JP2007122205A

JP2007122205A - 解析用モデル作成支援システム

Info

Publication number: JP2007122205A
Application number: JP2005310681A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kataoka; 一朗片岡; Masayuki Harigai; 昌幸針谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】既存の解析用モデルに蓄積されているノウハウを新たな解析用モデルの作成に際して広く活用できるようにする。
【解決手段】形状分割部１０３は、解析用モデル作成対象を複数の形状パーツに分割したり、非類似形状部と類似形状部に分割したりする。形状比較部１０２は、解析用モデル作成対象の形状を認識するとともに、その認識した形状を既成解析用モデルにおける形状と比較して類似解析用モデルを抽出する。自動メッシュ生成部１０３は、非類似形状部に解析用モデルのメッシュを自動生成して非類似形状部メッシュを生成させる。メッシュデータ適用部１０４は、解析用モデル作成対象などやそれらにおける類似形状部に類似解析用モデルのメッシュデータを適用する。形状結合部１０６は、形状パーツについて生成された形状パーツメッシュデータを結合したり、類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュとを結合したりする。
【選択図】図１

Description

本発明は、解析用モデルの作成を支援する技術に関し、特に解析用モデルの作成に対して既成の解析用モデルの利用による支援を可能とする解析用モデル作成支援技術に関する。

解析用モデルの作成には、メッシュ（六面体メッシュや四面体メッシュなど）の形状やサイズあるいは密度などに関して多くのノウハウを必要とし、そうしたノウハウをどれだけ使いこなせるかが解析用モデルの品質を大きく左右する。このため解析用モデル作成のノウハウに十分に精通していない未熟練者にとって、品質の高い解析用モデルを効率的に作成するのは容易でない。こうしたことから、例えば特許文献１、２の例のように、解析用モデルの作成を既成の解析用モデルの利用で支援する技術が提案されている。

特許文献１の技術は、構造体形状のモーフィング方法などに関し、新型車両の解析用モデルの作成に既存車両のＦＥＭモデルを利用できるようにすることで、新型車両の解析用モデルの作成を支援するようにしている。

特許文献２の技術は、解析モデル作成方法などに関し、既成の解析用モデルをテンプレートとして利用することで、新たな解析用モデルを効率よく作成できるように支援するようにしている。

特開２００３−１０８６０９号公報特開２００３−１３２０９９号公報

新たな解析用モデルの作成に既成の解析用モデルを利用することは、解析用モデルの作成支援として有効である。しかし新規解析用モデル作成対象のモデルに対して既成解析用モデルは形状が部分的に異なっているのが通常であり、この形状が異なる部分への対応について未だ十分でない。すなわち従来では、形状の異なる部分については解析モデル用のメッシュを新たに生成させる必要があり、既成解析用モデルのメッシュデータを利用できる範囲が狭いものとなっていた。

本発明はこのような事情に着目してなされたものであり、その目的は、既成解析用モデルの利用による解析用モデルの作成支援を行えるようになっている解析用モデル作成支援システムとして、既成解析用モデルのメッシュデータの利用をより広い範囲について可能とする解析用モデル作成支援システムの提供にある。

上記目的のために本発明では、解析用モデルの作成を支援する解析用モデル作成支援システムにおいて、既成の解析用モデルを蓄積するデータベースを備えるとともに、形状分割部、形状比較部、自動メッシュ生成部、メッシュデータ適用部、および形状結合部を備えており、前記形状分割部は、解析用モデル作成対象を複数の形状パーツに分割する第１の形状分割および前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツと前記形状比較部が選出した類似解析用モデルの間で部分的に一定以上形状が異なる非類似形状部がある場合に、その非類似形状部を類似形状部から分割する第２の形状分割のいずれか一方または両方を行えるようにされ、前記形状比較部は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状を認識するとともに、その認識した形状を前記データベースに蓄積の既成解析用モデルにおける形状と比較して既成解析用モデルから前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツに形状的に類似する類似解析用モデルを抽出できるようにされ、前記自動メッシュ生成部は、前記形状分割部で分割された非類似形状部に解析用モデルのためのメッシュを自動生成して非類似形状部メッシュを生成させることができるようにされ、前記メッシュデータ適用部は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツまたは前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける前記類似形状部に前記類似解析用モデルのメッシュデータを適用できるようにされ、前記形状結合部は、前記形状パーツについて生成された形状パーツメッシュデータを結合する第１の形状結合および前記メッシュデータ適用部による前記類似解析用モデルのメッシュデータの前記類似形状部への適用で生成された類似形状部メッシュと前記非類似形状部メッシュとを結合させる第２の形状結合のいずれか一方または両方を行えるようにされていることを特徴としている。

また本発明では上記のような解析用モデル作成支援システムについて、前記形状比較部による形状認識は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状上の点、前記点を結ぶ線、および前記線で囲まれる面を認識要素としてなし、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状と前記既成解析用モデルにおける形状の比較は、前記点、線、面を比較要素としてなすようにしている。

