JP2010069653A - 強度解析方法、強度解析装置及び強度解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形によりウエルドが発生する部材の構造解析について、より短い時間で計算することができる構造解析方法を提供する。
【解決手段】射出形成される部材を複数の強度を評価する強度解析方法であって、部材の形状を示す形状情報を取得するステップ（Ｓ１）と、形状情報に基づいて部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成するステップ（Ｓ２）と、要素情報が示す各要素を用いて、材料を金型に流し込むゲートから熱が伝わる場合の熱解析を行うことによって部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成するステップ（Ｓ３）と、各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するステップ（Ｓ４）と、ウエルド位置を参照して、部材の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換するステップ（Ｓ５）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、部材の強度を評価するための強度解析方法、強度解析装置及び強度解析プログラムに関し、特にウエルドが生じる射出成形品の強度解析方法、強度解析装置及び強度解析プログラムに関する。

樹脂部材は、例えば、テレビ、エアコン、携帯電話の筐体、自動車のバンパ等といった日常の様々な製品に使用されており、樹脂部材の用途はさらに広がっている。樹脂部材が射出成形によって作られる場合、部材の形状によっては、溶融した樹脂が合流するウエルド（ウエルドラインともいう。）と言われる融合部分が生じる。ＰＰなど結晶系の樹脂を用いた部材では、ウエルド部分の強度が低下することがある。

樹脂部材の用途が広がり、複雑な形状の部材が増えると、ウエルドの発生位置（ウエルド位置）を経験だけで正確に予測することは困難になる。他方で、製品の信頼性を向上させるために、樹脂部材の強度予測には、より精度のよいものが求められている。そのため、樹脂の強度に大きな影響を与えることがあるウエルドの発生位置を正確に予測することが重要になる。そこで、衝撃解析をするために、流動解析を用いてウエルド位置を予測する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６９９０９号公報

しかしながら、従来の解析処理には、多くの時間を要するという問題がある。例えば、流動解析と衝撃解析とでは、解析に用いる分割要素が異なる。そのため、従来、予測されたウエルドの発生位置を衝撃解析等の他の解析に用いる要素にマッピングする。このマッピング処理には、多くの時間を要する。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ウエルド位置をより短い時間で予測することが可能な強度解析方法を提供する。

上述の課題を解決するために、本発明の強度解析方法は、
射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、
上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得ステップと、
上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、
上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、
上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含む。

なお、本発明は、強度解析方法として実現されるだけではなく、強度解析方法に含まれるステップを実行する機能を有する処理部を備える強度解析装置として実現することも、強度解析方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。

本発明によると、ウエルド位置は、熱解析の結果に基づいて特定される。一般に、熱解析に用いる要素数は、流動解析に用いる要素数よりも少ない。そのため、ウエルド位置を予測するための計算時間を短縮することができる。従って、ウエルド位置を考慮した強度解析に要する処理時間を短縮することが可能になる。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る強度解析装置の外観を示す。強度解析装置２０ａは、射出成形され、ウエルドが生じる部材の強度解析をする装置であって、例えばソフトウェアプログラムを実行可能なコンピュータである。強度解析装置２０ａには、外部に、液晶ディスプレー等の表示部２２、キーボード、マウス等の入力部２４、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ，図２参照）装置等が接続されている。

図１に示す表示部２２には、後述するように解析のために要素分割された部材としての平板９０が示されている。図１の表示部２２に示す平板９０は、２つの穴９２ａ，９２ｂを有しており、また成形に用いる金型のゲートが位置する２つのゲート部分９４ａ，９４ｂを有する。ウエルド（ウエルドライン）は、部材が窓又は穴を有する場合や金型に設けられる複数のゲートから材料が流し込まれる場合等に、金型の中を流れる材料が合流することによって生じる。上述のように、平板９０は穴９２ａ，９２ｂを有し、またゲート９４ａ，９４ｂが複数設けられている。そのため、このような平板９０では、一般に、ゲート９４ａ，９４ｂの中央付近及び穴９２ａ，９２ｂの近傍にウエルドが発生することが多い。ウエルドが発生する位置を、以下、「ウエルド位置」という。

