JP2008021217A

JP2008021217A - 樹脂成形品の剛性最適化解析方法並びに剛性最適化解析プログラム及びその記録媒体

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Publication number: JP2008021217A
Application number: JP2006194012A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Azuma; 洋和東; Yoshihisa Sugimoto; 好央杉本
Original assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Kanto Auto Works Ltd
Current assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Toyota Motor East Japan Inc
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: JP4590377B2

Abstract

【課題】樹脂成形品の軽量化を前提にして目標にする熱変形量及び荷重変形量に応じて入力すべき重み付け率ａ，ｂを予め決定可能にする樹脂成形品の剛性最適化解析方を提供する。
【解決手段】任意の第１の重み付け率ａ，ｂに対する密度分布データを暫定的に作成し、このデータを基に剛性分布を規定したモデルについて第１の熱変形量及び荷重変形量を解析し、任意の第２の重み付け率ａ，ｂに対する暫定的な密度分布データを基に第２の熱変形量及び荷重変形量を解析し、第１、第２の熱変形量を基にａを変数とする熱変形量用一次関数データを作成し、第１、第２の荷重変形量を基にｂを変数とする荷重変形量用一次関数データを作成し、熱変形量用一次関数を基に目標熱変形量を満足するａの下限値を決定し、荷重変形量用一次関数データを基に目標荷重変形量を満足するｂの下限値を決定して、これらの下限値で決定される範囲でａ，ｂを設定して剛性最適化解析を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数点で拘束される樹脂成形品について熱変形及び荷重変形を抑制する剛性構造を有限要素法により解析するために、樹脂成形品のメッシュ状の要素に分割されたモデル、物性、拘束条件等に加えて、クリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギの分布データ及び所定部位に加える荷重に対する荷重変形により生じる荷重応力もしくは荷重歪エネルギの分布データ並びにこれらの熱及び荷重の応力もしくは歪エネルギを加算する際の重み付け率を解析条件として、各要素の可変の密度パラメータをモデル全体に対する最大許容応力もしくは歪エネルギを越えない範囲において軽量化目的で最適制御した密度分布データを板厚等の剛性決定の参考データとして作成する樹脂成形品の剛性最適化解析方法並びに剛性厚最適化解析プログラム及びその記録媒体に関するものである。

樹脂成型品は、温度変化に対する物性変化が非線形となり、特に高温時に非線形性の大きなクリープ変化を発生する。そこで、特許文献１等により、熱変形特性を予め解析して樹脂成形品の高温時のクリープ変形を有限要素法により解析する方法が提案されている。一方、金属製品は、実用環境下では線形的な変形挙動を呈し、またクリープ変形も小さく、したがって熱変形に対しても応力と歪みとの線形の関数関係を導入して重量軽減を前提に目標品質を満足する構造をコンピュータ解析する設計最適化プログラムが種々周知となっている。また、特許文献２により、構造物を有限要素法により周期的に多数並んだ有限個の要素に分割したモデルを生成し、各要素の内部に微視構造として立方体もしくは直方体の空洞を有すると仮定して、各微視構造の空洞サイズをパラメータとして制御することにより、構造体の体積を制約して、最も剛性の高い位相形状を算出する位相最適化方法の存在を前提に、各要素材料密度比で解析する際に、認識し易くするように中間密度の解析結果の発生を抑制する方法も提案されている。ここで、各要素の材料密度比＝（モデル要素サイズ−空洞サイズ）／モデル要素サイズとして規定され、したがってこの最適化計算により構造体の板厚もしくはリブ構造を決定可能にする。

しかしながら、樹脂成形品についてはクリープ変形に対して軽量化を前提に板厚或いはリブ構造をコンピュータで設計最適化の解析をしようとすると、温度及び時間をパラメータに含めた応力と歪との関係が、前述のように非線形性となり、このような目的に最適化方法のコンピュータソフトは使用することはできない。

