JP2006350503A - 解析メッシュモデル生成装置、解析メッシュモデル生成方法、および、解析メッシュモデル生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 解析メッシュモデルの作成は、数値解析の結果に大きな影響を与え、また、経験、習熟度を要する。経験、習熟度の浅い設計者は、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施することが困難であった。
【解決手段】 解析メッシュモデル生成で行われる解析モデルの形状簡略、メッシュ生成において、部品の重要度に応じて設定された許容基準を満足するようにすることで、経験、習熟度の浅い設計者が、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱流体解析等の数値解析（シミュレーション）に用いるメッシュモデル生成技術に関する。

近年、商品開発期間の短縮が進み、開発上流での課題解決を目指して、数値解析（シミュレーション）が広く利用されている。

図２２は、従来の解析装置の処理手順を説明するフローチャートである。

最初に、解析対象となる製品の部品毎に形状が入力される（Ｓ４１）。次に、部品毎の材質や境界条件が設定されて（Ｓ４２）、解析プリミティブが作成される（Ｓ４０）。複数部品によって構成される製品全体の解析を行なうために、部品毎に形状、材質および境界条件が設定されて解析プリミティブが作成され、それらの解析プリミティブが組み合わされて製品全体の解析プリミティブが作成される。

次に、解析プリミティブが小さなエレメントに分割されて、メッシュモデルが生成される（Ｓ４３）。解析に必要な熱伝達係数、発熱量等の解析条件がメッシュモデルに設定されて、解析処理（計算）が実行される（Ｓ４４）。最後に、解析結果が画面に表示されて処理を終了する。

メッシュモデルとしては、汎用的な有限要素モデル、差分格子モデル、境界要素モデル等があって、例えば製品の発熱状態に応じた温度分布を解析する３次元熱流体解析においては、物体の周囲に流れる熱の挙動を、３次元格子を用いて解析するのが一般的である。

３次元格子の作成方法は、各物体の頂点をキーポイントとして直交格子を自動的に発生させた後、設計者が要素分割数を指定する、もしくは注目すべき部分を指示することで、直交格子を細分化する。逆に、発熱源の影響が非常に小さいと判断される部分、もしくは注目する必要のない部分を指定して、その部分に関しては計算に必要な格子を発生させない等のメッシュ要素の粗密制御が行われる。

現在、これらメッシュモデルを効率よく生成することによって、計算速度および計算精度の向上が図られているが、個々の部品が重要であるか否か、直交格子を細分化するか無視するか等の判断は、設計者の経験に依存する部分が大きく、利用者の熟練度によって解析時間、解析精度が異なるという問題があった。

この問題点を解決する技術として、たとえば特許文献１に開示された発明がある。この発明は、解析の種類に応じた部品の重要度と部品間の影響を表す影響属性を抽出すると共に、この重要度と影響属性を用いてメッシュ生成を粗密制御することを開示している。
特開２００２−８２９９９号公報

しかしながら、引用文献１においては、重要度と影響属性を用いてメッシュ生成の粗密制御を行うという概念は示されているが、具体的に重要度等をどのように用いるかについては開示されていない。したがって、メッシュ生成の粗密制御の良し悪しをどのように判断し、重要度をこれにどう関連させるかが不明であり、上述の利用者の熟練度によって解析時間、解析精度が異なるという課題は十分に解決されていない。

従って、本発明は上記問題点を鑑みて、経験、習熟度の浅い設計者が、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施するための解析メッシュモデル生成装置、解析メッシュモデル生成方法、および、解析メッシュモデル生成プログラムを提供する。

上記目的のうち１つは、以下の解析メッシュモデル生成装置によって達成される。数値解析に用いる解析メッシュモデルを生成する解析メッシュモデル生成装置であって、
複数の部品の形状データを部品モデルとして解析装置に読みこむ形状入力部と、
前記各部品モデルに対し、数値解析への影響に応じて設定された重要度を設定する部品重要度設定部と、
前記部品モデルを前記重要度に基づいて設定された許容基準に従い簡略化する形状簡略部と、
前記部品重要度に基づいて決定された許容基準に従い、前記部品モデルにメッシュ要素を生成し部品メッシュモデルを作成するメッシュ要素生成部と、
を含む解析メッシュモデル生成装置。

