JP2009176185A - 数値解析モデル作成方法および数値解析モデル作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部材Ａと部材Ｂとを接合によって加工する構造物の接合状態を数値解析する場合において、接合する直前の変形した製品形状を、低コストで精度良くモデル化するための数値解析モデル作成方法を提供すること。
【解決手段】要素分割された形状データおよび材料データを表した数値解析モデルを入力する形状データ入力工程と、前記構造物の一部のそり変形による変位量を実測し該実測値を入力する実測変位データ入力工程と、前記変位量を実測した前記構造物上の位置に対応する前記数値解析モデル上の節点に前記変位量を強制変位として数値解析モデルに与える強制変位設定工程と、前記数値解析モデル上で前記強制変位を設定した部位の剛性を他の部分よりも相対的に高く設定する剛性変更工程と、前記数値解析によって前記構造物の変形を解析する変形解析工程と、該変形解析工程で得られた結果から前記数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新工程とを有する数値解析モデル作成方法が提供される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、数値解析モデル作成方法および数値解析モデル作成装置に関する。

接合加工技術の一手段として被接合部材の接合面を突き合わせて所定の加圧力で加圧し、この状態で機械的に相対運動を行ない、接合面に発生する摩擦熱によって被接合部材を接合する技術が振動溶着として知られている。特に樹脂製部品を製造する際には金型のみでは成形できない場合があるので、接合技術が必要となり、上記振動溶着技術が利用される。

図１は、振動溶着によって接合加工される樹脂製部品の接合部のリブ構造を示す斜視図である。図１ａは溶着前のリブ構造を説明する斜視図である。（１０１）は部材Ａの溶着リブ、（１０２）は部材Ｂの溶着リブ、（１０３）は部材Ａの溶着面、（１０４）は部材Ｂの溶着面である。図１ｂは部材Ａ、Ｂを付き合わせた状態を説明する斜視図である。（１０５）は溶着時の加圧力であり、フランジ部１０６、１０７に専用に設計された治具を押し当て、片方のフランジ側の治具を固定し、他方のフランジ側の治具に加圧力１０５を加える。図１ｃは溶着接合した状態を説明する斜視図である。樹脂成形品の振動溶着構造では、部材Ａの溶着面１０３に部材Ｂの溶着面１０４を加圧力１０５で接触させた状態で相対的に高速振動させることにより、溶着面１０３と溶着面１０４とが摩擦熱によって融解し、その後、振動を止めて冷却、固化して溶着接合される。

図２ａは、振動溶着によって接合加工される樹脂製部品の接合部のリブ構造を示す斜視図である。図２ｂは、図２ａに示す溶着構造において、溶着リブ１０１、１０２の長手方向２０２で接合部の隙間が不均一な状態を説明する図である。破線は図面寸法通りの溶着リブ形状を示す。射出成形された前記部材ＡおよびＢは、成形収縮率の差などに起因するそり変形や金型の形状誤差などによって、図２ｂの実線に示すように変形し、溶着リブの長手方向２０２で接合部の隙間が不均一な場合が多いと考えられる。

図３は、溶着リブ１０１、１０２の短手方向２０１で溶着リブがオフセットされたまま接合される状態を説明する図である。図３ａは溶着前のリブ構造を説明する斜視図であり、図３ｂは溶着リブの短手方向２０１で溶着リブがオフセットされたまま溶着接合される状態を説明する図である。図３ｂに示すように、溶着リブの短手方向２０１でも、前記そり変形や金型の形状誤差などによって、部材Ａと部材Ｂを圧接させたときにオフセット３０１が生じていることが多い。この状態で、部材Ａの溶着面１０３と部材Ｂの溶着面１０４を相対的に高速振動させることにより、溶着リブのオフセット３０１が残ったまま溶着接合されることが多い。

このように接合部の隙間が不均一、かつ溶着リブがオフセットされた状態で、前記部材Ａと部材Ｂとを振動溶着により接合加工すると、部材Ａに部材Ｂを押し当てた際に部材Ａおよび部材Ｂの各部で不均一な歪みが発生するため、加圧力をかけた時点で部材Ａおよび部材Ｂの各部には不均一な応力が発生する。この応力が前記構造物を構成する材料強度（引張強度など）よりも大きい場合は、接合加工時の破損の原因となる可能性がある。したがって、加圧時に発生する応力を有限要素法などの数値解析手法を用いて事前に予測しておくことにより、接合加工時の破損の可能性を把握することができ、設計変更などで接合加工時の破損を予防することができる。