図２は、実施の形態１に係る強度解析装置２０ａのブロック図である。本図に示すように、強度解析装置２０ａは、ユーザにより入力された情報を入力部２４から取得する入力情報取得部５２と、ハードディスク等の記憶媒体により実現される複数の記憶部を備える。各記憶部には、詳細は後述するように、各処理部によって生成された情報、ユーザの入力に基づき入力情報取得部５２が取得した情報等が所定の形式で保持されている。

要素記憶部３２は、解析に用いるために分割された各要素の位置関係を特定するための情報である要素情報３２ａを記憶している。

図３は、実施の形態１に係る要素情報３２ａの具体例を示す。要素情報３２ａは、各要素を特定するための情報と、各要素の位置関係を特定可能な情報とを含む。本実施の形態での各要素を特定するための情報は「要素番号」である。また、各要素の位置関係を特定するための情報は、例えば、部材に対して固定された座標系を用いた値を示す。この座標系は、本実施の形態において位置を特定する場合に共通して用いられる。

本実施の形態の各要素は同一の立方体としているため、各要素の位置関係を特定するための情報は、各要素に共通のｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の大きさを示す情報と、各要素の基準位置の座標を示す情報とを含み、これによって各要素の位置関係を特定する。具体的には、本実施の形態では、ｘ方向の大きさ（Δｘ）、ｙ方向の大きさ（Δｙ）及びｚ方向の大きさ（Δｚ）を全て「２」とし、また、例えば要素番号が「１」である要素の基準位置を「（０，０，０）」としており、これによって、要素番号が「１」で示される要素の部材における位置が特定される。

なお、解析には異なる大きさを有する要素を用いることも多いが、このような場合には、各要素の位置関係を特定するための情報は、例えば、要素毎の基準となる頂点の座標を示す情報と要素毎の各方向への大きさを示す情報とを関連付けたものとすればよい。また、各要素の形状は立方体に限らず、例えば四面体等、適宜適切な形状がユーザにより選択されてよい。要素の形状が四面体である場合、各要素の位置関係を特定するための情報として、例えば、各要素が有する４つの頂点それぞれの座標を示す情報等が用いられてよい。

熱解析条件記憶部３４は、材料の熱特性を示す情報、熱解析に用いる境界条件を示す情報、熱源の位置を示す情報等の熱解析を行うための条件を示す情報である熱解析条件情報３４ａを記憶している。熱解析条件情報３４ａは、入力情報取得部５２を介してユーザが記憶させる。

図４は、実施の形態１に係る熱解析条件情報３４ａの具体例を示す。熱解析条件情報３４ａは、熱解析に用いる熱伝導率、比熱、ゲート温度、節点温度及びゲート位置を含む。本発明では、熱解析は部材の熱特性を得るために行われるため、熱伝導率及び比熱は材料の正確な値である必要はなく、任意の値、例えば１であってよい。ゲート温度は、ゲート部分の温度であり、節点温度は、各要素の境界が交わる節点の温度である。これらの温度も任意の値でよい。図４では、ゲート温度を１とし、節点温度を０とする例を示している。ゲート位置は、部材を射出成形するために設けられるすべてのゲートに対応したゲート部分の位置を示す。本実施の形態では、ゲート部分９２ａ，９２ｂは２つ設けられるため、熱解析条件情報３４ａは２つのゲート位置を含む。

熱特性記憶部３６は、強度解析装置２０ａが行う熱解析によって算出される各要素の熱特性値を示す熱特性情報３６ａを記憶している。図５は、実施の形態１に係る熱特性情報３６ａの具体例を示す。熱特性情報３６ａは、熱解析によって算出された各要素の温度勾配を示す情報である。

