JP2009223358A

JP2009223358A - 設計支援装置

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Publication number: JP2009223358A
Application number: JP2008063805A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Sakamoto; 博信坂本; Yasushi Noguchi; 泰野口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】この発明は、設計支援装置に関し、モーフィングの実行に伴うモデルの計算精度の悪化を回避することを目的とする。
【解決手段】最適化探索により得られたメッシュモデル３０の設計変数の変形量に従って、モーフィングによってメッシュモデル３０の各セル３２の節点を移動させる。当該節点移動後のレイヤー層のアスペクト比が当該節点移動前のレイヤー層のアスペクト比と等しくなるように、レイヤー層の高さａ（例えば、ａ_１→ａ_１’）を修正する。
【選択図】図５

Description

この発明は、吸気ポートなどの設計をコンピュータによって支援するための設計支援装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、ＣＡＤ／ＣＡＥソフトウェアを利用した構造体形状のモーフィング方法に関する技術が開示されている。ここで、モーフィング（Morphing）とは、コンピューター上で作成された対象物の形状をコンピューターを利用して他の形状に変形する技術である。

特開２００３−１０８６０９号公報特開２００３−１０８６１０号公報特開２００３−１０８６１１号公報特開２００３−１０８６１２号公報特開２００５−２８４６２１号公報特開２００６−３３０９１７号公報特開２００２−１７０１３０号公報

モーフィングによって構造体のメッシュモデルの形状が変更されると、そのメッシュモデルの各セルが引き伸ばされたり、縮められたりすることになる。その結果、形状が変更された各セルの品質が必ず変化してしまう。

メッシュモデルにおいて、計算精度への影響の大きな部位には、一般に、高アスペクト比のセル群で構成されるレイヤー層（レイヤーメッシュ）が設けられる。そのようなレイヤー層がモーフィングの実行によって何らの配慮もなしに形状変更されてしまうと、モデルの計算精度が悪化してしまう。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、モーフィングの実行に伴うモデルの計算精度の悪化を回避し得る設計支援装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、設計支援装置であって、
数値計算により目標性能値を満足する構造体の最適形状を求める設計支援装置であって、
解析対象となる構造体モデルを構成する複数のセルのそれぞれについて、所定の規則に従って計算結果を取得するセル情報取得手段と、
前記複数のセルの変形量を設定するセル変形量設定手段と、
前記セル変形量設定手段により設定された前記変形量に基づいて、前記複数のセルの節点移動を行うモーフィング実行手段と、
前記複数のセルのうちの計算精度への影響の大きなセル群に対して、前記モーフィング実行手段による前記節点移動を制限する節点移動制限手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記節点移動制限手段は、計算精度への影響の大きな前記セル群に対して、前記モーフィング実行手段による前記節点移動を許容したうえで、当該節点移動後の前記セル群のアスペクト比が当該節点移動前の前記セル群のアスペクト比と等しくなるように、当該セル群の節点を移動させる特定モーフィング実行手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記特定モーフィング実行手段は、前記構造体モデルの表面に対する法線方向への節点移動によって、当該節点移動後の前記セル群のアスペクト比が当該節点移動前の前記セル群のアスペクト比と等しくなるようにすることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記節点移動制限手段は、アスペクト比が所定値よりも高いセル群を、計算精度への影響の大きな前記セル群として判別する高アスペクト比セル群判別手段を含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記節点移動の制限の対象となる前記セル群は、レイヤーメッシュであることを特徴とする。

第１の発明によれば、構造体モデルを構成する複数のセルのうちの計算精度への影響の大きなセル群に対しては、モーフィングによる節点移動が制約されることになる。これにより、そのようなセル群に関して、もとのメッシュモデルの高品質を保持することができるので、モーフィングの実行に伴うモデルの計算精度の悪化を良好に回避することが可能となる。

第２の発明によれば、モーフィングの実行後においても、計算精度への影響の大きな上記セル群を、効果的に高品質に保持することが可能となる。

第３の発明によれば、計算精度を確保するうえで重要なパラメータである各節点の高さ成分を管理して、上記セル群を効果的に高品質に保つことができるようになる。また、このような手法によれば、各節点の横方向の成分を調整する手法に比して、メッシュ歪みの発生を抑制することもできる。