また、加圧力をかけても接合面に隙間が空いていて、かつ前記隙間が接合加工時の溶け代よりも大きい場合には接合不良となる可能性が高い。したがって、加圧時に接合面に残る隙間（残留隙間）を数値解析手法により事前に予測しておくことにより、接合不良の可能性や溶け代の設定などを事前に把握することができる。

また、加圧力をかけた時点で部材Ａおよび部材Ｂの各部に発生する応力は、接合加工後に加圧力を開放してもある程度は残留応力として残る。前記残留応力は、対象部品の強度を低下させる可能性があるため、加圧力を開放した後の残留応力を数値解析手法により事前に予測しておくことにより、対象部品の強度を事前に精度良く把握することができる。

接合加工時に発生する応力や残留隙間を数値解析手法により予測するためには、接合加工する直前の、そり変形などで変形した部材Ａおよび部材Ｂの形状を数値解析モデルとして表現しておく必要がある。特に、接合部については、解析結果への影響が大きいため、μｍオーダの精度で形状を再現する必要性がある場合も少なくない。

射出成形後のそり変形などを含む、部材の実形状を数値解析モデルに反映するためには、従来から以下に示す２通りの方法が知られている。

（１）射出成形解析などの数値解析手法により、製品の形状を予測し、その解析結果を用いてオリジナルメッシュを更新する方法。

（２）三次元形状計測装置、Ｘ線ＣＴスキャンなどで、製品の外周面の三次元座標を細かく測定し、その測定結果に基づき三角形のポリゴンデータを作成し、そのポリゴンデータから内部にメッシュを生成させる方法。

数値解析手法により製品の形状を予測する方法は、例えば射出成形解析では、製品の金型形状、粘度特性や成形収縮率などの樹脂の特性データ、充填時間、金型温度、保圧圧力などの成形条件を、東レエンジニアリング（株）製“３Ｄ ＴＩＭＯＮ（登録商標）”などの市販の射出成形解析システムに入力すれば、成形後の製品のそり形状が予測できるというものである。この方法は、設計図面または３Ｄ−ＣＡＤデータ、充填時間、樹脂温度、金型温度、保圧・冷却時間、保圧圧力などの成形条件、粘度データ、ＰＶＴデータ、線膨張係数、弾性率などの材料特性データが入手できれば、試作することなく、製品の変形形状が比較的短期間に予測できるため、実際の製品が手元に無い場合や、試作する時間が無いような場合には有効な手段である。しかし、本発明者らの知見によれば、接合加工時に発生する応力や残留隙間などを数値解析手法により予測するためには、接合部の微小なそり変形などが高い精度でモデルに反映されている必要がある。したがって、対象となる製品の実形状を高い精度で予測するための数値解析手法に関する十分なノウハウが無い場合には、接合加工時に発生する応力や残留隙間の予測精度が十分で無い場合が多い。

また、三次元形状計測、Ｘ線ＣＴスキャンなどで、製品の外周面の三次元座標を細かく測定し、その測定結果に基づき三角形のポリゴンデータを表面に作成し、さらにそのポリゴンデータから内部にメッシュを生成させる方法は、特許文献１および２に開示されているように、リバースエンジニアリングなどの技術分野で多用されている手法である。

また、数値解析モデルの形状再現精度を向上させる方法として、ポリゴンデータの隣り合う三角形のなす角度を計算し、前記角度の変化からサーフェイスの接続位置を認識する方法を用いることよって、ポリゴンデータから製品のフィーチャーを抽出する方法なども提案されている。

しかし、本発明者らの知見によれば、三次元形状計測、Ｘ線ＣＴスキャン装置は、製品が大きくなればなるほど実測変位データが増え、測定時間が長くなることなどの問題点があるため、一般には導入は容易ではない。また、外部機関に当該測定を依頼する場合でも、高額な測定費用が必要となることが多い。