そこで、本出願人は、特許文献３により、複数点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法による構造解析により剛性構造を決定する樹脂成形品の剛性構造決定方法において、メッシュ状の要素に分割され、かつ樹脂成形品に対応の形状を有するモデルに対して、樹脂成形品の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を解析し、このクリープ変形の解析結果に対応するように、所定の温度下で強制的に変形させた場合に、モデルの各要素に生じる反力を物性及び拘束条件を入力条件として解析し、反力の解析結果、モデル形状、物性の少なくともヤング率、拘束条件、最大許容応力等を入力とする最適化構造解析により、各要素の可変の剛性パラメータを最大許容応力を越えない範囲において軽量化目的で最適に制御し、板厚等を決定する参考データとして、最適に制御された剛性パラメータもしくはそのファクタの分布データを作成する剛性構造決定方法を提案した。これにより、非線形的に熱変形する樹脂成形品について、軽量化を意識して所定の高温環境下でのクリープ変形に対する最適の板厚或は部分的に板厚を厚くするリブ構造が、反力に対応する最適構造解析により容易に決定可能となる。
特開平１１−１６６８８４号公報特開２００２−１８９７６０号公報特開２００４−１６７６８６号公報

一方、このような熱変形に対する剛性の決定に際して、所定部位に対する荷重に対する剛性捩れ変形、剛性撓み変形等の荷重変形も併せて評価したい場合がある。この種の構造解析方法としては、図７を基に後述するように、これらの熱変形及び荷重変形に伴う双方の応力もしくは歪エネルギに対して樹脂成形品の許容される応力もしくは歪エネルギの範囲内で要素材料の密度分布の最適化解析を行う際に、耐熱品質及び剛性品質の重要度に応じて重み付け率ａ（０〜１）及びｂ（１−ａ）を設定して、その合算した応力等につき最適化解析を行う方法が周知である。つまり、合成樹脂成形品について、クリープ変形の解析結果に対応するように、所定の温度下で強制的に変形させた場合のモデルの各要素に生じる応力等の分布データを解析条件とすると、荷重変形も併せて評価が可能になる。

しかしながら、このような解析に際して、２種類の応力等を単に均等（ａ＝ｂ＝０．５）に合算して解析すると、過剰な板厚を指示する密度分布データになったり、或はそれぞれの重視したい方の品質を反映し得ない解析結果になる等の問題が生じる。そこで、コンピュータ上で、重み付け率ａ、ｂを適宜決定して密度分布データを求め、このデータに応じて規定した板厚に対して熱変形量及び荷重変形量が目標範囲であるか否かをそれぞれ別のコンピュータソフトウェアで解析して、目標とする耐熱品質及び剛性品質を満足するか否か評価している。したがって、所望の目標値を満足する密度分布データが得られるまでに、通常重み付け率の設定入力を繰り返し、その都度耐熱品質及び剛性品質の確認の解析を行う必要が生じ、満足できる評価結果が得られるまでの解析操作が面倒になり、多大な工数を要していた。

本発明は、このような点に鑑みて、冒頭に述べたように、応力もしくは歪エネルギを互いに合算するための重み付け率を入力条件として板厚もしくはリブ等の剛性決定の参考データを得るために密度分布データを解析する樹脂成形品の剛性最適化解析に際して、目標にする熱変形量及び荷重変形量に応じて入力すべき重み付け率を予め決定可能にする樹脂成形品の剛性最適化解析方法並びに剛性最適化解析プログラム及びその記録媒体を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、複数点で拘束される樹脂成形品について熱変形及び荷重変形を抑制する剛性構造を有限要素法により解析するために、樹脂成形品のメッシュ状の要素に分割されたモデル、物性、拘束条件等に加えて、クリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギの分布データ及び所定部位に加える荷重に対する荷重変形により生じる荷重応力もしくは荷重歪エネルギの分布データ並びにこれらの熱及び荷重の応力もしくは歪エネルギを加算する際の重み付け率を解析条件として、各要素の可変の密度パラメータをモデル全体に対する最大許容応力もしくは歪エネルギを越えない範囲において軽量化目的で最適制御した密度分布データを板厚等の剛性決定の参考データとして作成する樹脂成形品の剛性最適化解析方法において、任意の第１の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第１の熱変形量及び第１の荷重変形量を解析し、任意の第２の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第２の熱変形量及び第２の荷重変形量を解析し、第１及び第２の熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成し、また第１及び第２の荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成し、熱変形量用一次関数データを基に目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定し、また荷重変形量用一次関数データを基に目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定することにより、これら双方の下限値で決定される重み付け率範囲で重み付け率を設定して剛性最適化解析を行わせることを特徴とする。

これにより、熱変形量用一次関数データから熱変形量の目標値を満足する重み付け率の最小値が求められ、荷重変形量用一次関数データから荷重変形の目標値を満足する重み付け率の最小値が求められる。したがって、双方の目標値を満足する重み付け率の範囲でそれぞれの応力もしくは歪エネルギの配分率を規定する重み付け率を予め決定して、軽量化目的で最適制御された密度分布データを解析する。

