荷重値として表している。この場合の荷重の向きは、側面から見た三角形の形状の底辺から頂点に向けて荷重が掛かる方向を示している。この荷重の向きは、逆であっても良い。

図９はエッジ拘束幾何形状２１の正面図である。このように三角柱を拘束データとし三角柱のエッジに載っているマスターモデル３のエッジを荷重又は、拘束すればよい。
図１０はマスターモデル３に図７で指示した荷重用幾何形状の両端斜めに切り落した三角柱２２のエッジ部にかかるエッジ荷重２４と拘束用幾何形状の三角柱２１のエッジ部にエッジ拘束２３を付加し、解析実行部１４で実行した結果の解析モデル３３である。
図１１は面荷重及び面拘束の例で、マスターモデル３に対し、面荷重幾何形状２６と面拘束幾何形状２５を付加したアセンブリの例である。この場合、面拘束幾何形状２５とマスターモデル３の接触面が面拘束され、面荷重幾何形状２６とマスターモデル３の接触面に面荷重される。

図１２はマスターモデル３に図１１で指示した荷重用幾何形状２６の面積の大きい方から小さい方に向けた面荷重２８と面拘束用幾何形状２５のマスターモデル３と接触する箇所を面拘束２７し、解析実行部１４で実行した結果の解析モデル３３である。図１２の解析モデル３３は、表示上メッシュを簡略化している。
図１３は面拘束幾何形状２５の例で、図１４は面荷重幾何形状２６の例である。この場合、平行な面の大きい面積の方から小さい面積の方に荷重がかかると設定してある。この荷重の向きは、逆であっても良い。

図１５はマスターモデル３に面拘束幾何形状２５とエッジ荷重幾何形状２２と点荷重幾何形状１８を付加したアセンブリの例である。このモデルのように点、エッジ、面の拘束及び荷重を表す幾何形状を多数組合せて作成しても良い。
図１６は図１５で指示した面拘束用幾何形状２５のマスターモデル３と接触する箇所を面拘束３１、エッジ荷重幾何形状２２のエッジ部にかかるエッジ荷重２９と、点荷重幾何形状１８の底辺から頂点方向に向けた点荷重３０を付加し、解析実行部１４で実行した結果の解析モデル３３である。
図１７は、単位系識別幾何形状３２をマスターモデル３と接触しないように配置した例である。この場合、四角錐がマスターモデル３と接触しないように配置されているため、四角錐が単位系識別幾何形状３２となる。

次に、荷重属性及び拘束属性を特定する幾何形状としては、点荷重及び点拘束の場合、頂点のある形状であればよい。例えば、円錐を点荷重とした場合、頂点を荷重点、高さを荷重値とし、荷重の向きは円柱の底面から頂点に向かうと取り決めればよい。また、荷重属性又は拘束属性を特定する幾何形状に、円錐が含まれていたらｋｇｆ、三角錐が含まれていたらｌｂ、四角錐が含まれていたらＮなど各錐の形状によって単位系を取り決めることにより、容易に荷重値の単位系を変更することができ操作性が向上する。単位系の識別手法としては、マスターモデル３に接触しないように、三角錐などの幾何形状を配置することにより単位系を識別することも可能である。

マスターモデル３と、荷重箇所と荷重値、及び拘束箇所を表す幾何形状は、３Ｄモデル作成装置２により構築される。荷重箇所と荷重値及び拘束箇所を表す幾何形状は、マスターモデル３とは別体の幾何形状として作成される。なお荷重箇所と荷重値及び拘束箇所を表す幾何形状を点拘束及び点荷重、エッジ拘束及びエッジ荷重、面拘束及び面荷重でそれぞれどのような形状にするか予め取決めが必要である。

荷重幾何形状又は拘束幾何形状に単位系識別の取決めを行っている場合、荷重幾何形状又は拘束属性幾何形状を単位系識別に利用することも可能である。これらの幾何形状とマスターモデルを１つのファイル上に構成することや、同じく、荷重箇所と荷重値及び拘束箇所を表す幾何形状で単位系の取決めを行わない場合、別途単位系識別幾何形状を作成し同一ファイル上にアセンブリすることも可能である。そして、この結果、ユーザーは使い慣れた３次元ＣＡＤ上でマスターモデルと拘束及び荷重に関する設定を実施でき、数値解析専用ソフトウエアはデータのインポートと結果の表示方法を習得するだけで、面倒なメッシュ作成やマスターモデルに対する材料の設定などを自動化する事によりユーザーの負担を軽減することができる。