製品外表面を測定するピッチを粗くして、三次元座標データを、特許文献３に示すようなベジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）式やＢ−スプライン（Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）式などのベクトル演算を用いて滑らかに補間すれば、測定ポイント数を削減することができるので測定時間を短縮することが可能である。しかし、リブやボスなどの対象製品の細部の形状を再現するためには、対象製品の外表面の全体について対象製品の形状を再現できるだけの細かさで測定をする必要があり、射出成形品のような複雑形状では測定ポイントを大幅に削減することは現実的には困難である。この問題点について、リブの場合を例にとって以下に具体的に説明する。図４ａは、リブがＴ字状に交わる部分を示した模式図である。黒色の丸印４０１は三次元形状計測で座標測定をした点を示し、実線４０５は実測変位データから近似した曲線、破線４０６は実際の変形状態を表す曲線である。ベジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）式やＢ−スプライン（Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）式では、辺４０３上の実測変位データ（図４ａでは黒丸５点）を用いて曲線を作成し、辺４０４上の実測変位データ（図４ａでは黒丸４点）を用いて曲線を作成した場合、図４ｂに示すようにＴ字交点から最も近い実測変位データまでの距離が大きいと、実際の変形曲線４０６に対して予測曲線４０５のように、形状の予測誤差が大きくなることがある。したがって、図４ａに示すように、斜線の丸印で示した追加実測変位データ４０２を設けて、交点部分を十分細かく測定する必要があり、多くの実測変位データが必要となる。
特開２００６−８５３３３号公報 特開２００４−２７２８２０号公報 特開平９−２７００２６号公報

そこで、本発明の目的は、部材Ａと部材Ｂとを接合によって加工する構造物の接合状態を数値解析する場合において、接合する直前の変形した製品形状を、低コストで精度良くモデル化するための数値解析モデル作成方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明によれば、構造物の数値解析モデルを作成するための数値解析モデル作成方法であって、要素分割された形状データおよび材料データを表した数値解析モデルを入力する形状データ入力工程と、前記構造物の一部のそり変形による変位量を実測し該実測値を入力する実測変位データ入力工程と、前記変位量を実測した前記構造物上の位置に対応する前記数値解析モデル上の節点に前記変位量を強制変位として数値解析モデルに与える強制変位設定工程と、前記数値解析モデル上で前記強制変位を設定した部位の剛性を他の部分よりも相対的に高く設定する剛性変更工程と、前記数値解析によって前記構造物の変形を解析する変形解析工程と、該変形解析工程で得られた結果から前記数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新工程とを有する数値解析モデル作成方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記構造物の前記実測変位データを実測する部位が、前記構造物の接合部である数値解析モデル作成方法が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、構造物の数値解析モデルを作成するための数値解析モデル作成装置であって、要素分割された形状データおよび材料データを表した数値解析モデルを入力する形状データ入力手段と、前記構造物の一部のそり変形による変位量を実測し該実測値を入力する実測変位データ入力手段と、前記変位量を実測した前記構造物上の位置に対応する前記数値解析モデル上の節点に前記変位量を強制変位として数値解析モデルに与える強制変位設定手段と、前記数値解析モデル上で前記強制変位を設定した部位の剛性を他の部分よりも相対的に高く設定する剛性変更手段と、前記数値解析によって前記構造物の変形を解析する変形解析手段と、該変形解析で得られた結果から前記数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新手段とを有する数値解析モデル作成装置が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、上記の数値解析モデル作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、上記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が提供される。

以下に用語を定義する。

本発明において「そり変形」とは、成形収縮歪みの分布、材料特性の異方性、残留応力の分布により生じる変形をいう。例えば、射出成形後の変形、プレス加工後の変形などが挙げられる。

本発明において「そり変形による変位量」とは、製品上の任意の位置に座標原点を設けて、そり変形した製品各部の実際の座標から、そり変形の無い設計時点の製品各部の座標を減算したものをいう。原点の座標は、実製品と設計時点の製品で同一位置、方向とする。

本発明において「強制変位」とは、解析モデルにおける指定した節点を指定した方向、量に強制的に変位させるような数値解析上の境界条件設定をいう。

本発明によれば、部材Ａと部材Ｂとを接合によって加工する構造物の接合状態を数値解析する場合において、接合する直前の変形した製品形状を、低コストで精度良くモデル化することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の数値解析方法および解析装置の実施の形態について説明する。