変換条件記憶部３８は、熱解析によって算出された各要素の熱特性値を部材の各要素の強度σに変換するための情報である変換条件情報３８ａを記憶している。変換条件情報３８ａは、入力情報取得部５２を介してユーザが記憶させる情報である。

図６は、実施の形態１に係る変換条件情報３８ａの具体例を示す。変換条件情報３８ａは、材料強度σを示す情報と、ウエルド強度倍率を示す情報とを含む。ウエルド強度倍率とは、ウエルドが発生した場合の当該部分の強度であるウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値の一例であり、材料強度σに対するウエルド強度の大きさの程度を示す。ウエルドが生じない場合の材料強度σにウエルド強度倍率を掛けることによって、ウエルド強度は算出される。図に示す例では、ウエルド強度倍率は「１／３」である。

強度記憶部４０は、各要素の強度を示す情報である強度情報４０ａを記憶している。図７は、実施の形態１に係る強度情報４０ａの具体例を示す。本図に示すように、要素番号と強度とが関連付けられており、例えば、要素番号が「１」である要素について、強度が「１８００（ｋｇ／ｃｍ^２）」である強度情報４０ａが含まれる。

再び図２を参照すると、強度解析装置２０ａは、形状取得部５６と、要素分割部５８と、熱解析部６０と、変換部６４と、表示制御部６６とを更に備える。ユーザによる各処理部への指示は、入力情報取得部５２を介して引き渡される。

形状取得部５６は、部材の形状を示す形状情報を取得する。本実施の形態の形状取得部５６は、ＣＡＤ装置２６から接続回線を通じて形状情報を取得する。

要素分割部５８は、形状取得部５６から形状情報を取得し、取得した形状情報に基づいて部材を重複のない複数の要素に分割する。これによって、要素分割部５８は、要素情報３２ａを生成する。

熱解析部６０は、熱解析条件記憶部３４から熱解析条件情報３４ａを取得し、要素分割部５８から部材の各要素を示す情報を取得し、これらの取得した情報に基づいて熱解析を行う。また、熱解析部６０は、熱解析により得られる解析結果を含む熱特性情報３６ａを熱特性記憶部３６に記憶させる。

変換部６４は、熱解析部６０による熱解析処理が終了すると、変換条件記憶部３８から変換条件情報３８ａを取得し、熱特性記憶部３６から熱特性情報３６ａを取得し、これらの取得した情報に基づいて、各要素について熱特性値を強度に変換する。

図８は、実施の形態１に係る変換部６４の詳細を示すブロック図である。図示するように、変換部６４は、熱特性情報取得部７２ａと、変換条件情報取得部７４と、ウエルド位置特定部７６と、強度算出部７８とを有する。

熱特性情報取得部７２ａは、熱特性記憶部３６から熱特性情報３６ａを取得する。変換条件情報取得部７４は、変換条件記憶部３８から変換条件情報３８ａを取得する。ウエルド位置特定部７６は、熱特性情報取得部７２ａから熱特性情報３６ａを取得し、取得した熱特性情報３６ａに基づいて部材のウエルド位置を特定し、ウエルド位置を示す情報であるウエルド位置情報を生成する。強度算出部７８は、変換条件情報取得部７４から変換条件情報３８ａを取得し、ウエルド位置特定部７８からウエルド位置情報を取得し、取得したこれらの情報に基づいて、ウエルドの位置を考慮した製品の各要素の強度を算出する。強度算出部８０は、算出した強度情報を表示制御部６６に引き渡すとともに、強度記憶部４０に格納する。

再び図２を参照すると、表示制御部６６は、取得した強度情報を表示部２２に表示させる。

次に、実施の形態１に係る強度解析装置２０ａが実行する処理の詳細について、フローチャートを参照して説明する。

図９は、実施の形態１に係る強度解析装置２０ａが実行する処理のフローチャートである。形状取得部５６は、ＣＡＤ装置２６から通信回線を通じて形状情報を取得する（Ｓ１）。要素分割部５８は、形状情報に基づいて、部材全体を重複のない複数の要素に分割し、それによって、要素情報３２ａを生成し、生成した要素情報３２ａを要素記憶部３２に記憶させる（Ｓ２）。

