JP2009026085A - Thermal analysis apparatus, thermal analysis method, program, and recording medium - Google Patents

Thermal analysis apparatus, thermal analysis method, program, and recording medium Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal analysis apparatus capable of executing highly accurate radiation calculation within a short calculation time, a thermal analysis method, a program, and a recording medium. <P>SOLUTION: A surface element object area calculation part 14 calculates an object area of surface elements in each component on the basis of the heating value of the component composing an analysis target. A surface element model generation part 15 combines surface polygons of a polyhedron of a three-dimensional element model generated by a three-dimensional element model generation part 13 to generate a surface element model composed of surface elements more than the object area of the surface elements in each component which is calculated by the surface element object area calculation part 14. A thermal analysis part 16 applies thermal analysis based on numerical analysis such as a finite element method, a finite difference method or a finite volume method to the surface element model generated by the surface element model generation part 15. An output part 17 outputs analysis results, e.g. values such as temperatures or heat flux of respective portions, which are obtained by the thermal analysis in the thermal analysis part 16. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱輻射の影響を考慮して、コンピュータを利用した熱解析を行うことができる熱解析装置、熱解析方法、プログラムおよび記録媒体に関し、特に、解析対象物内に発熱体がある場合について、輻射伝熱の計算単位である輻射計算用面要素の生成に係る熱解析装置、熱解析方法、プログラムおよび記録媒体に関する。   The present invention relates to a thermal analysis apparatus, a thermal analysis method, a program, and a recording medium that can perform thermal analysis using a computer in consideration of the influence of thermal radiation, and in particular, when a heating element is present in an analysis object. The present invention relates to a thermal analysis apparatus, a thermal analysis method, a program, and a recording medium relating to generation of a radiation calculation surface element that is a unit of calculation of radiation heat transfer.

電子機器、製造装置および建築物などの熱評価は、コンピュータを利用した有限体積法、有限要素法、あるいは有限差分法などの数値解析手法を用いた熱解析によって、産業上広く一般に行われている。熱移動の3形態、すなわち伝導、対流、および輻射もしくは放射のすべての形態を考慮した熱解析も広く一般に行われている。   Thermal evaluation of electronic equipment, manufacturing equipment, buildings, etc. is widely performed in industry by thermal analysis using numerical analysis methods such as finite volume method, finite element method, or finite difference method using a computer. . Thermal analysis that considers all three forms of heat transfer, namely conduction, convection, and radiation or radiation, is also widely performed.

熱解析では、先ず、伝導および対流の計算のために、3次元の計算対象領域を充分小さい3次元要素、たとえば6面体要素あるいは4面体要素に分割し、隣り合う要素間の関係式を定める。そして、全ての要素間について定めた関係式を連立方程式として、計算領域全体を解く。たとえば、全領域が枡目状の6面体要素に分割され、接触して隣接する要素間で関係式を定める場合、1つの要素につき隣接要素数は、XYZ座標系で考えると、+X、−X、+Y、−Y、+Zおよび−Z方向の計6個の方向があるので、全要素数をNとすると、隣接要素間の影響度合いの強弱を表す係数は、全部で6N個になる。   In the thermal analysis, first, for calculation of conduction and convection, a three-dimensional calculation target region is divided into sufficiently small three-dimensional elements, for example, hexahedral elements or tetrahedral elements, and a relational expression between adjacent elements is determined. Then, the entire calculation region is solved using the relational equations defined between all the elements as simultaneous equations. For example, when the entire region is divided into checkered hexahedral elements and a relational expression is defined between adjacent elements in contact with each other, the number of adjacent elements per element is + X, −X when considered in the XYZ coordinate system. , + Y, -Y, + Z, and -Z directions in total, and there are a total of 6 directions, and if the total number of elements is N, the coefficient representing the strength of the degree of influence between adjacent elements is 6N in total.

輻射の支配方程式は、隣り合う面要素間だけで成立するのではなく、輻射熱を授受可能な位置、すなわち、見通せる位置にある全ての要素間で成立する式である。たとえば、要素Aから要素Bに伝えられる熱量QABは、式(6)から算出することができる。 The governing equation of radiation is not established only between adjacent surface elements, but is established between all elements at positions where radiant heat can be transferred, that is, positions that can be seen. For example, the amount of heat Q AB transferred from the element A to the element B can be calculated from the equation (6).

ここに、σはステファンボルツマン定数であり、その値は5.67e−8(W/m/K)である。εは要素Aの輻射率、εは要素Bの輻射率、Tは要素Aの絶対温度(K)、Tは要素Bの絶対温度(K)、およびSは要素Aの面積(m)である。FABは輻射形態係数であり、式(7)から算出することができる。 Here, σ is a Stefan Boltzmann constant, and its value is 5.67e −8 (W / m 2 / K 4 ). area of epsilon A is emissivity of the element A, the emissivity of the epsilon B elements B, T a is the absolute temperature of the element A (K), T b is the element B absolute temperature (K), and S A are elements A (M 2 ). F AB is a radiation form factor and can be calculated from equation (7).

ここに、dSは要素A上の微小面積、dSは要素B上の微小面積、φは微小面積dSから微小面積dSをみた天頂角、φは微小面積dSから微小面積dSをみた天頂角、およびrは微小面積dSと微小面積dSの距離である。 Here, dS A is a minute area on the element A, dS B is a minute area on the element B, φ A is a zenith angle when the minute area dS B is seen from the minute area dS A , and φ B is a minute area from the minute area dS B The zenith angle when dS A is viewed, and r is the distance between the minute area dS A and the minute area dS B.

輻射の計算のためには、輻射する固体の表面を2次元の面要素に分割して処理を行う。輻射の支配方程式は、上述したように隣り合う面要素間だけで成立するのではなく、輻射熱を授受可能な位置、すなわち、見通せる位置にある全ての要素間で成立する式である。したがって、全要素数をNとして全ての要素間で熱の授受を考える場合、要素間の輻射の影響度合いを表す係数は、1つの要素についてN個、すなわち全部でNの2乗個になり、伝導および対流の影響係数の個数6N個と比べると、Nの次数が1つ大きい。   In order to calculate radiation, the surface of the solid to be radiated is divided into two-dimensional surface elements. The governing equation of radiation does not hold only between adjacent surface elements as described above, but is an expression that holds between all elements that can receive and receive radiant heat, that is, positions that can be seen. Therefore, when considering the transfer of heat between all elements with N as the total number of elements, the coefficient representing the degree of influence of radiation between elements is N for one element, that is, the square of N in total. Compared with the number of conduction and convection influence coefficients of 6N, the order of N is one greater.

輻射計算用面要素の数Nは、輻射計算用面要素の寸法を伝導および対流計算用の3次元要素と同じ寸法にしたとき、数万から数十万を超えることもある。この場合、輻射形態係数FABの数は、数億から数百億個になり、処理すべき情報量および計算時間が膨大になる。そこで、輻射を伴う熱解析では、一般的に3次元要素の表面を分割した2次元の多角形の1つ1つを輻射計算用面要素とするのではなく、3次元要素の表面を分割した2次元の多角形を複数個結合したものを1つの輻射計算用面要素として処理する。 The number N of radiation calculation surface elements may exceed tens of thousands to hundreds of thousands when the dimensions of the radiation calculation surface elements are the same as those of the three-dimensional elements for conduction and convection calculation. In this case, the number of radiation form factors F AB is several hundreds of millions to several billions, and the amount of information to be processed and the calculation time are enormous. Therefore, in thermal analysis with radiation, the surface of a three-dimensional element is generally divided instead of using each two-dimensional polygon obtained by dividing the surface of the three-dimensional element as a surface element for radiation calculation. A combination of a plurality of two-dimensional polygons is processed as one radiation calculation surface element.

第1の従来の技術として、高速に形態係数の演算を実行することができる形態係数演算装置がある。形態係数は、輻射が支配的な高温時の熱シミュレーションなどで用いられる係数であり、1組の要素のうちの1つの要素から射出されたエネルギーが1組の要素のうちの他の要素に届く割合を表す。この形態係数演算装置は、1つの四角形要素に相対する他の四角形要素がそれらの2つの四角形要素間の距離に比して大きい場合に、距離に比して面積の大きい四角形要素を細分化する。たとえば、四角形要素Aから四角形要素Bへの輻射伝熱を考える場合に、四角形要素Aと四角形要素Bとの距離に比して、四角形要素Aの面積が大きい場合に、四角形要素Aを細分化する(たとえば特許文献1参照)。   As a first conventional technique, there is a form factor calculation device capable of executing a form factor calculation at high speed. The form factor is a factor used in a thermal simulation at a high temperature where radiation is dominant, and energy emitted from one element of a set of elements reaches another element of the set of elements. Represents a percentage. This form factor computing device subdivides a quadrilateral element having a larger area than the distance when another quadrilateral element relative to the one quadrilateral element is larger than the distance between the two quadrilateral elements. . For example, when radiant heat transfer from the quadrangular element A to the quadrangular element B is considered, the quadrangular element A is subdivided when the area of the quadrangular element A is larger than the distance between the quadrangular element A and the quadrangular element B. (For example, refer to Patent Document 1).

第2の従来の技術として、コンピュータグラフィックで面の照度を計算する際に用いるメッシュの再分割方法がある。この再分割方法は、光が照射された表面を三角形のメッシュに分割し、1つのメッシュについて計算された照度と、そのメッシュを補間によってさらに細分化したメッシュの照度との差が、所定の基準値以上であると、そのメッシュを細分化する。たとえば粗い分割のメッシュAで計算された照度と、メッシュAを細分化したメッシュBで計算された照度を比較し、両者の照度にある程度以上の差があればメッシュAを細分化する(たとえば非特許文献1参照)。   As a second conventional technique, there is a mesh subdivision method used when calculating the illuminance of a surface by computer graphics. In this subdivision method, the surface irradiated with light is divided into triangular meshes, and the difference between the illuminance calculated for one mesh and the illuminance of the mesh further subdivided by interpolation is determined according to a predetermined reference. If it is greater than or equal to the value, the mesh is subdivided. For example, the illuminance calculated with the coarsely divided mesh A is compared with the illuminance calculated with the mesh B obtained by subdividing the mesh A, and if there is a difference between the two illuminances, the mesh A is subdivided (for example, non- Patent Document 1).

特開2002−109562号公報JP 2002-109562 A ヤロスラフ クリヴァネク(Jaroslav Kr iv疣ek)、他2名、「アダプティブ メッシュ サブディヴィジョン フォー プリコンピューティッド ラディアンス トランスファ(Adaptive Mesh Subdivision for Precomputed Radiance Transfer)」、スプリング コンフェランス オン コンピュータ グラフィック(Spring Conference on Computer Graphics)、2004年4月Jaroslav Kr iv 疣 ek, two others, “Adaptive Mesh Subdivision for Precomputed Radiance Transfer”, Spring Conference on Computer Graphics, April 2004

輻射計算では、形態係数の計算に多大な計算コストがかかり、さらに形態係数データを記憶するために多くの記憶容量が必要になるので、形態係数を算出するための要素の数を精度確保に最低限必要な数に抑えておかないと、計算効率が悪化する。   In radiation calculation, the calculation of the form factor is very expensive, and a large amount of storage capacity is required to store the form factor data, so the number of elements for calculating the form factor is the minimum to ensure accuracy. If it is not limited to the necessary number, calculation efficiency will deteriorate.

発熱する物体については、その物体の表面の場所によって大きな温度差が発生するので、つまり温度分布が均一ではないので、物体の表面の場所による温度差を計算に反映するためには、形態係数を算出するための要素を細かく分割する必要がある。   For objects that generate heat, a large temperature difference occurs depending on the location of the surface of the object.In other words, the temperature distribution is not uniform. It is necessary to finely divide the elements for calculation.

第1の従来の技術は、発熱の有無および発熱量の大小を考慮しない分割方法であり、細かい要素に分割しないと、充分な精度で輻射計算を実行することができない。ところが、要素を細かくすると、要素数が増加するので、計算時間が長くなるという問題がある。   The first conventional technique is a division method that does not take into consideration the presence or absence of heat generation and the amount of heat generation, and unless it is divided into fine elements, radiation calculation cannot be executed with sufficient accuracy. However, if the elements are made finer, the number of elements increases, so there is a problem that the calculation time becomes longer.

第2の従来の技術は、粗い要素に分割して計算した結果を元にさらに分割するものである。しかしながら、熱流体解析では、一旦計算した温度分布を元に変化の激しい箇所をさらに再分割すると、1回の計算時間が長いので処理時間が膨大になるという問題がある。さらに計算要素が伝導および対流の影響計算にも使用されており、輻射のためだけに自由に再分割するのは困難である。   The second conventional technique further divides based on the result calculated by dividing into coarse elements. However, in the thermofluid analysis, there is a problem that if a portion where the change is rapid is further subdivided based on the temperature distribution once calculated, the processing time becomes enormous because one calculation time is long. In addition, the computational elements are also used to calculate the effects of conduction and convection, and it is difficult to freely subdivide only for radiation.