また、上記目的のうち１つは、以下の解析メッシュモデル生成方法によって達成される。数値解析に用いる解析メッシュモデルを生成する解析メッシュモデル生成方法であって、
複数の部品の形状データを部品モデルとして解析装置に読みこむ形状入力ステップと、
前記各部品モデルに対し、数値解析への影響に応じて設定された重要度を設定する部品重要度設定ステップと、
前記部品モデルを前記重要度に基づいて設定された許容基準に従い簡略化する形状簡略ステップと、
前記部品重要度に基づいて決定された許容基準に従い、前記部品モデルにメッシュ要素を生成し部品メッシュモデルを作成するメッシュ要素生成ステップと、
を含む解析メッシュモデル生成方法。

また、上記目的のうち１つは、以下の解析メッシュモデル生成プログラムによって達成される。解析メッシュモデル生成方法をコンピュータで実現するための解析メッシュモデル生成プログラム。

本発明によれば、経験、習熟度の浅い設計者が、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施するための解析メッシュモデル生成装置、解析メッシュモデル生成方法、および、解析メッシュモデル生成プログラムを提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。実施の形態として、熱流体解析に用いる解析メッシュモデル生成装置、解析メッシュモデル生成方法、および、解析メッシュモデル生成プログラムについて説明する。なお、本実施の形態の熱流体解析装置は、解析メッシュモデル生成装置としても機能する。

図１は、本実施の形態における熱流体解析装置の概略構成を示すブロック図である。この熱流体解析装置は、キーボード、マウス等の入力部２０と、ディスプレイ、プリンタ等の出力部２２と、入力部２０と出力部２２の間でデータの入出力を行なうためのＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）デバイス２１と、ＦＤ（Ｆｌｏｐｐｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等の記録媒体２３と、記録媒体２３に対するデータの読書きを行うための外部記憶ドライバ２４と、熱流体解析装置全体の制御を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２５と、各種のプログラムおよびデータが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２６と、インターネット等の外部通信ネットワーク２９との間の通信接続を行うための通信デバイス２７と、処理対象のデータを一時的に格納するためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８と、ハードディスク３０を含む。

解析メッシュモデル生成プログラムおよび解析処理のためのプログラム（以下、解析プログラムと呼ぶ。）は、記録媒体２３によって供給される。記録媒体２３に記録された解析プログラムは、ＣＰＵ２５によって外部記憶ドライバ２４を介して一旦ハードディスク３０に格納される。ＣＰＵ２５は、ハードディスク３０から適宜解析プログラムをＲＡＭ２８にロードして実行することによって解析メッシュモデル生成を行い、その後に解析処理を行なう。また、解析プログラムは他のコンピュータより通信ネットワーク２９を経由して供給されてもよい。

図２は、本実施の形態における熱流体解析装置の機能的な構成を示すブロック図である。熱流体解析装置は、装置全体的の制御を行うための制御部１と、形状入力部３と、解析条件設定部４と、部品重要度設定部５と、形状修正メッシュ部６と、要素生成部７と、メッシュ要素修正部８と、解析処理部９と、表示部１０とを含む。

なお、解析メッシュモデル生成装置１１は、制御部１と、形状入力部３と、解析条件設定部４と、部品重要度設定部５と、形状修正メッシュ部６と、要素生成部７と、メッシュ要素修正部８とを含む。

図３は、本実施の形態における熱流体解析装置の処理手順のフローチャートである。本実施の形態の熱流体解析装置は、以下の処理を行う。

（１）オペレータからの指示により、形状入力部３に解析対象である製品の形状データが入力される（Ｓ３１）。解析対象である製品は、複数の部品からなる。また、解析対象は、形状データとして頂点、稜先、面および、これらからなる立体によって定義される。

また、形状データとしては、面積、体積等を含んでも良い。含んでいない場合は形状データから面積、体積等を算出し形状データに追加する。形状データとしては、３次元ＣＡＤ等を用いて構築される３次元設計データを用いることが出来る。

このとき、各部品を識別するための部品識別データを形状データと関連させて入力する。以下、識別データと形状データとを含む部品ごとのデータを部品モデルと称する。部品モデルは解析装置における仮想空間での部品であるといえる。