図５は本発明の実施形態の一例の構成を示すブロック図である。本実施形態例において、図５に示すとおり、（５００）はコンピュータやワークステーションなどの計算機、（５０１）はキーボード、（５０２）はマウス、（５０３）はディスプレイ、（５０４）は補助記憶装置である。（５０４）の補助記憶装置には、ハードディスク装置の他、テープ、ＦＤ（フレキシブルディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＰＤ（相変化光ディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）などのディスクメモリー、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）メモリー、メモリーカードなどのリムーバブルメディアも利用可能である。

補助記憶装置５０４には、強度、剛性などを解析するためのプログラム５０５や形状データ５０６、縦弾性係数、ポアソン比、密度などの材料データ５０７、拘束する節点番号、拘束する方向などの拘束条件データ５０８が保存されている。

コンピュータやワークステーションなどの計算機５００は、補助記憶装置５０４からプログラム５０５、形状データ５０６、材料データ５０７、拘束条件データ５０８などを読み出すことができるデータ読み出し手段５０９、部材の一部のそり変形による変位量の実測値を入力するための実測変位データ入力手段５１１、前記実測変位データを数値解析モデルに与える強制変位量に変換するための強制変位設定手段５１２、前記実測変位データを与える部位の剛性を他の部分よりも相対的に高くする剛性変更手段５１３、力のつりあいを計算する変形解析手段５１４、変形解析結果から数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新手段５１５で構成されている。

これら各手段は、計算機５００の主記憶装置などの記憶手段に記憶されたプログラムのサブルーチンなどのモジュールとして実施されており、同様にこれらの手段が取り扱うデータは、記憶手段に揮発的または不揮発的に記憶される。
形状データ５０６は、ユージーエス コーポレーション製“Ｉ−ＤＥＡＳ（登録商標）”のＵＮＶ形式など汎用の構造解析プリプロセッサーにより作成できるものであり、シェル要素、ソリッド要素などで表現する。もちろん、モデルデータを保存するファイルのフォーマットは節点、要素、要素プロパティ、材料プロパティなどが記述されるデータであれば、形状データ５０６の形式は限定しない。

図６は本実施形態における実施の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図６を用いて説明する。

まず、形状データ入力工程について説明する。

形状データ入力工程６０１では、製品図面やＣＡＤデータを基に、汎用のプリプロセッサーなどを用いてシェル要素やソリッド要素で作成した構造物の数値解析モデルを補助記憶装置に保存する。図９は、部材Ｂをシェル要素でモデル化した例である。９０１は四角形シェル要素の一例、９０２は節点の一例である。

次に、実測変位データ入力工程６０２について説明する。

まず、実測変位データについて説明する。

図７は部材Ａ（７０１）および部材Ｂ（７０２）のＣＡＤデータの一例を示す概略図である。現実の構造物としての部材Ａ（７０１）と部材Ｂ（７０２）は、射出成形で製造され、接合面７０３と７０４で振動溶着などの二次加工で接合される。部材Ａ（７０１）と部材Ｂ（７０２）は射出成形で製造されるため、成形収縮率の分布や流動方向による材料異方性によって、そり変形が発生する。

次に、実測変位データの測定方法について説明する。図８は、図７で示した部材Ａ（７０１）および部材Ｂ（７０２）を実際に射出成形で製造した際にそり変形した様子を模式的に表した図である。図８に示した矢印８０５の先の測定点（図８には測定点は図示せず。）は、部材Ｂ（８０２）の接合面８０４の高さデータを実測した点を模式的に示したものである。前記高さデータは部材Ｂ（８０２）を適当な治具で固定し、矢印で示した先の測定点の高さデータを三次元測定器などの計測器を用いて測定する。ここで、実測変位データを測定する点は、部材Ｂ（８０２）の各部の中で変形が製品性能に大きく影響すると考えられる接合面などをそり変形モードを表現するのに十分な間隔で測定するようにユーザが指定する。また、高さデータを測定する方向は、部材Ｂ（８０２）の固定方向を変えて三軸方向全てについて測定することが望ましい。しかし、振動溶着などの二次加工で接合される際に発生する残留応力などを解析する場合は、接合面に垂直な方向（例えば、図８では矢印８０５の方向）のみでも実用上は十分な精度が得られることが多い。次いで、測定した前記高さデータから製品図面や図７で示したＣＡＤデータに示されている設計寸法を差し引くことにより、実測変位データを算出する。