また本発明では上記のような解析用モデル作成支援システムについて、前記形状比較部は、類似解析用モデルの選出過程で前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツと前記データベースに蓄積の既成解析用モデルとの間での前記比較要素の対応関係を記録した位相対応表を作成し、前記メッシュデータ適用部は、前記位相対応表に基づいて前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツへの前記類似解析用モデルのメッシュデータの適用をなすようにしている。

また本発明では上記のような解析用モデル作成支援システムについて、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツがシェルメッシュモデルである場合は、前記シェルメッシュモデルにおけるメッシュ要素の節点、要素辺から前記シェルメッシュモデルにおける形状を構成する点、線、面を求め、それらに基づいて前記形状の認識をなすようにしている。

本発明では、データベースに蓄積の既成解析用モデルから形状比較部により類似解析用モデルを抽出し、その類似解析用モデルのメッシュデータを解析用モデル作成対象に適用することにより解析用モデルの作成を支援できるようにしている。また本発明では、形状分割部を設け、解析用モデル作成対象を複数の形状パーツに分割したり、形状比較部が抽出した類似解析用モデルに対して一定以上形状が異なる非類似形状部が解析用モデル作成対象や形状パーツにある場合にその非類似形状部を類似形状部から分割したりできるようにすることで、形状パーツ単位での既成解析用モデルの利用を可能とし、また類似形状部についてはメッシュデータ適用部による類似解析用モデルのメッシュデータの適用で類似形状部メッシュを生成させる一方で、非類似形状部については解析用モデルのためのメッシュを自動メッシュ生成部で自動生成して非類似形状部メッシュを生成させることができるようにしている。

このため本発明によれば、解析用モデル作成対象に対して形状的に対応している既成解析用モデルだけでなく、解析用モデル作成対象に対して形状的に相当な差異のある既成解析用モデルについてもそれに蓄積されているノウハウを新たな解析用モデルの作成に際して広く活用できるようになり、既成解析用モデルを利用することで未熟練者でも品質の高い解析用モデルを効率的に作成することが可能とすることについて、汎用性を大幅に高めることができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に一実施形態による解析用モデル作成支援システムの構成を示す。本実施形態の解析用モデル作成支援システム１００は、既成解析用モデルを利用した支援を行えるようにされており、そのために、形状分割部１０１、形状比較部１０２、自動メッシュ生成部１０３、メッシュデータ適用部１０４、形状結合部１０５、表示部１０６および既成解析用モデルデータベース１０７を備え、さらに表示装置１０８を備えている。

形状分割部１０１は、解析用モデル作成対象（解析用モデル作成対象の形状モデル；ＣＡＤモデルやシェルメッシュモデルなど）に対する形状分割処理を行う。形状分割処理には２つのタイプがある。一つは、形状比較部１０２による類似解析用モデルの抽出に先立って解析用モデル作成対象の形状モデルをユーザの指定に基づいて複数の形状部分（形状パーツ）に分割する事前形状分割（第１の形状分割）であり、他の一つは、解析用モデル作成対象や形状パーツに適用する類似解析用モデルの決定後に、その類似解析用モデルのメッシュデータを適用できない非類似形状部が解析用モデル作成対象や形状パーツあった場合に、その非類似形状部を他の部分（類似形状部）から分割する事後形状分割（第２の形状分割）である。なお、形状分割部１０１については第１、第２の両形状分割機能をともに備えさせる他に、いずれか一方だけの機能を備えさせる形態も可能である。

形状比較部１０２は、解析用モデル作成対象や解析用モデル作成対象を分割して得られる各形状パーツについて形状的に類似する既成解析用モデルをデータベース１０７から選択する。すなわち形状比較部１０２は、解析用モデル作成対象や形状パーツにおける特徴形状を認識し、その形状をデータベース１０７に蓄積の既成解析用モデルにおける形状と比較し、形状の基本部分において一定以上解析用モデル作成対象に類似する既成解析用モデルを類似解析用モデルとして選出する。また形状比較部１０２は、類似解析用モデルの選出過程で、解析用モデル作成対象と類似解析用モデルの間の位相関係（形状対応関係）についてのデータを位相対応表（形状対応表）として作成する。

自動メッシュ生成部１０３は、形状分割部１０１が解析用モデル作成対象や形状パーツから分割した非類似形状部に対して解析用モデルのためのメッシュを自動的に生成する処理を行う。

メッシュデータ適用部１０４は、類似解析用モデルのメッシュを解析用モデル作成対象や形状パーツに配置・適用して解析用モデル作成対象や形状パーツに解析モデル用のメッシュを生成する。その適用は、位相対応表をもとに行われる。