この最適制御に際して入力すべき樹脂成形品の熱変形としてのクリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギを求めるには、請求項２により、モデルに対して、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を解析し、このクリープ変形の解析結果に対応するように、所定の温度下で強制的に弾性変形させた場合にモデルの各要素に生じる応力もしくは歪エネルギを線形解析して、剛性最適化解析の解析条件とする。

あらゆる部位の変位量を容易に評価可能にするには、請求項３又は請求項４により、熱変形量用及び荷重変形量用一次関数データを作成するための解析される熱変形量及び荷重変形量が、モデル全体に対する最大値であるか、又は熱変形量用及び荷重変形量用一次関数データを作成するための解析される熱変形量及び荷重変形量が、モデルの特定部位の値である。

このような樹脂成形品の剛性最適化解析方法は、請求項５により、前述の周知の樹脂成形品の剛性最適化解析方法を実施するプログラムにおいて、任意の第１の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第１の熱変形量及び第１の荷重変形量を解析し、また任意の第２の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第２の熱変形量及び第２の荷重変形量を解析することにより、入力された第１及び第２の熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成する手順と、入力された第１及び第２の荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成する手順と、熱変形量用一次関数データを基に入力された目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と荷重変形量用一次関数データを基に入力された目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と、これら双方の下限値で決定される重み付け率の設定範囲を判定する手順とを備えることを特徴とする樹脂成形品の剛性最適化解析プログラムを、コンピュータにロードすることにより実施される。また、この最適化解析プログラムは、請求項６により、記録媒体に記録して汎用できる。

請求項１、請求項５或は請求項６の発明によれば、樹脂成形品について、所定の高温環境下でのクリープ変形及び外部から加えられる荷重に対する荷重変形に対して目標とする耐熱品質及び剛性品質を満足する板厚等の剛性を軽量化目的で最適化解析する際に、入力すべき重み付け率が、予め決め得ることにより、剛性決定の参考データとなる密度パラメータの分布データの解析に要する時間が大幅に短縮される。その際、請求項２の発明によれば、非線形的なクリープ変形に対応する剛性対応の応力もしくは歪エネルギが、剛性最適化解析するための入力条件として高い信頼度を保証されて求めることができる。請求項３又は請求項４により、モデル全体の目標とする最大変形量又は特定の要素についての目標とする変形量を満足する密度分布データが求められる。

図１乃至図７を基に本発明の実施の形態による樹脂成形品の剛性最適化解析方法を自動車のインストルメントパネルのグラブボックスに適用した場合について説明する。図２に示すように、グラブボックス１は、両側の下端部２，３がヒンジで枢着され、上端中央部４がロック部で開閉可能にロックされることにより拘束点となる。

樹脂成形品のグラブボックス１の例えば板厚３ｍの外形形状及び樹脂原料を同一とするモデル９をメッシュ状に分割して、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法によりコンピュータで解析する。この熱変形解析は、特許文献１等に記載のように、グラブボックス１のポリオレフィンを主材料とする原料樹脂の試験片で熱歪データを求めておくことにより、例えば８０℃に対するクリープ変形を板厚例えば３ｍｍとして解析する。図３はこの熱変形の解析結果をモデル９の前面について、簡単のために０〜３ｍｍの変位量を５段階で概略的に○×△□●で表示する。実際には、モデル９の裏面を含めた全域について画像表示される。右側上端部分の変位量が大きくなるのは、グラブボックス１の上端中央部４のロック部が左寄りで左右対称でなく、またこの拘束点から離れているためである。また、下端領域は拘束点に近いために全体的に変位量が小さくなっている。

