JP2006202097A

JP2006202097A - 車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム

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Publication number: JP2006202097A
Application number: JP2005013933A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hirao; 正博平尾; Hiroko Fujii; 裕子藤井; Tomoharu Shiozaki; 知春塩▲崎▼
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4650000B2

Abstract

【課題】構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成できるようにする。
【解決手段】ＣＡＤデータに基づいて外周線と内周線とにより区画された帯状面を検出する帯状面検出手段９と、この帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線とを検出し、コーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去する形状線消去手段１０と、上記帯状面内の形状線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づき、帯状面を分割するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に示すように、構造解析対象物の図面に対応して任意の線要素を入力する入力手段と、線要素相互の交点を算出して交点データとする交点算出手段と、線要素に関して隣接する交点から線分データを算出し、線分データと交点データとからメッシュデータを生成するメッシュ生成部とを設け、上記入力手段を使用して任意に入力された線要素から交点や線分データを抽出してメッシュデータを生成することが行われている。

また、下記特許文献２では、複数の線の組み合わせにより形状規定される構造解析対象物のＣＡＤデータに対して、上記各線に対応する複数の線データの集合体となる構造解析用の形状データを生成し、プログラムに基づいて上記形状データを演算処理することにより複数の要素にメッシュ分割された構造解析モデルを自動生成する装置であって、上記形状データから複数の線が共有していない独立端点を検出し、この独立端点を有する独立線を延在方向に伸縮して他の線に当接状態にすることにより、上記ＣＡＤデータを構造解析モデル生成用のプログラムで演算処理可能なデータに変換する際に、当接状態にあるべき各線分の端点同士が離間する等の異常が生じた場合においても、これを自動的に修正して構造用解析モデルを適正に形成できるように構成されている。
特開平７−４４５２５号公報特開２００４−１４５７１８号公報

上記特許文献１，２に開示されているように、ＣＡＤデータから読み出された交点データおよび線分データから構造解析用の形状データを抽出するとともに、この形状データに基づいて有限要素法等の数値解析に使用されるメッシュデータを自動的に作成するように構成した場合には、メッシュデータを形成するための形状データを、使用者がキーボード等を使用して手動操作で入力するものに比べ、車両用ボディーパネル等の構造解析に使用されるメッシュデータを容易に作成できるという利点がある。

しかし、多数の屈曲面が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルを構造解析対象物とする場合には、そのＣＡＤデータに上記屈曲面の境界部を表す形状線等のデータが大量に含まれているため、上記ＣＡＤデータに基づいてメッシュデータを自動的に作成すると、様々な形状および大きさを有するメッシュが複雑に組み合わされた構造用解析モデルが形成されることになる。したがって、この構造用解析モデルに基づいて有限要素法等の数値解析を行う際に計算時間が長くなるとともに、正確な構造解析結果が得られない等の弊害がある。

上記弊害を防止して均一な形状および大きさを有するメッシュにより分割された構造解析用モデルを形成できるようにするため、ＣＡＤデータからメッシュ形成用として必要な形状線を残し、作業者の手動操作または構造解析モデル作成システムの自動操作により不必要な形状線を消去するように構成することも考えられる。しかし、このように構成した場合には、上記ＣＡＤデータに基づいてメッシュ形成用に必要な形状線であるか否かを正確に判別することが困難であり、メッシュ形成用に必要とされる形状線が誤って消去されたり、不必要な形状線が残されたりする等の問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成することが可能な車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムを提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムであって、上記ＣＡＤデータに基づいて外周線と内周線とにより区画された帯状面を検出する帯状面検出手段と、この帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線とを検出し、コーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去する形状線消去手段と、上記帯状面内の形状線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段と、この形状線データ記憶手段に記憶された形状線のデータに基づき、帯状面を分割するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段とを備えたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムにおいて、上記形状線消去手段により、帯状面を構成する円弧状のコーナ部と直線状の非コーナ部との間に位置するとともに外周線および内周線に対して略直交する方向に延びる形状線が検出された場合に、この形状線をコーナ部の境界線と見なし、そのデータを形状線データ記憶手段に記憶させるように構成されたものである。

請求項１に係る発明によれば、多数の屈曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルのＣＡＤデータに基づき、外周線と内周線とにより区画された帯状面が上記帯状面検出手段により検出された場合に、上記帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線とを検出してコーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去するように構成したため、上記コーナ部の境界線が消去され、あるいはこの境界線以外の形状線が残されることに起因して標準メッシュとは形状および大きさが顕著に異なるメッシュにより上記帯状面が分割されるという事態の発生を防止し、所定の形状およびサイズを有するメッシュにより上記帯状面が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成できるという利点がある。