熱解析部６０は熱解析処理を実行する（Ｓ３）。図１０は、実施の形態１に係る熱解析処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。熱解析部６０は、要素分割部５８から要素情報３２ｂを取得する（Ｓ１１）。熱解析部６０は、熱解析条件記憶部３４から熱解析条件情報３４ａを取得する（Ｓ１２）。熱解析部６０は、各取得処理（Ｓ１１及びＳ１２）において取得した情報を用いて、例えば有限要素法による熱解析を行い、それによって、各要素の温度勾配を含む熱特性値を算出する（Ｓ１３）。

ここで、有限要素法は、熱解析等に利用される数値解析手法の１つであって、物体を複数の小さい要素に分割し、各要素に単純化した方程式を組み合わせて適用し、適用した方程式を満足する解を数値的に得る手法である。有限要素法は、よく知られた手法であるため、これに関する詳細な説明は省略する。

熱特性値算出処理（Ｓ１３）によって、図５に示すような各要素の温度勾配を含む熱特性情報３６ａが生成される。図１１に、熱特性情報３６ａの具体例を分かり易く示す。図１１は、熱特性値算出処理（Ｓ１３）において算出された、平板９０の温度勾配分布の一例を示す図であり、特に、板９０が有する２つの穴９２ａ，９２ｂの間の温度勾配分布を示す。同図では、全体の温度を「０」、ゲート９２ａ，９４ｂの温度を例えば「１」として熱解析を行い、それによって算出された温度の等温線を板９０の平面図に描いた図である。

ここで、熱解析部６０が熱解析に用いる熱伝導の支配方程式を式（１）に示す。

・・・式（１）

式（１）において、Κは熱伝導率、Ｔは温度，（上に点を３つ付した）ｑは単位体積あたりの内部発熱量、ρは密度、ｃは比熱、ｔは時間、Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙ，Ｖ_ｚは伝導媒体中の熱の速度をそれぞれ表す。

これに対して、流動解析に用いられる支配方程式を式（２）に示す。

・・・式（２）

式（２）において、Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙ，Ｖ_ｚは樹脂の流速、Ｐは圧力、τは表面力をそれぞれ表す。

式（２）の右辺第１項〜第５項は、それぞれ、熱伝導、圧縮による内部エネルギー、法線応力による仕事、せん断応力による仕事、内部発熱を表す。また、射出成形ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）において、式（２）は、以下に示す（ａ）〜（ｇ）の仮定により、式（３）のように簡略化できる。
（ａ）流動塲は薄肉である。すなわち、肉厚に比べて流動長が十分に長く、そのため、肉厚方向の流動成分Ｖ_zは無視できる。
（ｂ）樹脂は高粘性流体であり、そのため、慣性項及び体積力項は表面力に比べて小さく無視できる。
（ｃ）平面方向の速度勾配が肉厚方向の速度勾配に比べて十分に小さく、そのため、面内の表面力は無視できる。
（ｄ）モデル形状が薄肉であるため、面方向の熱伝導率は肉厚方向の熱伝導に比べて十分に小さく、そのため、面方向の熱伝導率は無視できる。
（ｅ）圧縮による内部エネルギーは、速度勾配が小さいので無視できる。
（ｆ）法線応力による仕事は、断面急変部のみで内部発熱として考慮する。
（ｇ）剪断応力による仕事は、肉厚方向の速度勾配成分のみを対象とする。