次いで、この熱変形解析結果に応じて、同一の変形状態にモデル９を常温２０℃で強制的に弾性変形させた場合のモデル９に生じる反力を有限要素法により線形解析する。例えば周知のＡＢＡＱＵＳ社製の商品名ＡＢＡＱＵＳのコンピュータソフトウェアを用いて、板厚例えば３ｍｍ、ヤング率、拘束条件及びクリープ変形を入力条件として線形の解析を行う。この解析結果は、図３の変位量分布に対応し、また所定の温度下で強制的に弾性変形させる荷重を加熱温度下での所定時間経過後の非直線のクリープ変形に対応させたものであるが、このクリープ変形に対抗すべき剛性を略相関させることができる。続いて、この反力の解析結果について、剛性マトリックスの方程式［Ｆ］＝［Ｋ］［Ｕ］（Ｆ：反力、Ｋ：モデルの要素の剛性を規定する要素の厚み、ヤング率等の剛性パラメータ、Ｕ：変位）及びσｎ＝ＹＵ（σｎ：応力、Ｙ：ヤング率）を基に、反力に対応する応力σｎに変換する。この変換は、周知の例えばＡｌｔａｉｒ社製の商品名ＯＰＴＩＳＴＲＵＣＴの構造解析用のコンピュータソフトウェアを利用することができるが、またこのソフトにより、常温２０℃で強制的に弾性変形させたモデル９につき直接応力σｎを求めることもできる。図４Ａはこの応力分布の解析結果をＭＰａ単位の最大値から最小値間の応力レベルを５段階で分けて概略的に表示する。この解析結果は、図３の変位量分布に対応している。

この熱応力の解析結果に加えて、剛性を評価するために、図２に示すように、グラブボックス１の上端部の一方のコーナ部及び対応位置の開口周辺部間にブロック８を介在させた状態で反対側のコーナ部の上端及び側端から数十ｍｍ程度の荷重点Ｐ１をフォースゲージで荷重Ｆｃをドア閉鎖方向に加える。同様に、前述の商品名ＯＰＴＩＳＴＲＵＣＴのコンピュータソフトウェアを用いて剛性捩り変形に伴う荷重応力を解析する。図４Ｂはその解析結果を同様に応力レベルを５段階で示すもので、図示の捩れ変形形状に対応する応力分布になる。

これらの熱及び荷重応力を伴うモデルに対して、２種類の応力につき重み付け率を乗算して加算した応力を入力条件として軽量化を前提に耐熱・剛性品質を同時に満たすように図７に示す手順の剛性最適化解析方法は周知であり、例えばＡｌｔａｉｒ社製の商品名ＯＰＴＩＳＴＲＵＣＴの線形物性の金属の構造解析を前提にしたソフトをある程度の誤差を許容して合成樹脂製品に対しても実用可能である。

即ち、モデルの形状、原料樹脂の物性である材料密度及びヤング率、拘束条件最大許容応力σ_ａと共に、熱変形に対する前述の熱応力σ_n１の解析結果及び前述の荷重Ｆｃに対する前述の荷重応力σ_n2の分布データ並びにその重み付け率ａ、ｂを入力条件する。解析ステップ１０において、σ_n＝ａσ_n１＋ｂσ_n2を基にその他の入力される解析条件に応答して、モデルの全要素について、板厚を例えば３ｍｍとして剛性パラメータである所定の材料密度を板厚、即ち剛性の削減に対応する密度比として解析する。解析ステップ１１においては、モデル全体の応力が最大許容応力σ_ａを越えるか否かが判断される。この最大許容応力を越えるごとに、解析ステップ１２においては、軽量化目的のために板厚を削減する削減率を小さくして再度モデルの全要素の密度比を解析させる。これにより、モデル全体につき最大許容応力σ_ａを越えない状態で、各要素に軽量化目的で密度比が割り付けられた密度パラメータである密度比の分布データが出力される。

このように、σ_n１の重み付け率ａ及びσ_n2の重み付け率ｂを入力条件とした最適化解析が行われるのを前提に、本発明により、図１に示す手順により重み付け率を予め決定する。先ず、重み付け率を、例えばａ＝０．９、ｂ＝０．１として、図７に示す手順の最適化解析方法により、図５Ａに示す密度分布データを暫定的に作成する。この密度分布データを基に密度比１が板厚を３ｍｍに相当するものとして、モデル９について、前述の商品名ＡＢＡＱＵＳのソフトにより８０℃に対する熱変形を解析する。また、同様に前述の荷重Ｆｃに対する剛性捩れ変形を解析する。これにより、それぞれの最大変形量を確認し、最大熱変形量１．１４ｍｍ及び最大剛性捩れ変形量７．４０ｍｍを、重み付け率を横軸、また縦軸を熱変形量及び剛性捩れ変形量とした図６に示すグラフにプロットする。その際、ａ＋b＝１の関係があることにより、熱変形の重み付け率と剛性捩れ変形の重み付け率を横軸上で互いの逆方向に取り、ａ、ｂの組合わせを横軸からそのまま読取れるようになっている。