請求項２に係る発明によれば、帯状面を構成する円弧状のコーナ部と直線状の非コーナ部との間に位置するとともに外周線および内周線に対して略直交する方向に延びる形状線が形状線消去手段において検出された場合に、上記形状線をコーナ部の境界線と見なし、そのデータを形状線データ記憶手段に記憶させるように構成したため、左右両端部が上記形状線により区画されて略長方形状に形成された非コーナ部を、略正方形または長方形のメッシュによって均一に分割できるという利点がある。

図１は、本発明に係る車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムの実施形態を示すブロック図である。この車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムは、ＣＡＤ装置１から入力されたＣＡＤデータに基づいてメッシュにより分割された構造解析モデルを自動的に作成するための制御ユニット２と、この制御ユニット２に所定の指令信号を入力するキーボート３およびマウス４等からなる入力手段と、上記制御ユニット２から出力された画像情報等を表示するＣＲＴ５またはこの画像情報等を印刷するプリンタ６等からなる出力手段とを有している。

上記ＣＡＤ装置１から制御ユニット２に入力された構造解析対象物、つまり多数の屈曲面が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルのＣＡＤデータに基づき、制御ユニット２により作成された構造解析モデルのメッシュデータは、構造解析装置７に入力され、この構造解析装置７において有限要素法等を使用した車両用ボディーパネルの構造解析が実行されるようになっている。また、上記キーボート３およびマウス４等からなる入力手段は、メッシュデータを作成する際に標準となるメッシュの形状およびサイズを指定するための指定信号等を入力する機能と、上記データ作成用の制御ユニット２においてＣＡＤデータを加工することにより得られたメッシュデータ作成用の形状線を修正するための修正信号等を入力する機能とを有している。

上記制御ユニット２には、ＣＡＤ装置１から入力されたＣＡＤデータを記憶するＣＡＤデータ記憶手段８と、このＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータから外周線と内周線とにより区画された帯状面を検出する帯状面検出手段９と、この帯状面検出手段９により検出された帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線を検出し、コーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去する形状線消去手段１０と、上記帯状面内の形状線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づいて帯状面を分割するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とが設けられている。

上記帯状面検出手段９は、ＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータから帯状面を構成する形状線のデータを抽出することにより任意の外周線または内周線が検出された場合に、この外周線または内周線と平行もしくは略平行に延びる内周線または外周線を検索することにより帯状面を検出するように構成されている。例えば、図２に示すように、形状線Ｂ１を底辺（外周線）とするとともに形状線Ｂ２を上辺（内周線）とした膨出部Ａの周壁面が存在していることが、上記外周線および内周線を構成する形状線Ｂ１，Ｂ２のデータ等により確認された場合に、この形状線Ｂ１，Ｂ２により区画された帯状面Ｂの存在が上記帯状面検出手段９において検出されるようになっている。

上記形状線消去手段１０は、図３に示すように、帯状面Ｂ内に存在するコーナ部Ｃの境界線Ｃ１，Ｃ２およびそれ以外の形状線、例えば直線状の非コーナ部Ｄに存在する形状線Ｄ１〜Ｄ４を検出し、上記コーナ部Ｃの境界線Ｃ１，Ｃ２を残してそれ以外の形状線Ｄ１〜Ｄ４のデータを消去するように構成されている。具体的には、上記帯状面Ｂを構成する円弧状のコーナ部Ｃと直線状の非コーナ部Ｄとの間に位置するとともに、帯状面Ｂの外周線および内周線を構成する形状線Ｂ１，Ｂ２に対して略直交する方向に延びる形状線Ｃ１，Ｃ２の存在が上記形状線消去手段１０において検出された場合に、この形状線Ｃ１，Ｃ２をコーナ部Ｃの境界線と見なし、そのデータを形状線データ記憶手段１１に記憶させるようになっている。

また、帯状面Ｂに存在する上記境界線以外の形状線、つまり上記非コーナ部Ｄ内に位置するとともに、形状線Ｂ１，Ｂ２に対して略直交する方向に延びる形状線Ｄ１〜Ｄ４のデータは、上記形状線データ記憶手段１１により記憶されることなく、上記形状線消去手段１０により消去される。したがって、上記形状線データ記憶手段１１には、原則として帯状面Ｂの外周線および内周線を構成する形状線Ｂ１，Ｂ２と、コーナ部Ｃの境界線を構成する形状線Ｃ１，Ｃ２とが記憶されることになる。

上記メッシュデータ作成手段１２は、形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータ、つまり上記帯状面Ｂの外周線および内周線を構成する形状線Ｂ１，Ｂ２およびコーナ部Ｃの境界線を構成する形状線Ｃ１，Ｃ２のデータ等に基づき、これらの形状線Ｂ１，Ｂ２により区画された帯状面Ｂを、入力手段により予め指定された標準形状およびサイズに対応したメッシュにより分割するためのメッシュデータを作成し、このメッシュデータを構造解析装置７に入力するように構成されている。