本発明の目的は、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができる熱解析装置、熱解析方法、プログラムおよび記録媒体を提供することである。   An object of the present invention is to provide a thermal analysis apparatus, a thermal analysis method, a program, and a recording medium that can execute highly accurate radiation calculation in a short calculation time.

本発明は、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶手段と、
記憶手段に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成手段と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出手段と、
3次元要素モデル生成手段によって生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出手段によって部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成手段と、
面要素モデル生成手段によって生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析手段とを含むことを特徴とする熱解析装置である。
The present invention comprises a storage means for storing shape information representing the shapes of a plurality of parts constituting the analysis object;
Three-dimensional element model generation means for generating a three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron by dividing the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage means for each part;
A surface element target area calculating means for calculating a target area of a surface element composed of a portion of a surface constituting a surface of the component for each component by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part by the surface element target area calculating means by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generating means A surface element model generating means for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
The thermal analysis apparatus includes thermal analysis means for calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated by the surface element model generation means.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記複数の部品のうちの第1の部品の面要素の最大の面積を、前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量が第1の部品の発熱量未満である前記複数の部品のうちの第2の部品の面要素の最大の面積未満とすることを特徴とする。
According to the present invention, the storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generation means is configured such that the heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means is less than the heat generation amount of the first component. Of the plurality of parts, the area is less than the maximum area of the surface element of the second part.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記複数の部品のうちの前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない第1の部品の面要素の面積を、前記複数の部品のうちの前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロである第2の部品の面要素の面積の4分の1以下とすることを特徴とする。
According to the present invention, the storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generation means calculates the area of the surface element of the first part whose heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means among the plurality of parts is not zero. The amount of heat generated by the heat generation information stored in the storage means is zero or less than the area of the surface element of the second component having zero.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする。
According to the present invention, the storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generating means sets at least four surface elements to have a surface with the largest area among the surfaces constituting the surface of the component whose heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means is not zero. Features.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱密度を表す発熱密度情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される発熱密度情報が示す発熱密度が予め定める基準発熱密度以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the storage means further stores heat density information representing heat density of the plurality of parts,
The surface element model generation means has at least four surfaces having the largest area among the surfaces constituting the surface of the component having a heat generation density indicated by the heat generation density information stored in the storage device equal to or higher than a predetermined reference heat generation density. It is a surface element.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率が予め定める基準熱伝導率以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする。
Further, in the present invention, the storage means further stores thermal conductivity information representing the thermal conductivity of the plurality of components,
The surface element model generation means has a surface with the largest area among the surfaces constituting the surface of the component having a thermal conductivity indicated by the thermal conductivity information stored in the storage means equal to or higher than a predetermined reference thermal conductivity. It is characterized by having at least four surface elements.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数および予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とをさらに記憶し、
前記予め定める算出式は、前記記憶手段に記憶される体積情報が示す体積をV、前記記憶手段に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数を瘁A前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をaとするとき、部品ごとの面要素の目標面積Sは、
S=min(Sk,(Sk/(α×Q/V)))
であることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the storage means includes volume information indicating the volume of the plurality of components, heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of components, and a predetermined reference area for calculating a target area of the surface element. , Further storing surface element control information representing a predetermined correction coefficient and a constant to be determined;
The predetermined calculation formula is such that the volume indicated by the volume information stored in the storage means is V, the heat generation amount indicated by the heat generation amount information stored in the storage means is Q, and the surface element control information stored in the storage means. The predetermined reference area indicated by is Sk, and the predetermined correction coefficient indicated by the surface element control information stored in the storage means is 瘁 A and the constant to be determined indicated by the surface element control information stored in the storage means is a. When the surface area target area S for each part is
S = min (Sk, (Sk / (α × Q / V) a ))
It is characterized by being.

また本発明は、前記記憶手段は、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数、予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とをさらに記憶し、
前記予め定める算出式は、前記記憶手段に記憶される体積情報が示す体積をV、前記記憶手段に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、前記記憶手段に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率をD、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数を竅A前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をb、cおよびdとするとき、部品ごとの面要素の目標面積Sは、
S=min(Sk,(Sk/(β×Q/V/D)))
であることを特徴とする。
According to the present invention, the storage means includes volume information indicating the volume of the plurality of components, heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of components, and thermal conductivity information indicating the thermal conductivity of the plurality of components. And a predetermined reference area for calculating the target area of the surface element, a predetermined correction coefficient, and surface element control information representing a constant to be determined,
The predetermined calculation formula is such that the volume indicated by the volume information stored in the storage means is V, the heat generation amount indicated by the heat generation amount information stored in the storage means is Q, and the thermal conductivity information stored in the storage means. D, the predetermined reference area indicated by the surface element control information stored in the storage means Sk, and the predetermined correction coefficient indicated by the surface element control information stored in the storage means 竅 A When the constants to be predetermined indicated by the surface element control information stored in the means are b, c and d, the target area S of the surface element for each part is:
S = min (Sk, (Sk / (β × Q b / V c / D d)))
It is characterized by being.

また本発明は、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成工程と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出工程と、
3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成工程と、
面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析工程とを含むことを特徴とする熱解析方法である。
The present invention also includes a three-dimensional polyhedron by dividing the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage device that stores shape information representing the shape of a plurality of parts constituting the analysis object into parts. A three-dimensional element model generation step for generating a three-dimensional element model;
A surface element target area calculation step for calculating a target area of a surface element composed of a part of a surface constituting the surface of the part for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part in the surface element target area calculation step by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step A surface element model generation step for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
A thermal analysis method comprising: a thermal analysis step of calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated in the surface element model generation step.

また本発明は、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成工程と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出工程と、
3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成工程と、
面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析工程とを、コンピュータに実行させるためのプログラムである。
また本発明は、前記プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
The present invention also includes a three-dimensional polyhedron by dividing the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage device that stores shape information representing the shape of a plurality of parts constituting the analysis object into parts. A three-dimensional element model generation step for generating a three-dimensional element model;
A surface element target area calculation step for calculating a target area of a surface element composed of a part of a surface constituting the surface of the part for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part in the surface element target area calculation step by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step A surface element model generation step for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
This is a program for causing a computer to execute a thermal analysis step of calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated in the surface element model generation step.
The present invention is also a computer-readable recording medium on which the program is recorded.

本発明によれば、記憶手段によって、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報が記憶され、3次元要素モデル生成手段によって、記憶手段に記憶される形状情報が示す部品の形状が部品ごとに分割されて、3次元の多面体からなる3次元要素モデルが生成され、面要素目標面積算出手段によって、部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積が、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出される。   According to the present invention, the storage means stores shape information representing the shapes of a plurality of parts constituting the analysis object, and the three-dimensional element model generation means indicates the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage means. Is divided into parts, a three-dimensional element model consisting of a three-dimensional polyhedron is generated, and the target area of the surface element consisting of the surface parts constituting the surface of the part is calculated by the surface element target area calculation means It is calculated for each part by a predetermined calculation formula for calculating.

そして、面要素モデル生成手段によって、3次元要素モデル生成手段によって生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面が結合されて、面要素目標面積算出手段によって部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルが生成され、熱解析手段によって、面要素モデル生成手段によって生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析が行われる。   Then, by the surface element model generation means, the adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generation means are combined, and the surface element target area calculation means A surface element model consisting of surface elements with an area equal to or larger than the target area calculated for each part is generated, and the surface element model generated by the surface element model generation means is generated from the surface of each part by the thermal analysis means. Thermal analysis is performed by calculating the thermal radiation.

したがって、面要素の大きさを予め定める算出式によって部品ごとに算出した目標面積以上の面要素とすることによって、面要素を必要以上に細かくすることを回避することができるので、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができる。   Therefore, it is possible to avoid making the surface element unnecessarily fine by setting the surface element to a surface element larger than the target area calculated for each part by a predetermined calculation formula. A highly accurate radiation calculation can be executed.

また本発明によれば、3次元要素モデル生成工程では、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成し、面要素目標面積算出工程では、部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する。   Further, according to the present invention, in the three-dimensional element model generation step, the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage device that stores the shape information indicating the shape of the plurality of parts constituting the analysis object is determined for each part. A three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron is generated by division, and in the surface element target area calculation step, a target area of a surface element formed of a portion of a surface constituting the surface of the part is calculated. The calculation is performed for each part using a predetermined calculation formula.

そして、面要素モデル生成工程では、3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成し、熱解析工程では、面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う。   Then, in the surface element model generation step, among the faces of the polyhedron of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step, adjacent surfaces exposed on the surface of the part are combined, and a surface element target area calculation step In the thermal analysis process, a surface element model is created from the surface of each part with respect to the surface element model generated in the surface element model generation process. The thermal radiation is calculated and thermal analysis is performed.

したがって、本発明に係る熱解析方法を用いれば、面要素の大きさを予め定める算出式によって部品ごとに算出した目標面積以上の面要素とすることによって、面要素を必要以上に細かくすることを回避することができるので、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができる。   Therefore, if the thermal analysis method according to the present invention is used, it is possible to make the surface element finer than necessary by making the surface element larger than the target area calculated for each part by a predetermined calculation formula for the size of the surface element. Since this can be avoided, highly accurate radiation calculation can be executed in a short calculation time.

また本発明によれば、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成工程と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出工程と、
3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成工程と、
面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析工程とを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして提供することができる。
Further, according to the present invention, the three-dimensional polyhedron is obtained by dividing the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage device that stores the shape information representing the shape of the plurality of parts constituting the analysis object into parts. A three-dimensional element model generation step for generating a three-dimensional element model comprising:
A surface element target area calculation step for calculating a target area of a surface element composed of a part of a surface constituting the surface of the part for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part in the surface element target area calculation step by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step A surface element model generation step for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
Provided as a program for causing a computer to execute a thermal analysis process for calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated in the surface element model generation process it can.

また本発明によれば、前記プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体として提供することができる。   The present invention can also be provided as a computer-readable recording medium on which the program is recorded.

図1は、本発明の実施の一形態である熱解析装置1の構成を示すブロック図である。本発明に係る熱解析方法は、熱解析装置1によって処理される。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a thermal analysis apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The thermal analysis method according to the present invention is processed by the thermal analysis apparatus 1.

熱解析装置1は、制御部10、形状情報入力部11、材料物性値入力部12、3次元要素モデル生成部13、面要素目標面積算出部14、面要素モデル生成部15、熱解析部16、出力部17、CAD(Computer Aided Design)情報データベースD1、材料情報データベースD2、面要素制御情報データベースD3、3次元要素情報データベースD4、面要素情報データベースD5、および出力結果データベースD6を含む。   The thermal analysis apparatus 1 includes a control unit 10, a shape information input unit 11, a material property value input unit 12, a three-dimensional element model generation unit 13, a surface element target area calculation unit 14, a surface element model generation unit 15, and a thermal analysis unit 16. , An output unit 17, a CAD (Computer Aided Design) information database D1, a material information database D2, a surface element control information database D3, a three-dimensional element information database D4, a surface element information database D5, and an output result database D6.

熱解析装置1は、たとえばキーボードおよびマウスなどの入力装置と、CPU( Central Processing Unit)およびCPUに接続されるI/O(Input/Output)インターフェースを含む制御装置と、プログラムおよびデータを記憶する半導体メモリおよびハードディスク装置などの記憶装置と、CRT(Cathode Ray Tube)およびLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置、ならびにプリンタなどの印刷装置を含む出力装置とによって構成される。   The thermal analysis device 1 includes, for example, an input device such as a keyboard and a mouse, a control device including a CPU (Central Processing Unit) and an I / O (Input / Output) interface connected to the CPU, and a semiconductor that stores programs and data. A storage device such as a memory and a hard disk device, a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) and an LCD (Liquid Crystal Display), and an output device including a printing device such as a printer.

記憶装置に記憶されるデータは、CAD情報データベースD1、材料情報データベースD2、面要素制御情報データベースD3、3次元要素情報データベースD4、面要素情報データベースD5および出力結果データベースD6のデータを含む。   Data stored in the storage device includes data of a CAD information database D1, a material information database D2, a surface element control information database D3, a three-dimensional element information database D4, a surface element information database D5, and an output result database D6.