またこのとき、所定のサイズを越える部品モデルは、前記所定のサイズ以下になるように分割される。

（２）オペレータからの指示により、解析条件設定部４は、材料特性、発熱量、および解析計算に必要な境界条件を含む解析条件を設定する（Ｓ３２）。材料特性としては、熱流体解析に必要な熱物性値として、熱伝導率、比熱、比重、放射率、比重等を部品モデル毎に設定する。発熱量としては、部品全体の発熱量、もしくは単位体積あたりの発熱密度を部品モデル毎に設定する。具体的には、材料特性および発熱量は、部品識別子と関連付けて設定される。境界条件としては、重力の方向、解析空間と外部における圧力、流入出、熱伝達等を設定する。

以下、全ての部品モデルと解析条件とを含むデータを解析形状モデルと称する。

（３）部品重要度設定部５は、数値解析への影響である熱流体現象への影響に応じてあらかじめ設けられた部品重要度決定ルールに基づき、各部品に対し重要度を設定する（Ｓ３３）。そして、部品重要度が設定されると、各重要度（ランク）に対応して設定された、許容基準値としての形状体積誤差が形状簡略部で行われる形状簡略化に適用され、メッシュモデル体積誤差、メッシュ面積誤差がメッシュ要素生成部で行われるメッシュ粗密制御に適用される。

部品重要度決定ルールとしては、部品の機能を考慮してランク分けするもの、発熱体に対する配置関係を考慮してランク分けするもの等が考えられる。

図４は、部品重要度決定ルールの一例を示す図である。部品の機能を考慮して重要度をランク分けしたものである。部品の機能を、発熱体、基板、放熱部材、外装、通風孔、その他と分類し、それぞれに重要度ランク（１〜５）が設定されている。

オペレータは、各部品モデルについて、部品重要度決定ルールに含まれる部品の機能の中から最適なものを選択する。部品重要度設定部５は、選択された部品の機能に対応する重要度を当該部品モデルに対して設定する。

図５は、部品重要度決定ルールの他の一例を示す図である。発熱体に対する各部品モデルの配置関係を考慮してランク分けしたもので、ランク分けの指標ＭＱを、次式（１）
ＭＱ＝ΣＱi／Ｒi ・・・ 式（１）
より、算出し、ＭＱ値が大きなもの程、熱流体現象への影響が大きい重要な部品であると考え、高い重要度を設定するものである。ここで、Ｑは、重要度を設定する部品モデルの周辺の発熱体の発熱量、Ｒは当該部品モデルと発熱体との距離で、各発熱体についてＱ／Ｒを算出し、総和した値である。

なお、本実施の形態では、部品モデルの内、発熱量が設定されているものを発熱体としている。

図６は、各重要度ランクと許容基準の対応の一例を表す図である。許容基準として、形状体積誤差、メッシュモデル体積誤差が設定されている。

重要度および重要度に対応した許容基準の設定に関しては、解析熟練者の経験をベースとした方法、田口メソッドなどの統計的手法を用いて、過去の計算結果等を参考に設定する方法等が考えられる。

（４）形状簡略部６は、第１のメッシュ要素生成部７の事前準備に対応する部分で、部品モデルの微小形状を簡略し、形状を簡略化するものである（Ｓ３４）。微小形状は、メッシュ数の増加、メッシュアスペクト比の悪化の原因となるからである。具体的には、微小形状である突起、孔、Ｒ部、面取り部、等々を簡略し、形状を簡略化するものである。

以下、形状簡略部６の動作について、部品モデルの形状データがフィーチャーによる作成履歴を持っているデータである場合を例に説明する。この場合、微小形状に関与しているフィーチャーを削除し、形状を簡略化する。

図７は、形状簡略部６の詳細な構成を示すブロック図である。形状簡略部６は、削除基準設定部７１、対象フィーチャー抽出部７２、体積算出部７３、体積比較部７４、削除基準更新部７５を含む。

図８は、形状簡略ステップＳ３４の詳細なフローチャートである。

削除基準設定部７１は、初期の削除基準として形状サイズを設定する（Ｓ７１）。例えば、解析対象サイズの１／１００を初期値として設定する。

対象フィーチャー抽出部７２は、この削除基準より小さな形状に関連するフィーチャーを抽出する（Ｓ７２）。

体積算出部７３は、抽出されたフィーチャーを削除した場合の部品モデルの体積を算出する（Ｓ７３）。

体積比較部７４は、抽出されたフィーチャーを削除しない場合の部品モデルの体積に対する削除した場合の部品モデルの体積の変化の割合である体積誤差を算出する。そして、当該体積誤差が許容基準である形状体積誤差以内であれば抽出されたフィーチャーの削除を実行する（Ｓ７４）また、体積誤差が許容基準より大きければ抽出されたフィーチャーの削除を実行しない（Ｓ７４）。

