JP2007241843A - 等分割メッシュ作成装置、等分割メッシュ作成プログラム及び等分割メッシュ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジを等分割することが可能な等分割メッシュ作成装置、等分割メッシュ作成プログラム及び等分割メッシュ作成方法を提供する。
【解決手段】選択されたエッジを等間隔に分割して等間隔長を算出し、この等間隔長によりエッジ上に仮節点を配置し、ＣＡＤの形状データに設定された条件を有限要素法（ＦＥＭ）が形状データと関連させずに利用可能な条件に移行させることにより、メッシュが、エッジ端点に配置されている正節点を用いて作成されている場合に、この正節点の位置を仮節点が配置されている点に移動させて、形状データに設定された条件をＦＥＭが保持しつつ等間隔でエッジを分割したメッシュを作成する。
【選択図】図１

Description

本発明はＣｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ（本明細書においてＣＡＤという。）により作成された形状データに対して、有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ、本明細書においてＦＥＭという。）を適用する場合のメッシュを作成する等分割メッシュ作成装置、等分割メッシュ作成プログラム及び等分割メッシュ作成方法に関する。

従来、コンピュータ上でＣＡＤを用いて作成された形状データに対してＦＥＭにより熱伝導や荷重などの解析を行う方法が知られている。このようなＦＥＭでは、形状データを要素に分解するため、メッシュ状に形状を分割する。
特開２０００−４０１６６号公報

従来の技術では、形状データをメッシュ状に分割する際にＣＡＤにより作成された形状データのエッジにメッシュの節点が配置されてしまうという問題点がある。すなわち、例えば図７に示されるように、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の３つのエッジによる円形状に対してＦＥＭによるメッシュを作成する場合、従来の技術では各エッジの端点に節点が形成されてしまう。図７は、従来技術によるメッシュの作成動作の概略図である。なお、エッジとは、形状の端点である。

そして、このような従来技術では、それらのエッジに節点が形成されると、各エッジＥ１、Ｅ２及びＥ３の長さが異なる場合、これらの節点に基づくメッシュがエッジを不等分割したメッシュとなってしまい、エッジを等分割して行う計算ができないという問題点を有している。

本発明は上記事情に鑑みてなされもので、エッジを等分割することが可能な等分割メッシュ作成装置、等分割メッシュ作成プログラム及び等分割メッシュ作成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の等分割メッシュ作成装置は、ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択手段と、前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力手段と、前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出手段と、前記選択されたエッジの端点に配置された正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成手段と、前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置手段と、前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行手段と、前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動手段とを備える。

また、本発明の等分割メッシュ作成プログラムは、コンピュータを、ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択手段、前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力手段、前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出手段、前記選択されたエッジの端点に配置さ
れた正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成手段、前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置手段、前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行手段、及び、前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動手段として機能させる。

また、本発明の等分割メッシュ作成方法は、エッジ選択手段が、ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択工程と、入力手段に、前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力工程と、算出手段が、前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出工程と、メッシュ作成手段が、前記選択されたエッジの端点に配置された正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成工程と、仮節点配置手段が、前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置工程と、移行手段が、前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行工程と、移動手段が、前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動工程とを備える。

このように、本発明は、選択されたエッジを等間隔に分割して等間隔長を算出し、この等間隔長によりエッジ上に仮節点を配置し、ＣＡＤの形状データに設定された条件を有限要素法（ＦＥＭ）が形状データと関連させずに利用可能な条件に移行させることにより、メッシュが、エッジの端点に配置されている正節点を用いて作成されている場合に、この正節点の位置を仮節点が配置されている点に移動させて、形状データに設定された条件をＦＥＭが保持しつつ等間隔でエッジを分割したメッシュを作成することができる。

以下に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明は実施の形態の構成に限定されない。また、以下に説明する本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の説明は、本発明の等分割メッシュ作成プログラム及び等分割メッシュ作成方法の一実施形態の説明を兼ねる。

まず、図１を参照して、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の内部構成について説明する。図１は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の内部ブロック図である。図１に示されるように、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、ＣＡＤを用いて作成された形状データ（以下、単にＣＡＤデータともいう。）を取得するデータ取得部１０１と、ユーザにより選択された、メッシュを作成する部分の複数のエッジが入力されるエッジ選択部１０２とを備える。

また、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、選択されたエッジをいくつに分割するのかを示す分割数がユーザから入力される分割数指定部１０３と、選択されたエッジの全ての長さの合計を算出する全エッジ長合計部１０４とを備える。

また、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、合計された全エッジ長をユーザに指定された分割数で割り、等間隔長を算出する等間隔長算出部１０５と、算出された等間隔長により仮節点をエッジ上に配置する仮節点配置部１０６とを備える。仮節点とは、エッジを等分割した場合の節点である。