形状結合部１０５は、形状結合処理を行う。そのために形状結合部１０５は、メッシュサイズ合せなどのメッシュ調整を行うメッシュ調整部１０５ａ、形状結合の際の接合面を抽出する接合面抽出部１０５ｂ、およびメッシュ接合を行うメッシュ接合部１０５ｃを含んでいる。こうした形状結合部１０５による形状分割処理には２つのタイプがある。一つは、解析モデル用のメッシュを生成した各形状パーツの結合処理（第１の形状結合）であり、他の一つは、メッシュデータ適用部１０４で類似解析用モデルのメッシュデータを適用して生成させた類似形状部メッシュと自動メッシュ生成部１０３でメッシュを自動生成して生成させた非類似形状部メッシュとの結合処理（第２の形状結合）である。なお、形状結合部１０５については第１、第２の両形状結合機能をともに備えさせる他に、いずれか一方だけの機能を備えさせる形態も可能である。

表示部１０６は、以上のような各機能部による処理の過程や結果、あるいはユーザによる対話的な処理のための画面を表示装置１０８に表示させる。したがってユーザは、表示部１０６が表示させる画面により形状データの読み込み、形状分割あるいは解析モデルの保存などを対話的に行うことが可能である。

図２に、解析用モデル作成支援システム１００での処理におけるデータの主要な流れを示す。データベース１０７には、過去に作成された既成解析用モデル２０１が複数登録されている。入力データとして、ＣＡＤモデルやＣＡＤで作成されたシェルメッシュモデルなどの解析用モデル作成対象２０２が与えられる。解析用モデル作成対象２０２は、必要に応じて形状分割部１０１による形状分割処理２０３で複数の形状パーツ２０４へ分割される。形状パーツへ分割された場合にはその形状パーツ２０４を単位として以後の処理を受け、形状パーツへの形状分割処理を行わない場合には解析用モデル作成対象２０２を単位として以後の処理を受ける。形状パーツ２０４または解析用モデル作成対象２０２は、形状比較部１０２による形状比較処理２０５を受ける。形状比較処理２０５では、形状パーツ２０４または解析用モデル作成対象２０２と既成解析用モデル２０１の形状比較を行って類似解析用モデル２０６を抽出するとともに、形状パーツ２０４または解析用モデル作成対象２０２と類似解析用モデル２０６の位相対応関係に関する情報として位相対応表２０７を作成する。

類似解析用モデル２０６と位相対応表２０７の両データはメッシュデータ適用部１０４に渡され、メッシュデータ生成処理２０８に用いられる。メッシュデータ生成処理２０８では、形状パーツ２０４や解析用モデル作成対象２０２に対して位相対応表２０７をもとに配置位置を計算して類似解析用モデル２０６のメッシュデータを適用することで解析用モデルのメッシュデータを生成する。なお、メッシュデータ生成処理２０８においては、後述のように、形状パーツや解析用モデル作成対象における非類似形状部（類似解析用モデルのメッシュデータを適用できない形状部）についての自動メッシュ生成部１０３による自動メッシュ生成処理も行われる。

メッシュデータ生成処理２０８では中間的な形状パーツメッシュデータ２０９が生成される場合と最終的な解析用モデル２１０が生成される場合がある。形状パーツメッシュデータ２０９が生成された場合には、それらを結合して最終的な解析用モデル２１０とする形状結合処理２１１が行われる。形状結合処理２１１では、メッシュ調整処理２１１ａ、接合面抽出処理２１１ｂ、メッシュ接合処理２１１ｃなどが必要に応じて行われる。以上のようにして作成された解析用モデル２１０は、データベース１０７に登録される。

図３と図４に、解析用モデル作成支援システム１００における処理の流れを示す。最初に、解析用モデル作成対象のデータ入力を行う（解析用モデル作成対象の入力処理３０１）。解析用モデル作成対象を入力したら、それ表示して形状分割の要否を判断する（形状分割の要否判断処理３０２）。形状分割を必要とする場合には形状分割処理３０３に進んで解析用モデル作成対象の形状分割を行う。形状分割処理では、分割すべき形状部分をユーザが表示画面上で指定するのを受けて形状分割部１０１が解析用モデル作成対象を複数の形状パーツに分割する。

次いで、形状分割形で得られた形状パーツの特徴形状を状比較部１０２が認識する（形状認識処理３０４）。解析用モデル作成対象がシェルメッシュモデルである場合つまり形状パーツがシェルメッシュモデルである場合の形状認識では、まずシェルメッシュモデルにおけるメッシュ要素の節点、要素辺からシェルメッシュモデルにおける形状を構成する点（形状点）、線（形状線；点を結ぶ線）、面（形状面；線で囲まれる面）を求め、それらに基づいて形状を認識する。

形状認識を終えたら形状比較部１０２は、類似解析用モデルの抽出を行う（類似解析用モデルの抽出処理３０５）。類似解析用モデルの抽出処理では、形状パーツの特徴形状をデータベース１０７に蓄積の既成解析用モデルにおける形状と比較してパターン合わせ行い、一定以上形状パーツに類似する既成解析用モデルを類似解析用モデルとして抽出する。この処理は、形状パーツと既成解析用モデルそれぞれにおける点、線、および面を比較要素として、これら比較要素の対応関係を比較することで行われ、その選出過程で、解析用モデル作成対象と類似解析用モデルの間の位相関係についての位相対応表を作成する。