削除基準更新部７５は、更に削除基準としての形状サイズを大きくして、簡略化を継続する（Ｓ７５）。

体積誤差が許容基準である形状体積誤差を越えた時点で簡略化を終了し、次のメッシュ要素生成部７にデータを受け渡す。形状体積誤差は、部品重要度設定部５における値を適用する（図６）。

図９は、形状簡略前の部品モデルの一例を示す図、図１０は、形状簡略後の部品モデルの一例を示す図である。形状簡略前の部品モデルは、２つの部品モデル、基板８１とＬＳＩ８２からなる。形状簡略後は、基板取り付け孔８３、放熱板Ｒ部８４、ＬＳＩ足８５が削除されている。

（５）第１のメッシュ要素生成部７は、重要度に基づいてメッシュ要素を粗密制御し、メッシュ要素を生成する。

図１１は、メッシュ要素生成部７の詳細なブロック図である。メッシュ要素生成部７は、最小メッシュサイズ設定部１０１、頂点分割部１０２、第１のメッシュ数判定部１０３、削減軸（順番）設定部１０４、メッシュモデル体積算出部１０５、メッシュモデル体積比較部１０６、メッシュ間引き部１０７、第２のメッシュ要素数判定部１０８、許容基準緩和部１０９、メッシュアスペクト比改善部１１０を含む。

図１２は、メッシュ要素生成ステップＳ３５の詳細なフローチャートである。

最小メッシュサイズ設定部１０１は、生成されるメッシュ要素の最小サイズを決定する（Ｓ１０１）。最小サイズは、経験値、解析対象全体サイズに対する割合、最小部品サイズ、メッシュ要素数上限値等々を考慮して決定する。メッシュ要素数の上限値を越えない範囲で、なるべく最小サイズを小さく設定する方法を用いる。解析を実行するパソコンの能力（主に利用可能なメモリーサイズ）によって、生成可能なメッシュ要素数が限定されるためである。例えば、３２ビットＰＣ、ウインドウズＮＴ、２０００（登録商標）では、アプリケーションのメモリー使用量が２ＧＢＹＴＥ以内と制限されるため、メッシュ要素数上限値は５００万メッシュ前後とする。

頂点分割部１０２は、全ての部品モデルおよびこれらを含みこれより若干大きな領域として設定される解析領域に関し、その全頂点を通過するようにメッシュラインを生成し、生成されたメッシュラインに従ってメッシュ要素を生成する（Ｓ１０２）。以下、メッシュ要素の生成された部品モデルを部品メッシュモデルと称する。メッシュラインの生成においては、上記の最小メッシュサイズ設定部１０１で設定された値を参照し、それ以下のメッシュ要素を生成するメッシュラインは削除する。

なお、メッシュラインとは、メッシュ要素の境界である。また、メッシュラインは、３次元の解析では面であり、２次元の解析では線である。

第１のメッシュ要素数判定部１０３は、生成したメッシュ要素数があらかじめ設定されたメッシュ要素数上限値以内であるという条件を満足するか判定する部分である。満足しない場合は、以降のメッシュ間引きプロセスに進む。満足する場合は、メッシュ要素生成を完了し、メッシュ要素のアスペクト比改善ステップＳ１１０に移る。

削減軸（順番）設定部１０４は、メッシュ要素数を削減するための、メッシュライン間引き対象軸を設定する（Ｓ１０４）。熱流体解析は直交座標系（デカルト座標系：ＸＹＺ軸）で行われる場合を想定する。各軸に直交するメッシュラインの数の多い順に１軸、２軸、３軸と設定し、１軸から順番にメッシュラインの間引きを進める。

図１３は、各軸に直交する解析領域の概要を示す図である。解析形状モデル５０の周辺の熱流体現象を計算する場合に、解析形状モデル５０を含みこれより若干大きな領域５１を設定する。この場合は、各軸に直交するメッシュライン数は、Ｙ軸に直交なメッシュライン５３の数、Ｚ軸に直交なメッシュライン５４の数、Ｘ軸に直交なメッシュライン５２の数の順番で多いので、１軸＝Ｙ軸、２軸＝Ｚ軸、３軸＝Ｘ軸の順番でメッシュラインの間引きを進めることとなる。