以上説明した解析システム１の計算装置４は、コンピュータに上記解析処理を機能させるためのプログラムで実現される。このプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されている。本発明では、この記録媒体として、マイクロコンピュータで処理が行われるために必要な図示していないメモリ、例えばＲＯＭのようなものそのものがプログラムメディアであってもよいし、外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。

いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロプロセッサがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいはいずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータの図示されていないプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。

ここで上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等の光ディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。

また、本発明においてはインターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成とし、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。尚、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め本体装置に格納しておくものとする。

本発明に係る解析システムのシステム構成図である。本発明に係る解析システムの処理のフローチャートである。この発明に係るマスターモデルの例を示す説明図である。この発明に係るマスターモデルの例を示す説明図である。この発明に係るマスターモデルに点荷重幾何形状と点拘束幾何形状を付加したデータ例を示す説明図である。図４のデータを解析した結果の解析モデルの例を示す説明図である。この発明においてマスターモデルにエッジ荷重幾何形状とエッジ拘束幾何形状を付加したデータの例を示す説明図である。この発明に係るエッジ荷重幾何形状の正面図である。この発明に係るエッジ拘束幾何形状の正面図である。図６のデータを解析した結果の解析モデルの例を示す説明図である。この発明に係るマスターモデルに面荷重幾何形状と面拘束幾何形状を付加したデータの例の説明図である。図１０のデータを解析した結果の解析モデル例の説明図である。この発明に係る面拘束幾何形状の例を示す説明図である。この発明に係る面荷重幾何形状の例を示す説明図である。この発明において、マスターモデルに面拘束幾何形状とエッジ荷重幾何形状と点荷重幾何形状を付加したデータの例を示す説明図である。図１４のデータを解析した結果の解析モデル例を示す説明図である。この発明において、マスターモデルと接触しないように単位系識別幾何形状を配置したデータ例を示す説明図である。

符号の説明

１解析システム
２３Ｄモデル作成装置
３マスターモデル
４計算装置
５記憶装置
６表示装置
７印字装置
８マスターモデル入力部
９幾何形状入力部
１０幾何形状判定部
１１解析属性設定部
１２幾何形状削除部
１３メッシュ作成部
１４解析実行部
１７点拘束幾何形状
１８点荷重幾何形状
２１エッジ拘束幾何形状
２２エッジ荷重幾何形状
２５面拘束幾何形状
２６面荷重幾何形状
３２単位系識別幾何形状
３３解析モデル

Claims

マスターモデルを入力するマスターモデル入力部と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力部と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件と拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定部と、幾何形状判定部の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行部とを備えた３次元ＣＡＤ解析システム。
前記境界条件を表す幾何形状は、荷重条件と拘束条件によって形状を変え、かつ、その形状によって荷重値と荷重方向を表すことを特徴とする請求項１記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
前記境界条件を表す幾何形状は、点荷重又は点拘束の場合は錘形状であり、前記マスターモデル上に指示する錘の頂点が荷重点又は拘束点を表すこと特徴とする請求項１又は２に記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
前記境界条件を表す幾何形状は、エッジ荷重又はエッジ拘束の場合は角柱形状であり、前記マスターモデル上に指示する角柱の稜線が荷重エッジ点又は拘束エッジを表すこと特徴とする請求項１又は２に記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
前記境界条件を表す幾何形状は、面荷重又は面拘束の場合は断面が四辺形の多角形状であり、前記マスターモデル上に指示する面が荷重面又は拘束面を表すこと特徴とする請求項１又は２に記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
前記幾何形状は数値解析の単位系を表すことを特徴とする請求項１記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
前記幾何形状が単位系を表す場合は、幾何形状は前記マスターモデルと接触しない箇所に配置されることを特徴とする請求項６記載の３次元ＣＡＤ解析システム。
マスターモデルを入力するマスターモデル入力工程と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力工程と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件、拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定工程と、幾何形状判定工程の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行工程とを備えたことを特徴とする３次元ＣＡＤ解析方法。
マスターモデルを入力するマスターモデル入力工程と、前記マスターモデルに対して数値解析を行うための境界条件を表す幾何形状を入力する幾何形状入力工程と、前記幾何形状が少なくとも荷重条件、拘束条件のいずれであるかを判定する幾何形状判定工程と、幾何形状判定工程の判定結果に基づいてマスターモデルに対する数値解析を実行する解析実行工程とを備えたことを特徴とする３次元ＣＡＤ解析プログラム。
請求項９に記載の３次元ＣＡＤ解析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。