第４の発明によれば、計算精度への影響の大きなセル群を正確に抽出することが可能となる。

第５の発明によれば、構造体モデルにおいて、壁面近傍などに設定されるメッシュであって、かつ、計算精度への影響の大きなレイヤーメッシュに対して、上記第１乃至第４の発明が適用されることで、モーフィングの実行に伴うモデルの計算精度の悪化回避等の上述した第１乃至第４の発明の効果を十分に奏することができるようになる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における設計支援システムのハードウェア構成を説明するための図である。本実施形態の設計支援システムは、設計対象（解析対象）となる構造体（ここでは吸気ポート）の設計を支援するためのシステムであり、図１に示すような汎用のコンピュータ１０をハードウェアとして実現可能なものである。

図１に示すコンピュータ１０は、所定の設計条件（設計変数など）の入力を受け付ける入力装置１２、入力された設計条件に基づいて所定のプログラムを実行するＣＰＵ１４、ＣＰＵ１４による演算結果を出力する出力装置１６、および、ＣＰＵ１４が実行する各種プログラムや演算処理に必要な各種データが格納された記憶装置１８等の基本的構成要素を具備するものであればよい。

図２は、本発明の実施の形態１における設計支援システムのソフトウェア構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、図２に示すように、ベースメッシュモデル作成部２０、条件設定部２２、計算ソルバー２４、最適化探索部２６、および、モーフィング処理部２８を備えている。ここでは、内燃機関の吸気ポートの形状を最適化するためのシステムとして、本設計支援システムを適用した例に説明を行うものとする。具体的には、吸気ポートを最適にするための指標としては、内燃機関の筒内のタンブル（縦渦流）比ＴＲや吸気ポートの流量係数ＣＦが用いられる。本システムの狙いは、トレードオフの関係にあるタンブル比ＴＲと流量係数ＣＦをともに満足させる最適なポート形状を探索して得ることである。

記憶装置１８には、本設計支援システムのユーザによって予め作成された吸気ポートの３次元形状データ（ＣＡＤ(Computer Aided Design)データ）が格納されている。ベースメッシュモデル作成部２０は、そのＣＡＤデータを記憶装置１８から読み出したうえで、そのＣＡＤデータを複数のセル（有限要素）に分割して、ベースのメッシュモデルを作成する機能を有している。ベースのメッシュモデルは、基本的にはベースメッシュモデル作成部２０によって自動的に作成されるものであるが、ユーザの手によって作成されるものであってもよい。

条件設定部２２には、入力装置１２によってユーザから入力された境界条件や計算条件（設計変数）が設定される。ここでいう境界条件とは、メッシュモデルの境界条件（吸気ポート壁面の位置や温度の情報など）のことであり、計算条件とは、メッシュモデルの流れ計算に必要な各種の計算条件（吸気ポートの各部の径やポート高さ、およびメッシュモデル入口の流速など）のことである。

計算ソルバー２４では、条件設定部２２から得られた環境条件および計算条件の下で、メッシュモデルに対して流れ計算が実行される。図３は、吸気ポートのメッシュモデル３０を簡略化して表した図である。図３に示すように、メッシュモデル３０の個々のセル３２の中心位置には、その位置での流速の情報がそれぞれのセル３２と関連付けて与えられている。計算ソルバー２４は、メッシュモデル３０の各セル３２に対して、流速の計算を行う。

そして、計算ソルバー２４は、各セル３２に対する流速の計算結果に基づき、所定の関係式に従って、内燃機関の筒内のタンブル比ＴＲや吸気ポートの流量係数ＣＦを算出する。尚、ここでは、各セル３２の中心位置に流速の情報を付与するようにしているが、これに限らず、各セル３２の各節点に対して流速の情報を付与するようにしてもよい。また、各セル３２に付与される情報は、吸気ポート内のガス流速でなくても、吸気ポート内の圧力や吸気ポート内を流れるガスの運動エネルギなどであってもよい。

本実施形態のシステムでは、計算ソルバー２４により算出されるタンブル比ＴＲと流量係数ＣＦがともに目標値を満たすようになるまで、モーフィング処理部２８によってメッシュの形状変更を施しつつ、上記の演算を繰り返すようにしている。そのような目的のために、計算ソルバー２４による流速の計算結果は、最適化探索部２６に送られるようになっている。