CPUは、記憶装置に記憶されるプログラムを実行することによって、制御部10、形状情報入力部11、材料物性値入力部12、3次元要素モデル生成部13、面要素目標面積算出部14、面要素モデル生成部15、熱解析部16および出力部17の機能を実現する。制御装置に含まれるCPUは、1つに限定されるものではなく、複数のCPUを含む構成として、並列計算を可能として、計算速度の優れたものとしてもよい。   The CPU executes a program stored in the storage device to thereby execute a control unit 10, a shape information input unit 11, a material property value input unit 12, a three-dimensional element model generation unit 13, a surface element target area calculation unit 14, a surface The functions of the element model generation unit 15, the thermal analysis unit 16, and the output unit 17 are realized. The number of CPUs included in the control device is not limited to one, and a configuration including a plurality of CPUs may enable parallel calculation and have an excellent calculation speed.

熱解析装置1に含まれる装置は、これらに限られるものではなく、通信回線たとえばLAN(Local Area Network)に接続される他の装置と情報を送受信する通信装置を含んでもよい。通信装置によって、たとえばLANに接続されるCAD装置から、CAD装置で作成された情報を受信してもよいし、LANに接続される記憶装置に情報を送信して記憶させてもよい。熱解析装置1に含まれる装置は、一般的に知られている装置でよく、詳細な説明は省略する。   The devices included in the thermal analysis device 1 are not limited to these, and may include a communication device that transmits / receives information to / from other devices connected to a communication line such as a LAN (Local Area Network). The communication device may receive information created by the CAD device, for example, from a CAD device connected to the LAN, or the information may be transmitted and stored in a storage device connected to the LAN. The apparatus included in the thermal analysis apparatus 1 may be a generally known apparatus, and detailed description thereof is omitted.

記憶手段であるCAD情報データベースD1は、形状情報入力部11によって入力されたCAD情報を記憶するデータベースである。CAD情報は、解析対象物に含まれる各部品についての情報、たとえば部品の形状を表す形状情報、部品の材料種類を表す材料種類情報、部品の発熱量を表す発熱量情報、部品の体積を表す体積情報、および部品の位置を表す位置情報、ならびに解析対象領域の形状などを表す情報である。記憶手段である材料情報データベースD2は、材料物性値入力部12によって入力された材料情報を記憶するデータベースである。材料情報は、材料種類ごとの材料物性値を表す情報、たとえば熱伝導率を表す熱伝導率情報、発熱密度を表す発熱密度情報、比熱を表す比熱情報である。   The CAD information database D <b> 1 that is a storage unit is a database that stores CAD information input by the shape information input unit 11. The CAD information represents information about each part included in the analysis target, for example, shape information indicating the shape of the part, material type information indicating the material type of the part, heat generation amount information indicating the heat generation amount of the part, and volume of the part. This is volume information, position information indicating the position of the component, and information indicating the shape of the analysis target area. The material information database D <b> 2 that is a storage unit is a database that stores material information input by the material property value input unit 12. The material information is information representing the material property value for each material type, for example, heat conductivity information representing heat conductivity, heat generation density information representing heat generation density, and specific heat information representing specific heat.

記憶手段である面要素制御情報データベースD3は、面要素制御情報を記憶するデータベースである。面要素制御情報は、基準発熱密度、基準熱伝導率、面要素の基準面積Sk、べき定数a,bおよびd、ならびに補正係数αおよびβなどを表す情報である。3次元要素情報データベースD4は、3次元要素モデル生成部13によって生成された3次元要素モデルを表す3次元要素情報を記憶する。   The surface element control information database D3, which is a storage means, is a database that stores surface element control information. The surface element control information is information representing a reference heat generation density, a reference heat conductivity, a reference area Sk of the surface element, power constants a, b and d, correction coefficients α and β, and the like. The three-dimensional element information database D4 stores three-dimensional element information representing the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generation unit 13.

面要素情報データベースD5は、部品ごとの輻射計算用面要素の目標面積を表す目標面積情報、および輻射計算用面要素からなる面要素モデルを表す面要素情報を記憶する。輻射計算用面要素は、部品の表面を構成する面の部分であり、各部品の表面からの熱輻射を考慮する熱解析を行うために用いられる。以下、輻射計算用面要素のことを、単に「面要素」ともいう。出力結果データベースD6は、熱解析部14が解析した解析結果を出力部17によって出力した出力情報を記憶する。   The surface element information database D5 stores target area information representing the target area of the radiation calculation surface element for each component and surface element information representing a surface element model including the radiation calculation surface elements. The surface element for radiation calculation is a part of the surface that constitutes the surface of the component, and is used for performing a thermal analysis that takes into account thermal radiation from the surface of each component. Hereinafter, the surface element for radiation calculation is also simply referred to as “surface element”. The output result database D6 stores output information obtained by the output unit 17 outputting the analysis result analyzed by the thermal analysis unit 14.

制御部10は、形状情報入力部11、材料物性値入力部12、3次元要素モデル生成部13、面要素目標面積算出部14、面要素モデル生成部15、熱解析部16、出力部17、CAD情報データベースD1、材料情報データベースD2、面要素制御情報データベースD3、3次元要素情報データベースD4、面要素情報データベースD5および出力結果データベースD6を制御し、これらの間での情報の受け渡しも制御する。   The control unit 10 includes a shape information input unit 11, a material property value input unit 12, a three-dimensional element model generation unit 13, a surface element target area calculation unit 14, a surface element model generation unit 15, a thermal analysis unit 16, an output unit 17, The CAD information database D1, the material information database D2, the surface element control information database D3, the three-dimensional element information database D4, the surface element information database D5, and the output result database D6 are controlled, and information exchange between them is also controlled.

形状情報入力部11は、CAD情報を入力し、入力したCAD情報をCAD情報データベースD1に記憶する。材料物性値入力部12は、材料情報を入力し、入力した材料情報を材料情報データベースD2に記憶する。   The shape information input unit 11 inputs CAD information and stores the input CAD information in the CAD information database D1. The material property value input unit 12 inputs material information and stores the input material information in the material information database D2.

3次元要素モデル生成手段である3次元要素モデル生成部13は、CAD情報データベースD1に記憶されるCAD情報を参照して、解析対象物を構成する部品の形状を3次元の多面体である3次元要素に分割する。そして、分割した3次元要素からなる3次元要素モデルを生成し、生成した3次元要素モデルを表す3次元要素情報を3次元要素情報データベースD4に記憶する。3次元要素の多面体の形状は、4面体、5面体たとえば三角柱、および6面体などが一般的あるが、熱解析部16が処理可能な形状であればこれら以外のどのような形状であってもよい。   The three-dimensional element model generation unit 13 which is a three-dimensional element model generation unit refers to the CAD information stored in the CAD information database D1, and changes the shape of the parts constituting the analysis target into a three-dimensional polyhedron. Split into elements. Then, a three-dimensional element model composed of the divided three-dimensional elements is generated, and the three-dimensional element information representing the generated three-dimensional element model is stored in the three-dimensional element information database D4. The shape of the polyhedron of the three-dimensional element is generally a tetrahedron, a pentahedron such as a triangular prism, and a hexahedron, but any shape other than these can be used as long as the shape can be processed by the thermal analysis unit 16. Good.

面要素目標面積算出手段である面要素目標面積算出部14は、CAD情報データベースD1に記憶されるCAD情報、材料情報データベースD2に記憶される材料情報、および面要素制御情報データベースD3に記憶される面要素制御情報を参照して、面要素の目標面積を算出し、算出した目標面積を表す目標面積情報を面要素情報データベースD5に記憶する。   The surface element target area calculation unit 14 which is a surface element target area calculation means is stored in the CAD information stored in the CAD information database D1, the material information stored in the material information database D2, and the surface element control information database D3. With reference to the surface element control information, the target area of the surface element is calculated, and the target area information representing the calculated target area is stored in the surface element information database D5.

図2は、輻射伝熱を説明するための図である。図2に示した発熱する面A31から、面A31に向かい合う発熱しない任意の形状の面B32への輻射伝熱量QABを考える。 FIG. 2 is a diagram for explaining radiant heat transfer. Consider the amount of radiation heat transfer Q AB from the heat generating surface A31 shown in FIG. 2 to the surface B32 of any shape that does not generate heat that faces the surface A31.

説明を簡単にするために、面A31をXYZ座標系のXY平面上にある正方形の面とし、正方形の平行な1組の辺はX軸に平行で、かつそれらの辺に直交する他の平行な1組の辺はY軸に平行である。さらに、面A31の1つの頂点の位置をXY座標(0,0)とし、一辺の長さをdとする。   For simplicity of explanation, the surface A31 is a square surface on the XY plane of the XYZ coordinate system, and one set of parallel sides of the square is parallel to the X axis and another parallel surface orthogonal to these sides. One set of sides is parallel to the Y axis. Further, assume that the position of one vertex of the surface A31 is XY coordinates (0, 0), and the length of one side is d.

面A31の温度勾配は、X軸方向が「2a」およびY軸方向が「0」である。面B32は、面内で一様な温度である。面A31のX=0の位置の温度がTa0であるとすると、面A31上の座標(x,y)の位置の温度Taは、Ta0+2axとなる。たとえば、X=0の微小領域R0での温度は、Ta0であり、X=d/2の微小領域R1での温度は、Ta0+aであり、X=dの微小領域R2での温度は、Ta0+2aである。   The temperature gradient of the surface A31 is “2a” in the X-axis direction and “0” in the Y-axis direction. The surface B32 has a uniform temperature in the surface. Assuming that the temperature at the position of X = 0 on the surface A31 is Ta0, the temperature Ta at the position of the coordinates (x, y) on the surface A31 is Ta0 + 2ax. For example, the temperature in the minute region R0 where X = 0 is Ta0, the temperature in the minute region R1 where X = d / 2 is Ta0 + a, and the temperature in the minute region R2 where X = d is Ta0 + 2a. is there.

面A31上の任意の1点から面B32への輻射伝熱量QABは、上述した式(6)から式(1)となる。 The amount of radiant heat transfer Q AB from any one point on the surface A31 to the surface B32 is expressed by the above-described equations (6) to (1).

ここに、σはステファンボルツマン定数であり、その値は5.67e−8(W/m/K)である。εは要素Aの輻射率、εは要素Bの輻射率、Tは要素Aの絶対温度(K)、Tは要素Bの絶対温度(K)、およびSは要素Aつまり面A31の面積(m)である。FABは輻射形態係数であり、上述した式(7)から算出することができる。たとえば、2つの面SaおよびSbについて、2つの面SaおよびSbの大きさに比して、2つの面SaおよびSb間の距離が十分に大きく、かつ2つの面SaおよびSbがほぼ平面の場合、輻射形態係数FABは、ほぼ定数と見做すことができる。 Here, σ is a Stefan Boltzmann constant, and its value is 5.67e −8 (W / m 2 / K 4 ). emissivity of epsilon A elements A, emissivity of epsilon B elements B, T a is the absolute temperature of the element A (K), T b is the element B absolute temperature (K), and S A are elements A clogging surface It is the area (m 2 ) of A31. F AB is a radiation form factor and can be calculated from the above-described equation (7). For example, in the case of the two surfaces Sa and Sb, the distance between the two surfaces Sa and Sb is sufficiently large compared to the size of the two surfaces Sa and Sb, and the two surfaces Sa and Sb are substantially flat. The radiation form factor F AB can be regarded as a substantially constant.

ここで、輻射伝熱量QABに関して、X軸方向の温度勾配を考慮した場合と、無視した場合の差をΔQと定義し、ΔQへの温度勾配の影響を考えてみる。温度勾配を考慮した場合、面A31の上のX=xの温度Taは、Ta0+2axとなる。温度勾配を無視した場合、温度Taは面A31内で一様にTa0である。 Here, regarding the radiant heat transfer amount Q AB , the difference between the case where the temperature gradient in the X-axis direction is considered and the case where it is ignored is defined as ΔQ, and the influence of the temperature gradient on ΔQ is considered. In consideration of the temperature gradient, the temperature Ta of X = x on the surface A31 is Ta0 + 2ax. When the temperature gradient is ignored, the temperature Ta is uniformly Ta0 in the plane A31.