次いで、別の目的で測定された変位データを本実施形態に流用できる場合について説明する。振動溶着構造を有する成形品の実際の製品開発においては、成形トライなどと称して、開発段階で成形条件、ゲート位置などを変えて製作した試作品に対して、接合面の高さデータを三次元測定器などの計測器を用いて測定して接合面のそり変形を評価し、ゲート位置、成形条件の最適化などを行うことが普通である。したがって、実測変位データは、通常の製品開発の過程で取得されたものを流用できることが多いため、測定するための時間を別途設ける必要が無く、データを有効に活用することができる。

次に、実測変位データの入力方法について説明する。実測変位データ入力工程６０２では、実測変位データの大きさ、方向、測定した位置を入力する。実測変位データの大きさ、方向、測定した位置は数値解析モデルを定義した座標系に合うように座標変換し、実測変位データの位置に最も近い数値解析モデル上の節点番号と自動または手動で対応づけて補助記憶装置に保存する。

次に、強制変位設定工程６０３について説明する。強制変位設定工程６０３では、実測変位データ入力工程６０２で入力された実測変位データと節点番号の対応に基づいて、実測変位データを数値解析モデルの対応する節点に強制変位量として設定する。強制変位の大きさは実測変位データの大きさとし、強制変位の方向は実測変位データを測定した方向とする。

次に、拘束条件入力工程６０４について説明する。運動学的な拘束が不十分な場合には、空間内での製品の位置が定まらないため、人工的な減衰を付与するなどの特別な処置をしない限り、数値解析で解を得ることができない。拘束条件入力工程６０４では、強制変位設定工程６０３で拘束されていない方向について、強制変位による製品の変形を妨げないように、製品の数値解析モデルを拘束する。

次に、剛性変更工程６０５について説明する。図１０は要素分割した部材Ｂを示す図であり、図１１は要素分割した部材Ｂの接合部近傍を拡大して表示した図である。剛性変更工程６０５では、強制変位設定工程６０３で強制変位を設定した節点（矢印１１０３の先の節点）が含まれる要素の弾性率を相対的に高くする。弾性率を相対的に高くする要素は、接合面に平行かつ最も近い要素は少なくとも連続的に剛性を高めるのが好ましい。接合面に対して、前記要素の次に平行かつ連続的な要素を２層目、その次に平行かつ連続的な要素を３層目というように定義するとすれば、剛性を高める層をある程度まで多くすればするほど、数値解析モデルの接合部のそり変形が現実の構造物のそり変形に近づくようになる。しかし、剛性を高める層を多くし過ぎると接合部以外の部分のそり変形が現実の構造物のそり変形とかけ離れたものになるため、剛性を高める層数は１〜５層程度が望ましい。例えば、図１０に示す部材Ｂ（８０２）では、ハッチングで示した接合部１００１の弾性率を接合部以外の部分よりも高くなるように設定する。

剛性変更工程において、変更する弾性率の大きさを決定する方法について説明する。剛性変更工程６０５における弾性率の設定は隣り合う実測変位データのピッチ、製品の形状、使用されている材料によって都度調整が必要であるため、一律何倍にすればよいとは決められないことが少なくない。例えば、部材Ｂ（８０２）の接合部１００１の弾性率設定手順は次の通りである。（１）弾性率を段階的に大きくした複数の部材Ｂ（８０２）の数値解析モデル（例えば、弾性率１０倍、１００倍、１０００倍など）について変形解析工程６０６までを実施する。（２）接合部１００１の長手方向位置を横軸に、数値解析結果の変位量分布を縦軸にとったグラフを作成する。（３）設定した弾性率が大きくなるほど、隣り合う節点間の傾きが徐々に滑らかに変化していくので、隣り合う節点間の傾きが十分滑らかになるような弾性率を選ぶ。
次に、剛性変更工程６０５で剛性変更した場合の効果を図１１から図１３を用いて説明する。図１１は要素分割された部材Ｂ（８０２）の接合部近傍を示す概念図である。ハッチングで示した接合部１００１は剛性変更工程６０５において弾性率を変更した部分を示す。節点１１０１は強制変位入力工程６０３で実測変位データを強制変位として与えた節点、１１０２は実測変位データを強制変位として与えていない節点を示す。矢印１１０３は、強制変位設定工程６０３において、実測変位データに基づいて設定した強制変位の向きを示す。図１１に対して、剛性変更工程６０５において前記接合部１００１の弾性率を変更せずに（接合部以外の部分と同じ大きさの弾性率を設定して）、力のつりあい計算に基づいて各節点の変位量を計算した結果を図１２に示す。弾性率を変化させなかった場合は、図１２に示すように、矢印１１０３の先に示す強制変位を与えた節点の近傍が局所的に大きく変形する。しかし、実際の製品では、接合部１００１の長手方向に対して滑らかにそり変形していると考えられるため、図１２に示した数値解析結果は実際の現象を再現できていない。図１３は、剛性変更工程６０５において、ハッチングされた接合部１００１の弾性率を他の部分の１００倍に設定し、力のつりあい計算に基づいて各節点の変位量を計算した結果を示した図である。ハッチングされた接合部１００１の弾性率を相対的に高く設定することにより、数値解析モデルの中で帯状のハッチング部１００１以外の剛性が相対的に極端に小さくなるため、数値解析モデル全体の変形において、帯状のハッチング部の変形のみが支配的となる（数値解析モデルから帯状のハッチング部１００１のみを取り出して強制変位を与えて力のつりあい計算を行った場合の変形に近くなる）。したがって、ハッチングされた接合部１００１の弾性率を相対的に高く設定することにより、図１２の矢印１１０３の先に示したような局所的な変形が小さくなる。このように、剛性変更工程６０５で接合部１００１の剛性を高めることによって、数値解析モデル上で、現実の構造物と同様のそり変形をモデル化することができるようになるのである。