・・・式（３）

式（３）の右辺は、熱伝導と、肉厚方向の速度勾配成分のせん断応力による仕事と、内部発熱の項とに簡略化される。これを式（１）と比較すると、熱伝導の支配方程式は、簡略化した流動解析の支配方程式において、肉厚方向の速度勾配成分のせん断応力の影響を無視したものである。従って、せん断応力を無視できる場合、すなわち、せん断応力を決定する粘度およびせん断速度を無視できる場合に、流動解析を伝熱解析で簡易的に近似できる。ここで、粘度は、せん断速度、温度及び圧力の関数で表されるため、これらが大きく変化しない単純な形状を部材が有している場合には、金型に流し込まれた樹脂が合流する部分を解析するために熱伝導の支配方程式を利用することは有用である。

せん断速度、温度及び圧力が大きく変化しない形状の具体例としては、ゲート数が少ない形状、板厚の増減が少ない形状等を挙げることができる。また、流動過渡部（流動先端、金型から遠い成形品内部等）も、せん断速度、温度及び圧力が大きく変化しない部位であり、当該部分についても後述するように、熱解析によって十分な精度でウエルド位置を予測できる。

このように、上述の支配方程式の複雑さから分かるように、流動解析の計算は複雑であり、計算時間が多く掛かる。これに対して、熱解析の計算負荷は、流動解析の場合に比べて軽く、そのため、ウエルド位置を予測するために要する時間を短縮することが可能になる。

図１０に戻り、熱解析部６０は、算出した熱特性値を含む熱特性情報３６ａを熱特性記憶部３６に格納する（Ｓ１４）。

再び図９を参照する。変換部６４は、熱解析で得られた熱特性値を強度に変換する（Ｓ４）。図１２は、実施の形態１の変換処理（Ｓ４）の詳細を示すフローチャートである。

熱特性情報取得部７２ａは、熱特性記憶部３６から熱特性情報３６ａを取得する（Ｓ２１）。ウエルド位置特定部７６は、熱特性情報３６ａを参照して、各要素について各要素の温度勾配が０であるか否かを判断し、それによって、温度勾配が０である要素を抽出し、抽出された要素をウエルド位置として特定する（Ｓ２２）。

ウエルドは、異なるゲートから流入した材料が合流する部分や穴の周囲で材料が合流する部分に生じる。ウエルド位置は、上述のように温度勾配が０になる部分９６の要素として特定され、図１１では２つのゲートのほぼ中央に位置する要素である。また、円９２ａ，９２ｂの周囲において、温度が低い部分又は温度勾配が０になる部分は狭く、ウエルドは目立たない。

なお、ウエルド位置は、温度勾配が０である部分として特定される代わりに、温度勾配が閾値以下である部分として特定されてもよい。

なお、ウエルド位置は、温度分布から特定されてもよい。この場合、熱解析部６０は、各要素の温度を含む熱特性情報３６ｂ（図１３参照）を算出して、熱特性記憶部３６に格納する。図１４は、熱特性値算出処理Ｓ１３において算出された、平板９０の温度分布の一例を示す図である。同図は、平板９０の平面図に熱解析の結果得られた温度が等しい要素を結んだ等温線を示す。ゲート９４ａ及び９４ｂから次第に温度は低くなる。同図から分かるように、ウエルドは、温度が低い位置にも対応している。そのため、ウエルド位置は、閾値よりも温度の低い位置として特定されてもよい。

この場合の変換処理において、ウエルド位置特定部７６は、温度勾配からウエルド位置を特定する処理（Ｓ２２）に代えて、温度分布（各要素の温度）からウエルド位置を特定する。すなわち、ウエルド位置特定部７６は、各要素の温度を含む熱特性情報３６ｂを参照して、平板９０の中の最低温度を特定するとともに、各要素の温度が最低温度と等しいか又は閾値以下であるか否かを判断し、最低温度と等しい又は閾値以下である要素をウェルド位置として特定する。ここで、平板９０の中の最低温度とは、平板９０に含まれる各要素の温度の中で最も低い温度をいう。

図１２に戻り、変換条件情報取得部７６は、変換条件記憶部３８から変換条件情報３８ａを取得する（Ｓ２３）。強度算出部８０は、ウエルド位置情報と変換条件情報３８ａとを参照して、ウエルド強度を算出する（Ｓ２４）。具体的には、強度算出部８０は、ウエルド位置の要素について、変換条件情報３８ａに含まれる材料強度σに、変換条件情報３８ａに含まれるウエルド強度倍率を掛け、それによって、ウエルド強度を算出する。