上記制御ユニット２による制御動作を、図３を参照しつつ図４に示すフローチャートに基づいて説明する。この制御動作がスタートすると、まず上記ＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータから外周線および内周線となる形状線Ｂ１，Ｂ２により区画された帯状面Ｂを検出した後（ステップＳ１）、この帯状面Ｂを構成する各種の形状線から円弧状のコーナ部Ｃおよび直線状の非コーナ部Ｄのデータを抽出するとともに（ステップＳ２）、図３の例では、上記データからコーナ部Ｃと非コーナ部Ｄとの間に位置する境界線Ｃ１，Ｃ２と、それ以外の形状線Ｄ１〜Ｄ４とを判別する（ステップＳ３）。

そして、上記非コーナ部Ｄ内の形状線Ｄ１〜Ｄ４のデータを上記形状線消去手段１０により消去するとともに（ステップＳ４）、上記非コーナ部Ｄ内の形状線Ｄ１〜Ｄ４が消去されることにより残されたコーナ部Ｃの境界線となる形状線Ｃ１，Ｃ２と、上記帯状面Ｂの外周線および内周線となる形状線Ｂ１，Ｂ２とのデータを形状線データ記憶手段１１に入力して記憶させた後（ステップＳ５）、ＣＲＴ５等による形状線の表示と、入力手段による形状線のデータ修正とを実行する（ステップＳ６）。

実際には、上記ステップＳ１〜Ｓ５の制御動作を繰り返すことにより、構造解析対象物内に存在する帯状面の検出と、形状線データの消去および記憶操作が全て終了した後にステップＳ６に移行することにより、上記形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線Ｂ１，Ｂ２および形状線Ｃ１，Ｃ２のデータをＣＲＴ５に出力し、上記形状線Ｂ１，Ｂ２および形状線Ｃ１，Ｃ２により構成された帯状面Ｂの画像を表示させるとともに、この画像情報に基づいて入力手段を用いた手動操作によって不必要な形状線を消去し、あるいは必要な形状線を追加する修正を必要に応じて実行する（ステップＳ６）。

また、上記形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線Ｂ１，Ｂ２および形状線Ｃ１，Ｃ２のデータに基づいて帯状面Ｂを分割するメッシュデータをメッシュデータ作成手段１２において自動的に作成するとともに、このメッシュデータを構造解析装置７に出力した後に（ステップＳ７）、制御動作を終了する。

上記のようにＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータに基づいて外周線と内周線とにより区画された帯状面を検出する帯状面検出手段９と、この帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線とを検出し、コーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去する形状線消去手段１０と、上記帯状面内の形状線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づき、帯状面を分割するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とを設けたため、上記車両用ボディーパネルからなる構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成することができる。

すなわち、多数の屈曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する上記車両用ボディーパネルを構成する各種の形状線に基づき、例えば図３に示すように外周線および内周線となる形状線Ｂ１，Ｂ２により区画された帯状面Ｂが上記帯状面検出手段９により検出された場合に、上記帯状面Ｂ内に存在するコーナ部Ｃの境界線となる形状線Ｃ１，Ｃ２と、それ以外の形状線Ｄ１〜Ｄ４を検出し、上記境界線以外の形状線Ｄ１〜Ｄ４のデータを消去するように構成したため、上記帯状面Ｂの輪郭線となる形状線Ｂ１，Ｂ２と、上記コーナ部Ｃと非コーナ部Ｄとの間に位置する境界線となる形状線Ｃ１，Ｃ１のデータだけが形状線データ記憶手段１１に記憶されることになる。

このため、図５（ａ）に示すように、上記境界線以外の形状線Ｄ１〜Ｄ４に邪魔されることなく、コーナ部Ｃと非コーナ部Ｄとを区画する境界線となる形状線Ｃ１，Ｃ１を基準として、標準の形状およびサイズを有するメッシュＭにより直線状に延びる非コーナ部Ｃを効果的に分割することができるとともに、上記コーナ部Ｃが所定の形状およびサイズを有するメッシュＭ１により適正に分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成することができる。したがって、上記構造解析モデルに応じて有限要素法等の数値解析を行う際の計算時間を効果的に短縮するとともに、正確な構造解析を行うことができる。

これに対して図５（ｂ）に示すように、非コーナ部Ｄ内の形状線Ｄ１〜Ｄが残された場合には、この形状線Ｄ１〜Ｄを基準にしてメッシュが形成されることにより非コーナ部Ｄを分割するメッシュＭ２の形状およびサイズが不揃いになることが避けられない。また、上記コーナ部Ｃと非コーナ部Ｄとを区画する境界線となる形状線Ｃ１，Ｃ１が消去された場合には、上記コーナ部Ｃと非コーナ部Ｄとに跨るメッシュＭ３により上記帯状面Ｂが分割されることがあり、正確な構造解析を行うことが困難になるという問題がある。