また、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、エッジ上に配置された節点に基づいてＦＥＭに用いられるメッシュを作成するメッシュ作成部１０７と、エッジ上の節
点における、熱、荷重などのＣＡＤにより作成された形状データに設定された条件を、ＦＥＭが形状データに拘束されずに、ＦＥＭが単独で使用可能なデータに移行し、計算に必要な条件としてＦＥＭに保有させる条件移行部１０８と、エッジ上の節点と仮節点とを対応付けて、節点を仮節点の位置に移動させる節点移動部１０９と、仮節点を削除する仮節点削除部１１０とを備える。なお、図１に示される各部の機能のうち少なくとも１つ以上を、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムと協働することにより実現しても良い。

次に、図１に示される本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の動作について図２を参照して説明する。図２は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の動作のフローチャートである。図２に示されるように、まず、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態では、ユーザにより少なくとも１以上の繋がったエッジが選択される（Ｓ２０１）。このように、本実施形態では、メッシュ定義の際に、複数エッジをひとつのグループとしてユーザに選択させている。この処理により、本実施形態の等分割メッシュ作成装置では、様々なエッジを選択することにより任意の範囲の領域の等分割の指定が可能となる。

次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態には、ユーザにより任意の分割数Ｎが指定される（Ｓ２０２）。この指定は、例えば本実施形態の等分割メッシュ作成装置に接続されたキーボードを用いてユーザにより分割数が入力されるとしても良い。次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、全エッジ長を分割数Ｎで割った値をＡとする（Ｓ２０３）。このＡの値は、仮節点をエッジ上に配置する際の仮接点間の間隔となる。

次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、選択されたエッジ上にＡの間隔で仮節点を配置する（Ｓ２０４）。この場合の仮節点の配置動作について図３参照して説明する。図３は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の仮節点配置動作の概略図である。本実施形態の等分割メッシュ作成装置では、正節点と仮節点とを定義し、これら２つの節点を使用している。正節点とは、前述のように、ＣＡＤデータ上に節点を配置した場合に、エッジ端点に配置される節点を含む節点をいう。この正節点は、節点間の距離が異なったものでありうる。そのため、本実施形態の等分割メッシュ作成装置では、正節点を移動させるまではＣＡＤとＦＥＭとの関連を解除させずに、形状データに対して必要なデータを作成することが可能である。また、それぞれの正節点には最近接する仮節点が対応付けられる。また、図３に示される例では、エッジの分割数を６としている。

図３に示されるように、円形状のエッジ３０１上には、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６の６個の仮節点が配置されている。なお、図３のエッジ上の丸印はエッジの端点を示す。これら各仮節点間の距離は前述のＳ２０３において算出された距離Ａとなっており、各節点間の距離は等間隔となっている。そして、図３に示される丸印上に配置された３つの正節点は、それぞれいずれかの仮節点の１つに対応付けられる。

次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、エッジ上の正節点に基づいてサイズＡでメッシュを作成する（Ｓ２０５）。ここで、サイズＡでメッシュを作成するとは、エッジを分割した際の節点の間隔がＡとなるようにメッシュを作成するということである。

このメッシュ作成動作について図４を参照して説明する。図４は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態のメッシュ作成動作の概略図である。図４に示されるように、本実施形態では、各正節点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６を直線で結んでメッシュを形成する。ただし、正節点Ｓｘ間の距離は等間隔となっていないため、作成されるメッシュは、図４に示されるように、Ｓ１Ｓ２間及びＳ２Ｓ３間の距離が、他の等間隔であ
るＳ４Ｓ５間と異なる距離となっている。

次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、形状データ上の条件をＦＥＭに移行させる（Ｓ２０６）。ここで、条件をＦＥＭに移行させるとは、ＣＡＤにより作成された形状データに設定された熱、荷重などの形状データの条件を、ＣＡＤの形状データとは関連させずにＦＥＭ上で利用可能な状態にすることをいう。ＣＡＤとＦＥＭとが関連しているとは、ＣＡＤとＦＥＭとがＣＡＤにより作成された形状データに設定された条件を共有していることをいう。したがって、ＣＡＤとＦＥＭとの関連が解除された場合は、ＣＡＤにより設定された熱、荷重などの形状データに付加された条件がＦＥＭに移行され、形状データに関わらず、ＦＥＭにおいて利用可能となることをいう。このように計算に必要な条件をＦＥＭが保有することで、ＣＡＤの形状データと条件との関連を解除でき、エッジ端点に配置された正節点の移動が可能となる。

そして、図２のフローチャートに示されるように、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態では、Ｓ２０６の動作まではＣＡＤとＦＥＭとが関連し、Ｓ２０７以降ではＣＡＤとＦＥＭとの関連が解除されている。