類似解析用モデルを選出したらそれをユーザに提示する（類似解析用モデルの提示処理３０６）。抽出した類似解析用モデルが一つの形状パーツについて複数の場合には、そのなかから適用すべき類似解析用モデルをユーザが選択できるようにする（適用解析用モデルの選択処理３０７）。

次いで、選択された適用解析用モデルについて形状パーツとの間で非類似形状部があるか否かを判定する（非類似形状部有無の判定処理３０８）。この処理は、自動的な処理とすることも可能であり、またユーザとの対話的な処理とすることもできる。本実施形態ではユーザとの対話的な処理としている。非類似形状部があった場合には、その非類似形状部を形状分割部１０１により類似形状部から分割し（非類似形状部の分割処理３０９）、非類似形状部については自動メッシュ生成部１０３による自動メッシュの生成を行い（非類似形状部のメッシュ生成処理３１０）、類似形状部については適用解析用モデルのメッシュデータを適用して類似形状部メッシュの生成を行う（類似形状部メッシュデータの生成処理３１１）。それから類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュを形状結合部１０５により結合させて形状パーツのメッシュデータを生成する（非類似部と類似部の形状結合処理３１２）。一方、非類似形状部がなかった場合には、選択された適用解析用モデルのメッシュデータを形状パーツに適用して形状パーツのメッシュデータを生成する（形状パーツのメッシュデータ生成処理３１３）。

以上の処理３０４〜処理３１３は処理３０３で得られた複数の形状パーツのそれぞれについて繰り返す。その結果、複数の形状パーツメッシュデータが得られるので、それらを結合して最終的な解析用モデルのメッシュデータを生成させる（形状パーツ結合処理３１４）。

最後に、新規の解析用モデルをデータベース１０７に登録する（新規解析用モデルの登録処理３１５）。ここで、形状結合処理３１４で生成されたメッシュデータに対してユーザによる対話的な加工を経て最終的な新規解析用モデルとする形態も可能である。

形状分割の要否判断処理３０２で形状分割を不要とした場合には、図４に示す処理に進む。形状分割が行われなかった場合には、形状比較部１０２が解析用モデル作成対象について特徴形状を認識する（形状認識処理３０２）。この処理は処理３０４の場合と同様に行われる。形状認識を終えたら形状比較部１０２は、類似解析用モデルの抽出を行う（類似解析用モデルの抽出処理４０２）。この処理は、処理３０５の場合と同様に行われる。

類似解析用モデルを抽出したらそれをユーザに提示する（類似解析用モデルの提示処理４０３）。抽出した類似解析用モデルが複数の場合には、そのなかから適用すべき類似解析用モデルをユーザが選択できるようにする（適用解析用モデルの選択処理４０４）。

次いで、選択された適用解析用モデルについて解析用モデル作成対象との間で非類似形状部があるか否かを判定する（非類似形状部有無の判定処理４０５）。非類似形状部があった場合には、その非類似形状部を形状分割部１０１により類似形状部から分割し（非類似形状部の分割処理４０６）、非類似形状部については自動メッシュ生成部１０３による自動メッシュの生成を行い（非類似形状部のメッシュ生成処理４０７）、類似形状部については適用解析用モデルのメッシュデータを適用して類似形状部メッシュの生成を行う（類似形状部メッシュデータの生成処理４０８）。それから類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュを形状結合部１０５により結合させて最終的な解析用モデルのメッシュデータを生成させる（形状結合処理４０９）。一方、非類似形状部がなかった場合には、選択された適用解析用モデルのメッシュデータを解析用モデル作成対象に適用して最終的な解析用モデルのメッシュデータを生成させる（メッシュデータの生成処理４１０）。そして最後に、新規の解析用モデルをデータベース１０７に登録する（新規解析用モデルの登録処理４１１）。

以下では、上記のような解析用モデル作成支援システム１００における主な処理について、より具体的に説明する。図５に、解析用モデル作成支援システム１００が表示する入出力画面の例を示す。この例の入出力画面５０１は、処理プロセスに対応した各種ボタンが画面上方に設けられている。具体的には、形状比較部１０２による処理を開始させる形状比較ボタン５０２、形状分割部１０１による処理を開始させる形状分割ボタン５０３、メッシュデータ適用部１０４による処理を開始させる適用ボタン（適合ボタン）５０４、自動メッシュ生成部１０３による処理を開始させる自動メッシュ生成ボタン５０５、および形状結合部１０５による処理を開始させる形状結合ボタン５０６である。