強度算出部８０は、ウエルド位置に対応する要素の強度にはウエルド強度算出処理（Ｓ２４）において算出されたウエルド強度を含み、その他の要素の強度には変換条件情報３８ａに含まれる材料強度σを含む強度情報４０ａを強度記憶部４０に格納する（Ｓ２５）。

以上のように、本発明ではウエルド位置を特定するために熱解析を用いる。熱解析は流動解析に比べて、比較的計算負荷が軽く、従って解析に要する時間も短い。ウエルド位置を考慮して部材の強度を算出することができるため、強度を予測する精度は従来とほぼ変わらない。従って、高精度な強度の算出を比較的短時間で行うことが可能になる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１と同様の方法によって算出した強度を用いて、各要素の安全率を算出する。このような本実施の形態について図を参照して説明する。

図１５は、本発明の実施の形態２に係る強度解析装置２０ｂのブロック図である。本実施の形態に係る強度解析装置２０ｂは、実施の形態１に係る強度解析装置２０ａが備える各処理部及び各記憶部に加えて、構造解析を行うための条件を示す構造解析条件情報４２ａを記憶している構造解析条件記憶部４２と、要素情報３２ａを参照して部材の構造解析を行う構造解析部６８と、構造解析部６８による構造解析の結果を含む構造解析結果情報４４ａを記憶している構造解析結果記憶部４４と、各要素の安全率を算出する安全率算出部８２とを備える。

構造解析条件記憶部４２は、図１６に例示するように弾性率Ｅ、密度ρ等のような構造解析を行うために必要な物性値等の条件を示す構造解析条件情報４２ａを記憶している。また、構造解析結果記憶部４４は、図１７に例示するように、構造解析によって算出される各要素の応力と、その応力を用いて算出される各要素の安全率とを含む構造解析結果情報４４ｂを記憶している。

構造解析部６８は、要素記憶部３２から要素情報３２ａと取得し、構造解析条件記憶部４２から構造解析条件情報４２ａを取得し、これらの取得した情報、ユーザが設定する境界条件、負荷等に基づいて、例えば有限要素法による構造解析を行う。構造解析部６８の構造解析では、熱解析部６０の熱解析と同一の要素情報３２ａに含まれる要素を用いて解析を行う。

安全率算出部８２は、強度記憶部４０から強度情報４０ａを取得し、構造解析結果記憶部４４から構造解析結果情報４４ａを取得し、取得したこれらの情報を参照して、各要素の安全率を算出する。安全率は、強度を応力で割った値である。すなわち、各要素の安全率は、強度情報４０ａに含まれる各要素の強度を構造解析結果情報４４ａに含まれる各要素の応力で割ることによって、算出される。

次に、実施の形態２に係る強度解析装置２０ｂが実行する処理の詳細について、フローチャートを参照して説明する。

図１８は、実施の形態２に係る強度解析装置２０ｂが実行する処理のフローチャートである。形状取得部５６、要素分割部５８、熱解析部６０及び変換部６４は、順に、形状取得処理（Ｓ３１）、要素分割処理（Ｓ３２）、熱解析処理（Ｓ３３）及び変換処理（Ｓ３４）を実行する。これらの処理は、それぞれ、実施の形態１の形状取得処理（Ｓ１）、要素分割処理（Ｓ２）、熱解析処理（Ｓ３）及び変換処理（Ｓ４）と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