また、最適化探索部２６では、流速の計算結果に基づいて、ベースのメッシュモデル３０の設計変数（吸気ポートの各部の径やポート高さなど）の変形量（すなわち、モーフィング処理部２８によるメッシュモデル３０の変形量）が最適解となるように選定される。

モーフィング処理部２８では、最適化探索部２６によって選定された設計変数の変形量に従って、メッシュモデル３０の形状を変更する処理、すなわち、モーフィングが行われる。より具体的には、吸気ポートの各部の径やポート高さが最適化探索部２６によって選定された値となるようにメッシュモデル３０の形状が変更される。

計算ソルバー２４は、目標タンブル比ＴＲmおよび目標流量係数ＣＦmをともに満たす最適な吸気ポート形状が得られたと判断できる計算結果が得られるまで、最適化探索部２６によって適切な設計変数をモーフィング処理部２８に与えつつ、モーフィング処理部２８によって形状変更された後のメッシュモデル３０に対して演算を再度繰り返すようになっている。

モーフィングを行うことによってメッシュモデル３０の形状を変更させる上記手法によれば、メッシュモデル３０を逐一ＣＡＤ上で作成し直す必要なしに、短時間でメッシュモデル３０を取得することができる。また、モーフィングによれば、メッシュモデル３０全体の粗密分布を形状変更前のベースのメッシュモデル３０から大きく変えずに保持したままで、メッシュモデル３０の形状を変更させることが可能となる。

これにより、実機評価に対するモデル計算の結果のずれ量が形状変更を行う毎に大きく変わらなくなるので、モデルの計算結果の相対評価が可能となる。更に、上記手法によれば、モーフィングによるメッシュモデル３０の自動修正とモデル計算の結果の評価に加え、上述した最適化探索を組み合わせることで、目的に応じた最適な形状を自動で算出することが可能となる。

［モーフィングの実行に伴う問題点］
図４は、モーフィングの実行に伴う問題点を説明するための図である。
図４（Ａ）は、吸気ポートのメッシュモデル３０の一部を示している。図４（Ａ）中に示す破線は、実線で示す現在のラインに対する、最適化探索部２６によって選定されたメッシュモデル３０の要求変形パターンである。

モーフィングは、メッシュモデル３０の各セル３２の節点を直接変更させる処理であり、これにより、各セル３２の形状が変更されることになる。モーフィングを行う際には、メッシュモデル３０が、要求変形パターンに応じて固定される制約条件部位と、移動量が定義されて制御される主たる移動対象部位と、これらの両者の間を補間するよう滑らかに変形される補間部位とに区別（図４（Ｃ）参照）され、モーフィングにおける各セル３２の節点の移動は、上記主たる移動対象部位と補間変形部位に対して行われることになる。尚、ここでいう制約条件部位には、吸気ポートの出口側（燃焼室側）の部位（ポートスロート部）などが該当する。

モーフィングによって構造体のメッシュモデル３０の形状が変更されると、そのメッシュモデル３０の各セル３２が引き伸ばされたり、縮められたりすることになる。より具体的には、モーフィングが実行されると、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、メッシュモデル３０の表面形状が要求変形パターンに応じて変形し、それに伴い、内部の空間メッシュもつられて変形することになる。その結果、形状が変更された各セル３２の品質が必ず変化してしまう。

メッシュモデル３０において、計算精度への影響の大きな部位（具体的には、吸気ポートの壁面近傍の部位）には、図４（Ｂ）に示すように、高アスペクト比（セル３２の縦横比）のセル群で構成されるレイヤー層（レイヤーメッシュ）が設けられる。モデルの計算精度を良好に保持するためには、そのようなレイヤー層の形状を不用意に変更することは好ましくない。

しかしながら、内部の空間メッシュにメッシュ歪みを発生させずにモーフィングを実行するには、レイヤー層を固定にすることはできず、このため、要求変形パターンに応じて、壁面近傍のレイヤー層をもつられて変形せざるを得ない。そのような原因で、レイヤー層がモーフィングの実行によって何らの配慮もなしに形状変更されてしまうと、モデルの計算精度が悪化してしまう。