メッシュモデル体積算出部１０５、メッシュモデル体積比較部１０６、メッシュ間引き部１０７、メッシュ数判定部１０８は、１軸、２軸、３軸の順番で行われる。また、各軸において、各軸に直交する全メッシュラインに対して任意に番号が付与され、番号１のメッシュラインから順に全メッシュラインに対して実行される。

メッシュモデル体積算出部１０５は、対象とする軸の対象とするメッシュラインを仮に削減した場合のメッシュ要素生成を行い、各部品メッシュモデルの体積を算出する（Ｓ１０５）。

メッシュモデル体積比較部１０６は、簡略化された部品モデルの体積に対する上記算出された部品メッシュモデルの体積の変化の割合である体積誤差を算出する。そして、当該体積誤差が許容基準であるメッシュ体積誤差を満足するかを判定する（Ｓ１０６）。満足する場合は、メッシュ間引きステップ（Ｓ１０７）に進む。満足しない場合は、メッシュラインの番号を１増やし、次のメッシュラインについて、メッシュモデル体積算出（Ｓ１０５）に進む。

メッシュ間引き部１０７は、上記メッシュモデル体積比較部１０６での結果に基づき、体積誤差が許容基準以内であるという条件を満足する場合は、メッシュラインの削除および削除されなかった残りのメッシュラインに基づく、メッシュ要素生成を実行する（Ｓ１０７）。

メッシュ要素数判定部１０８は、生成されたメッシュ要素数が上記のメッシュ要素数上限値以内であるという条件を満足するか判定する（Ｓ１０８）。満足する場合は、メッシュ要素生成を完了し、メッシュ要素のアスペクト比改善部１１０に実行を移す。

満足しない場合は、メッシュラインの番号を１増やし、次のメッシュラインについて、メッシュモデル体積算出（Ｓ１０５）に進む。メッシュラインの番号が最後の場合は、軸の番号を１増やして次の軸に進み、当該軸に直交するメッシュラインの番号１について、メッシュモデル体積算出（Ｓ１０５）に進む。

許容基準緩和部１０９は、各軸、全メッシュラインに対して、間引きを実行した結果として、メッシュ要素数がメッシュ要素数上限値以内におさめられない場合は、許容基準を緩和して、再度メッシュ間引きを実行する（Ｓ１０９）。例えば、許容基準であるメッシュ体積誤差を一律１．０５倍して、再実行するなどの方法が考えられる。

図１４は、メッシュアスペクト比改善部１１０の詳細な構成を示すブロック図である。メッシュアスペクト比改善部１１０は、低アスペクト・リスト作成部２０１、メッシュライン設定部２０２、第３のメッシュ要素数判定部２０３、第２のメッシュ要素生成部２０４、低アスペクト比・リスト更新部２０５を含む。

図１５は、メッシュアスペクト比改善ステップＳ１１０の詳細なフローチャートである。

低アスペクト・リスト作成部２０１は、全メッシュ要素に対し、アスペクト比を算出し、アスペクト比の悪い要素から順番にリストアップし、低アスペクト・リストを作成する（Ｓ２０１）。なお、アスペクト比が悪いとは、アスペクト比を短辺／長辺で算出する場合、アスペクト比が小さいことを意味し、アスペクト比を長辺／短辺で算出する場合、アスペクト比が大きいことを意味する。

メッシュライン設定部２０２は、上記低アスペクト・リストに基づき、最もアスペクト比の悪いメッシュを選択し、改善するためのメッシュラインを設定する（Ｓ２０２）。例えば、対象とするメッシュ要素の長辺方向のメッシュ要素間を２分割する。

メッシュ数判定部２０３は、上記メッシュ分割によって生成したメッシュ要素数が上記のメッシュ要素数上限値以内であるという条件を満足するか判定する（Ｓ２０３）。満足しない場合は、メッシュアスペクト比改善を完了する。満足する場合は、メッシュラインを確定する。