構造解析部６８は、部材の構造解析を行う（Ｓ３５）。図１９は、実施の形態２に係る構造解析処理（Ｓ３５）の詳細を示すフローチャートである。

構造解析部６８は、要素記憶部３２から要素情報３２ａを取得する（Ｓ４１）。構造解析部６８は、構造解析条件記憶部４２から構造解析条件情報４２ａを取得する（Ｓ４２）。

構造解析部６８は、要素情報取得処理（Ｓ４１）において取得した要素情報３２ａが示す要素を用いて、構造解析条件情報取得処理（Ｓ４２）において取得した構造解析条件情報４２ａに含まれる構造解析の条件及びユーザが適宜入力する入力情報取得部５２から取得される情報が示す条件（この取得処理は図示せず。）の下で、有限要素法等を用いて構造解析を実行し、それによって、各要素の応力を示す構造解析結果を算出する（Ｓ４３）。有限要素法等の構造解析の方法は、従来の方法であるため、詳細な説明は省略する。ここでは、熱解析と同じ要素を用いて構造解析を行うため、構造解析のためにあらたに要素分割処理を行う必要がなく、構造解析処理に要する時間を短縮できる。

構造解析部６８は、算出した構造解析結果を含む構造解析結果情報４４ａを構造解析結果記憶部４４に格納する（Ｓ４４）。

図１８に戻り、安全率算出部６６は各要素の安全率を算出する（Ｓ３６）。図２０は、実施の形態２に係る安全率算出処理（Ｓ３６）の詳細を示すフローチャートである。

安全率算出部６６は、強度記憶部４０から強度情報４０ａを取得する（Ｓ５１）。これによって、安全率算出部６６は熱解析の解析結果を変換して得られた、ウエルドの発生を考慮した強度情報４０ａを取得する。安全率算出部６６は、構造解析結果記憶部４４から構造解析結果情報４４ａを取得する（Ｓ５２）。安全率算出部６６は、強度情報４０ａに含まれる各要素の強度と、構造解析結果情報４４ａに含まれる各要素の応力とを参照して、各要素の安全率を算出する（Ｓ５３）。

このように、安全率算出部６６は、同一の要素に対応付けられた強度と応力とを用いて、各要素の安全率を算出する。そのため、強度と応力とで異なる要素を用いる場合とは異なり、安全率を算出するために、要素のマッピングし、かつ／又は、要素分割を変更するとともに変更後の要素に応じて強度や応力を再計算する必要がない。従って、熱解析と構造解析とで同一の要素を用いることによって、安全率算出処理に要する時間を短縮することが可能になる。

安全率算出部６６は、各要素の安全率を示す情報を構造解析結果情報４４ａとして構造解析国分４４に格納する（Ｓ５４）。これにより、強度解析装置２０ｂは、処理を終了する。

以上のように、熱解析と構造解析とで同一の要素を用いる。ウエルド位置を考慮した強度は、熱解析の結果である温度勾配に基づいて算出されるため、部材の強度分布も熱解析と同じ要素を用いている。そのため、強度分布と応力分布とが同じ要素を用いることになり、安全率を算出するにあたって要素のマッピング等の変換をする必要がなく、容易に安全率の分布を求めることが可能になる。また、安全率にはウエルド位置における強度の特性が考慮されているため、精度のよい安全率の分布を得ることが可能になる。

本発明は、射出成形によって形成される部材であって、ウエルドが発生する形状をしたものの構造解析に利用できる。

本発明の実施の形態１に係る構造解析装置の外観を示す。 実施の形態１に係る構造解析装置のブロック図。 実施の形態１に係る要素情報の具体例を示す。 実施の形態１に係る熱解析条件情報の具体例を示す。 実施の形態１に係る熱特性情報の具体例を示す。 実施の形態１に係る変換条件情報の具体例を示す。 実施の形態１に係る強度情報の具体例を示す。 実施の形態１に係る変換部の詳細を示すブロック図。 実施の形態１に係る構造解析装置が実行する処理のフローチャート。 実施の形態１に係る熱解析処理Ｓ３の詳細を示すフローチャート。 熱特性値算出処理Ｓ１３において算出された、平板の温度勾配分布の一例を示す図。 実施の形態１の変換処理Ｓ４の詳細を示すフローチャート。 実施の形態１に係る熱特性情報の他の具体例を示す。 熱特性値算出処理Ｓ１３において算出された、平板の温度分布の一例を示す図。 本発明の実施の形態２に係る強度解析装置２０ｂのブロック図。 実施の形態２に係る構造解析条件情報の具体例を示す。 実施の形態２に係る構造解析結果情報４４ｂの具体例を示す。 実施の形態２に係る構造解析装置が実行する処理のフローチャート。 実施の形態２に係る構造解析処理Ｓ３５の詳細を示すフローチャート。 実施の形態２に係る安全率算出処理Ｓ３６の詳細を示すフローチャート。