次に、背景技術で述べた形状について本実施形態を適用した場合、すなわち、図４ａに示すようなリブがＴ字状に交わる部分に、前記剛性変更を適用した場合について説明する。図４ａは、リブがＴ字状に交わる部分を示した模式図である。黒色の丸印４０１は三次元形状計測で座標測定をした点を示す。図４ｂにおいて、実線４０５は本実施形態で開示した剛性変更を適用せずにベジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）式やＢ−スプライン（Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）式を用いて実測変位データから近似した曲線、破線４０６は実際の変形状態を表す曲線である。図４ｂにおいて、実測変位データが黒丸４０１のみの場合に、本実施形態で開示した剛性変更を適用しない場合は、Ｔ字交点から最も近い実測変位データまでの距離が大きいと、変形後の形状（曲率、変曲点など）を表現するために必要な実測変位データ数が不足しているために、実線４０５のようにリブ交差部の変形が正確に表現できなかった。したがって、リブ交差部の変形を精度良く表現するためには、図４ａの斜線丸印４０２のように、交差部近傍の実測変位データを十分細かいピッチで測定しておく必要があった。一方、本実施形態で開示した剛性変更工程を用いて、図４ｂの接合部近傍の剛性を相対的に高くすれば、黒丸４０１で示した実測変位データのみを用いて、実際の変形状態である点線４０６を表現することができる。したがって、本発明によれば、ベジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）式やＢ−スプライン（Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）式を用いて実測変位データから曲線を近似する方法よりも少ない実測変位データで実際の変形状態を精度良く再現することができる。

次に、変形解析工程６０６について説明する。変形解析工程６０６では、前記拘束条件、強制変位条件を設定した数値解析モデルにおいて、有限要素法などを用いて数値解析モデルの力のつりあいを計算し、各節点の変位量を求める。

次に、形状データ更新工程６０７について説明する。形状データ更新工程６０７では、変形解析工程６０６で求めた数値解析結果の変位量分布を用いて、変形前の形状データを変形後の形状データに更新する。各節点において、変形前の節点座標に変形解析工程６０６で求めた数値解析結果の変位ベクトルを加算したものを新しい節点座標として補助記憶装置に保存することにより、形状データを更新する。

本発明は、振動溶着構造を持つ製品に限らず、ボルト締結部材や接着構造などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

溶着前のリブ構造を説明する斜視図 部材Ａ、Ｂを付き合わせた状態を説明する斜視図 溶着接合した状態を説明する斜視図 溶着前のリブ構造を説明する斜視図 溶着リブの長手方向で接合部の隙間が不均一な状態を説明する斜視図 溶着前のリブ構造を説明する斜視図 溶着リブの短手方向で溶着リブがオフセットされたまま溶着接合される状態を説明する図 リブがＴ字状に交わる部分を示した模式図 実測変位データから実製品の変形状態を推定した曲線を説明する図 ブロック図 フローチャート ＣＡＤデータの一例を示す概略図 実製品のそり変形状態を示す概略図 メッシュ分割の一例を示す図 剛性を変更する部位の一例を示す図 接合部近傍のメッシュ分割を示す図 接合部の剛性を変更せずに、実測変位データを強制変位として与えた場合の接合部近傍の変形状態を説明する模式図 接合部の剛性を高めて、実測変位データを強制変位として与えた場合の接合部近傍の変形状態を説明する模式図