メッシュ要素生成部２０４は、上記確定したメッシュラインに基づいて部品モデルに対し、メッシュ要素を生成する（Ｓ２０４）。

低アスペクト・リスト更新部２０５は、メッシュ要素生成ステップＳ２０４で新規に生成されたメッシュ要素に対し、アスペクト比を算出し、低メッシュアスペクト・リストを更新する（Ｓ２０５）そして、メッシュライン設定ステップＳ２０２に戻る。

（６）メッシュ要素修正部８は、メッシュ要素の不具合を修正する（Ｓ３６）。

図１６は、メッシュ要素修正部８の詳細な構成を示すブロック図である。メッシュ要素修正部８は、共有面・エッジ算出部３０１、エッジ接続判定部３０２、変更要素設定部３０３を含む。

図１７は、メッシュ要素修正ステップ（Ｓ３６）の詳細なフローチャートである。

以下のステップは、各軸毎に順番に行われる。また、各軸において、当該軸に直交するメッシュライン毎に順番に行われる。さらに、当該メッシュラインに含まれる部品メッシュモデル毎に順番に行われる。

共有面・エッジ算出部３０１は、対象とする軸において、対象とするメッシュラインに含まれる、対象とする部品に対して生成された各メッシュ要素について、隣り合う他のメッシュ要素との共有面の総数および共有エッジの総数をそれぞれ算出する（Ｓ３０１）。

エッジ接続判定部３０２は、隣り合う他のメッシュ要素とエッジでのみ接しているメッシュ要素（以下、エッジ接続要素と称する）の総数を抽出する。エッジ接続要素は、上記共有面数および共有エッジ数から共有面＝０、かつ、共有エッジ＝１となるメッシュ要素として判断する。そして、抽出したエッジ接続要素の総数が１以上でない場合、処理を終了し、抽出したエッジ接続要素の総数が１以上の場合は次のステップに進む（Ｓ３０２）。

図１８は、メッシュ要素の接続形態の全パターンを示す図である。４０は対象とするメッシュ要素であり、４１は同じ断面内の同じ部品に対して生成されたメッシュ要素で、対象とするメッシュ要素４０と他のメッシュ要素４１の接続形態と、それぞれの場合の共有面数、共有エッジ数をそれぞれ示している。

メッシュ要素４０の接続形態のパターンとしては、全部で７通りのパターンが考えられる。これらのうち、エッジだけを共有するパターン２は、エッジを通しての熱伝導が行われないため、解析処理を実行した場合、この共有エッジの前後で温度分布が不連続になるという現象が発生する。しかし、これらは同一部品であって本来熱の伝達が行われるべきものであるため、メッシュ要素の修正が必要となる。したがって、上述のように、パターン２の接続形態となるエッジ接続要素を抽出する。

変更要素設定部３０３は、エッジ接続要素および当該エッジ接続要素とエッジでのみ接しているメッシュ要素の両方と面で接するメッシュ要素を選定する。そして、選定したメッシュ要素を部品メッシュモデルの一部へと変更する（Ｓ３０３）。具体的には、選定したメッシュ要素のメッシュ属性を部品メッシュモデルの各メッシュ要素と同じものに変更する。なお、メッシュ属性とは、各メッシュ要素がどの部品メッシュモデルに属するかを示す部品識別データ等を意味する。

図１９（ａ）は、変更要素設定ステップＳ３０３の実行前の一例を示す図、（ｂ）は実行後の一例を示す図である。図１９（ａ）に示すように、対象となっているエッジ接続要素５０とこれとエッジでのみ接しているメッシュ要素５１とがある。これらは、対象となっている部品の部品モデル５２から生成された部品メッシュモデルに属する。

属性を変更するメッシュ要素としては、メッシュ要素５３、５４の双方が考えられるので、部品モデル５２からの体積変化を考慮して属性を変更するメッシュ要素を決定する必要がある。

この例では、より部品メッシュモデルの体積と部品モデル５２の体積を比較した場合に体積誤差が少なくなる、メッシュ要素５３を選択し、メッシュ属性を変更して新たなメッシュ要素５５を生成している。