［実施の形態１の特徴部分］
ベースのメッシュモデル３０を作成する際には、高精度な計算評価を行うために、高品質なレイヤー層（ヘキサ（６面体要素）の場合は薄いヘキサセル、テトラ（４面体要素）の場合はプリズム（三角柱）セル）を壁面近傍の部位に設けている。このようなレイヤー層は、他のセル群（内部の空間メッシュ）と比べ、非常にアスペクト比の高いセル群となる。既述したように、モデルの計算精度に大きく影響するのは、レイヤー層の各セル３２の品質になる。

そこで、本実施形態では、モーフィングによる形状変更前のベースのメッシュモデル３０におけるレイヤー層が有する高いアスペクト比が維持されるように、モーフィングにおけるセル３２の節点移動に制限を設けるようにした。

具体的には、最適化探索部２６によって選定されたメッシュモデル３０の要求変形パターンに従って、先ずは、モーフィングによってレイヤー層を含むメッシュモデル３０の各セル３２を形状変更させた後に、形状変更されたレイヤー層のみを抽出するようにした。そして、抽出されたレイヤー層の各セル３２のアスペクト比が形状変更前のもとのレイヤー層の各セル３２の高アスペクト比に戻るように、レイヤー層の高さ（層幅）を修正するようにした。

図５は、そのような本発明の実施の形態１における特徴的なモーフィング手法を具体的に説明するための図である。
本実施形態では、先ず、メッシュモデル３０全体のアスペクト比を評価して、図５（Ａ）に示すように、メッシュモデル３０の表面に位置するアスペクト比が一定値以上のセル群を、レイヤー層とみなすようにしている。尚、この図５（Ａ）に示す例では、レイヤー層は、表面の節点から４層目までとされている。

図５（Ｂ）は、表面から２層目までの一列のレイヤー層（ここでは、プリズムセルとして構成）を取り出して立体的に表した図である。モーフィングが行われる際には、上記のレイヤー層の判定に次いで、要求変形量（パターン）に基づき、表面セルを構成する各節点について、基準座標系に対する移動ベクトル値ｖ（ｖ_１、ｖ_２、ｖ_３）が算出される。そして、表面の各節点は、当該ベクトル値ｖに基づいてモーフィングが行われる。レイヤー層については、プリズムセルを構成する表面の対となる面の各節点についても、図５（Ｂ）に示すように、表面セルと同じベクトル値ｖだけ変形するようにモーフィングが行われる。また、他のセル群（空間メッシュ）については、表面メッシュの変形量に応じて、補間するようにモーフィングが行われる。尚、図５（Ｂ）に示す例のように、レイヤー層が２層以上存在するケースでは、２層目以降のレイヤー層については、表面に近い方のレイヤー層と接する面を表面セルがみなされ、上記の一層目と同様のモーフィングが行われる。

図５（Ｃ）は、本実施形態の特徴的な処理を表している。すなわち、本実施形態では、次いで、モーフィングによる形状の拡縮に応じてアスペクト比が変化したレイヤー層に対して、アスペクト比がベースの各セル３２のアスペクト比となるように、各セル３２の高さ（レイヤー層の層幅）が修正される。ここでいう高さ方向の距離とは、図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、表面メッシュから法線方向にある各節点を見た場合の隣接する節点間の距離a_１、a_２、およびa_３であり、これらの距離a_１、a_２、およびa_３が、それぞれ距離a’_１、a’_２、a’_３に修正されることになる。

図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＣＰＵ１４が実行する設計支援プログラムを示すフローチャートである。図６に示すプログラムでは、先ず、目標タンブル比ＴＲｍおよび目標流量係数ＣＦｍが目標値として選定される（入力装置１２によってユーザが希望する目標性能値を受け付ける）とともに、ベースメッシュモデル作成部２０によって対象となるベースのメッシュモデル３０が作成される（ステップ１０１）。