符号の説明

１０１ 部材Ａの接合部
１０２ 部材Ｂの接合部
１０３ 部材Ａの溶着面
１０４ 部材Ｂの溶着面
１０５ 接合時の加圧力
１０６ 部材Ａのフランジ
１０７ 部材Ｂのフランジ
２０１ 短手方向
２０２ 長手方向
３０１ 短手方向のオフセット量
４０１ 実測変位データ
４０２ Ｔ字部の変形予測精度を向上させるための追加実測変位データ
４０３ リブの一方向
４０４ ４０３と交わるリブの方向
４０５ 実測データ４０１のみを使用して予測した変形状態
４０６ 実製品の変形状態
５００ 計算機
５０１ キーボード
５０２ マウス
５０３ ディスプレイ
５０４ 補助記憶装置
５０５ プログラム
５０６ 形状データ
５０７ 材料データ
５０８ 拘束条件データ
５０９ データ読み出し手段
５１０ 出力手段
５１１ 実測変位データ入力手段
５１２ 強制変位設定手段
５１３ 剛性変更手段
５１４ 変形解析手段
５１５ 形状データ更新手段
６０１ 形状データ入力工程
６０２ 実測変位データ入力工程
６０３ 強制変位量設定工程
６０４ 拘束条件入力工程
６０５ 剛性変更工程
６０６ 変形解析工程
６０７ 形状データ更新工程
７０１ 部材ＡのＣＡＤデータ
７０２ 部材ＢのＣＡＤデータ
７０３ 部材ＡのＣＡＤデータの接合部
７０４ 部材ＢのＣＡＤデータの接合部
８０１ 部材Ａの実製品の変形状態
８０２ 部材Ｂの実製品の変形状態
８０３ 部材Ａの実製品の接合部変形状態
８０４ 部材Ｂの実製品の接合部変形状態
８０５ 実測変位データを測定した点を指す矢印
９０１ 要素
９０２ 節点
１００１ 接合部
１１０１ 実測変位データが存在する節点
１１０２ 実測変位データが存在しない節点

Claims (5)

1. 構造物の数値解析モデルを作成するための数値解析モデル作成方法であって、要素分割された形状データおよび材料データを表した数値解析モデルを入力する形状データ入力工程と、前記構造物の一部のそり変形による変位量を実測し該実測値を入力する実測変位データ入力工程と、前記変位量を実測した前記構造物上の位置に対応する前記数値解析モデル上の節点に前記変位量を強制変位として数値解析モデルに与える強制変位設定工程と、前記数値解析モデル上で前記強制変位を設定した部位の剛性を他の部分よりも相対的に高く設定する剛性変更工程と、前記数値解析によって前記構造物の変形を解析する変形解析工程と、該変形解析工程で得られた結果から前記数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新工程とを有することを特徴とする数値解析モデル作成方法。
2. 前記構造物の前記実測変位データを実測する部位が、前記構造物の接合部であることを特徴とする請求項１または２に記載の数値解析モデル作成方法。
3. 構造物の数値解析モデルを作成するための数値解析モデル作成装置であって、要素分割された形状データおよび材料データを表した数値解析モデルを入力する形状データ入力手段と、前記構造物の一部のそり変形による変位量を実測し該実測値を入力する実測変位データ入力手段と、前記変位量を実測した前記構造物上の位置に対応する前記数値解析モデル上の節点に前記変位量を強制変位として数値解析モデルに与える強制変位設定手段と、前記数値解析モデル上で前記強制変位を設定した部位の剛性を他の部分よりも相対的に高く設定する剛性変更手段と、前記数値解析によって前記構造物の変形を解析する変形解析手段と、該変形解析で得られた結果から前記数値解析モデルの形状データを更新する形状データ更新手段とを有することを特徴とする数値解析モデル作成装置。
4. 請求項１または２に記載の数値解析モデル作成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
5. 請求項４に記載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。

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