また、上記実施形態では、帯状面Ｂを構成する円弧状のコーナ部Ｃと直線状の非コーナ部Ｄとの間に位置するとともに外周線および内周線となる形状線Ｂ１，Ｂ２に対して略直交する方向に延びる形状線Ｃ１，Ｃ２が形状線消去手段１０において検出された場合に、上記形状線Ｃ１，Ｃ２をコーナ部Ｃの境界線と見なし、そのデータを形状線データ記憶手段に記憶させるように構成したため、非コーナ部Ｄの左右両端部が上記形状線Ｃ１，Ｃ２により区画されることにより、上記非コーナ部Ｄが略長方形状に形成されることになる。したがって、この非コーナ部Ｄを略正方形または長方形のメッシュにより均一に分割できるという利点がある。

なお、上記帯状面検出手段９により検出された帯状面が、一対のフィレットを有するフィレット面であるか否かを判定し、フィレット面であると判定された場合に、このフィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去するように構成してもよい。例えば、上記帯状面内に、図６に示すように、曲率半径Ｒ１の湾曲面からなる第１フィレットＦ１ａが存在し、かつ上記第１フィレットＦ１ａに近接した位置において平行に延びるとともに、第１フィレットＦ１ａとは湾曲方向が逆向きに設定された第２フィレットＦ１ｂが存在していることが確認された場合には、上記帯状面がフレット面Ｆ１である判定する。

また、図７に示すように、曲率半径Ｒ１の湾曲面からなる第１フィレットＦ２ａの下方に平坦面Ｈ２を介して曲率半径Ｒ２の湾曲面からなる第２フィレットＦ２ｂが存在していることが確認された場合においても、上記第１フィレットＦ２ａの上部境界線となる形状線Ｌ１と第２フィレットＦ２ｂの下部境界線となる形状線Ｌ４とにより区画された帯状面がフィレット面Ｆ２である判定する。

そして、図６に示す例では、上記形状線消去手段において、フィレット面Ｆ１内に存在する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの境界線となる形状線Ｌ２を検出しそのデータを消去することにより、上記フィレット面Ｆ１の輪郭線を構成する形状線Ｌ１，Ｌ４のデータを形状線データ記憶手段１１に記憶させるようにする。また、図７に示す例では、上記フィレット面Ｆ２内に存在する第１フィレットＦ２ａの下部境界線となる形状線Ｌ２および第２フィレットＦ１ｂの上部境界線となる形状線Ｌ３のデータをそれぞれ消去することにより、上記フィレット面Ｆ２の輪郭線を構成する形状線Ｌ１，Ｌ４のデータを形状線データ記憶手段１１に記憶させる。

上記の構成によれば、図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２内に、第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの境界線となる形状線Ｌ２，Ｌ３が残されることに起因して、標準サイズのメッシュＭに比べて著しく小さいメッシュＭ１により上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２が分割されるという事態の発生を防止することができる。そして、図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、標準メッシュＭにより上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成することができるため、上記構造解析モデルに応じて有限要素法等の数値解析を行う際の計算時間を効果的に短縮するとともに、正確な構造解析を行うことができる。

本発明に係る車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムの実施形態を示すブロック図である。帯状面の具体的構成を示す斜視図である。帯状面を構成する形状線の具体例を示す説明図である。構造解析モデルを作成する制御動作の一例を示すフローチャートである。構造解析モデルの具体例を示す説明図である。フィレット面の具体的構成を示す斜視図である。フィレット面の他の例を示す斜視図である。構造解析モデルの具体例を示す説明図である。構造解析モデルの他の具体例を示す説明図である。

符号の説明

８ＣＡＤデータ記憶手段
９帯状面検出手段
１０形状線消去手段
１１形状線データ記憶手段
１２メッシュデータ作成手段

Claims

構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムであって、上記ＣＡＤデータに基づいて外周線と内周線とにより区画された帯状面を検出する帯状面検出手段と、この帯状面内に存在するコーナ部の境界線とそれ以外の形状線とを検出し、コーナ部の境界線を残してそれ以外の形状線のデータを消去する形状線消去手段と、上記帯状面内の形状線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段と、この形状線データ記憶手段に記憶された形状線のデータに基づき、帯状面を分割するメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段とを備えたことを特徴とする車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム。
上記形状線消去手段は、帯状面を構成する円弧状のコーナ部と直線状の非コーナ部との間に位置するとともに外周線および内周線に対して略直交する方向に延びる形状線が検出された場合に、この形状線をコーナ部の境界線と見なし、そのデータを形状線データ記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項１に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム。