JP2008033528A - 数値解析データ作成装置、数値解析データ作成方法およびその作成方法をコンピュータに実現させるためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部品から構成される完成品において部品間に隙間を有して接合される場合であっても精度高く完成品の数値解析を行なう。
【解決手段】数値解析データ作成装置は、データベース１０００と入力部２０００と境界ライン加工部３０００とグルーピング処理部４０００と自動処理部５０００とを含む。境界ライン加工部３０００は、隙間がある２つのソリッド（１）およびソリッド（２）のそれぞれにおいて対となる境界ラインを加工し、グルーピング処理部４０００は、接合するエッジの対を設定するとともに、接合により不要となる面を設定する。自動処理部５０００の閉空間作成部５０２０は、対となるエッジ上の接点を繋いで、完全に閉じた閉空間を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、数値解析法に適用されるメッシュデータを作成する技術に関し、特に、複数の部材（ソリッド）を接合（たとえば溶接）して一体化された完成品の体積メッシュの作成技術に関する。

ＣＡＥ（Computer Aided Engineering：コンピュータ援用エンジニアリング）では、形状モデリング機能、境界条件定義機能、メッシュ作成機能、解析機能、解析結果表示機能等を備えた数値解析装置（以下、システムと称する）が広く用いられている。

このようなシステムにおける数値解析は、一般に以下の手順で行なわれる。以下の例は解析手法として境界要素法を用いたときの手順例であるが、有限要素法等の他の解析手法を用いた場合も同様である。
１．形状モデルの定義解析を行なうための形状モデルを作成する。なお、メッシュの作成から解析を行なう場合は、形状モデルは必要ないので、このステップはない。解析を行なう形状モデルの単位は、一つの媒質に対応した立体である。
２．接合領域・開放領域の設定異なった媒質間の接合領域では、向かい合った両方の面上に作成されるメッシュ中の要素を一致させる必要がある。このため、ユーザーによって、この両方の面上で占める領域である接合領域を特定する。
３．メッシュの作成解析を行なうために、解析対象となる立体群をメッシュに分割する。
４．境界条件の付加解析の種類と目的とに応じた、境界条件を付加する。
５．数値解析上記手順４までで揃った幾何形状、境界条件、およびメッシュを用いて、境界要素法による数値解析を行なう。
６．解析結果の確認解析結果を、数値を色の分布で示すコンターやメッシュの変形で表示する。

ここで、解析対象に多くの部品間の接合領域が存在する場合には、メッシュの分割が容易に行なうことができない。このように解析対象に接合領域を含む場合におけるメッシュ作成に関する技術が、以下の特許文献に開示されている。
特開平１１−８６０３６号公報 特開２０００−４０１６６号公報 特開２００５−２１６０３８号公報

しかしながら、上述した特許文献には、複数の部材を接合して一体化した体積メッシュを作成することについては言及しているものの、たとえば溶接されることにより接合される２部品間においても隙間がない場合にしか対応していない。実際には２部品が溶接により接合される場合には、これらの２部品を溶接した完成品においては存在しないが、元の２部品の間には、たとえば溶接の肉盛りによる隙間（距離）が存在する。すなわち、完成品を構成する部品を接合状態に関係なく隙間がないようにして作成された体積メッシュは、完成品においては部品間に隙間があってそれを考慮していないものであるので、完成品における解析（境界要素法、有限要素法）を正確に行なうことができない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の部品から構成される完成品において、その完成品を構成する部品の間に隙間を有して接合されている場合であっても、精度高く完成品の数値解析を行なうことができる、数値解析データ作成装置、数値解析データ作成方法およびその作成方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを提供することである。

第１の発明に係る数値解析データ作成装置は、複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成装置である。複数の部材の中の少なくとも２つの部材の間には隙間が存在し、隙間を介して２つの部材が接合される。この数値解析データ作成装置は、３次元メッシュデータを読み込むための読込手段と、隙間を有して接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定するための境界線設定手段と、接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定するための設定手段と、メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成するための平面メッシュ作成手段と、第１の部材における境界線上の接点と第２の部材における境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成することにより、隙間が閉じられた閉空間を作成するための作成手段と、表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための体積メッシュ作成手段とを含む。また、第５の発明に係る数値解析データ作成方法は、第１の発明に対応する構成を有する。

第１または第５の発明によると、隙間がある２つの部材間においては、その隙間を閉空間にするための形状（たとえば、接合方法が溶接であるならば、溶接の肉盛りにより形成される形状）に対応させた境界線を、第１の部材および第２の部材のそれぞれに設定する。第１の部材における境界線上の接点と第２の部材における境界線上の接点とを繋ぐことにより作成される表面メッシュは、隙間が閉じられた閉空間を形成する。このため、部品の状態においては（たとえば溶接前）隙間があって、完成品である複合部材においてはその隙間が溶接の肉盛りにより塞がれて第１の部材と第２の部材との間で応力等が伝達される場合であっても、正確な数値解析を行なうことができるようになる。その結果、複数の部品から構成される複合部材である完成品において、その完成品を構成する部品の間に隙間を有して接合されている場合であっても、精度高く完成品の数値解析を行なうことができる、数値解析データ作成装置や数値解析データ作成方法を提供することができる。

第２の発明に係る数値解析データ作成装置においては、第１の発明の構成に加えて、境界線設定手段は、接合された状態における第１の部材と第２の部材とに跨る接合部材の形状に対応して、境界線を設定するための手段を含む。また、第６の発明に係る数値解析データ作成方法は、第２の発明に対応する構成を有する。

第２または第６の発明によると、その隙間を閉空間にするための形状に対応させて、たとえば、接合方法が溶接であるならば、溶接の肉盛りにより形成される形状に対応させて、境界線を設定する。このため、複合部材である完成品において正確な数値解析を行なうことができるようになる。

第３の発明に係る数値解析データ作成装置においては、第１または第２の発明の構成に加えて、第１の部材の物理的特性と第２の部材の物理的特性とが異なる場合においては、設定手段は、接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、第１の部材と第２の部材との境界として残存させる面を設定するための手段を含む。体積メッシュ作成手段は、境界として残存させる面のメッシュを維持して、表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための手段を含む。また、第７の発明に係る数値解析データ作成方法は、第３の発明に対応する構成を有する。

第３または第７の発明によると、第１の部材と第２の部材との間に隙間がある場合であって、第１の部材が第２の部材に比べて柔らかい物理的特性を有する場合には、第１の部材と第２の部材とに跨るメッシュを作成すると、以下の問題が発生する。すなわち、第１の部材と第２の部材とでは物理的特性が異なり、応力等の伝達が異なるにも係わらず、２つの部材が１つのメッシュで形成されることにより、正確な数値解析を行なうことができない。このため、境界として残存させる面のメッシュを維持することにより、２つの部材が１つのメッシュで形成されることを回避して、正確な数値解析を行なうことができる体積メッシュを作成できる。

第４の発明に係る数値解析データ作成装置は、複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成装置である。複数の部材の中で互いに接合される２つの部材の物理的特性が異なる。この数値解析データ作成装置は、３次元メッシュデータを読み込むための読込手段と、物理的特性が異なる部材であって、接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定するための境界線設定手段と、接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、第１の部材と第２の部材との境界として残存させる面を設定するための設定手段と、メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成するための平面メッシュ作成手段と、第１の部材における境界線上の接点と第２の部材における境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成するための作成手段と、境界として残存させる面のメッシュを維持して、表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための体積メッシュ作成手段とを含む。また、第８の発明に係る数値解析データ作成方法は、第４の発明に対応する構成を有する。

第４または第８の発明によると、第１の部材と第２の部材との間に隙間がない場合であっても、第１の部材が第２の部材に比べて柔らかい物理的特性を有する場合には、第１の部材と第２の部材とに跨るメッシュを作成すると、以下の問題が発生する。すなわち、第１の部材と第２の部材とでは物理的特性が異なり、応力等の伝達が異なるにも係わらず、２つの部材が１つのメッシュで形成されることにより、正確な数値解析を行なうことができない。このため、境界として残存させる面のメッシュを維持することにより、２つの部材が１つのメッシュで形成されることを回避して、正確な数値解析を行なうことができる体積メッシュを作成できる。

第９の発明に係るプログラムは、第５〜第８のいずれかの数値解析データ作成方法をコンピュータに実行させるプログラムである。

第９の発明によると、コンピュータを用いて、第５〜第８のいずれかの発明と同様の作用効果を発現できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る数値解析データ作成装置について説明する。なお、以下に示す第１の実施の形態においては接合される複数の部材の間に隙間がある場合を前提としている。

図１を参照して、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置の制御ブロックについて説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置は、メッシュプロパティを含む三次元ＣＡＤデータベース１０００と、オペレータが各種条件を入力する入力部２０００と、部品の状態においては隙間を有し完成品の状態においては隙間が閉空間として形成される２つの部材のそれぞれにおける境界ラインを加工する境界ライン加工部３０００と、接合する境界ラインの対を設定したり、接合による不要となる面を設定したりするグルーピング処理部４０００と、自動処理部５０００とを含む。なお、自動処理部５０００は、たとえばコンピュータで自動演算処理により実現される部分である。

自動処理部５０００は、表面メッシュを作成する表面メッシュ作成部５０１０と、グルーピングされた接合する境界線上の接点を繋ぐことにより完全に閉じた空間（閉空間）を作成する閉空間作成部５０２０と、表面メッシュに基づいて体積メッシュを作成する体積メッシュ作成部５０３０とを含む。

３Ｄ−ＣＡＤデータベース１０００に格納されるメッシュデータの具体的な一例について説明する。メッシュデータは、接点を識別するための番号である接点番号Ｎ、特定の座標系を基準にした接点の座標Ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）、その接点の結線先の接点の接点番号列を表わした結線情報Ｍとを対応付けて書込まれた接点情報群を形成する。１つの接点情報は、Ｎ（Ｘ，Ｍ）のように表現される。また、メッシュデータの冒頭には、密度、ヤング率、ポアソン比等の剛体の物理定数や、座標系間の座標変換行列などの情報が書込まれている。

なお、ここで示した接点情報の表現は一例であって、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置がこのようなデータに限定されるものではない。

また、以下の説明において、表面メッシュの作成方法や体積メッシュの作成方法等については、既存の技術（たとえば上述した特許文献）を参照して実行することができるため、本明細書では詳細な説明は繰返さない。

図２を参照して、数値解析データを作成するモデルの一例について説明する。
図２に示すように、この完成品（複合部材）は、第１の部材（ソリッド（１））１１０００と、ソリッド（１）１１０００の中央部に設けられた穴部に溶接により接合される第２の部材（ソリッド（２））１２０００とから構成される。図２のＡ−Ａ断面に示すように、ソリッド（１）１１０００とソリッド（２）１２０００との間には繋ぎたい隙間が部品の状態では存在する。この繋ぎたい隙間は、たとえば接合が溶接によるものであるならば、図２の上部の四角内に示すように、ソリッド（１）１１０００の特定の境界線とソリッド（２）１２０００の特定の境界線と繋いだ線と、ソリッド（１）１１０００の別の境界線とソリッド（２）１２０００の別の境界線とを繋いだ境界線とで形成される溶接による肉盛り部１３０００により接合され、完成品として形成される。なお、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置における接合方法は、溶接に限定されるものではない。

図３を参照して、ソリッド（１）１１０００およびソリッド（２）１２０００における境界ラインについて説明する。なお、この境界ラインは、図１の境界ライン加工部３０００において加工（作成）される。

図３に示すように、ソリッド（１）１１０００の境界ラインは境界ライン１１０１０により表わされるラインである。またソリッド（２）１２０００の境界ラインは境界ライン１２０２０で示されるラインである。ソリッド（１）１１０００の境界ライン１１０１０とソリッド（２）１２０００の外形形成ライン１２０１０とが対になる。また、ソリッド（２）１２０００の境界ライン１２０２０とソリッド（１）１１０００の外形形成ライン１１０２０とが対となる。

図４を参照して、さらにこの境界ラインと外形ラインとの対について説明する。
図４に示すように、ソリッド（１）１１０００の境界ライン１１０１０には、接合するエッジの対Ｘとして、ソリッド（２）１２０００の外形形成ライン１２０１０が設定される。また、ソリッド（２）の境界ライン１２０２０には、接合するエッジの対Ｙとして、ソリッド（１）１１０００の外形形成ライン１１０２０が設定される。すなわち、境界ライン１１０１０と外形形成ライン１２０１０とがエッジの対Ｘとして、境界ライン１２０２０と外形形成ライン１１０２０とがエッジの対Ｙとして、それぞれ設定される。

これは、図２の上部の四角内に示した断面図に対応しており、このように接合するエッジの対Ｘと接合するエッジの対Ｙとを設定することにより、図４に示すハッチング面が接合により不要になる面とすることができる。

図５を参照して、表面メッシュの作成状態について説明する。この表面メッシュは、表面メッシュ作成部５０１０において作成される。ソリッド（１）１１０００およびソリッド（２）１２０００のそれぞれにおいて表面メッシュがメッシュプロパティに従って接合により不要になる面以外の面について表面メッシュ（三角形）が作成される。このとき、図４に示すハッチング面（接合により不要となる面）については表面メッシュが作成されていない。

図６を参照して、接合するエッジの対Ｘ同士、接合するエッジの対Ｙ同士で互いの境界ラインおよび外形形成ラインの接点を繋いで形成される完全に閉じた空間（閉空間）について説明する。図５に示すようにソリッド（１）１１０００およびソリッド（２）１２０００に対して接合により不要になる面を除いて形成された表面メッシュには接合面における表面メッシュが形成されていない。そこで、図６に示すように、境界ライン１１０１０の接点とその対となる外形形成ライン１２０１０との接点とを繋いで表面メッシュを作成する。また、境界ライン１２０２０の接点とその対となる外形形成ライン１１０２０との接点とを繋いで表面メッシュを作成する。

すなわち、対になるエッジ（境界ライン、外形形成ライン）の間をシェルメッシュで埋めることにより表面メッシュを作成している。このように閉空間作成部５０２０において処理されることにより、図６に示すソリッド（１）１１０００とソリッド（２）１２０００との間に形成されていた隙間が完全に閉じた空間となり接合面１３０００が形成される。

体積メッシュ作成部５０３０は、図６に示す対になるエッジ間をシェルメッシュで埋められた状態の表面メッシュに基づいて、体積（テトラ）メッシュを作成する。

図７を参照して、図１の制御ブロック図で表わされる数値解析データ作成装置の処理の手順をフローチャートに沿って説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、数値データ解析装置は、ＣＡＤデータを読み込む。このとき、３Ｄ−ＣＡＤデータベース１０００からメッシュプロパティを含んだメッシュデータ等が読み込まれる。

Ｓ１１０にて、数値解析データ作成装置は、入力部２０００から、接合されるソリッド（１）、ソリッド（２）を特定するデータの入力を受ける。

Ｓ１２０にて、数値解析データ作成装置は、入力部２０００から入力されたデータに基づいて境界ライン加工部３０００により、ソリッド（１）１１０００の境界ラインを設定する。この境界ラインは、図３や図４に示す境界ライン１１０１０であって、接合するエッジの対Ｘに対応する。

Ｓ１３０にて、数値解析データ作成装置は、入力部２０００から入力されたデータに基づいて境界ライン加工部３０００により、ソリッド（２）１２０００の境界ラインを設定する。この境界ラインは、図３や図４に示す境界ライン１２０２０であって、接合するエッジの対Ｙに対応する。

Ｓ１４０にて、数値解析データ作成装置は、境界ライン（接合するエッジの対Ｘ）と境界ライン（接合するエッジ対Ｙ）とを接合するエッジとして設定する。Ｓ１５０にて、数値解析データ作成装置は接合により不要となる面（図４に示すハッチング面）を設定する。このとき、グルーピング処理部４０００が接合により不要になる面を設定する。Ｓ１６０にて、数値解析データ作成装置は、メッシュプロパティを読み込む。Ｓ１７０にて、数値解析データ作成装置は、読み込んだメッシュプロパティに従って、接合により不要となる面以外に表面メッシュ（三角形）を作成する。このとき、表面メッシュ作成部５０１０により、表面メッシュ（三角形）が作成される。

Ｓ１８０にて、数値解析データ作成装置は、エッジ上の接点を繋いで完全閉空間を作成する。このとき、閉空間作成部５０２０により、エッジ上の接点が繋がれ、完全な閉空間が作成される。このときの状態が図６に示されている。

Ｓ１９０にて、数値解析データ作成装置は体積メッシュ（テトラ、四面体）を作成する。このとき、体積メッシュ作成部５０３０が、表面メッシュデータに基づいて、体積メッシュを作成する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置の動作について説明する。

なお、数値解析データ作成装置は、実際には、パーソナルコンピュータまたはワークステーションなど、コンピュータ上で実行されるソフトウェアにより実現される。すなわち、境界要素法や有限要素法の数値解析を行なうためのデータを作成する装置は、コンピュータハードウェアとＣＰＵ（Central Processing Unit)により実行されるソフトウェアとにより実現される。一般的にこうしたソフトウェアは、フレシキブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に格納されて流通され、コンピュータに備えられた読取装置により記録媒体から読取られたり、通信回線を介して受信したりすることにより、固定ディスクに一旦格納される。さらに固定ディスクからメモリに読出されてＣＰＵによりそのプログラムが実行される。したがって、本発明の本質的な部分は記録媒体や通信回線を介してコンピュータが受信するソフトウェアである。

ＣＡＤデータを読み込み、入力部２０００から接合されるソリッド（１）１１０００およびソリッド（２）１２０００を特定するデータがオペレータにより入力される（Ｓ１１０）。

ソリッド（１）１１０００の境界ライン（図３や図４に示す境界ライン１１０１０）がオペレータにより設定される（Ｓ１２０）。同じようにして、ソリッド（２）１２０００の境界ライン（図３や図４に示す境界ライン１２０２０）がオペレータにより設定される（Ｓ１３０）。

境界ライン（接合するエッジの対Ｘ）と境界ライン（接合するエッジの対Ｙ）とを接合するエッジとして設定される（Ｓ１４０）。接合により不要となる面（図４に示すハッチング面）がオペレータにより設定される（Ｓ１４０）。メッシュプロパティが読み込まれ（Ｓ１６０）、メッシュプロパティに従って、接合により不要となる面以外に表面メッシュ（三角形）が作成され（Ｓ１７０）、図５に示すようなメッシュデータが形成される。この状態では、ソリッド（１）１１０００とソリッド（２）１２００と接合する接合部の表面メッシュは存在しない。

接合するエッジの対Ｘであるソリッド（１）１１０００の境界ライン１１０１０とソリッド（２）１２０００の外形形成ライン１２０１０とにおいてエッジ（境界ラインまたは外形形成ライン）上の接点が繋がれ、完全閉空間が作成される。同じように、接合するエッジの対Ｙであるソリッド（２）１２０００の境界ライン１２０２０とソリッド（１）１１０００の外形形成ライン１１０２０とにおいてエッジ（境界ラインまたは外形形成ライン）上の接点が繋がれ、完全閉空間が作成される（Ｓ１８０）。このときの表面メッシュデータの状態が、図６に示されている。

このようにして、エッジ上の接点が繋がれ完全閉空間が作成された後、表面メッシュに基づいて体積メッシュが作成される（Ｓ１９０）。

以上のようにして、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置によると、隙間がある２つの部材（ソリッド（１）、ソリッド（２））の間においては、その隙間を閉空間にするための形状（ここでは、溶接の肉盛りにより形成される形状）に対応させた境界線を、ソリッド（１）およびソリッド（２）のそれぞれに設定する。ソリッド（１）における境界線上の接点とソリッド（２）における接点とを繋ぐことにより作成される表面メッシュは、隙間が閉じられた閉空間を形成できる。このため、部品の状態においては隙間があって、完成品である複合部材においてはその隙間が溶接の肉盛りにより塞がれてソリッド（１）とソリッド（２）との間で応力等が伝達される場合であっても、正確な数値解析を行なうことができるようになる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る数値解析データ作成装置について説明する。なお本実施の形態は、以下の点で前述の第１の実施の形態と異なる。前述の第１の実施の形態においては、ソリッド（１）とソリッド（２）の物理的特性がほぼ同じものである場合において適用されるものであった。ソリッド（１）の物理的特性とソリッド（２）の物理的特性が（著しく）異なるものであることを前提とすると（ただし、隙間はあってもなくても構わないが、以下の説明では隙間があることを前提とする）、ソリッド（１）とソリッド（２）とに跨って１つのメッシュが形成されると、正確な数値解析を行なうことができない。このことに鑑み、本実施の形態においては、境界として残存させる面のメッシュを維持することによりソリッド（１）とソリッド（２）とに跨る１つのメッシュが形成されることを回避する。

図８に、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置の制御ブロック図を示す。図８に示す制御ブロック図は、図１に示した制御ブロック図に対応するものである。

第１の実の形態に係るグルーピング処理部４０００に代えてグルーピング処理部・残留境界面設定部４１００を有する。また、自動処理部５０００に代えて、その構造の一部が異なる自動処理部５１００を有する。自動処理部５１００においては、第１の実施の形態に係る体積メッシュ作成部５０３０に代えて、残留境界面を拘束（維持）した体積メッシュ作成部５１３０を有する。それ以外の構成については、前述の第１の実施の形態と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９に、図４に対応する図を示す。図９に示すようにソリッド（１）２１０００とソリッド（２）２２０００とが接合される場合であって、接合するエッジの対Ｘとしてソリッド（１）の境界ライン２１０１０とソリッド（２）の外形形成ライン２２０１０とが設定され、接合するエッジの対Ｙとしてソリッド（２）の境界ライン２２０２０とソリッド（１）の外形形成ライン２１０２０とが設定されている。第１の実施の形態と異なるのはハッチングされた面がすべて接合により不要となる面となるのではなく、ソリッド（１）２１０００においてハッチングが施された面は境界として残す面として設定される。

図１０に前述の図５に対応する図を、図１１に前述の図６に対応する図を、それぞれ示す。

図１０や図１１を参照して、前述の第１の実施の形態と異なる点について説明する。溶接によりソリッド（１）２１０００とソリッド（２）２２０００とが接合され溶接の肉盛り２３０００により閉じた閉空間が形成される点は同じである。このとき、本実施の形態においては、ソリッド（１）２１０００におけるソリッド（２）側の端面のメッシュパターンが拘束（維持）される。

図１２を参照して、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置の処理の手順をフローチャートを用いて説明する。なお、図１２に示すフローチャートにおいて前述の図７に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ２００にて、数値解析データ作成装置は、境界として残す境界面（残留境界面）を設定する。このとき、図８に示す制御ブロック図におけるグルーピング処理部・残留境界面設定部４１００が入力部２０００から入力されたオペレータの指示に従い、境界として残す境界面（残留境界面）が設定される。

Ｓ２１０にて、数値解析データ作成装置は、残留境界面のメッシュパターンを拘束（維持）して、各々のソリッドにおいて完全閉空間となるように体積メッシュ（四面体）を作成する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置の動作について説明する。なお、前述の第１の実施の形態と同じ動作についての説明についてはここでは繰返さない。

接合により不要となる面が設定されるとともに（Ｓ１５０）、境界として残す境界面（残留境界面）が設定される（Ｓ２００）。

エッジ上の接点が繋がれ完全閉空間が作成され（Ｓ１８０）、体積メッシュが作成される（Ｓ２１０）。このとき、体積メッシュが作成される場合において、残留境界面のメッシュパターンが拘束され、各々のソリッドにおいて完全閉空間となるように体積メッシュが作成される。すなわち、残留境界面が残存するため、この残留境界面を跨いでメッシュが作成されることを回避することができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る数値解析データ作成装置によると、ソリッド（１）とソリッド（２）との物理的特性が異なる場合においてはソリッド（１）とソリッド（２）とに跨るメッシュが作成されることを回避することができ、応力の伝達等を正確に解析することができる。

なお、図１３に隙間がない場合においてソリッド（１）とソリッド（２）との物理的特性が違う場合のメッシュの状態を示す。また比較例として図１４に従来の方法で残留境界面を拘束しないでメッシュを作成した場合を示す。

図１３の境界面２４０１０が残留境界面である。この残留境界面２４０１０を跨いでメッシュは形成されていない。これに対して、図１４に示すように境界面２４０２０を跨いでメッシュが形成されている。

図１４に示すように境界面２４０２０を考慮することなく、かつソリッド（１）とソリッド（２）の物理的特性が異なる場合において数値解析を行なうと、ソリッド（１）からソリッド（２）への応力等の伝達を正しく解析することができない。一方、図１３に示すように、残留境界面２４０１０を残してメッシュを作成することによりソリッド（１）からソリッド（２）への応力等の伝達を正しく解析することができるようになる。

今回開示された実施の形態はすべ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した説明ではなくて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すべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る数値解析データ作成装置の制御ブロック図である。 ＣＡＤデータで表わされた解析対象である部材を示す図である。 境界ラインが加工される接合面を含む図である。 グルーピング処理の状態を示す図である。 表面メッシュの形成状態を示す図である。 表面メッシュに基づいて作成された閉空間の状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る数値解析データ作成装置における処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る数値解析データ作成装置の制御ブロック図である。 グルーピング処理の状態を示す図である。 表面メッシュの形成状態を示す図である。 表面メッシュに基づいて作成された閉空間の状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る数値解析データ作成装置における処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る数値解析データ作成装置で作成されたメッシュの状態を示す図である。 図１３と対比される従来の方法で作成されたメッシュの状態を示す図である。

符号の説明

１０００ ３Ｄ−ＣＡＤデータベース、２０００ 入力部、３０００ 境界ライン加工部、４０００ グルーピング処理部、５０００ 自動処理部。

Claims (9)