まず、形状分割処理とそれに伴うに非形状類似部と形状類似部へのメッシュ生成ついて説明する。図６に、形状分割部１０１による形状分割処理、つまり解析用モデル作成対象を形状パーツに形状分割する処理あるいは解析用モデル作成対象や形状パーツを非形状類似部と形状類似部に形状分割する処理のアルゴリズムの例をイメージ化して示す。図の例は、形状分割対象が三角形メッシュモデルの場合について、メッシュモデル６０１を形状パーツ６０１ａと６０１ｂに分割する場合である。メッシュモデル６０１を分割するために形状パーツ６０１ａとなる部分と形状パーツ６０１ｂとなる部分に分離すると、それらの接合面にメッシュについての空き領域６０２を生じる（図６（ｂ））。そこでこの空き領域６０２に三角形メッシュを生成することで、形状パーツ６０１ａ、６０１ｂを生成する。空き領域６０２への三角形メッシュ生成は、任意の節点と近くに存在する節点とをつなげることで空白面を埋めるようにして行う（図６（ｃ））。

図７に示すのは、非類似形状部の有無判定で非類似形状部ありとされる場合の形状パーツまたは解析用モデル作成対象がＣＡＤモデル７０１として表示された入出力画面の例で、図８に示すのは、ＣＡＤモデル７０１に対する適用解析用モデル８０１を提示している入出力画面の例であり、ＣＡＤモデル７０１には類似形状部７０１ａと非類似形状部７０１ｂがある。この画面において形状分割ボタン５０３を押すと形状分割部１０１による形状分割処理が開始される。形状分割処理の結果は、図８の例のように、非類似形状部７０１ｂを色付けするなどしてユーザに提示する。

こうして類似形状部から非類似形状部を分割したら、類似形状部には、メッシュデータ適用部１０４により適用解析用モデルのメッシュデータを適用し、非類似形状部には、自動メッシュ生成部１０３によりメッシュを自動生成させる。

図９に示すのは、類似形状部に適用解析用モデルのメッシュデータを適用する処理の際の入出力画面の例であり、解析用モデル作成対象の類似形状部９０１と適用解析用モデル９０２が並べて表示されている。この状態で適用ボタン５０４を押すと、類似形状部９０１に対して適用解析用モデル９０２のメッシュデータが適用される。その適用における処理については後述する。図１０に、類似形状部に適用解析用モデルのメッシュデータを適用した結果である類似形状部メッシュ１００１を表示する入出力画面の例を示す。

図１１に示すのは、非類似形状部にメッシュを自動生成させる処理の際の入出力画面の例である。非類似形状部１１０１が表示された状態で自動メッシュ生成ボタン５０５を押すと、自動メッシュ生成部１０３による処理が開始される。自動メッシュ生成処理は、公知の手法で行うことができる。自動メッシュ生成処理の結果は、非類似形状部メッシュ１１０２として表示される。

次に、特徴形状の認識処理について説明する。図１２に、特徴形状認識の対象である解析用モデル作成対象または形状パーツがＣＡＤモデルである場合の特徴形状認識処理のアルゴリズムの例をイメージ化して示す。ＣＡＤモデル１２０１に対する形状認識は、ＣＡＤモデル１２０１における形状を構成する点、線、面を認識要素として行う。これらの認識要素は、上述のように、解析用モデル作成対象や形状パーツと既成解析用モデルの形状比較における比較要素でもある。各認識要素つまり比較要素には適宜に要素番号が付与される。既成解析用モデルについては、予め各比較要素に要素番号が付与されたデータとしてデータベース１０７に登録されている。ＣＡＤモデルについては、形状比較部１０２に要素番号付与機能を設けて、その要素番号付与機能で自動的に要素番号を付与する方式と、ユーザが手動で要素番号を付与する方式が可能である。本実施形態では自動的に要素番号を付与する方式を用いている。こうした要素番号について図１２の例では、点に対して丸付の数字のように要素番号を付し、線に対してむき出し数字のように要素番号を付し、面に対して四角付の数字のように要素番号を付した例を示している。要素番号が付された各点は、ＣＡＤモデルに対して設定した座標における座標値で認識される。ＣＡＤモデルに対する座標の設定は、座標の原点をＣＡＤモデル中の適切な位置に置くことでなされる。このような座標の設定も要素番号の付与の場合と同様に自動と手動が可能である。要素番号が付された各線は、それぞれの始点と終点となる点で認識される。そして要素番号が付された各面は、それぞれを囲む線で認識される。

図１３に示すのは、特徴形状認識の対象である解析用モデル作成対象または形状パーツがシェルメッシュモデルの場合における特徴形状認識処理のアルゴリズムの例である。シェルメッシュモデルの場合には、上述のように、まずシェルメッシュモデル１３０１におけるメッシュ要素の節点、要素辺からシェルメッシュモデルにおける形状を構成する点、線、面を求める。より具体的には、シェルメッシュモデルのメッシュ要素の節点、要素辺が、他の要素と隣接しているかどうか、あるいは隣接要素と接している共有面を構成する要素辺かどうかなどの判断により、形状の点、線、面を求める。点、線、面を求めたら、それらの点、線、面に基づいて特徴形状を上述のＣＡＤモデルに対する場合と同様にして認識する。

