JP2007140680A - 自動解析装置及び自動解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造解析対象の寸法を変更した場合であっても、当該構造解析対象のＦＥＭ解析結果を簡単に得る。
【解決手段】有限要素法に従って構造解析を行う自動解析装置であって、構造解析対象の３次元データを取得するＣＡＤデータ入力部２と、３次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法の変更を入力する操作入力部４とを備え、自動解析処理部１は、入力された構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す３次元データにおける形状を連動して変更し、変更された形状の３次元データから、構造解析対象を表すメッシュを作成し、構造解析対象の入力点の位置と、構造解析対象の固定点の位置と、構造解析対象の読取点の位置と、入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更し、解析条件に従って、入力点に応力が入力された時の読取点の状態を有限要素法によって解析する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＥＭ（Finite Element Method、有限要素法）によって、構造解析を行う自動解析装置及び自動解析方法に関する。

従来より、例えば車両部品を設計するに際して、当該車両部品が車両に搭載されて、車両が走行した時に加えられる応力等を想定して、当該車両部品の固有振動数、剛性、曲がり特性等を解析することが行われている。

この解析処理は、ＣＡＤ（computer aided design）データを取り込み、当該車両部品の応力の入力点と、固定点と、当該入力点に応力を入力した時の状態を検出する読取点とを指定する。その後、車両部品の３Ｄデータをメッシュに分割して、境界条件を付加して、読取点での変位量などの解析結果を得る。

このような解析処理においては、ＣＡＤデータで表現された車両部品に対して入力点、固定点、読取点と境界条件とを入力していたために、車両部品における寸法を変更した場合には、入力点と固定点と読取点との相対的な関係をそのまま保持した状態となってしまう。これは、車両部品における部位に、当該部位の動作等に基づいた応力の入力点や入力方向等の一定のルールが付加されているためである。また、この一定のルールは、車両部品における寸法を変更する度に、再度設定し直す必要がある。更に、例えばクランクシャフトの設計時において、クランクピンを表す円筒面、クランクジャーナルを表す円筒面、応力入力方向を画面上で指定して、一定のルールが適用される箇所を指定する必要がある。

更に、車両部品の寸法を変更した場合には、入力点にメッシュの節点を設定して入力条件を与える作業と、固定点にメッシュの節点を設定して拘束条件を与える作業と、読取点にメッシュの節点を設定する必要がある。

ところで、上述した従来の有限要素法を使用した車両部品の解析作業において、設計者によって部品の寸法を変更して、様々な寸法での固有振動数や剛性を得たい場合がある。しかしながら、従来の有限要素法を使用したソフトウェアでは、一部の車両部品の寸法を変更しても、入力点や固定点、読取点等の相対的な位置関係を保持して変更されてしまうため、上述のように新たに入力点、固定点、読取点の指定や条件の付加等の煩雑な作業を行う必要があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、構造解析対象の寸法を変更した場合であっても、当該構造解析対象の解析結果を簡単に得ることができる自動解析装置及び自動解析方法を提供することを目的とする。

本発明は、有限要素法に従って構造解析を行う自動解析装置及び自動解析方法であって、上述の課題を解決するために、構造解析対象の３次元データを取得し、３次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法の変更を入力し、入力された構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す３次元データにおける形状を連動して変更し、変更された形状の３次元データから、構造解析対象を表すメッシュを作成し、構造解析対象の入力点の位置と、構造解析対象の固定点の位置と、構造解析対象の読取点の位置と、入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更し、解析条件に従って、入力点に応力が入力された時の読取点の状態を有限要素法によって解析する。

本発明に係る自動解析装置及び自動解析方法によれば、構造解析対象における部位の寸法が変更された場合には、当該寸法変更に連動して当該部位のみならず他の部位の３次元データも自動的に変更することができると共に、解析条件も自動的に設定し直して、解析結果を簡単に提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、例えば図１に示すように構成され、図２に示す処理手順に従って動作する自動解析装置に適用される。この図１に示す自動解析装置は、ＦＥＭ（Finite Element Method、有限要素法）処理を行って構造解析対象の固有振動数や剛性等の結果を求める自動解析処理部１に、構造解析対象の３次元データであるＣＡＤ（computer aided design）データを取得するＣＡＤデータ入力部２と、自動解析処理部１による解析結果を出力する結果出力部３と、設計者によって操作される操作入力部４とが接続されている。