および and

と定義すると、
ΔQ/dxdy=K×((Ta0+2ax)−Ta0
となる。これを変形すると、
ΔQ/dxdy=K×(4×2ax×Ta0+6(2ax)×Ta0
+4(2ax)×Ta0+(2ax)
=K×(8ax×Ta0+24×a×x×Ta0
+16×a×x×Ta0+2×a×x
となる。これをxで積分すると、
ΔQ/dy=K×(4a×x×Tao+8×a×x×Ta0
+4×a×x×Ta0+2/5×a×x
となる。これを、xが0〜dの間で積分すると、
ΔQ/dy=K×(4a×d×Tao+8×a×d×Ta0
+4×a×d×Ta0+2/5×a×d)
となる。さらに、yが0〜dの間で積分すると、
ΔQ=K×(4a×d×Tao+8×a×d×Ta0
+4×a×d×Ta0+2/5×a×d
となる。ここで、極低温下ではない一般的な常温以上での熱問題では、a×dは高々摂氏10度程度であるのに対して、Ta0は少なくとも摂氏300度かそれ以上であることを考えると、括弧内の第1項を4a×d×Ta0と近似してよく、
ΔQ≒K×2a×d×Ta0
と近似することができる。つまり、ひとつの面要素内で表面温度の勾配が無視されてしまうことで発生する輻射伝熱量の誤差は、温度勾配2aに比例することがわかる。さらに、輻射伝熱量の誤差は、輻射面要素のサイズdの3乗に比例することがわかる。
Defined as
ΔQ / dxdy = K × ((Ta0 + 2ax) 4 −Ta0 4 )
It becomes. If this is transformed,
ΔQ / dxdy = K × (4 × 2ax × Ta0 3 +6 (2ax) 2 × Ta0 2
+4 (2ax) 3 × Ta0 + (2ax) 4 )
= K × (8ax × Ta0 3 + 24 × a 2 × x 2 × Ta0 2
+ 16 × a 3 × x 3 × Ta0 + 2 × a 4 × x 4 )
It becomes. If this is integrated with x,
ΔQ / dy = K × (4a × x 2 × Tao 3 + 8 × a 2 × x 3 × Ta0 2
+ 4 × a 4 × x 3 × Ta0 + 2/5 × a 5 × x 4 )
It becomes. If x is integrated between 0 and d,
ΔQ / dy = K × (4a × d 2 × Tao 3 + 8 × a 2 × d 3 × Ta0 2
+ 4 × a 4 × d 3 × Ta0 + 2/5 × a 5 × d 4 )
It becomes. Furthermore, if y is integrated between 0 and d,
ΔQ = K × (4a × d 3 × Tao 3 + 8 × a 2 × d 4 × Ta0 2
+ 4 × a 5 × d 3 × Ta0 + 2/5 × a 5 × d 6 )
It becomes. Here, in a general heat problem at a room temperature or higher that is not under an extremely low temperature, a × d is at most about 10 degrees Celsius, whereas Ta0 is at least 300 degrees Celsius or more. The first term in parentheses may be approximated to 4a × d 3 × Ta0 3
ΔQ≈K × 2a × d 3 × Ta0 3
And can be approximated. In other words, it can be seen that the error in the amount of radiant heat transfer caused by ignoring the gradient of the surface temperature within one surface element is proportional to the temperature gradient 2a. Further, it can be seen that the error in the amount of radiant heat transfer is proportional to the cube of the size d of the radiating surface element.

熱平衝状態にある発熱部品においては、部品が発生する熱量と部品を内包する閉曲面を通過する総熱量は等しい。よって熱平衝状態にある発熱部品を内包する閉曲面の表面積が1/n倍になった場合、表面積が1/n倍になった閉曲面を通過する単位面積かつ単位時間当たりの熱量は、n倍になる。単位時間かつ単位面積あたりに通過する熱量をn倍とするためには、熱伝導率または閉曲面直交方向の温度勾配がn倍でなければならない。   In a heat generating component in a heat-balanced state, the amount of heat generated by the component is equal to the total amount of heat passing through the closed curved surface containing the component. Therefore, when the surface area of the closed curved surface containing the heat-generating component in the heat-balanced state is 1 / n times, the unit area passing through the closed surface with the surface area being 1 / n times and the amount of heat per unit time are n times. In order to increase the amount of heat passing per unit time and unit area by n times, the thermal conductivity or the temperature gradient in the direction orthogonal to the closed curved surface must be n times.

すなわち、部品表面の温度勾配は、表面直交方向の温度勾配と比例関係にあると考えられるので、部品表面の温度勾配は、部品の熱伝導率に反比例し、部品の表面積に反比例する。輻射伝熱量の誤差は、部品の発熱量に比例し、部品の表面積に反比例し、部品の熱伝導率に反比例し、さらに面要素のサイズの3乗に比例することがわかる。全体の面要素数を一定としつつ、全体としての輻射伝導量の誤差を最小とするには、面要素ごとに発生する輻射伝熱量の誤差ΔQが一定となるように各面要素の面積を調整すればよい。   That is, since the temperature gradient on the surface of the component is considered to be proportional to the temperature gradient in the direction perpendicular to the surface, the temperature gradient on the surface of the component is inversely proportional to the thermal conductivity of the component and inversely proportional to the surface area of the component. It can be seen that the radiant heat transfer error is proportional to the calorific value of the component, inversely proportional to the surface area of the component, inversely proportional to the thermal conductivity of the component, and further proportional to the cube of the size of the surface element. In order to minimize the total radiation conduction error while keeping the total number of surface elements constant, the area of each surface element is adjusted so that the error ΔQ of the radiation heat transfer amount generated for each surface element is constant. do it.

ΔQ ∝ (部品の発熱量)×(面要素のサイズ)
/((部品の熱伝導率)×(部品の表面積))
であるから、ΔQを一定とする面要素のサイズは、
面要素のサイズ ∝ ((部品の熱伝導率)×(部品の表面積)
/(部品の発熱量))1/3
から求められる。面要素の面積を面要素のサイズの2乗、部品の表面積を部品のサイズの2乗とすると、
面要素の面積 ∝ (部品の発熱量)−2/3×(部品の熱伝導率)2/3
×(部品のサイズ)4/3
となる。さらに、部品の体積を部品のサイズの3乗とすると、
面要素の面積 ∝ (部品の発熱量)−2/3 ×(部品の熱伝導率)2/3
×(部品の体積)4/9
とおくこともでき、部品の発熱量とは負の相関関係にあり、発熱量が大きければ面要素は小さくあるべきである。部品の熱伝導率あるいは部品の体積とは正の相関関係にあり、熱伝導率あるいは体積が大きければ面要素は大きくあるべきであるといえる。
ΔQ ∝ (heat generation amount of parts) × (surface element size) 3
/ ((Component thermal conductivity) × (part surface area))
Therefore, the size of the surface element that makes ΔQ constant is
Size of surface element ∝ ((Thermal conductivity of component) x (Surface area of component)
/ (Heat generation amount of parts)) 1/3
It is requested from. If the area of the surface element is the square of the size of the surface element and the surface area of the part is the square of the size of the part,
Area of surface element ∝ (Heat generation amount of component) -2/3 x (Thermal conductivity of component) 2/3
× (Part size) 4/3
It becomes. Furthermore, if the volume of the component is the cube of the size of the component,
Area of surface element ∝ (Heat generation amount of component) -2/3 x (Thermal conductivity of component) 2/3
× (Part volume) 4/9
It can also be said that there is a negative correlation with the heat generation amount of the component, and if the heat generation amount is large, the surface element should be small. There is a positive correlation between the thermal conductivity of the component or the volume of the component, and it can be said that the surface element should be large if the thermal conductivity or volume is large.

面要素の基準面積Skの設定基準は、解析対象物の代表的面積の1/200〜1/1000程度である。たとえば解析対象物の外寸が50mm×200mm×300mmの直方体の形状であるならば、代表的面積は、最大面積の面を基準とすると、200mm×300mm=60000mmであるので、基準面積Skの適正値は、60mm〜300mmとなる。 The standard for setting the reference area Sk of the surface element is about 1/200 to 1/1000 of the typical area of the analysis object. For example, if the outer dimension of the object to be analyzed is a rectangular parallelepiped shape having a size of 50 mm × 200 mm × 300 mm, the representative area is 200 mm × 300 mm = 60000 mm 2 on the basis of the maximum area surface. appropriate value, a 60mm 2 ~300mm 2.

補正係数αの設定基準は、「発熱密度=発熱量/体積」が解析対象物の部品内で有意に大きいと見做す値の逆数である。たとえば解析対象物中に寸法が20mm×20mm×1mmの発熱部品が100個あり、100個のうち20個の発熱量が0.4W以上、残り80個の発熱量が0.1W以下であるとすると、有意に大きな発熱密度の閾値は、0.1W/(20mm×20mm×1mm)〜0.4W/(20mm×20mm×1mm)の間のいずれかの値と考えるべきである。したがって、その値は、0.00025W/mm〜0.001W/mmとなり、その逆数である補正係数αの設定基準は、1000mm/W〜4000mm/Wとなる。べき定数aの設定基準は、0.5〜1である。 The setting criterion for the correction coefficient α is the reciprocal of a value that assumes that “heat generation density = heat generation amount / volume” is significantly large in the component of the analysis object. For example, if there are 100 heat generating parts with dimensions of 20 mm × 20 mm × 1 mm in the analysis object, 20 of the 100 heat generation amounts are 0.4 W or more, and the remaining 80 heat generation amounts are 0.1 W or less. Then, the threshold value of a significantly large heat generation density should be considered as any value between 0.1 W / (20 mm × 20 mm × 1 mm) and 0.4 W / (20 mm × 20 mm × 1 mm). Therefore, the value, 0.00025W / mm 3 ~0.001W / mm 3 , and the criteria for setting the correction coefficient α which is the inverse numbers is 1000mm 3 / W~4000mm 3 / W. The setting standard for the power constant a is 0.5 to 1.

上記のように、面要素制御情報データベースD3に蓄積させる補正係数およびべき定数は、解析対象物によって適正値を予め定めることができる。たとえばノート型パーソナルコンピュータ(以下「ノートパソコン」という)の熱解析を行う場合には、前述のような値を用いればよい。住宅の熱解析を行う場合には、住宅はノートパソコンと比べて寸法が大きく発熱密度が小さいであろうから、基準面積Skは大きくかつ補正係数αも大きくなる。   As described above, appropriate values of the correction coefficient and the power constant to be accumulated in the surface element control information database D3 can be determined in advance depending on the analysis object. For example, when performing thermal analysis of a notebook personal computer (hereinafter referred to as “notebook personal computer”), the values described above may be used. When performing thermal analysis of a house, the house will be larger in size and lower in heat generation density than a notebook computer, so the reference area Sk is large and the correction coefficient α is also large.

「同種の解析対象物の解析では、同程度の基準面積Skおよび補正係数αを用いればよい」との原則の下で、輻射計算の精度を重視する場合には、小さめの基準面積Skを使用し、計算速度またはメモリ使用量削減を重視する場合には、大きめの基準面積Skを使用すればよい。少ない発熱量でも発熱量による面要素サイズ調整を行うようにしたい場合は、大きめの補正係数αを使用すればよく、面要素サイズ調整の効果を強くしたい場合には大きめのべき定数aを使用すればよい。   Under the principle that “the same reference area Sk and correction coefficient α should be used in the analysis of the same kind of analysis object”, when the accuracy of radiation calculation is important, the smaller reference area Sk is used. However, if importance is placed on calculation speed or memory usage reduction, a larger reference area Sk may be used. If you want to adjust the surface element size based on the amount of heat generated even with a small amount of heat, use a larger correction coefficient α. If you want to increase the effect of adjusting the surface element size, use a larger power constant a. That's fine.

面要素の目標面積Sを算出するための計算式として、式(4)を用いることができる。
S=min(Sk,(Sk/(α×Q/V))) …(6)
ここに、Skは基準面積、αは補正係数、aはべき定数、Qは発熱量、Vは体積である。基準面積Sk=100mm、補正係数α=2000mm/W、およびべき定数a=1.0の値とすると、目標面積Sは、
S=min(100,100/(2000×Q/V))
となる。
Formula (4) can be used as a calculation formula for calculating the target area S of the surface element.
S = min (Sk, (Sk / (α × Q / V) a )) (6)
Here, Sk is a reference area, α is a correction coefficient, a is a power constant, Q is a calorific value, and V is a volume. When the reference area Sk = 100 mm 2 , the correction coefficient α = 2000 mm 3 / W, and the power constant a = 1.0, the target area S is
S = min (100, 100 / (2000 × Q / V))
It becomes.

たとえば、第1の例として、発熱量Q=1W、体積V=400mmの部品の場合、100/(2000×Q/V)=100/2000/1×400=20であり、S=min(100,20)=20となるので、面要素の目標面積Sは、20mmと小さな値となる。 For example, as a first example, in the case of a part having a calorific value Q = 1 W and a volume V = 400 mm 3 , 100 / (2000 × Q / V) = 100/2000/1 × 400 = 20 and S = min ( Since 100, 20) = 20, the target area S of the surface element is as small as 20 mm 2 .