次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、正節点（Ｓｘ）を仮節点（Ｋｘ）の位置へと移動させる（Ｓ２０７）。ここで、この移動後のメッシュの状態について図５を参照して説明する。図５は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態における正節点を仮節点に移動させた後の概略図である。

図５に示されるように、エッジ上の各正節点は仮節点上に移動させられるため、各節点を結ぶ直線の距離は等しいものとなっている。よって、図５に示される状態のメッシュでは、エッジを等分割したメッシュとなっている。次に、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態は、仮節点を削除し、動作を終える（Ｓ２０８）。このように仮節点は配置させたい箇所のターゲットとしてのみ使用されている。したがって、仮節点の形式は、ＣＡＤ上の３Ｄ−ＰＯＩＮＴ、ＦＥＭにおける節点のどちらでも良い。

このように、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態によれば、ＣＡＤにより形成された形状データに対して等分割で節点を配置することができ、ＦＥＭによる解析を適切に行うことができる。

ここで、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態におけるエッジの選択方法の変形例について説明する。上述の説明では、エッジは、図２のＳ２０１に示されるように複数の繋がったエッジ（例えば円形状）が選択されていた。

しかし、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態ではこのようなエッジの選択方法に限定されず、形状データの面を選択することで、その面を構成する構成エッジを取得する方法を採用することができる。

ここで、このエッジ選択方法の変形例について図６を参照して説明する。図６は、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態におけるエッジの選択方法の変形例の概略図である。図６に示されるように、エッジＥ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４からなるエッジのループと、エッジＥ１１及びＥ１２からなるエッジのループとにより面７０１が形成されている。

そして、ユーザは、この面７０１を選択することにより当該面６０１を構成するエッジＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ１１及びＥ１２を選択する。この場合、本実施形態の等分割メッシュ作成装置は、選択した面を構成するエッジをループ毎に取得し、分割計算の分子
とする。例えば、図６に示される場合、分割数がＮと指定された場合は、（１）（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋Ｅ４）／Ｎにより等間隔Ａ１が計算され、さらに、（２）（Ｅ１１＋Ｅ１２）／Ｎにより等間隔Ａ２が計算される。このように、本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態では、エッジの選択方法が変更可能であることにより、より柔軟にエッジを選択することができる。

本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の内部ブロック図である。 本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の動作のフローチャートである。 本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態の仮節点配置動作の概略図である。 本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態のメッシュ作成動作の概略図である。 本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態における正節点を仮節点に移動させた後の概略図である。 本発明の等分割メッシュ作成装置の一実施形態におけるエッジの選択方法の変形例の概略図である。 従来技術によるメッシュの作成動作の概略図である。

符号の説明

１０１ データ取得部
１０２ エッジ選択部（エッジ選択手段）
１０３ 分割数指定部（入力手段）
１０４ 全エッジ長合計部
１０５ 等間隔長算出部（算出手段）
１０６ 仮節点配置部(仮節点配置手段)
１０７ メッシュ作成部（メッシュ作成手段）
１０８ 条件移行部（移行手段）
１０９ 節点移動部（移動手段）
１１０ 仮節点削除部
３０１ エッジ
６０１ 面

Claims (3)

1. ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択手段と、
   前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力手段と、
   前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出手段と、
   前記選択されたエッジの端点に配置された正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成手段と、
   前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置手段と、
   前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行手段と、
   前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動手段とを備える等分割メッシュ作成装置。
2. コンピュータを、
   ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択手段、
   前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力手段、
   前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出手段、
   前記選択されたエッジの端点に配置された正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成手段、
   前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置手段、
   前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行手段、及び、
   前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動手段として機能させるための等分割メッシュ作成プログラム。
3. エッジ選択手段が、ＣＡＤを用いて作成された形状データにおける複数のエッジを選択するエッジ選択工程と、
   入力手段に、前記選択されたエッジを分割する分割数が入力される入力工程と、
   算出手段が、前記選択されたエッジの全長を前記入力された分割数で除算して間隔長を算出する算出工程と、
   メッシュ作成手段が、前記選択されたエッジの端点に配置された正節点を用いて、有限要素法で利用するメッシュを作成するメッシュ作成工程と、
   仮節点配置手段が、前記選択されたエッジ上に、前記算出された間隔長の間隔をおいて仮節点を配置する仮節点配置工程と、
   移行手段が、前記正節点上に設定された形状データの条件を、形状データと関連していない条件に移行させる移行工程と、
   移動手段が、前記仮節点が配置されている位置に、前記エッジ上の端点に配置されている正節点を移動させる移動工程とを備える等分割メッシュ作成方法。

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