この自動解析装置は、先ず、構造解析対象となるＣＡＤデータが操作入力部４に対する設計者の操作入力によって指定されると、ＣＡＤデータ入力部２によって該当するＣＡＤデータを取得して、自動解析処理部１に供給する。そして、自動解析処理部１は、図示しないディスプレイ等に、ＣＡＤデータを表示させる。

このＣＡＤデータは、設計用のテンプレートデータであって、ＦＥＭ解析に必要な位置情報等の情報が組み込まれている。これによって、自動解析装置は、ＣＡＤデータを記憶したサーバ装置等から、ＣＡＤデータと、当該ＣＡＤデータに含まれる解析必要情報を入力して自動解析処理部１に供給する。

自動解析処理部１は、ＣＡＤデータと、解析必要情報とを取得すると、ＦＥＭ解析処理を行って、構造解析対象の固有振動数や剛性等を求めて、結果出力部３で表示等をさせる。このＦＥＭ解析処理は、操作入力部４の操作に応じて、構造解析対象の入力点、固定点及び読取点が設定されると共に、当該各点が設定された構造解析対象を有限個のメッシュに分割し、境界条件が設定されると、当該入力点に応力が印加された時の読取点での応力、変位等を求める処理である。このとき、各メッシュには、構造解析対象の板厚、ヤング率、質量、密度等の材料特性が設定されているものとする。これにより、構造解析対象の剛性等を求めることができるものである。また、このＦＥＭ解析処理は、構造解析対象の入力点に、応力及び振動数が印加されることが操作入力部４の操作によって指定されたときに、読取点で振動数を求めることもできる。

ところで、構造解析対象の設計時においては、同じ種類の構造解析対象であっても、要求性能等を実現するための最適な寸法を求める必要がある。このためには、様々な寸法ごとにＦＥＭ解析をして、比較する作業が必要となる。これに対し、自動解析処理部１は、設計者が操作入力部４を操作して構造解析対象の寸法変更を指示した場合に、当該指示を反映したＦＥＭ解析の処理結果を自動で求めて提示するものである。

自動解析処理部１は、設計者がＦＥＭ解析を行う構造解析対象の寸法を変更するときに、図２に示すような処理を行う。以下、自動解析処理部１の処理について説明するが、この処理は、図３（Ａ）に示すように、構造解析対象を、クランクピン１０１とクランクアーム１０２Ａ、１０２Ｂとクランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂとからなるクランクシャフトとし、当該クランクシャフトの曲げ剛性をＦＥＭ解析によって求める場合について説明する。また、この処理は、当該クランクシャフトを表すＣＡＤデータ内であって、クランクピン１０１の図中縦方向の上端に入力点１１が設定され、クランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂの図中縦方向の下端に固定点１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ設定され、クランクピン１０１の図中縦方向の下端に読取点１３が設定されている状態で、クランクシャフトの寸法変更が行われた場合について説明する。

自動解析処理部１は、図２のステップＳ１において、クランクシャフトの寸法を変更する操作入力信号を入力する。例えば、自動解析処理部１は、操作入力部４から、図３（Ａ）のようにクランクピン１０１の横幅寸法がＡである状態から、図３（Ｂ）のようにクランクピン１０１の横幅寸法をＢに変更することを示す操作入力信号を入力する。

次に、自動解析処理部１は、ステップＳ２において、ステップＳ１で入力した操作入力信号に従って、ＣＡＤデータで表現されているクランクピン１０１の形状を、横幅寸法ＢとなるようにＣＡＤデータを変更する。

このとき、自動解析処理部１は、ＣＡＤデータの解析必要情報のうち、クランクピン１０１の位置情報をＩＤによって識別し、当該識別された位置情報を、変更された寸法の位置情報に変更する。これによって、クランクピン１０１の横幅寸法をＡからＢに変更すると共に、クランクピン１０１の縦寸法を小さくし、且つクランクピン１０１の縦寸法を小さくする。このとき、自動解析処理部１は、クランクピン１０１の横幅寸法に対するクランクピン１０１の縦寸法との関係（寸法比率）を定義したルールと、クランクピン１０１の横幅寸法に対するクランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂの縦寸法との関係（寸法比率）を定義したルールとに従って、クランクピン１０１の横幅寸法の変更に連動して、クランクピン１０１及びクランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂの縦寸法を変更する。