第2の例として、第1の例の部品と同じ体積V=400mmであるが、発熱量がQ=0.5Wと少ない部品の場合、100/(2000×Q/V)=100/2000/0.5×400=40であり、S=min(100,40)=40となるので、面要素の目標面積Sは、40mmとなる。 As a second example, in the case of a component having the same volume V = 400 mm 3 as the component of the first example, but a calorific value as small as Q = 0.5 W, 100 / (2000 × Q / V) = 100/2000 Since /0.5×400=40 and S = min (100, 40) = 40, the target area S of the surface element is 40 mm 2 .

第3の例として、第1の例の部品と同じ体積V=400mmであるが、発熱量がQ=0.1Wとさらに少ない部品の場合、100/(2000×Q/V)=100/2000/0.1×400=200であり、S=min(100,200)=100となるので、面要素の目標面積Sは、基準面積Skと同じ値である100mmとなる。 As a third example, in the case of a part having the same volume V = 400 mm 3 as the part of the first example but having a calorific value smaller than Q = 0.1 W, 100 / (2000 × Q / V) = 100 / Since 2000 / 0.1 × 400 = 200 and S = min (100, 200) = 100, the target area S of the surface element is 100 mm 2 which is the same value as the reference area Sk.

第4の例として、第1の例の部品よりも体積がV=4000mmと大きくかつ発熱量がQ=20Wと大きい部品の場合、100/(2000×Q/V)=100/2000/10×4000=20であり、S=min(100,20)=20となるので、面要素の目標面積Sは、20mmとなる。 As a fourth example, 100 / (2000 × Q / V) = 100/2000/10 in the case of a component having a volume V = 4000 mm 3 larger than that of the component of the first example and a calorific value Q = 20 W. Since × 4000 = 20 and S = min (100, 20) = 20, the target area S of the surface element is 20 mm 2 .

発熱しない部品の場合は、発熱量Qが「0」であるので100/(2000×Q/V)は無限大となり、面要素の目標面積Sは100mmとなる。 In the case of a component that does not generate heat, since the heat generation amount Q is “0”, 100 / (2000 × Q / V) is infinite, and the target area S of the surface element is 100 mm 2 .

このように、CAD情報データベースD1および面要素制御情報データベースD3によって、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数および予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とがさらに記憶される。   As described above, the CAD information database D1 and the surface element control information database D3 calculate the volume information indicating the volume of the plurality of parts, the heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts, and the target area of the surface element. A predetermined reference area, a predetermined correction coefficient, and surface element control information representing a constant to be determined are further stored.

そして、前記予め定める算出式は、CAD情報データベースD1に記憶される体積情報が示す体積をV、CAD情報データベースD1に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、面要素制御情報データベースD3に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数をα、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をa、部品ごとの面要素の目標面積Sとすると、S=min(Sk,(Sk/(α×Q/V)))であるので、部品の体積および部品の発熱量を考慮して面要素の目標面積を算出することができる。 The predetermined calculation formula is as follows: V indicates the volume indicated by the volume information stored in the CAD information database D1, Q indicates the heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the CAD information database D1, and the surface element control information database D3. The predetermined reference area indicated by the stored surface element control information is Sk, the predetermined correction coefficient indicated by the surface element control information stored in the storage means is α, and the predetermined surface area control information stored in the storage means indicates in advance. If the constant to be determined is a and the target area S of the surface element for each part is S = min (Sk, (Sk / (α × Q / V) a )), the volume of the part and the calorific value of the part are The target area of the surface element can be calculated in consideration.

面要素の目標面積Sを算出するための計算式として、式(5)を用いることもできる。
S=min(Sk,(Sk/(β×Q/V/D))) …(7)
ここに、Skは基準面積、βは補正係数、b、cおよびdはべき定数、Qは発熱量、Vは体積、Dは熱伝導率である。式(5)を用いれば、部品内での温度差が生じ難い熱伝導率の大きい部品では、面要素を細かくする必要性が少ないので、面要素の目標面積Sを大きめに設定することができるという効果が得られる。
Formula (5) can also be used as a calculation formula for calculating the target area S of the surface element.
S = min (Sk, (Sk / (β × Q b / V c / D d))) ... (7)
Here, Sk is a reference area, β is a correction coefficient, b, c and d are power constants, Q is a calorific value, V is a volume, and D is a thermal conductivity. If Expression (5) is used, a part having a high thermal conductivity that is unlikely to cause a temperature difference in the part is less necessary to make the surface element finer, so that the target area S of the surface element can be set larger. The effect is obtained.

補正係数β、べき定数b、cおよびdの設定基準は、前述の補正係数α、べき定数aの設定基準と同じである。すなわち、べき定数b、c、dは0.5〜1.0程度の値を選択すればよい。熱伝導率の大小の基準としては、解析対象物がμmオーダの微細なものであったり、熱伝導率が極端に高いもしくは極端に低い特殊な材料を使用しているのでなく、パーソナルコンピュータなどの家電製品あるいは日常的に利用する物であるならば、1W/m/K程度を熱伝導率の標準値とする。   The setting criteria for the correction coefficient β and the power constants b, c, and d are the same as the setting criteria for the correction coefficient α and the power constant a described above. That is, the power constants b, c, and d may be selected from about 0.5 to 1.0. The standard of thermal conductivity is that the object to be analyzed is a fine one on the order of μm, or a special material with extremely high or extremely low thermal conductivity is used. If it is a household appliance or a thing used on a daily basis, the standard value of thermal conductivity is about 1 W / m / K.

補正係数βは、
β=1/((標準発熱量)/(標準体積)/(標準熱伝導率)))
から算出すればよい。たとえば標準発熱量=0.2W、標準体積=400mm、標準熱伝導率=1W/m/K、b=c=d=1.0とすると、
β=2000mm/m/K=2mm/K
となる。
The correction factor β is
β = 1 / ((standard heating value) b / (standard volume) c / (standard thermal conductivity) d ))
Calculate from For example, assuming that the standard heating value = 0.2 W, the standard volume = 400 mm 3 , the standard thermal conductivity = 1 W / m / K, and b = c = d = 1.0,
β = 2000 mm 3 / m / K = 2 mm 2 / K
It becomes.

このように、CAD情報データベースD1、材料情報データベースD2および面要素制御情報データベースD3によって、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数、予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とをさらに記憶される。   Thus, by the CAD information database D1, the material information database D2, and the surface element control information database D3, volume information representing the volume of the plurality of parts, heat generation amount information representing the heat generation amount of the plurality of parts, and the plurality of pieces Further stored is thermal conductivity information representing the thermal conductivity of the component, a predetermined reference area for calculating the target area of the surface element, a predetermined correction coefficient, and surface element control information indicating a constant to be determined. .

そして、前記予め定める算出式は、CAD情報データベースD1に記憶される体積情報が示す体積をV、CAD情報データベースD1に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、材料情報データベースD2に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率をD、面要素制御情報データベースD3に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数をβ、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をb、cおよびd、部品ごとの面要素の目標面積Sとすると、S=min(Sk,(Sk/(β×Q/V/D)))である。 The predetermined calculation formula is stored in the material information database D2 as V indicating the volume indicated by the volume information stored in the CAD information database D1, Q as the heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the CAD information database D1. D indicates the thermal conductivity indicated by the thermal conductivity information, Sk indicates the predetermined reference area indicated by the surface element control information stored in the surface element control information database D3, and the surface element control information stored in the storage means indicates in advance. S = min (Sk, (Sk) where β is a correction coefficient to be determined, b, c and d are constants to be determined in advance, which are indicated by the surface element control information stored in the storage means, and a target area S of the surface element for each part. / (Β × Q b / V c / D d ))).

したがって、部品の体積および部品の発熱量に加えて部品の熱伝導率を考慮して面要素の目標面積を算出することができ、熱伝導率の大きい部品の面要素の目標面積を大きめに設定することができる。   Therefore, the target area of the surface element can be calculated in consideration of the thermal conductivity of the part in addition to the volume of the part and the heat generation amount of the part, and the target area of the surface element of the part having a high thermal conductivity is set larger. can do.

図1を参照して、面要素モデル生成手段である面要素モデル生成部15は、CAD情報データベースD1に記憶されるCAD情報、材料情報データベースD2に記憶される材料情報、面要素制御情報データベースD3に記憶される面要素制御情報、3次元要素情報データベースD4に記憶される3次元要素情報、および面要素情報データベースD5に記憶される目標面積情報を参照して、面要素からなる面要素モデルを生成し、生成した面要素モデルを表す面要素情報を面要素情報データベースD5に記憶する。   Referring to FIG. 1, a surface element model generation unit 15 which is a surface element model generation unit includes CAD information stored in a CAD information database D1, material information stored in a material information database D2, and a surface element control information database D3. A surface element model composed of surface elements is obtained by referring to the surface element control information stored in the 3D element information, the 3D element information stored in the 3D element information database D4, and the target area information stored in the surface element information database D5. The generated surface element information representing the generated surface element model is stored in the surface element information database D5.

具体的には、隣接する表面多角形を結合して、少なくとも面要素情報データベースD5に記憶される目標面積情報が示す部品ごとの面要素の目標面積以上の面積の面要素を形成し、さらに、形成した面要素からなる面要素モデルを生成する。表面多角形は、3次元要素を構成する面のうち、部品の表面に露出する面である。「隣接」とは、表面多角形の一辺を共有する関係であり、表面多角形の頂点のみを共有する関係は隣接とは見做さない。   Specifically, adjacent surface polygons are combined to form a surface element having an area that is at least the target area of the surface element for each part indicated by the target area information stored in the surface element information database D5, A surface element model composed of the formed surface elements is generated. The surface polygon is a surface exposed to the surface of the part among the surfaces constituting the three-dimensional element. “Adjacent” is a relationship sharing one side of the surface polygon, and a relationship sharing only the vertices of the surface polygon is not considered to be adjacent.

隣接する面要素の選択基準としては、第1優先の条件として、1つの面要素に含める表面多角形の法線方向が揃っていること、および第2優先の条件として、面要素の形状が正方形に近いことが望ましいが、両条件は必須ではない。   As selection criteria for adjacent surface elements, the normal direction of the surface polygons included in one surface element is aligned as the first priority condition, and the shape of the surface element is square as the second priority condition Both conditions are desirable, but both conditions are not essential.

隣接する未処理の表面多角形がない孤立した表面多角形が未処理で残ってしまうと、最終的に面積が目標面積S未満の面要素ができてしまうので、孤立した表面多角形が残らないように選択していくのが望ましい。具体的には、未処理の表面多角形のうち、三角形の表面多角形では2つの辺が、そして4以上の辺からなる表面多角形では2以上の辺がすでに処理されている表面多角形に隣接している未処理の表面多角形を選択することが望ましいが、これは必須条件ではない。   If an isolated surface polygon that does not have an adjacent unprocessed surface polygon remains unprocessed, a surface element having an area less than the target area S is finally formed, so that no isolated surface polygon remains. It is desirable to select as follows. Specifically, among unprocessed surface polygons, a triangular surface polygon has two sides, and a surface polygon composed of four or more sides has a surface polygon in which two or more sides have already been processed. Although it is desirable to select an adjacent raw surface polygon, this is not a requirement.

さらに、面要素モデル生成部15は、解析対象物を構成する複数の部品のうちの第1の部品の面要素の最大の面積を、発熱量が第1の部品の発熱量未満である前記複数の部品のうちの第2の部品の面要素の最大の面積未満とする。   Further, the surface element model generation unit 15 sets the maximum area of the surface element of the first part among the plurality of parts constituting the analysis target as the plurality of heat generation amounts less than the heat generation amount of the first component. The area of the surface element of the second part is less than the maximum area.

このように、CAD情報データベースD1によって、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報が記憶され、面要素モデル生成部15によって、前記複数の部品のうちの第1の部品の面要素の最大の面積が、CAD情報データベースD1に記憶される発熱情報が示す発熱量が第1の部品の発熱量未満である前記複数の部品のうちの第2の部品の面要素の最大の面積未満とされるので、発熱量の多い部品の表面を細かく分割することができる面要素の目標面積を算出することができる。   As described above, the CAD information database D1 stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts, and the surface element model generation unit 15 stores the maximum surface element of the first part among the plurality of parts. The heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the CAD information database D1 is less than the maximum area of the surface element of the second component among the plurality of components whose heat generation amount is less than the heat generation amount of the first component. Therefore, it is possible to calculate the target area of the surface element that can finely divide the surface of the part that generates a large amount of heat.

あるいは、面要素モデル生成部15は、解析対象物を構成する複数の部品のうち、発熱量がゼロでない部品の面要素の面積を、発熱量がゼロである部品の面要素の面積の4分の1以下とする。   Alternatively, the surface element model generation unit 15 calculates the area of the surface element of the part whose calorific value is not zero among the plurality of parts constituting the analysis target, as four times the area of the surface element of the part whose calorific value is zero. 1 or less.