次に、類似解析用モデルの抽出処理について説明する。図１４に、形状比較部１０２による類似解析用モデルの抽出処理のアルゴリズムをイメージ化して示す。図の左側が解析用モデル作成対象または形状パーツであり、右側は既成解析用モデルである。類似解析用モデルの選出処理では、解析用モデル作成対象や形状パーツの形状における各点、線、面に対応する点、線、面をデータベース１０７に蓄積の既成解析用モデルについて比較する。この比較は、ＣＡＤモデルに設定の座標の原点に最も近い点を基準点１４０１として行う。すなわち基準点１４０１から順に所定の隣接方向に隣接する点を追うようにして既成解析用モデルにおける対応点を比較することで点についての比較を行い、また基準点１４０１を始点とし基準点１４０１に隣接する点１４０２を終点とする線１４０３から順に所定の隣接方向に隣接する線を追うようにして既成解析用モデルにおける対応線を比較することで線についての比較を行い、さらに線１４０３を含む面１４０４から順に所定の隣接方向に隣接する面を追うようにして既成解析用モデルにおける対応面を比較することで面についての比較を行う。

ここで、解析用モデル作成対象や形状パーツにおける面と対応関係にある既成解析用モデルにおける面が１対１の対応関係にない場合もあり得る。すなわち例えば解析用モデル作成対象におけるある面Ｐｘに対して既成解析用モデルにおける隣り合う二つのある面ｐｘ１と面ｐｘ２が対応するような対応関係となる場合である。このような場合には、隣り合う面ｐｘ１と面ｐｘ２を合わせて面ｐｘとし、この面ｐｘを面Ｐｘに対する対応面とする対応付けで比較を行うようにする。

以上のような比較を経た既成解析用モデルの解析用モデル作成対象や形状パーツに対する類似判断は、一例として、比較要素である点、線、面の座標値に基づいて行う。具体的には、点、線、面それぞれについて予め座標値の類似範囲を定めるとともに、その座標値類似範囲内にある点、線、面それぞれの比率について予め類似範囲比率を定め、これら座標値類似範囲と類似範囲比率を基準とし、それを満足させる既成解析用モデルを類似解析用モデルとして抽出する。また抽出した類似解析用モデルについては、点、線、面それぞれの座標値の近似度や座標値類似範囲内にある点、線、面それぞれの比率に応じて類似度を求めようにすることもできる。

以上の処理では抽出した類似解析用モデルについて位相対応表を作成する。図１５に、位相対応表の例を示す。図の例では、比較要素である点、線、面それぞれについて位相対応表を作成してあり、点の位相対応表では、要素番号で対応付けられた各点の座標値が記録され、線の位相対応表では、要素番号で対応付けられた各線の始点と終点が各点の要素番号で記録され、面の位相対応表では、要素番号で対応付けられた各面が含む線が要素番号で記録されている。

以上のようにして類似解析用モデルを選出したら、それをユーザに提示し、適用する解析用モデルの選択をユーザに求める。ユーザによる適用すべき類似解析用モデルが適用解析用モデルとして選択されたら、その適用解析用モデルを解析用モデル作成対象に対して適用する。

以下では、適用解析用モデルの形状パーツや解析用モデル作成対象への適用処理について説明する。適用解析用モデルの適用にあたっては、まず形状パーツや解析用モデル作成対象と適用解析用モデルの間に非類似形状部があるか否かを判定する。図１２のＣＡＤモデルや図１３のシェルメッシュモデルのように非類似形状部がない場合には、その適用解析用モデルのメッシュデータを形状パーツや解析用モデル作成対象の全体に対して適用して形状パーツメッシュデータや新規解析用モデルのメッシュデータを生成する。

形状パーツや解析用モデル作成対象への解析用モデルの適用では、解析用モデルにおけるメッシュデータ上の節点を形状パーツや解析用モデル作成対象上に配置して埋め込む処理をまず行う。この節点埋め込み処理では、まずメッシュモデルにおける対応点上の節点を形状パーツや解析用モデル作成対象の各点上に配置する。点上への節点の配置処理を行うには、適用解析用モデルに対する形状パーツや解析用モデル作成対象の形状上の相違、つまり形状パーツや解析用モデル作成対象と適用解析用モデルの対応点の座標値の相違に応じてメッシュモデルの節点を移動させるために、節点の移動方向と移動量に関する情報が必要となる。その節点の移動方向と移動量に関する情報は、位相対応表に記録されている情報（点の座標値）に基づいて求めることができる。

次いで、メッシュモデルにおける対応線上の節点を形状パーツや解析用モデル作成対象の各線上に配置する。線上への節点の配置では、線の形状（直線、曲線）が関係する。上記のような位相対応表からは線の形状情報を得ることができない。そこで、好ましい形態では、形状パーツや解析用モデル作成対象に仮の三角形メッシュを作成し、この三角形メッシュの座標をもとに線の形状を補間し、その補間した線上にメッシュモデルの節点を配置する。また線上への節点の配置ではメッシュモデルにおける線上での各節点の位置を定める必要がある。各節点の位置は、メッシュモデルの線上における各節点の位置を当該線の両端点（始点と終点）の距離と端点（始点または終点）−節点間の距離との比に応じて定めるようにするのが好ましい例である。また線上への節点の配置処理でも、点上への節点の配置の場合と同様に、適用解析用モデルに対する形状パーツや解析用モデル作成対象の形状上の相違応じた節点の移動方向と移動量に関する情報が必要となるが、これも同様に位相対応表に記録されている情報に基づいて求めることができる。