次に、条件設定部２２によって所定の境界条件および計算条件が設定されたうえで、ベースのメッシュモデル３０での各単位メッシュ３２の流速が計算ソルバー２４によって計算され、その結果として、タンブル比ＴＲおよび流量係数ＣＦが算出される（ステップ１０２）。より具体的には、これらの流速、タンブル比ＴＲ、および流量係数ＣＦは、所定の計算ステップ（所定時間）毎に繰り返し算出されるものである。更に、本ステップ１０２では、ベースのメッシュモデル３０の各セル３２のアスペクト比Ｒ_Ｂが算出される。

次に、最適化探索部２６によって、実験計画法（ＤＯＥ）または最適化アルゴリズムを用いて、設計変数（吸気ポートの各部の径やポート高さなど）が決定される（ステップ１０３）。

次に、レイヤー層判定が実行される（ステップ１０４）。具体的には、本ステップ１０４では、各セル３２のアスペクト比Ｒ_ｉが所定の閾値αより大きいか否かが判別され、アスペクト比Ｒ_ｉが当該閾値α以上となるセル３２がレイヤー層であると判断される。尚、ここで与えられる閾値αは経験的に定まる値である。

上記ステップ１０４において、レイヤー層であると判定されたセル群に対しては、以下、ステップ１０５〜１０９の一連の処理が実行されることになる。すなわち、先ず、モーフィングにおける要求変形量に基づき、対象となる各節点の移動ベクトル値ｖが算出される（ステップ１０５）。

次に、上記ステップ１０５において算出された移動ベクトル値ｖに基づき、表面メッシュのモーフィングが行われるとともに、レイヤー層についても、プリズムセル毎に同じ移動ベクトル値ｖが与えられた状態でモーフィングが行われる（ステップ１０６）。例えば、１つのプリズムセルの表面側の節点と同じベクトル値が、当該表面と対となる面側の節点に対しても与えられた状態でモーフィングが行われる。

次に、上記ステップ１０６におけるモーフィング後の各セル３２のアスペクト比Ｒｓ_ｉ、および、各セル３２の高さ成分（上記図５（Ｂ）に示す距離ａ_１等に相当）ｈｓ_ｉがそれぞれ算出される（ステップ１０７）。

次に、各セル３２に対して、モーフィング後のレイヤー層の各セル３２のアスペクト比Ｒｓ_ｉを初期のアスペクト比Ｒ_Ｂと等しくするために要求される各セル３２の高さ成分ｈ_ｉが算出される（ステップ１０８）。

次に、各セル３２の高さ成分ｈｓ_ｉが上記ステップ１０８において算出された高さ成分ｈ_ｉとなるように、レイヤー層の節点が修正される（ステップ１０９）。これにより、モーフィングの実行後においても、もとの初期アスペクト比Ｒ_Ｂが保持されたレイヤー層を構成することができる。

一方、上記ステップ１０４において、レイヤー層でないと判定されたセル群、すなわち、空間メッシュであると判定されたセル群に対しては、以下、ステップ１１０および１１１の一連の処理が実行されることになる。すなわち、先ず、空間メッシュに対しては、表面メッシュに要求された形状変形に対応して間が滑らかに繋がるようにモーフィングさせるべく、補間変形量ｘｍ_ｉが算出される（ステップ１１０）。当該補間変形量ｘｍ_ｉは、接続曲率を定めた任意の関数系を用いて決定される。

次に、上記ステップ１１０において算出された補間変形量ｘｍ_ｉに基づき、空間メッシュのモーフィングが実行される（ステップ１１１）。

図６に示すルーチンでは、上記ステップ１０５〜１０９の処理、または、上記ステップ１１０および１１１の処理が行われた後は、次いで、モーフィング後のレイヤー層または空間メッシュに対して、メッシュ歪みの判定が実行される（ステップ１１２）。当該判定の手法としては、例えば、体積が負（Negative Volume）となっているセル３２に対してメッシュ歪みが発生していると判定する手法、或いは、複数の節点の重複を判定することでメッシュ歪みを判定する手法などがある。

上記ステップ１１２において、メッシュ歪みがあると判定された場合には、レイヤー層に対しては、レイヤー層の高さの修正に用いる上記高さ成分ｈ_ｉに任意の係数ｋを乗ずることで、レイヤー層の高さの修正量が調整される（ステップ１１３）。また、この場合には、空間メッシュに対しても、上記補間変形量ｘｍ_ｉに任意の係数ｋを乗ずることで、空間メッシュの変形量が調整される（ステップ１１４）。これらのステップ１１３および１１４の処理は、メッシュ歪みがなくなるまで繰返し実行される。