続いて、ａ＝０．１、ｂ＝０．９として、図５Ｂに示す密度分布データを暫定的に作成する。前者の場合、熱変形を重視することにより、中央部の密度が相対的に大きくなるが、この場合剛性捩れ変形を重視することにより、上端部分に荷重Ｆｃが加えられることを反映して上方部分の密度が相対的に大きくなる。同様に、板厚３ｍｍを密度比１として、解析された最大熱変形量１．２９ｍｍ及び最大剛性捩れ変形量６．５０ｍｍをプロットする。

第１、第２の最大熱変形量１．１４ｍｍ及び１．２９ｍｍのプロット点を結ぶことにより、熱変形量用一次関数ｙ＝−０．１９ｘ＋１．３０を導出し、第１、第２の最大荷重変形量７．４ｍｍ及び６．５ｍｍのプロット点を結ぶことにより、荷重変形量用一次関数ｙ＝１．１５ｘ＋６．３６を導出する。つまり、これらの関係は、線形解析を前提にした一次関数となり、したがって重み付け率の設定は、前述の０．１及び０．９に限らず、双方の和を１として任意に設定できる。

これらの一次関数を基にモデル９の所望の耐熱・剛性特性に応じてグラフ上で目標とする最大熱変形量１．２５ｍｍを設定してａの下限値０．３１を求める。この０．３１を上回る範囲にａを設定すると、目標値よりも小さな熱変形量に抑制されるように密度分布データが作成される。目標とする最大荷重変形量７．００ｍｍを設定してbの下限値０．４５を求める。これにより、ハッチング領域が耐熱品質及び剛性品質の双方を満足する適切な重み付け率の範囲となる。つまり、ａ＞０．３１に対してb＜０．６９、b＞０．４５に対してａ＜０．５５であり、したがって０．３１＜ａ＜０．５５又は０．４５＜b＜０．６９の範囲でａ＋b＝１を満足するように、即ちこの範囲の横軸に直交する線と双方の一次関数ラインとの交点により、ａ、ｂを設定する。例えば、ａ＝０．４、b＝０．６に設定する。

これにより、最終的にａ＝０．４、b＝０．６を入力条件に材料密度によるモデルの構造解析を行う。解析ステップ１３では、最適制御された状態で材料密度比＝解析結果の材料密度／初期の材料密度の密パラメータの分布データが作成されて、図５Ｃに示すように画像表示される。この材料密度比０〜１の分布データを剛性パラメータとして信頼度の高い板厚もしくはリブ構造決定の参考データとなる。したがって、前述と同様な周知のコンピュータソフトウェアにより、熱変形及び剛性捩れ変形をそれぞれ別々に解析すると、その解析結果は目標とする１．２５ｍｍ及び７．００ｍｍ以内になることが確認される。

図６に示すグラフにおいて、例えば目標とする剛性捩れ変形量を６．７５ｍｍに設定すると、b＞０．７になり、重み付け率の重なり領域が発生し得なくなる。このような場合、双方の変位量の双方又は一方を再設定して妥協し得る値に設定する。つまり、b＞０．７に設定すると、熱変形量が目標を超える領域が発生することになる。

尚、以上説明した実施の形態においては、第１、２の熱変形量及び荷重変形量をモデル全体についての最大値を求める解析を行ってそれぞれ一次関数を求めたが、特に重要な部位に対応する要素の変位量を解析して一次関数を決定することにより、モデル９の全体につきσ_ａを越えないように最適化解析されると共に、特定部位が目標とする変位量に収まるように密度分布を決定することも可能である。

また、このような剛性データを参考に板厚もしくは部分的に板厚が増大するリブを決定することができるが、樹脂の材質を規定して前述の熱応力及び荷重応力を予備的に解析したデータを流用できる範囲内で、密度データは、板厚に代えて樹脂の材質により剛性を決定する参考データにすることもできる。