このように、CAD情報データベースD1によって、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報が記憶され、面要素モデル生成部15によって、前記複数の部品のうちのCAD情報データベースD1に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない第1の部品の面要素の面積が、前記複数の部品のうちのCAD情報データベースD1に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロである第2の部品の面要素の面積の4分の1以下とされるので、発熱する部品の表面を、発熱しない部品の表面よりも細かく分割することができる面要素の目標面積を算出することができる。   In this way, heat generation information representing the heat generation amounts of the plurality of parts is stored by the CAD information database D1, and heat generation information stored in the CAD information database D1 of the plurality of parts by the surface element model generation unit 15. The area of the surface element of the first part whose non-zero heat generation amount is indicated by the surface element of the second part whose heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the CAD information database D1 among the plurality of parts is zero Therefore, it is possible to calculate the target area of the surface element that can divide the surface of the component that generates heat more finely than the surface of the component that does not generate heat.

あるいは、面要素モデル生成部15は、発熱量がゼロでない部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とする。   Or the surface element model production | generation part 15 makes the surface of the largest area among the surfaces which comprise the surface of the components in which the emitted-heat amount is not zero at least four surface elements.

このように、CAD情報データベースD1によって、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報が記憶され、面要素モデル生成部15によって、CAD情報データベースD1に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面が、少なくとも4つの面要素とされるので、発熱する部品の表面を細かく分割することができる面要素の目標面積を算出することができる。   In this way, the heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts is stored by the CAD information database D1, and the heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the CAD information database D1 by the surface element model generation unit 15 is not zero. Since the surface having the largest area among the surfaces constituting the surface of the component is at least four surface elements, the target area of the surface element that can finely divide the surface of the component that generates heat can be calculated. .

あるいは、面要素モデル生成部15は、発熱密度が基準発熱密度以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とする。   Or the surface element model production | generation part 15 makes the surface of the largest area of the surfaces which comprise the surface of the components whose heat generation density is more than a reference | standard heat generation density as at least four surface elements.

このように、材料情報データベースD2によって、前記複数の部品の発熱密度を表す発熱密度情報が記憶され、面要素モデル生成部15によって、材料情報データベースD2に記憶される発熱密度情報が示す発熱密度が予め定める基準発熱密度以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面が、少なくとも4つの面要素とされるので、発熱密度が高い部品の表面を細かく分割することができる面要素の目標面積を算出することができる。   Thus, the heat generation density information indicating the heat generation density of the plurality of parts is stored by the material information database D2, and the heat generation density indicated by the heat generation density information stored in the material information database D2 by the surface element model generation unit 15 is obtained. Since the surface having the largest area among the surfaces constituting the surface of the component having a predetermined reference heat density or higher is at least four surface elements, the surface element can finely divide the surface of the component having a high heat generation density. The target area can be calculated.

あるいは、面要素モデル生成部15は、熱伝導率が基準熱伝導率以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とする。   Or the surface element model production | generation part 15 makes the surface of the largest area of the surfaces which comprise the surface of components with thermal conductivity more than reference | standard thermal conductivity as at least four surface elements.

このように、材料情報データベースD2によって、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報が記憶され、面要素モデル生成部15によって、材料情報データベースD2に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率が予め定める基準熱伝導率以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面が、少なくとも4つの面要素とされるので、熱伝導率が高い部品の表面を細かく分割することができる面要素の目標面積を算出することができる。   As described above, the material information database D2 stores thermal conductivity information representing the thermal conductivity of the plurality of components, and the surface element model generation unit 15 indicates the thermal conductivity information stored in the material information database D2. The surface of the largest area among the surfaces constituting the surface of the component whose thermal conductivity is equal to or higher than a predetermined reference thermal conductivity is made into at least four surface elements, so the surface of the component with high thermal conductivity is finely divided. The target area of the surface element that can be calculated can be calculated.

熱解析手段である熱解析部16は、3次元要素モデル生成部13によって生成された3次元要素モデルおよび面要素モデル生成部15によって生成された面要素モデルに対して、有限要素法、有限差分法、あるいは有限体積法などの数値解析による熱解析を行う。   The thermal analysis unit 16 serving as a thermal analysis unit applies a finite element method, a finite difference to the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generation unit 13 and the surface element model generated by the surface element model generation unit 15. Method or numerical analysis such as finite volume method.

出力部17は、熱解析部16によって熱解析が行われた解析結果、たとえば各部の温度あるいは熱流束などの値を表す情報を出力情報として出力し、出力した出力情報を出力結果データベースD6に記憶する。   The output unit 17 outputs, as output information, analysis results obtained by the thermal analysis performed by the thermal analysis unit 16, for example, information indicating values such as temperature or heat flux of each unit, and stores the output information output in the output result database D6. To do.

図3は、熱解析装置1によって熱解析が行われる解析対象物20の一例を示す図である。図3(a)は、解析対象物20の斜視図である。解析対象物20は、筺体21、筺体20内に設けられる基板22、および基板22上の中央に設けられる熱源23を含んで構成される。筺体21には、2つの通気口24が形成されている。図3(b)は、解析対象物20の上面図であり、図3(c)は、解析対象物20の正面図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the analysis object 20 on which the thermal analysis is performed by the thermal analysis apparatus 1. FIG. 3A is a perspective view of the analysis object 20. The analysis target 20 includes a housing 21, a substrate 22 provided in the housing 20, and a heat source 23 provided in the center on the substrate 22. Two vent holes 24 are formed in the housing 21. FIG. 3B is a top view of the analysis object 20, and FIG. 3C is a front view of the analysis object 20.

筺体21は、X軸方向が300mm、Y軸方向が200mm、およびZ軸方向が50mmのサイズである。基板22は、X軸方向が260mm、Y軸方向が160mm、およびZ軸方向が2mmである。熱源23は、X軸方向が10mm、Y軸方向が10mm、およびZ軸方向が10mmである。各部材の熱伝導率は、筐体21が0.2W/m/K、基板22が20W/m/K、熱源23が4W/m/Kである。   The housing 21 is 300 mm in the X-axis direction, 200 mm in the Y-axis direction, and 50 mm in the Z-axis direction. The substrate 22 has an X-axis direction of 260 mm, a Y-axis direction of 160 mm, and a Z-axis direction of 2 mm. The heat source 23 has an X-axis direction of 10 mm, a Y-axis direction of 10 mm, and a Z-axis direction of 10 mm. The thermal conductivity of each member is 0.2 W / m / K for the casing 21, 20 W / m / K for the substrate 22, and 4 W / m / K for the heat source 23.

図4〜図6は、図3に示した熱解析対象20を輻射計算用面要素に分割したモデルの例を示す図である。図4は、従来の技術によって、全体を等サイズで粗い輻射計算用面要素に分割したモデルAを示す図である。図4(a)は、モデルAのうち、筺体21の全体を等サイズで粗い輻射計算用面要素に分割したモデル21aを示す図であり、図4(b)は、モデルAのうち、基板22および熱源23の全体を、それぞれ等サイズで粗い輻射計算用面要素に分割したモデル22aおよびモデル23aを示す図である。   4 to 6 are diagrams showing examples of models in which the thermal analysis target 20 shown in FIG. 3 is divided into surface elements for radiation calculation. FIG. 4 is a diagram showing a model A in which the whole is divided into coarse radiation calculation surface elements of equal size by a conventional technique. FIG. 4A is a diagram showing a model 21a of the model A in which the entire casing 21 is divided into rough radiation calculation surface elements of the same size, and FIG. It is a figure which shows the model 22a and the model 23a which divided | segmented the whole 22 and the heat source 23 into the surface element for coarse radiation calculation with equal size, respectively.

図5は、従来の技術によって、全体を等サイズで細かい輻射計算用面要素に分割したモデルBを示す図である。図5(a)は、モデルBのうち、筺体21の全体を等サイズで細かい輻射計算用面要素に分割したモデル21bを示す図であり、図5(b)は、モデルBのうち、基板22および熱源23の全体を、それぞれ等サイズで細かい輻射計算用面要素に分割したモデル22bおよびモデル23bを示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a model B in which the whole is divided into fine radiation calculation surface elements of the same size by a conventional technique. FIG. 5A is a diagram showing a model 21b of the model B in which the entire casing 21 is divided into fine radiation calculation surface elements of the same size, and FIG. It is a figure which shows the model 22b and the model 23b which divided | segmented the whole 22 and the heat source 23 into the surface element for radiation calculation with equal size, respectively.

図6は、本発明に係る熱解析装置1によって、面要素の基本サイズはモデルAと同サイズであるが、熱源23の分割数を増加させたモデルCを示す図である。図6(a)は、モデルCのうち、筺体21を、面要素の基本サイズをモデルAと同サイズに分割したモデル21cを示す図であり、図6(b)は、モデルCのうち、基板22を、面要素の基本サイズをモデルAと同サイズとしたモデル22c、および熱源23の分割数をモデルAよりも増加させたモデル23cを示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a model C in which the basic size of the surface element is the same as that of the model A but the number of divisions of the heat source 23 is increased by the thermal analysis apparatus 1 according to the present invention. 6A is a diagram showing a model 21c of the model C in which the casing 21 is divided into the same size as the model A, and FIG. 6B is a diagram of the model C. It is a figure which shows the model 22c which increased the division | segmentation number of the heat source 23 from the model 22c which made the board | substrate 22 the basic size of the surface element the same size as the model A, and the model A.

環境温度が摂氏20度で、熱源23にトータル10Wの発熱量を与えた場合のモデルA〜モデルCに対して熱解析を行い、モデルごとに輻射計算用面要素の数、計算時間、および熱源温度を比較した結果を表1に示す。   Thermal analysis is performed on models A to C when the ambient temperature is 20 degrees Celsius and the heat source 23 is given a total heating value of 10 W, and the number of radiation calculation surface elements, calculation time, and heat source for each model Table 1 shows the results of the temperature comparison.

モデルCでは、モデルAと変わらない短い計算時間で、細かい面要素分割をしたモデルBと同等の計算結果が得られていることがわかる。   It can be seen that the calculation result equivalent to that of the model B obtained by fine surface element division is obtained in the model C in a short calculation time that is the same as that of the model A.

このように、本発明による熱解析装置1によれば、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができ、設計期間の短縮および設計コストの削減を実現することができる。   As described above, according to the thermal analysis device 1 of the present invention, it is possible to perform highly accurate radiation calculation in a short calculation time, and it is possible to realize a reduction in design period and a reduction in design cost.

このように、CAD情報データベースD1によって、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報が記憶され、3次元要素モデル生成部13によって、CAD情報データベースD1に記憶される形状情報が示す部品の形状が部品ごとに分割されて、3次元の多面体からなる3次元要素モデルが生成され、面要素目標面積算出部14によって、部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積が、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出される。   As described above, the CAD information database D1 stores shape information representing the shapes of a plurality of parts constituting the analysis target, and the three-dimensional element model generation unit 13 indicates the shape information stored in the CAD information database D1. The shape of the part is divided for each part, a three-dimensional element model including a three-dimensional polyhedron is generated, and the target area of the surface element including the surface part constituting the surface of the part is generated by the surface element target area calculation unit 14. Is calculated for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area.

そして、面要素モデル生成部15によって、3次元要素モデル生成部13によって生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面が結合されて、面要素目標面積算出部14によって部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルが生成され、熱解析部16によって、面要素モデル生成部15によって生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析が行われる。   Then, the adjacent surface exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generating unit 13 is combined by the surface element model generating unit 15 to obtain the surface element target area. A surface element model composed of surface elements having an area equal to or larger than the target area calculated for each part by the calculation unit 14 is generated, and the surface element model generated by the surface element model generation unit 15 by the thermal analysis unit 16 is generated. Thermal analysis is performed by calculating thermal radiation from the surface of each component.

したがって、面要素の大きさを予め定める算出式によって部品ごとに算出した目標面積以上の面要素とすることによって、面要素を必要以上に細かくすることを回避することができるので、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができる。   Therefore, it is possible to avoid making the surface element unnecessarily fine by setting the surface element to a surface element larger than the target area calculated for each part by a predetermined calculation formula. A highly accurate radiation calculation can be executed.

図7は、熱解析装置1の熱解析処理の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、CPUが記憶装置に記憶されるプログラムを実行することによって処理され、本発明に係る熱解析方法の処理工程を示すフローチャートでもある。熱解析装置1の入力装置から熱解析処理の実行が指示されると、ステップA1に移る。   FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the thermal analysis process of the thermal analysis apparatus 1. This flowchart is processed by the CPU executing a program stored in the storage device, and is also a flowchart showing the processing steps of the thermal analysis method according to the present invention. When execution of the thermal analysis process is instructed from the input device of the thermal analysis apparatus 1, the process proceeds to step A1.