1. 複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成装置であって、前記複数の部材の中の少なくとも２つの部材の間には隙間が存在し、前記隙間を介して前記２つの部材が接合され、
   前記数値解析データ作成装置は、
   ３次元メッシュデータを読み込むための読込手段と、
   前記隙間を有して接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定するための境界線設定手段と、
   接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定するための設定手段と、
   前記メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成するための平面メッシュ作成手段と、
   前記第１の部材における前記境界線上の接点と前記第２の部材における前記境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成することにより、前記隙間が閉じられた閉空間を作成するための作成手段と、
   前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための体積メッシュ作成手段とを含む、数値解析データ作成装置。
2. 前記境界線設定手段は、接合された状態における第１の部材と第２の部材とに跨る接合部材の形状に対応して、前記境界線を設定するための手段を含む、請求項１に記載の数値解析データ作成装置。
3. 前記第１の部材の物理的特性と前記第２の部材の物理的特性とが異なる場合においては、
   前記設定手段は、接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、前記第１の部材と前記第２の部材との境界として残存させる面を設定するための手段を含み、
   前記体積メッシュ作成手段は、前記境界として残存させる面のメッシュを維持して、前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための手段を含む、請求項１または２に記載の数値解析データ作成装置。
4. 複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成装置であって、前記複数の部材の中で互いに接合される２つの部材の物理的特性が異なり、
   前記数値解析データ作成装置は、
   ３次元メッシュデータを読み込むための読込手段と、
   前記物理的特性が異なる部材であって、接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定するための境界線設定手段と、
   接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、前記第１の部材と前記第２の部材との境界として残存させる面を設定するための設定手段と、
   前記メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成するための平面メッシュ作成手段と、
   前記第１の部材における前記境界線上の接点と前記第２の部材における前記境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成するための作成手段と、
   前記境界として残存させる面のメッシュを維持して、前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するための体積メッシュ作成手段とを含む、数値解析データ作成装置。
5. 複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成方法であって、前記複数の部材の中の少なくとも２つの部材の間には隙間が存在し、前記隙間を介して前記２つの部材が接合され、
   前記数値解析データ作成方法は、
   ３次元メッシュデータを読み込む読込ステップと、
   前記隙間を有して接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定する境界線設定ステップと、
   接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定する設定ステップと、
   前記メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成する平面メッシュ作成ステップと、
   前記第１の部材における前記境界線上の接点と前記第２の部材における前記境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成することにより、前記隙間が閉じられた閉空間を作成する作成ステップと、
   前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成する体積メッシュ作成ステップとを含む、数値解析データ作成方法。
6. 前記境界線設定ステップは、接合された状態における第１の部材と第２の部材とに跨る接合部材の形状に対応して、前記境界線を設定するステップを含む、請求項５に記載の数値解析データ作成方法。
7. 前記第１の部材の物理的特性と前記第２の部材の物理的特性とが異なる場合においては、
   前記設定ステップは、接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、前記第１の部材と前記第２の部材との境界として残存させる面を設定するステップを含み、
   前記体積メッシュ作成ステップは、前記境界として残存させる面のメッシュを維持して、前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成するステップを含む、請求項５または６に記載の数値解析データ作成方法。
8. 複数の部材を接合して構成される複合部材の物理的特性を解析する数値解析法に用いる数値解析データ作成方法であって、前記複数の部材の中で互いに接合される２つの部材の物理的特性が異なり、
   前記数値解析データ作成方法は、
   ３次元メッシュデータを読み込む読込ステップと、
   前記物理的特性が異なる部材であって、接合される第１の部材と第２の部材のそれぞれについて境界線を設定する境界線設定ステップと、
   接合する境界線を対応付けるとともに、接合により不要になる面を設定することに加えて、前記第１の部材と前記第２の部材との境界として残存させる面を設定する設定ステップと、
   前記メッシュデータに基づいて、接合により不要になる面を除いて、表面メッシュを作成する平面メッシュ作成ステップと、
   前記第１の部材における前記境界線上の接点と前記第２の部材における前記境界線上の接点とを繋いだ表面メッシュを作成する作成ステップと、
   前記境界として残存させる面のメッシュを維持して、前記表面メッシュに基づいて、体積メッシュを作成する体積メッシュ作成ステップとを含む、数値解析データ作成方法。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の数値解析データ作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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