以上、最適化解析するために入力すべき変形状態を応力で規定した場合について説明したが、応力及び歪に対応する仕事量である歪エネルギを解析条件とすることも可能であり、前述の商品名ＯＰＴＩＳＴＲＵＣＴのソフトによりこのような最適化解を行うことできる。即ち、マトリックスの方程式[Ｅ]＝[Ｋ][Ｕ][Ｋ]（Ｅ：歪エネルギ、Ｋ：剛性パラメータ、Ｕ：変位量）を基に、Ｅ_n＝ａＥ_n１＋ｂＥ_n2及び最大許容歪エネルギＥ_ａを解析条件として最適化解析が行われる。つまり、クリープ変形に対応する熱歪エネルギＥ_n１及び荷重Ｆｃに対する荷重歪エネルギＥ_n2の分布データを予備的に解析し、図７に示す手順に従い最大許容歪エネルギＥ_ａを判断基準として剛性最適化解析を行う場合にも、本発明による重み付け率決定方法を適用できる。

以上説明した重み付け率の決定方法は、その実施のために、前述の図７に対応する手順をコンピュータに実行させる周知の樹脂成形品の剛性最適化解析プログラムに、入力された第１及び第２の熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成する手順と、入力された第１及び第２の荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成する手順と、熱変形量用一次関数データを基に入力された目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と、荷重変形量用一次関数データを基に入力された目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と、これら双方の下限値で決定される重み付け率の設定範囲を判定する手順とを追加した新規な剛性最適化解析プログラムを、コンピュータにより読取り可能な記録媒体に格納し、この記録媒体をコンピュータにロードすることにより、入力手段からの入力されたデータに応答してＣＰＵ等を作動させて、下記の各構成が追加された最適化解析装置として実施することができる。

即ち、図８に示すように、キーボード等の入力手段２１及びディスプレイ部等の出力手段２２が付属し、かつＣＰＵ、メモリ等を内蔵するパソコン２０を次の各部を構成するように機能させる。つまり、前述の図７による処理を行う最適化解析手段２３と、入力手段２１により入力されたそれぞれの密度分布下での第１及び第２の熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成する熱変形用関数データ作成手段２４と、入力手段２１により入力されたそれぞれの密度分布下での第１及び第２の荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成する荷重変形用関数データ作成手段２５と、熱変形量用一次関数データを基に入力手段２１により入力された目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する熱変形用重み付け率決定手段１６と、荷重変形用一次関数データを基に入力手段２１により入力された目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する荷重変形用重み付け率決定手段２７と、これらの下限値で決定される重み付け率の設定範囲を判定する重み付け率範囲判断手段２８とを構成する。

これにより、パソコン２０は、複数点で拘束される樹脂成形品について、メッシュ状の要素に分割されたモデル、物性、拘束条件等に加えて、クリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギの分布データ及び所定部位に加える荷重に対する荷重変形により生じる荷重応力もしくは荷重歪エネルギの分布データ並びにこれらの熱及び荷重の応力もしくは歪エネルギを加算する際の重み付け率ａ，ｂを解析条件として、図７に対応する手順により、出力手段２２に最適制御された密度分布データを出力する。

その際、任意の第１の重み付け率ａ１，ｂ１に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基にモデルになる樹脂成型品ついて、別途に第１の熱変形量及び第１の荷重変形量を解析する。同様に、任意の第２の重み付け率ａ２，ｂ２に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に、別途に第２の熱変形量及び第２の荷重変形量を解析する。これらの解析結果を基に、暫定的な密度分布データにおける第１及び第２の熱変形量を入力手段２１により入力すると重み付け率を変数ａとする熱変形量用一次関数データが作成され、同様に第１及び第２の荷重変形量を入力すると重み付け率ｂを変数とする荷重変形量用一次関数データが作成される。目標とする熱変形量を入力すると、熱変形量用一次関数データを基に目標熱変形量を満足する重み付け率ａの下限値が決定される。同様に、目標とする荷重変形量を入力すると、荷重変形量用一次関数データを基に目標変形量を満足する重み付け率ｂの下限値が決定される。これら双方の下限値で決定される重み付け率ａ，ｂの設定範囲が判定される。この判定結果は、出力手段２２に、例えば図６に示すようなフォーマットで各一次関数データと併せて表示される。

本発明の実施の形態による樹脂成形品の剛性最適化解析方法に用いる重み付け率決定方法の手順を説明するフローチャートである。同剛性最適化解析の解析対象になる自動車のグラブボックスの斜視図である。解析対象のモデルに対するクリープ変形の解析結果を示す変位量の分布データである。同解析対象モデルに対する応力の解析結果を示すもので、同図Ａはクリープ変形に対応する熱応力の分布データ、同図Ｂは荷重に対する荷重応力の分布データである。同解析対象モデルに対する最適解析結果の密度分布データを示すもので、同図Ａは第１の重み付け率に対するもの、同図Ｂは第２の重み付け率に対するもの、同図Ｃは同重み付け率決定方法で決定された重み付け率に対するものである。同重み付け率決定方法を説明する図である。同重み付け率決定方法の前提となる同剛性最適化解析方法の手順を説明するフローチャートである。図１の同重み付け率決定方法を実施する装置の概略構成を説明する機能ブロック図である。