一方、上記ステップ１１２において、メッシュ歪みがないと判定された場合には、境界条件および計算条件が設定されたうえで、モーフィング実行後の形状に対して、各セル３２についての流速の計算が実行される（ステップ１１５）。

次に、当該モーフィング実行後の形状においてタンブル比ＴＲが安定した状態でのタンブル比ＴＲsおよび流量係数ＣＦsが取得される（ステップ１１６）。

次に、上記ステップ１１６において取得されたタンブル比ＴＲsおよび流量係数ＣＦsが、それぞれ上記ステップ１０１における目標タンブル比ＴＲmおよび目標流量係数ＣＦm以上であるか否かが判別される（ステップ１１７）。

その結果、タンブル比ＴＲsおよび流量係数ＣＦsがともに目標値に達していない場合には、上記ステップ１０３以降の処理が繰り返し実行され、一方、タンブル比ＴＲsおよび流量係数ＣＦsがともに目標値に達した場合には、図６に示す設計支援プログラムの処理が終了される。

以上説明した図６に示す設計支援プログラムによれば、レイヤー層に対しては、モーフィングによる節点移動が制約されることになる。これにより、モデルの計算精度への影響の大きなレイヤー層に関して、ベースのメッシュモデル３０の高品質を保持することができるので、モーフィングの実行後においても、十分な計算精度を確保することが可能となる。

また、上記プログラムによれば、レイヤー層の各節点の高さ成分ｈｓ_ｉのみの調整によって、モーフィング後のレイヤー層のアスペクト比が高く維持されるようになる。レイヤー層は、必要な計算精度を確保するために、層数と層幅を主たる諸元として規定されるものであり、層幅、すなわち、各節点の高さ成分ｈｓ_ｉは、計算精度を確保するうえで重要なパラメータである。つまり、上記手法によれば、そのようなパラメータである各節点の高さ成分ｈｓ_ｉを管理して、レイヤー層を効果的に高品質に保つことができるようになる。また、各節点の高さ成分ｈｓ_ｉを調整する手法によれば、各節点の横方向の成分を調整する手法に比して、メッシュ歪みの発生を抑制することもできる。

また、レイヤー層は、モーフィングによってねじれたり、薄くなり過ぎたりし易い部位である。このため、モーフィング実行時にメッシュ歪みによるエラーが生じ易いセルは、レイヤー層近傍のセルとなる。上記プログラムによれば、モーフィング実行後のレイヤー層が高アスペクト比に維持されるので、メッシュ歪みの発生を抑制することができる。

また、上記プログラムの手法によれば、メッシュサイズを変えたり、メッシュを再分割したりすることでメッシュモデルの品質を高く保持しようとする従来の手法と比べ、モーフィング後におけるレイヤー層のセル群の調整を追加するだけで済む。このため、モーフィングの実行時間を大きく延長させることなく、モデルの計算精度を十分に確保できるようになる。

また、上記プログラムの手法によれば、メッシュを再分割したりしないので、メッシュモデル３０全体の粗密分布が変わらず、これにより、メッシュモデル３０の形状変更の前後で、モデルの計算結果の相対評価が十分に可能となる。このような性質は、本実施形態のシステムのように、最適化探索を行い、形状変形前後の相対評価から探索値を決定するシステムにおいて極めて有効なものである。

ところで、上述した実施の形態１においては、レイヤー層に対しても他の空間メッシュと同様に要求変形量に基づくモーフィングを行った後に、レイヤー層のアスペクト比が高く維持させるように、レイヤー層を修正するようにしている。しかしながら、本発明において、計算精度への影響の大きなセル群に対してモーフィングによる節点移動を制限する手法は、これに限定されない。

すなわち、例えば、ベースのメッシュモデル作成の段階で、レイヤー層を大きめの一層のみとして作成し、その後、モーフィングを行った後に、そのレイヤー層を所望の数の層に細かく分割するようにしてもよい。ただし、その分割の際は、高さ方向に対してのみ分割するのが望ましい。また、このような手法によれば、上述した実施の形態１の手法と比べ、モーフィング実行時にセルの横方向の変形量が大きい場合であっても、高さの調整によって各セルのアスペクト比を確実に一定値に揃えることができるようになる。