このように、自動解析処理部１は、操作入力部４の操作による寸法変更と連動して、クランクピン１０１の３次元形状を自動的に定義する。

次に自動解析処理部１は、ステップＳ３において、ステップＳ２で寸法変更されたＣＡＤデータを、メッシュに分割する処理を行う。ここで、寸法変更がされた後のメッシュには、寸法変更前の材料特性等をそのまま適用する。

次に自動解析処理部１は、ステップＳ４において、ステップＳ３で作成されたメッシュに対して、境界条件を設定する。このとき、自動解析処理部１は、クランクシャフトを構成するクランクピン１０１に設定される入力点のルールと、クランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂに設定される固定点のルールと、クランクピン１０１に設定される読取点のルールとに従って、クランクピン１０１の幅方向における中心位置であってクランクピン１０１の上端に新たな入力点１１’を設定すると共に、クランクピン１０１の幅方向における中心位置であってクランクピン１０１の下端に新たな固定点１２Ａ’、１２Ｂ’を設定する。

クランクシャフトの場合、入力点を設定するルールは、クランクピン１０１の上端であって幅方向の中心位置に設定することであり、固定点を設定するルールは、クランクジャーナル１０３Ａ、１０３Ｂの下端であって幅方向の中心位置に設定することであり、読取点を設定するルールは、クランクピン１０１の下端であって幅方向の中心位置に設定することである。

また、このステップＳ４において、自動解析処理部１は、入力点１１’に印加する応力又は変位量を設定する。この応力の設定ルールは、図４（Ａ）示すように設定された入力点１１’に、図４（Ｂ）に示すように、寸法変更前において設定されていた入力点１１と同じ応力又は変位量を設定するものである。

次に自動解析処理部１は、ステップＳ５において、入力点１１’に、応力又は変位量が印加された場合の、読取点１３’における応力又は変位量を求めるＦＥＭ解析を行い、ステップＳ６において、ＦＥＭ解析の解析結果を結果出力部３で表示等できる。

以上詳細に説明したように、本発明を適用した自動解析装置によれば、設計者によってクランクシャフトの部位のうち、クランクピン１０１の横幅寸法が変更された場合であっても、当該寸法変更に連動してクランクピン１０１のみならずクランクジャーナル１０３Ａ、１０３ＢのＣＡＤデータも自動的に変更することができると共に、境界条件も自動的に設定し直して、ＦＥＭ解析結果を提供することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した自動解析装置の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明を適用した自動解析装置の処理手順を示すフローチャートである。 クランクシャフトのクランクピンの寸法を変更した場合におけるＣＡＤデータの形状更新処理を説明するための図である。 クランクシャフトのクランクピンの寸法を変更した場合における境界条件の更新処理を説明するための図である。

符号の説明

１ 自動解析処理部
２ ＣＡＤデータ入力部
３ 結果出力部
４ 操作入力部
１１ 入力点
１２ 固定点
１３ 読取点

Claims (2)

1. 有限要素法に従って構造解析を行う自動解析装置であって、
   構造解析対象の３次元データを取得する手段と、
   前記３次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法の変更を入力する手段と、
   前記入力された構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す３次元データにおける形状を連動して変更する手段と、
   前記変更された形状の３次元データから、前記構造解析対象を表すメッシュを作成する手段と、
   前記構造解析対象の入力点の位置と、前記構造解析対象の固定点の位置と、前記構造解析対象の読取点の位置と、前記入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更する手段と、
   前記解析条件に従って、前記入力点に応力が入力された時の読取点の状態を有限要素法によって解析する手段と
   を備えることを特徴とする自動解析装置。
2. 有限要素法に従って構造解析を行う自動解析方法であって、
   構造解析対象の３次元データを取得するステップと、
   前記３次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法の変更を入力するステップと、
   前記入力された構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す３次元データにおける形状を連動して変更するステップと、
   前記変更された形状の３次元データから、前記構造解析対象を表すメッシュを作成するステップと、
   前記構造解析対象の入力点の位置と、前記構造解析対象の固定点の位置と、前記構造解析対象の読取点の位置と、前記入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更するステップと、
   前記解析条件に従って、前記入力点に応力が入力された時の読取点の状態を有限要素法によって解析するステップ段と
   を備えることを特徴とする自動解析方法。

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