符号の説明

１グラブボックス
２、３拘束点となる下端部
４拘束点となる上端中央部
Ｐ１外部からの荷重点

Claims

複数点で拘束される樹脂成形品について熱変形及び荷重変形を抑制する剛性構造を有限要素法により解析するために、樹脂成形品のメッシュ状の要素に分割されたモデル、物性、拘束条件等に加えて、クリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギの分布データ及び所定部位に加える荷重に対する荷重変形により生じる荷重応力もしくは荷重歪エネルギの分布データ並びにこれらの熱及び荷重の応力もしくは歪エネルギを加算する際の重み付け率を解析条件として、各要素の可変の密度パラメータをモデル全体に対する最大許容応力もしくは歪エネルギを越えない範囲において軽量化目的で最適制御した密度分布データを板厚等の剛性決定の参考データとして作成する樹脂成形品の剛性最適化解析方法において、
任意の第１の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第１の熱変形量及び第１の荷重変形量を解析し、
任意の第２の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第２の熱変形量及び第２の荷重変形量を解析し、
第１及び第２の前記熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成し、また第１及び第２の前記荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成し、
前記熱変形量用一次関数データを基に目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定し、また前記荷重変形量用一次関数データを基に目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定することにより、これら双方の下限値で決定される重み付け率範囲で重み付け率を設定して剛性最適化解析を行わせることを特徴とする樹脂成形品の剛性最適化解析方法。
モデルに対して、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を解析し、このクリープ変形の解析結果に対応するように、所定の温度下で強制的に弾性変形させた場合に前記モデルの前記各要素に生じる応力もしくは歪エネルギを線形解析して、剛性最適化解析の解析条件とすることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形品の剛性最適化解析方法。
熱変形量用及び荷重変形量用一次関数データを作成するために解析される熱変形量及び荷重変形量が、モデル全体に対する最大値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の樹脂成形品の剛性最適化解析方法。
熱変形量用及び荷重変形量用一次関数データを作成するために解析される熱変形量及び荷重変形量が、モデルの特定部位に対する値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の樹脂成形品の剛性最適化解析方法。
複数点で拘束される樹脂成形品について熱変形及び荷重変形を抑制する剛性構造を有限要素法により解析するために、樹脂成形品のメッシュ状の要素に分割されたモデル、物性、拘束条件等に加えて、クリープ変形に対応する熱応力もしくは熱歪エネルギの分布データ及び所定部位に加える荷重に対する荷重変形により生じる荷重応力もしくは荷重歪エネルギの分布データ並びにこれらの熱及び荷重の応力もしくは歪エネルギを加算する際の重み付け率を解析条件として、各要素の可変の密度パラメータをモデル全体に対する最大許容応力もしくは歪エネルギを越えない範囲において軽量化目的で最適制御した密度分布データを板厚等の剛性決定の参考データとして作成する樹脂成形品の剛性最適化解析プログラムにおいて、
任意の第１の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第１の熱変形量及び第１の荷重変形量を解析し、また任意の第２の重み付け率に対する密度分布データを暫定的に作成し、この密度分布データを基に剛性分布を規定したモデルについて、第２の熱変形量及び第２の荷重変形量を解析することにより、
入力された第１及び第２の前記熱変形量を基に重み付け率を変数とする熱変形量用一次関数データを作成する手順と、入力された第１及び第２の前記荷重変形量を基に重み付け率を変数とする荷重変形量用一次関数データを作成する手順と、前記熱変形量用一次関数データを基に入力された目標とする熱変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と、前記荷重変形量用一次関数データを基に入力された目標とする荷重変形量を満足する重み付け率の下限値を決定する手順と、これら双方の下限値で決定される重み付け率の設定範囲を判定する手順とを備えることを特徴とする樹脂成形品の剛性最適化解析プログラム。
請求項５に記載の樹脂成形品の剛性最適化解析プログラムを記録したコンピュータにより読取り可能なことを特徴とする樹脂成形品の剛性最適化解析プログラムの記録媒体。