次いで、メッシュモデルにおける対応面上の節点を形状パーツや解析用モデル作成対象の各面上に配置する。面上への節点の配置では、面を囲む線に位置が近い順で節点を配置して行く。そのためのメッシュモデルの面上での節点の位置情報は、面を囲む線上にある節点とつながっている面上の節点の位置をまず求め、それからその位置が求まった節点につながっている面上の他の節点の位置を求めるという処理を面上の全ての節点について行うことで得ることができる。面上への節点の配置における節点の移動に関する情報は、面を囲む線上にある節点の移動方向と移動量から、当該節点とつながっている節点の移動方向と移動量を加重平均でまず求め、それからその移動方向と移動量が求まった節点につながっている他の節点の移動方向と移動量を加重平均で求めるという処理を面上の全ての節点について行うことで得ることができる。

面上への節点の配置を終えたら、最後に面で囲まれる空間部分つまりボリューム部分への節点の配置を行う。ボリューム部分内への節点の配置では、ボリューム部分を囲む面に位置が近い順で節点を配置して行く。そのためのメッシュモデルのボリューム部分内での節点の位置情報は、ボリューム部分を囲む面上にある節点とつながっているボリューム部分内の節点の位置を線形補間でまず求め、それからその位置が求まった節点につながっているボリューム部分内の他の節点の位置を線形補間で求めるという処理をボリューム部分内の全ての節点について行うことで得ることができる。ボリューム部分内への節点の配置における節点の移動に関する情報は、ボリューム部分を囲む面上にある節点の移動方向と移動量から、当該節点とつながっている節点の移動方向と移動量を加重平均でまず求め、それからその移動方向と移動量が求まった節点につながっている他の節点の移動方向と移動量を加重平均で求めるという処理をボリューム部分内の全ての節点について行うことで得ることができる。

以上のようにして節点の形状パーツや解析用モデル作成対象への配置つまり適用解析用モデルのメッシュデータの形状パーツや解析用モデル作成対象への埋め込みを終了したら、その結果をユーザへ提示する。この時点では、形状パーツや解析用モデル作成対象と適用解析用モデルの形状上の相違から、解析用モデルが十分な品質になっていない場合もある。そのような場合に対応するには、ユーザによる対話的な加工処理を経て最終的な新規解析用モデルとする形態とする。

次に、形状結合処理について説明する。形状結合処理には形状パーツの結合処理と類似形状部と非類似形状部の結合処理がある。図１６に示すのは、類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュの結合処理の際の入出力画面の例である。画面の左側には入力ＣＡＤモデル１６０１が類似形状部１６０１ａと非類似形状部１６０１ｂに分割した状態で表示され、この状態で形状結合ボタン５０６を押すと、形状結合部１０５による類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュの結合処理が開始され、その結果が結合メッシュ１６０２として表示される。

図１７に、類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュを結合する処理のアルゴリズムをイメージ化して示す。形状結合部１０５は、その接合面抽出部１０５ｂにより、類似形状部メッシュ１７０１と非類似形状部メッシュ１７０２それぞれの接合面１７０３、１７０４を抽出する。それから、これら接合面１７０３、１７０４について、重なる部分を検索し、重なり領域１７０５を設定する。次いで、メッシュ接合部１０５ｃがそれから重なり領域１７０５にあるメッシュ要素の対応付けを時計回りに行っていく。例えば基準となる非類似形状部メッシュのメッシュ要素０に対して、重なるべき類似形状部メッシュのメッシュ要素０の対応付けを行い、それから他のメッシュ要素１、２、３、４、５についても対応付けを順次行う。メッシュ要素の対応付けは、メッシュ要素を構成する節点１７０６に対応づく節点１７０７を検索することで行う。対応付けができたら、それに基づいて節点を移動させることでメッシュの重ね合わせ、つまり結合を行って結合メッシュ１７０８を生成する。

以上のような類似形状部と非類似形状部の結合処理は、形状パーツの結合処理についても同様である。ただ、形状パーツの結合の場合には、各形状パーツに適用した既存解析用モデルのメッシュデータにおけるメッシュ要素のサイズが合わない場合がある。そのような場合にはメッシュ要素サイズを合せるメッシュ調整処理を行う必要がある。図１８に、メッシュ調整部１０５ａによるメッシュ調整処理のアルゴリズムをイメージ化して示す。メッシュ接合対象面１８０１と１８０２における重なり領域１８０３についてメッシュ要素サイズを合わせるには、まず接合対象面１８０１、１８０２のメッシュを細分割化してメッシュ細分割化接合対象面１８０１ａ、１８０２ａを生成させる。次いでメッシュ細分割化接合対象面１８０１ａ、１８０２ａにおける重なり領域１８０４についてメッシュ要素の対応付けを上で説明したのと同様にして行い（図１８の（ｄ））、それから節点移動を行って結合させる（図１８の（ｅ））。