ステップA1では、CAD情報、たとえば解析対象物に含まれる各部品についての形状、材料種類、発熱量および位置情報などを表す情報を、形状情報入力部11によって入力装置から入力し、入力されたCAD情報をCAD情報データベースD1に記憶する。CAD装置によって設計されたCAD情報が、LANに接続されるCAD装置に記憶されている場合は、通信装置によってCAD装置からCAD情報を受信して、CAD情報データベースD1に記憶してもよい。CAD装置によって設計されたCAD情報を予めCAD情報データベースD1に記憶させておき、ステップA1をスキップしてもよい。   In step A1, CAD information, for example, information representing the shape, material type, calorific value, position information, etc. of each part included in the analysis object is input from the input device by the shape information input unit 11, and the input CAD Information is stored in the CAD information database D1. When the CAD information designed by the CAD device is stored in the CAD device connected to the LAN, the CAD information may be received from the CAD device by the communication device and stored in the CAD information database D1. CAD information designed by the CAD device may be stored in advance in the CAD information database D1, and step A1 may be skipped.

3次元要素モデル生成工程であるステップA2では、3次元要素モデル生成部13は、CAD情報データベースD1に記憶されるCAD情報に基づいて、解析対象物に含まれる各部品を3次元の多面体、たとえば4面体あるいは6面体の3次元要素に分割し、分割した3次元要素からなる3次元要素モデルを生成する。そして、生成した3次元要素モデルを表す3次元要素情報を3次元要素情報データベースD4に記憶する。   In step A2, which is a three-dimensional element model generation process, the three-dimensional element model generation unit 13 converts each part included in the analysis target into a three-dimensional polyhedron, for example, based on CAD information stored in the CAD information database D1. Dividing into tetrahedral or hexahedral three-dimensional elements, a three-dimensional element model composed of the divided three-dimensional elements is generated. Then, the three-dimensional element information representing the generated three-dimensional element model is stored in the three-dimensional element information database D4.

3次元要素への分割は、汎用的な4面体要素への分割法であるデローニ分割法などが広く知られているのでこれらの方法を使用することができる。具体的な分割法は、たとえば「3次元FEM(Finite Element Method)のための自動要素分割法」森北出版発行、谷口 健男および森脇 清明著などに記載されている。   For the division into three-dimensional elements, the Delaunay division method, which is a general division method into tetrahedral elements, is widely known, and these methods can be used. Specific division methods are described in, for example, “Automatic Element Division Method for 3D FEM (Finite Element Method)” published by Morikita Publishing, Takeo Taniguchi, and Kiyoaki Moriwaki.

面要素目標面積算出工程であるステップA3では、面要素目標面積算出部14は、部品ごとの面要素の目標面積を算出する。面要素モデル生成工程であるステップA4では、面要素モデル生成部15は、隣接する表面多角形を結合し、目標面積以上の面積とした面要素からなる面要素モデルを生成する。   In step A3 which is a surface element target area calculation step, the surface element target area calculation unit 14 calculates the target area of the surface element for each part. In step A4, which is a surface element model generation process, the surface element model generation unit 15 combines adjacent surface polygons to generate a surface element model composed of surface elements having an area larger than the target area.

熱解析工程であるステップA5では、熱解析部16は、3次元要素モデル生成部13によって生成された3次元要素モデルおよび面要素モデル生成部15によって生成された面要素モデルに対して、有限要素法、有限差分法、あるいは有限体積法などの数値解析による熱解析を行う。ステップA6では、出力部17は、熱解析部16によって熱解析が行われた解析結果、たとえば各部の温度あるいは熱流束などの値を表す情報を出力情報として出力して、熱解析処理を終了する。   In step A5 which is a thermal analysis process, the thermal analysis unit 16 applies a finite element to the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generation unit 13 and the surface element model generated by the surface element model generation unit 15. Thermal analysis by numerical analysis such as finite difference method, finite difference method, or finite volume method. In step A6, the output unit 17 outputs, as output information, an analysis result obtained by the thermal analysis performed by the thermal analysis unit 16, for example, information indicating values such as temperature or heat flux of each unit, and ends the thermal analysis process. .

図8は、熱解析処理から呼び出される面要素目標面積算出処理の処理手順を示すフローチャートである。面要素目標面積算出処理は、面要素目標面積算出部14によって処理される。図7に示したフローチャートのステップA3から呼び出されると、ステップB1に移る。   FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of a surface element target area calculation process called from the thermal analysis process. The surface element target area calculation processing is processed by the surface element target area calculation unit 14. When called from step A3 in the flowchart shown in FIG. 7, the process proceeds to step B1.

ステップB1では、面要素制御情報データベースD3から面要素制御情報を取得する。ステップB2では、全部品に対する面要素の目標面積の算出が完了したか否かを判定する。全部品に対して完了していれば、面要素目標面積算出処理を終了し、全部品に対して完了していなければ、ステップB3へ進む。   In step B1, the surface element control information is acquired from the surface element control information database D3. In step B2, it is determined whether or not the calculation of the target area of the surface elements for all parts has been completed. If it is completed for all parts, the surface element target area calculation process is terminated. If it is not completed for all parts, the process proceeds to step B3.

ステップB3では、CAD情報データベースD1に記憶されるCAD情報から、処理対象部品の発熱量および体積を取得する。ステップB4では、ステップB1で取得した面要素制御情報が示す面要素の基準面積、べき定数および補正係数、ならびにステップB3で取得した発熱量および体積などに基づいて、式(4)または式(5)を用いて、面要素の目標面積Sを算出し、ステップB2へ戻る。   In step B3, the calorific value and volume of the processing target component are acquired from the CAD information stored in the CAD information database D1. In step B4, based on the reference area, power constant, and correction coefficient of the surface element indicated by the surface element control information acquired in step B1, and the amount of heat and volume acquired in step B3, equation (4) or equation (5) ) To calculate the target area S of the surface element, and the process returns to step B2.

図9は、熱解析処理から呼び出される面要素生成処理の処理手順を示すフローチャートである。面要素生成処理は、面要素モデル生成部15によって処理される。図7に示したフローチャートのステップA4から呼び出されると、ステップC1に移る。   FIG. 9 is a flowchart showing the processing procedure of the surface element generation processing called from the thermal analysis processing. The surface element generation processing is processed by the surface element model generation unit 15. When called from step A4 in the flowchart shown in FIG. 7, the process proceeds to step C1.

ステップC1では、部品のすべての表面多角形を処理済みか否かを判定する。すべての表面多角形を処理済みであると、面要素生成処理を終了し、すべての表面多角形を処理済みでないと、ステップC2へ進む。   In step C1, it is determined whether all surface polygons of the part have been processed. If all surface polygons have been processed, the surface element generation process is terminated. If all surface polygons have not been processed, the process proceeds to step C2.

ステップC2では、未処理の表面多角形を1つ選択し、面要素にする。隣接する未処理の表面多角形がない孤立した表面多角形が未処理で残ってしまうと、最終的に面積が目標面積S未満の面要素ができてしまうので、孤立した表面多角形が残らないように選択していくのが望ましい。具体的には、未処理の表面多角形のうち、三角形の表面多角形では2つの辺が、そして4以上の辺からなる表面多角形では2以上の辺がすでに処理されている表面多角形に隣接している未処理の表面多角形を選択することが望ましいが、これは必須条件ではない。   In Step C2, one unprocessed surface polygon is selected to be a surface element. If an isolated surface polygon that does not have an adjacent unprocessed surface polygon remains unprocessed, a surface element having an area less than the target area S is finally formed, so that no isolated surface polygon remains. It is desirable to select as follows. Specifically, among unprocessed surface polygons, a triangular surface polygon has two sides, and a surface polygon composed of four or more sides has a surface polygon in which two or more sides have already been processed. Although it is desirable to select an adjacent raw surface polygon, this is not a requirement.

ステップC3では、作成中の面要素の面積が目標面積S以上であるか否かを判定する。目標面積S以上であると、ステップC6へ進み、目標面積S以上でないと、ステップC4へ進む。ステップC4では、作成中の面要素に隣接する未処理の表面多角形が有るか否かを判定する。未処理の表面多角形が有ると、ステップC5へ進み、未処理の表面多角形がないと、これ以上拡大することができないので、ステップC6へ進む。   In step C3, it is determined whether the area of the surface element being created is equal to or larger than the target area S. If it is equal to or larger than the target area S, the process proceeds to Step C6, and if it is not equal to or larger than the target area S, the process proceeds to Step C4. In Step C4, it is determined whether there is an unprocessed surface polygon adjacent to the surface element being created. If there is an unprocessed surface polygon, the process proceeds to step C5, and if there is no unprocessed surface polygon, no further enlargement can be made, so the process proceeds to step C6.

ステップC5では、隣接する表面多角形の1つを作成中の面要素に追加して、ステップC3へ戻る。隣接する面要素の選択基準としては、第1優先の条件として、1つの面要素に含める表面多角形の法線方向が揃っていること、および第2優先の条件として、面要素の形状が正方形に近いことが望ましいが、両条件は必須ではない。ステップC6では、面要素1個の作成を完了し、作成が完了した面要素を面要素情報データベースD5に登録して、ステップC1へ戻る。   In step C5, one of the adjacent surface polygons is added to the surface element being created, and the process returns to step C3. As selection criteria for adjacent surface elements, the normal direction of the surface polygons included in one surface element is aligned as the first priority condition, and the shape of the surface element is square as the second priority condition Both conditions are desirable, but both conditions are not essential. In step C6, the creation of one surface element is completed, the surface element for which the creation has been completed is registered in the surface element information database D5, and the process returns to step C1.

このように、図7に示した熱解析処理の処理手順を示すフローチャートにおいて、ステップA2では、解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成し、ステップA3では、部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する。   Thus, in the flowchart showing the processing procedure of the thermal analysis process shown in FIG. 7, in step A2, the shape information stored in the storage device that stores the shape information representing the shapes of the plurality of parts constituting the analysis object. The shape of the part indicated by is divided for each part to generate a three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron. In step A3, the target area of the surface element composed of the surface part constituting the surface of the part is determined as the target The calculation is performed for each part using a predetermined calculation formula for calculating the area.

そして、ステップA4では、ステップA2で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、ステップA3で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成し、ステップA5では、ステップA4で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う。   In step A4, adjacent faces exposed on the surface of the part among the faces of the polyhedron of the three-dimensional element model generated in step A2 are combined to exceed the target area calculated for each part in step A3. A surface element model composed of surface elements having an area is generated, and in step A5, thermal analysis is performed on the surface element model generated in step A4 by calculating thermal radiation from the surface of each component.

したがって、本発明に係る熱解析方法を用いれば、面要素の大きさを予め定める算出式によって部品ごとに算出した目標面積以上の面要素とすることによって、面要素を必要以上に細かくすることを回避することができるので、短い計算時間で精度の高い輻射計算を実行することができる。   Therefore, if the thermal analysis method according to the present invention is used, it is possible to make the surface element finer than necessary by making the surface element larger than the target area calculated for each part by a predetermined calculation formula for the size of the surface element. Since this can be avoided, highly accurate radiation calculation can be executed in a short calculation time.

熱解析装置1を制御するためのプログラムは、熱解析装置1に含まれるCPUに、熱解析方法の各工程を実行させるためのプログラムでもある。したがって、本発明は、コンピュータに熱解析方法の各工程を実行させるためのプログラムとして提供することができる。   The program for controlling the thermal analysis device 1 is also a program for causing the CPU included in the thermal analysis device 1 to execute each step of the thermal analysis method. Therefore, the present invention can be provided as a program for causing a computer to execute each step of the thermal analysis method.

上述した実施の形態では、プログラムは、熱解析装置1の記憶装置、たとえば半導体メモリあるいはハードディスク装置などの記憶装置に記憶されているが、これらの記憶装置に限定されるものではなく、コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。記録媒体は、たとえば図示しない外部記憶装置としてプログラム読取装置を設け、そこに記録媒体を挿入することによって読取り可能な記録媒体であってもよいし、あるいは他の装置の記憶装置であってもよい。   In the above-described embodiment, the program is stored in a storage device of the thermal analysis device 1, for example, a storage device such as a semiconductor memory or a hard disk device, but is not limited to these storage devices and is read by a computer. It may be recorded on a possible recording medium. The recording medium may be a recording medium that can be read by providing a program reading device as an external storage device (not shown) and inserting the recording medium therein, or may be a storage device of another device. .