図２０は、変更要素設定ステップＳ３０３の実行後の他の一例を示す図である。

図２０に示すように、波線で示された中間メッシュライン５７を設定し、細分化した上でメッシュ要素５５、５６を生成する方法も有効である。

変更要素設定部３０３における変更要素設定ステップＳ３０３は、抽出されたエッジ接続要素全てに対して順に行われる。そして、全てのエッジ接続要素に対しての処理が終わった場合、次の部品に進む。また、全ての部品について処理が終わった場合、次のメッシュラインに進む。さらに、全てのメッシュラインについて処理が終わった場合、次の軸に進む。またさらに、全ての軸について処理が終わった場合、処理を終了する。

以上（１）から（６）のステップにより、解析対象に対してメッシュ要素の生成、および解析条件が設定された解析メッシュモデルが生成される。

（７）解析処理部９は、解析メッシュモデルを用いて数値解析を行う（Ｓ３７）。

（８）表示部１０は、解析処理部９の解析結果を種々の方法で表示する（Ｓ３８）。

なお、解析条件の設定は、メッシュ要素の生成が終了した後に行ってもよい。

また、許容基準としては、体積以外にも、図２１に示すように、形状体積誤差およびメッシュ面積誤差を用いてもよい。これらは特に部品モデルが薄板状の場合に有効であり、面積としては解析で用いる座標軸に直交な面への投影面積を算出する。そして、メッシュ要素生成部７でのメッシュ要素生成ステップＳ３５においては、体積算出に替えて上記面積算出を用い、許容基準としてメッシュ面積誤差を用いる。

また、本実施の形態の各構成および各構成での各ステップは、プログラムによってコンピュータで実行可能にしてもよい。

以上、本実施の形態によれば、経験、習熟度の浅い設計者が、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施することが可能になる。また、メッシュ要素数上限値に収まるように解析メッシュモデルを生成することができる。

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記に説明した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。

本発明にかかる解析メッシュモデル生成装置、解析メッシュモデル生成方法、および、解析メッシュモデル生成プログラムは、経験、習熟度の浅い設計者が、専任者と同等の精度、時間で数値解析を実施することが可能になるため、構造解析、衝撃解析、熱流体解析、樹脂流動解析、振動解析、熱伝導解析、磁場解析、電流解析、流体解析等に関して有用である。

本実施の形態における熱流体解析装置の概略構成を示すブロック図 本実施の形態における熱流体解析装置の機能的な構成を示すブロック図 本実施の形態における熱流体解析装置の処理手順のフローチャート 部品重要度決定ルールの一例を示す図 部品重要度決定ルールの他の一例を示す図 各重要度ランクと許容基準の対応の一例を表す図 形状簡略部６の詳細な構成を示すブロック図 形状簡略ステップＳ３４の詳細なフローチャート 形状簡略前の部品モデルの一例を示す図 形状簡略後の部品モデルの一例を示す図 メッシュ要素生成部７の詳細な構成を示すブロック図 メッシュ要素生成ステップＳ３５の詳細なフローチャート 各軸に直交する解析領域の概要を示す図 メッシュアスペクト比改善部１１０の詳細な構成を示すブロック図 メッシュアスペクト比改善ステップＳ１１０の詳細なフローチャート メッシュ要素修正部８の詳細な構成を示すブロック図 メッシュ要素修正ステップ（Ｓ３６）の詳細なフローチャート メッシュ要素の接続形態の全パターンを示す図 （ａ）変更要素設定ステップＳ３０３の実行前の一例を示す図、（ｂ）変更要素設定ステップＳ３０３の実行後の一例を示す図 変更要素設定ステップＳ３０３の実行後の他の一例を示す図 各重要度ランクと許容基準の対応の他の一例を表す図 従来の解析装置の処理手順を説明するフローチャート

符号の説明

１ 制御部
３ 形状入力部
４ 解析条件設定部
５ 部品重要度設定部
６ 形状簡略部
７ 第１のメッシュ要素生成部
８ メッシュ要素修正部
９ 解析処理部
１０ 表示部
２０ 入力部
２１ Ｉ／Ｏデバイス
２２ 出力部
２３ 記録媒体
２４ 外部記憶ドライバ
２５ ＣＰＵ
２６ ＲＯＭ
２７ 通信デバイス
２８ ＲＡＭ
２９ 外部通信ネットワーク
３０ ハードディスク
７１ 削除基準設定部
７２ 対象フィーチャー抽出部
７３ 体積算出部
７４ 体積比較部
７５ 削除基準更新部
１０１ 最小メッシュサイズ設定部
１０２ 頂点分割部
１０３ 第１のメッシュ要素数判定部
１０４ 削減軸（順番）設定部
１０５ メッシュモデル体積算出部
１０６ メッシュモデル体積比較部
１０７ メッシュ間引き部
１０８ 第２のメッシュ要素数判定部
１０９ 許容基準緩和部
１１０ メッシュアスペクト比改善部
２０１ 低アスペクト・リスト作成部
２０２ メッシュライン設定部
２０３ 第３のメッシュ要素数判定部
２０４ 第２のメッシュ要素生成部
２０５ 低アスペクト比・リスト更新部
３０１ 共有面・エッジ算出部
３０２ エッジ接続判定部
３０３ 変更要素設定部