更には、上述した実施の形態１の手法に代え、ベースのメッシュモデル作成の段階ではレイヤー層を設けないようにしておき、その後、モーフィングを行った後に、表面メッシュから高アスペクト比のセル（例えばプリズムセル）をメッシュモデルの内部へ押し出すようにすることで、レイヤー層を構築するようにしてもよい。尚、この場合には、内部の空間メッシュは、レイヤー層の挿入を受けて、スムージング処理によって補間して修正されるようにしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、メッシュモデル３０が前記第１の発明における「構造体モデル」に相当している。また、ＣＰＵ１４が、上記ステップ１０２、または１１５および１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「セル情報取得手段」が、上記ステップ１０３の処理を実行することにより前記第１の発明における「セル変形量設定手段」が、上記ステップ１０５および１０６、並びに１１０および１１１の処理を実行することにより前記第１の発明における「モーフィング実行手段」が、上記ステップ１０７〜１０９の処理を実行することにより前記第１の発明における「節点移動制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＣＰＵ１４が上記ステップ１０５および１０６の処理を行ったうえで上記ステップ１０７〜１０９の処理を行うことにより前記第２の発明における「特定モーフィング実行手段」が実現されている。
また、ＣＰＵ１４が上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「高アスペクト比セル群判別手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１における設計支援システムのハードウェア構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１における設計支援システムのソフトウェア構成を説明するための図である。吸気ポートのメッシュモデルを簡略化して表した図である。モーフィングの実行に伴う問題点を説明するための図である。本発明の実施の形態１における特徴的なモーフィング手法を具体的に説明するための図である。本発明の実施の形態１において実行される設計支援プログラムのフローチャートである。

符号の説明

１０コンピュータ
１２入力装置
１４ＣＰＵ
１６出力装置
１８記憶装置
２０ベースメッシュモデル作成部
２２条件設定部
２４計算ソルバー
２６最適化探索部
２８モーフィング処理部
３０メッシュモデル
３２セル
ＣＦ、ＣＦｍ、ＣＦｓ流量係数
ｈｓ_ｉ、ｈ_ｉ節点の高さ成分
Ｒ_Ｂ、Ｒ_ｉ、Ｒｓ_ｉアスペクト比
ＴＲ、ＴＲｍ、ＴＲｓタンブル比
ｖ_ｉ節点移動ベクトル値
ｘｍ_ｉ補間変形量

Claims

数値計算により目標性能値を満足する構造体の最適形状を求める設計支援装置であって、
解析対象となる構造体モデルを構成する複数のセルのそれぞれについて、所定の規則に従って計算結果を取得するセル情報取得手段と、
前記複数のセルの変形量を設定するセル変形量設定手段と、
前記セル変形量設定手段により設定された前記変形量に基づいて、前記複数のセルの節点移動を行うモーフィング実行手段と、
前記複数のセルのうちの計算精度への影響の大きなセル群に対して、前記モーフィング実行手段による前記節点移動を制限する節点移動制限手段と、
を備えることを特徴とする設計支援装置。
前記節点移動制限手段は、計算精度への影響の大きな前記セル群に対して、前記モーフィング実行手段による前記節点移動を許容したうえで、当該節点移動後の前記セル群のアスペクト比が当該節点移動前の前記セル群のアスペクト比と等しくなるように、当該セル群の節点を移動させる特定モーフィング実行手段を含むことを特徴とする請求項１記載の設計支援装置。
前記特定モーフィング実行手段は、前記構造体モデルの表面に対する法線方向への節点移動によって、当該節点移動後の前記セル群のアスペクト比が当該節点移動前の前記セル群のアスペクト比と等しくなるようにすることを特徴とする請求項２記載の設計支援装置。
前記節点移動制限手段は、アスペクト比が所定値よりも高いセル群を、計算精度への影響の大きな前記セル群として判別する高アスペクト比セル群判別手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の設計支援装置。
前記節点移動の制限の対象となる前記セル群は、レイヤーメッシュであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の設計支援装置。