本発明は、既存の解析用モデルに蓄積されているノウハウを新たな解析用モデルの作成に際して広く活用することを可能とするものであり、解析分野に有用な技術として広く利用することができる。

一実施形態による解析用モデル作成支援システムの構成を示す図である。解析用モデル作成支援システムでなされる処理におけるデータの流れを示す図である。解析用モデル作成支援システムでなされる処理の流れの一部を示す図である。解析用モデル作成支援システムでなされる処理の流れの他の一部を示す図である。解析用モデル作成支援システムが表示する入出力画面の例を示す図である。形状分割処理のアルゴリズムの例をイメージ化して示す図である。非類似形状部があるＣＡＤモデルの入力例の入出力画面を示す図である。入力ＣＡＤモデルに対し類似解析用モデルを提示する入出力画面の例を示す図である。類似形状部に適用解析用モデルのメッシュデータを適用する処理の際の入出力画面の例を示す図である。類似形状部に適用解析用モデルのメッシュデータを適用した類似形状部メッシュを表示する入出力画面の例を示す図である。非類似形状部にメッシュを自動生成させる処理の際の入出力画面の例を示す図である。ＣＡＤモデルから特徴形状を認識する処理のアルゴリズムの例をイメージ化して示す図である。シェルメッシュモデルから特徴形状を認識する処理のアルゴリズムの例をイメージ化して示す図である。類似解析用モデル選出処理のアルゴリズムをイメージ化して示す図である。位相対応表の例を示す図である。類似形状部メッシュと非類似形状部メッシュの結合処理の際の入出力画面の例を示す図である。形状結合処理のアルゴリズムをイメージ化して示す図である。メッシュ調整処理のアルゴリズムをイメージ化して示す図である。

符号の説明

１０１形状分割部
１０２形状比較部
１０３自動メッシュ生成部
１０４メッシュデータ適用部
１０５形状結合部
１０７データベース

Claims

解析用モデルの作成を支援する解析用モデル作成支援システムにおいて、
既成の解析用モデルを蓄積するデータベースを備えるとともに、形状分割部、形状比較部、自動メッシュ生成部、メッシュデータ適用部、および形状結合部を備えており、前記形状分割部は、解析用モデル作成対象を複数の形状パーツに分割する第１の形状分割および前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツと前記形状比較部が選出した類似解析用モデルの間で部分的に一定以上形状が異なる非類似形状部がある場合に、その非類似形状部を類似形状部から分割する第２の形状分割のいずれか一方または両方を行えるようにされ、前記形状比較部は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状を認識するとともに、その認識した形状を前記データベースに蓄積の既成解析用モデルにおける形状と比較して既成解析用モデルから前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツに形状的に類似する類似解析用モデルを抽出できるようにされ、前記自動メッシュ生成部は、前記形状分割部で分割された非類似形状部に解析用モデルのためのメッシュを自動生成して非類似形状部メッシュを生成させることができるようにされ、前記メッシュデータ適用部は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツまたは前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける前記類似形状部に前記類似解析用モデルのメッシュデータを適用できるようにされ、前記形状結合部は、前記形状パーツについて生成された形状パーツメッシュデータを結合する第１の形状結合および前記メッシュデータ適用部による前記類似解析用モデルのメッシュデータの前記類似形状部への適用で生成された類似形状部メッシュと前記非類似形状部メッシュとを結合させる第２の形状結合のいずれか一方または両方を行えるようにされていることを特徴とする解析用モデル作成支援システム。
前記形状比較部による形状認識は、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状上の点、前記点を結ぶ線、および前記線で囲まれる面を認識要素としてなし、前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツにおける形状と前記既成解析用モデルにおける形状の比較は、前記点、線、面を比較要素としてなすようにされている請求項１に記載の解析用モデル作成支援システム。
前記形状比較部は、類似解析用モデルの選出過程で前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツと前記データベースに蓄積の既成解析用モデルとの間での前記比較要素の対応関係を記録した位相対応表を作成し、前記メッシュデータ適用部は、前記位相対応表に基づいて前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツへの前記類似解析用モデルのメッシュデータの適用をなすようにされている請求項１または請求項２に記載の解析用モデル作成支援システム。
前記解析用モデル作成対象や前記形状パーツがシェルメッシュモデルである場合は、前記シェルメッシュモデルにおけるメッシュ要素の節点、要素辺から前記シェルメッシュモデルにおける形状を構成する点、線、面を求め、それらに基づいて前記形状の認識をなすようにされている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の解析用モデル作成支援システム。