Claims (13)

1. 数値解析に用いる解析メッシュモデルを生成する解析メッシュモデル生成装置であって、
   複数の部品の形状データを部品モデルとして解析装置に読みこむ形状入力部と、
   前記各部品モデルに対し、数値解析への影響に応じて設定された重要度を設定する部品重要度設定部と、
   前記部品モデルを前記重要度に基づいて設定された許容基準に従い簡略化する形状簡略部と、
   前記部品重要度に基づいて決定された許容基準に従い、前記部品モデルにメッシュ要素を生成し部品メッシュモデルを作成するメッシュ要素生成部と、
   を含む解析メッシュモデル生成装置。
2. 前記形状簡略部は、簡略化前の部品モデルの体積に対する簡略化後の部品モデルの体積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定された形状体積誤差の範囲内に入るように簡略化を行う請求項１に記載の解析メッシュモデル生成装置。
3. 前記メッシュ要素生成部は、前記簡略部で簡略化された部品モデルの体積に対するメッシュ要素の生成後の部品メッシュモデルの体積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定されるメッシュ体積誤差の範囲内に入るようにメッシュ要素を生成する請求項１または２に記載の解析メッシュモデル生成装置。
4. 前記メッシュ要素生成部は、前記簡略部で簡略化された部品モデルの面積に対するメッシュ要素の生成後の部品メッシュモデルの面積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定される面積誤差基準内におさまることを特徴とする請求項１または２に記載の解析メッシュモデル生成装置。
5. 前記面積は、解析で用いる座標軸に直交する面への投影面積であることを特徴とする請求項４記載の解析メッシュモデル生成装置。
6. 所定のサイズを越える部品モデルは、前記所定のサイズ以下になるように分割されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の解析メッシュモデル生成装置。
7. 数値解析に用いる解析メッシュモデルを生成する解析メッシュモデル生成方法であって、
   複数の部品の形状データを部品モデルとして解析装置に読みこむ形状入力ステップと、
   前記各部品モデルに対し、数値解析への影響に応じて設定された重要度を設定する部品重要度設定ステップと、
   前記部品モデルを前記重要度に基づいて設定された許容基準に従い簡略化する形状簡略ステップと、
   前記部品重要度に基づいて決定された許容基準に従い、前記部品モデルにメッシュ要素を生成し部品メッシュモデルを作成するメッシュ要素生成ステップと、
   を含む解析メッシュモデル生成方法。
8. 前記形状簡略ステップは、簡略化前の部品モデルの体積に対する簡略化後の部品モデルの体積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定された形状体積誤差の範囲内に入るように簡略化を行う請求項７に記載の解析メッシュモデル生成方法。
9. 前記メッシュ要素生成ステップは、前記簡略部で簡略化された部品モデルの体積に対するメッシュ要素の生成後の部品メッシュモデルの体積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定されるメッシュ体積誤差の範囲内に入るようにメッシュ要素を生成する請求項７または８に記載の解析メッシュモデル生成方法。
10. 前記メッシュ要素生成ステップは、前記簡略部で簡略化された部品モデルの面積に対するメッシュ要素の生成後の部品メッシュモデルの面積の変化の割合が前記部品重要度に応じて設定される面積誤差基準内におさまることを特徴とする請求項７または８に記載の解析メッシュモデル生成方法。
11. 前記面積は、解析で用いる座標軸に直交する面への投影面積であることを特徴とする請求項１０記載の解析メッシュモデル生成方法。
12. 請求項７から１１のいずれかの解析メッシュモデル生成方法をコンピュータで実現するための解析メッシュモデル生成プログラム。
13. 請求項１２の解析メッシュモデル生成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。

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