いずれの記録媒体であっても、記録媒体に記憶されているプログラムがコンピュータからアクセスされて実行される構成であればよい。すなわち、いずれの記録媒体であっても、記録媒体からプログラムが読み出され、読み出されたプログラムが、記憶装置のプログラム記憶エリアに記憶されて、そのプログラムが実行される構成であればよい。さらに通信ネットワークを介して他の装置からダウンロードされてプログラム記憶エリアに記憶させてもよい。ダウンロード用のプログラムは、予めコンピュータ10の記憶装置に記憶しておくか、あるいは別な記録媒体からプログラム記憶エリアにインストールしておく。   Any recording medium may be used as long as the program stored in the recording medium is accessed from a computer and executed. In other words, any recording medium may be used as long as the program is read from the recording medium, the read program is stored in the program storage area of the storage device, and the program is executed. Further, it may be downloaded from another device via a communication network and stored in the program storage area. The download program is stored in advance in a storage device of the computer 10 or installed in a program storage area from another recording medium.

本体と分離可能に構成される記録媒体は、たとえば磁気テープ/カセットテープなどのテープ系の記録媒体、フレキシブルディスク/ハードディスクなどの磁気ディスクもしくはCD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)/MO(Magneto Optical disk)/MD(Mini Disc)/DVD(Digital Versatile Disk)などの光ディスクのディスク系の記録媒体、IC(Integrated Circuit)カード(メモリカードを含む)/光カードなどのカード系の記録媒体、またはマスクROM/EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)/EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)/フラッシュROMなどの半導体メモリを含む固定的にプログラムを担持する記録媒体であってもよい。したがって、本発明は、コンピュータに熱解析方法の各工程を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として提供することができる。   The recording medium configured to be separable from the main body is, for example, a tape-based recording medium such as a magnetic tape / cassette tape, a magnetic disk such as a flexible disk / hard disk, or a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) / MO (Magneto Optical). disk) / MD (Mini Disc) / DVD (Digital Versatile Disk) and other optical disk recording media, IC (Integrated Circuit) cards (including memory cards) / optical cards and other card recording media, or masks It may be a recording medium that carries a fixed program including a semiconductor memory such as ROM / EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) / EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) / flash ROM. Therefore, the present invention can be provided as a computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute each step of the thermal analysis method.

本発明の実施の一形態である熱解析装置1の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a thermal analysis device 1 that is an embodiment of the present invention. 輻射伝熱を説明するための図である。It is a figure for demonstrating radiant heat transfer. 熱解析装置1によって熱解析が行われる解析対象物20の一例の透視図である。It is a perspective view of an example of the analysis target object 20 in which thermal analysis is performed by the thermal analysis apparatus 1. 図3に示した熱解析対象20を輻射計算用面要素に分割したモデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the model which divided | segmented the thermal analysis object 20 shown in FIG. 3 into the surface element for radiation calculation. 図3に示した熱解析対象20を輻射計算用面要素に分割したモデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the model which divided | segmented the thermal analysis object 20 shown in FIG. 3 into the surface element for radiation calculation. 図3に示した熱解析対象20を輻射計算用面要素に分割したモデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the model which divided | segmented the thermal analysis object 20 shown in FIG. 3 into the surface element for radiation calculation. 熱解析装置1の熱解析処理の処理手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a processing procedure of thermal analysis processing of the thermal analysis device 1. 熱解析処理から呼び出される面要素面積算出処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the surface element area calculation process called from a thermal analysis process. 熱解析処理から呼び出される面要素生成処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the surface element production | generation process called from a thermal analysis process.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱解析装置
10 制御部
11 形状情報入力部
12 材料物性値入力部
13 3次元要素モデル生成部
14 面要素目標面積算出部
15 面要素モデル生成部
16 熱解析部
17 出力部
20 解析対象物
21,21a〜21c 筺体
22,22a〜22c 基板
23,23a〜23c 熱源
24 通気口
31 面A
32 面B
D1 CAD情報データベース
D2 材料情報データベース
D3 面要素制御情報データベース
D4 3次元要素情報データベース
D5 面要素情報データベース
D6 出力結果データベース
R0〜R2 微小領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal analysis apparatus 10 Control part 11 Shape information input part 12 Material physical property value input part 13 Three-dimensional element model generation part 14 Area element target area calculation part 15 Area element model generation part 16 Thermal analysis part 17 Output part 20 Analysis object 21 , 21a-21c Housing 22, 22a-22c Substrate 23, 23a-23c Heat source 24 Ventilation hole 31 Surface A
32 side B
D1 CAD information database D2 Material information database D3 Surface element control information database D4 Three-dimensional element information database D5 Surface element information database D6 Output result database R0 to R2 Micro area

Claims (11)

解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶手段と、
記憶手段に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成手段と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出手段と、
3次元要素モデル生成手段によって生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出手段によって部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成手段と、
面要素モデル生成手段によって生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析手段とを含むことを特徴とする熱解析装置。
Storage means for storing shape information representing the shapes of a plurality of parts constituting the analysis object;
Three-dimensional element model generation means for generating a three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron by dividing the shape of the part indicated by the shape information stored in the storage means for each part;
A surface element target area calculating means for calculating a target area of a surface element composed of a portion of a surface constituting a surface of the component for each component by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part by the surface element target area calculating means by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated by the three-dimensional element model generating means A surface element model generating means for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
A thermal analysis apparatus comprising: thermal analysis means for calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated by the surface element model generation means.
前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記複数の部品のうちの第1の部品の面要素の最大の面積を、前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量が第1の部品の発熱量未満である前記複数の部品のうちの第2の部品の面要素の最大の面積未満とすることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generation means is configured such that the heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means is less than the heat generation amount of the first component. The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein the area is less than the maximum area of the surface element of the second part among the plurality of parts.
前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記複数の部品のうちの前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない第1の部品の面要素の面積を、前記複数の部品のうちの前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロである第2の部品の面要素の面積の4分の1以下とすることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generation means calculates the area of the surface element of the first part whose heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means among the plurality of parts is not zero. 2. The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein the heat generation amount stored in the storage means is not more than one-fourth of the area of the surface element of the second component for which the heat generation amount is zero.
前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱量を表す発熱情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される発熱情報が示す発熱量がゼロでない部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means further stores heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts,
The surface element model generating means sets at least four surface elements to have a surface with the largest area among the surfaces constituting the surface of the component whose heat generation amount indicated by the heat generation information stored in the storage means is not zero. The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein
前記記憶手段は、前記複数の部品の発熱密度を表す発熱密度情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される発熱密度情報が示す発熱密度が予め定める基準発熱密度以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means further stores heat density information representing heat density of the plurality of parts,
The surface element model generation means has at least four surfaces having the largest area among the surfaces constituting the surface of the component having a heat generation density indicated by the heat generation density information stored in the storage device equal to or higher than a predetermined reference heat generation density. The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein the thermal analysis apparatus is a surface element.
前記記憶手段は、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報をさらに記憶し、
前記面要素モデル生成手段は、前記記憶手段に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率が予め定める基準熱伝導率以上の部品の表面を構成する面のうちの最大の面積の面を、少なくとも4つの面要素とすることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means further stores thermal conductivity information representing the thermal conductivity of the plurality of components,
The surface element model generation means has a surface with the largest area among the surfaces constituting the surface of the component having a thermal conductivity indicated by the thermal conductivity information stored in the storage means equal to or higher than a predetermined reference thermal conductivity. The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein the thermal analysis apparatus includes at least four surface elements.
前記記憶手段は、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数および予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とをさらに記憶し、
前記予め定める算出式は、前記記憶手段に記憶される体積情報が示す体積をV、前記記憶手段に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数をα、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をaとするとき、部品ごとの面要素の目標面積Sは、
S=min(Sk,(Sk/(α×Q/V)))
であることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means includes volume information indicating the volume of the plurality of parts, heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts, a predetermined reference area for calculating a target area of the surface element, and a predetermined correction coefficient. And surface element control information representing constants to be determined in advance,
The predetermined calculation formula is such that the volume indicated by the volume information stored in the storage means is V, the heat generation amount indicated by the heat generation amount information stored in the storage means is Q, and the surface element control information stored in the storage means. The predetermined reference area indicated by is Sk, the predetermined correction coefficient indicated by the surface element control information stored in the storage means is α, and the constant to be determined indicated by the surface element control information stored in the storage means is a. When the surface area target area S for each part is
S = min (Sk, (Sk / (α × Q / V) a ))
The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein:
前記記憶手段は、前記複数の部品の体積を表す体積情報と、前記複数の部品の発熱量を表す発熱量情報と、前記複数の部品の熱伝導率を表す熱伝導率情報と、面要素の目標面積を算出するための予め定める基準面積、予め定める補正係数、予め定めるべき定数を表す面要素制御情報とをさらに記憶し、
前記予め定める算出式は、前記記憶手段に記憶される体積情報が示す体積をV、前記記憶手段に記憶される発熱量情報が示す発熱量をQ、前記記憶手段に記憶される熱伝導率情報が示す熱伝導率をD、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める基準面積をSk、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定める補正係数をβ、前記記憶手段に記憶される面要素制御情報が示す予め定めるべき定数をb、cおよびdとするとき、部品ごとの面要素の目標面積Sは、
S=min(Sk,(Sk/(β×Q/V/D)))
であることを特徴とする請求項1に記載の熱解析装置。
The storage means includes volume information indicating the volume of the plurality of parts, heat generation information indicating the heat generation amount of the plurality of parts, heat conductivity information indicating the thermal conductivity of the plurality of parts, and surface elements. Further storing a predetermined reference area for calculating the target area, a predetermined correction coefficient, and surface element control information representing a constant to be determined,
The predetermined calculation formula is such that the volume indicated by the volume information stored in the storage means is V, the heat generation amount indicated by the heat generation amount information stored in the storage means is Q, and the thermal conductivity information stored in the storage means. D, the predetermined reference area indicated by the surface element control information stored in the storage means Sk, the predetermined correction coefficient indicated by the surface element control information stored in the storage means β, the storage When the constants to be predetermined indicated by the surface element control information stored in the means are b, c and d, the target area S of the surface element for each part is:
S = min (Sk, (Sk / (β × Q b / V c / D d)))
The thermal analysis apparatus according to claim 1, wherein:
解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成工程と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出工程と、
3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成工程と、
面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析工程とを含むことを特徴とする熱解析方法。
A three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron is obtained by dividing the shape of a part indicated by the shape information stored in a storage device that stores shape information representing the shape of a plurality of parts constituting the analysis object into parts. A three-dimensional element model generation step to generate;
A surface element target area calculation step for calculating a target area of a surface element composed of a part of a surface constituting the surface of the part for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part in the surface element target area calculation step by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step A surface element model generation step for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
A thermal analysis method comprising: a thermal analysis step of calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated in the surface element model generation step.
解析対象物を構成する複数の部品の形状を表す形状情報を記憶する記憶装置に記憶される形状情報が示す部品の形状を部品ごとに分割して、3次元の多面体からなる3次元要素モデルを生成する3次元要素モデル生成工程と、
部品の表面を構成する面の部分からなる面要素の目標面積を、目標面積を算出するための予め定める算出式によって部品ごとに算出する面要素目標面積算出工程と、
3次元要素モデル生成工程で生成された3次元要素モデルの多面体の面のうち、部品の表面に露出する隣接する面を結合して、面要素目標面積算出工程で部品ごとに算出された目標面積以上の面積の面要素からなる面要素モデルを生成する面要素モデル生成工程と、
面要素モデル生成工程で生成された面要素モデルに対して、各部品の表面からの熱輻射を算出して熱解析を行う熱解析工程とを、コンピュータに実行させるためのプログラム。
A three-dimensional element model composed of a three-dimensional polyhedron is obtained by dividing the shape of a part indicated by the shape information stored in a storage device that stores shape information representing the shape of a plurality of parts constituting the analysis object into parts. A three-dimensional element model generation step to generate;
A surface element target area calculation step for calculating a target area of a surface element composed of a part of a surface constituting the surface of the part for each part by a predetermined calculation formula for calculating the target area;
The target area calculated for each part in the surface element target area calculation step by combining adjacent faces exposed on the surface of the part among the polyhedral faces of the three-dimensional element model generated in the three-dimensional element model generation step A surface element model generation step for generating a surface element model composed of surface elements of the above area;
A program for causing a computer to execute a thermal analysis process for calculating thermal radiation from the surface of each component and performing thermal analysis on the surface element model generated in the surface element model generation process.
請求項10に記載のプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。   The computer-readable recording medium which recorded the program of Claim 10.
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