符号の説明

２０ａ，２０ｂ 構造解析装置、２２ 表示部、２４ 入力部、２６ ＣＡＤ装置、３２ 要素記憶部、３４ 熱解析条件記憶部、３６ 熱特性記憶部、３８ 変換条件記憶部、４０ 強度記憶部、４２ 構造解析条件記憶部、４４ 構造解析結果記憶部、５２ 入力情報取得部、５６ 形状取得部、５８ 要素分割部、６０ 熱解析部、６４ 変換部、６６ 表示制御部、６８ 構造解析部、７２ 熱特性情報取得部、７４ 変換条件情報取得部、７６ ウエルド位置特定部、７８ 強度算出部、８２ 安全率算出部。

Claims (11)

1. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、
   上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得ステップと、
   上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、
   上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、
   上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
   上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含むことを特徴とする強度解析方法。
2. 上記熱解析ステップにおいて、上記各要素の熱特性値として各要素の温度勾配を算出し、
   上記ウエルド位置特定ステップにおいて、上記各要素の温度勾配が０であるか又は閾値以下であるか否かを判断し、温度勾配が０であるか又は閾値以下である要素をウエルド位置として特定することを特徴とする請求項１に記載の強度解析方法。
3. 上記熱解析ステップにおいて、上記各要素の熱特性値として各要素の温度を算出し、
   上記ウエルド位置特定ステップにおいて、上記各要素の温度がすべての要素の温度の中で最も低い最低温度と等しいか又は閾値以下であるか否かを判断し、上記最低温度と等しい又は閾値以下である要素をウエルド位置として特定することを特徴とする請求項１に記載の強度解析方法。
4. 上記部材が作られる材料のウエルドが発生しない場合の強度である材料強度及び、上記材料強度とウエルドが発生した場合のウエルドが発生した部分の強度であるウエルド強度との関係を示す値を含む変換条件情報を取得する変換条件取得ステップを更に含み、
   上記変換ステップにおいて、上記ウエルド位置に対応する要素について、上記ウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値を用いて上記材料強度を変換することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の強度解析方法。
5. 上記変換条件取得ステップにおいて、ウエルドが発生した場合のウエルド強度と上記材料強度との関係を示す値として、上記材料強度に対する上記ウエルド強度の大きさの程度を示すウエルド強度倍率を含む上記変換条件情報を取得し、
   上記変換ステップにおいて、上記ウエルド位置の要素について、上記材料強度に上記ウエルド強度倍率を掛けることによって上記材料強度を変換することを特徴とする請求項４に記載の強度解析方法。
6. 上記要素情報が示す上記各要素を用いて、上記部材の構造解析を行うことによりユーザ指定の条件の下で上記部材に生じる応力を算出し、上記応力を含む構造解析結果情報を生成する構造解析ステップと、
   上記強度情報と上記構造解析結果情報とを取得し、上記強度情報に含まれる各要素の強度を上記構造解析結果情報に含まれる各要素の応力で割ることによって、各要素の安全率を算出する安全率算出ステップとを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の強度解析方法。
7. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析方法であって、
   上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
   上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとを含むことを特徴とする強度解析方法。
8. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析装置であって、
   上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得手段と、
   上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割手段と、
   上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析手段と、
   上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定手段と、
   上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換手段とを含むことを特徴とする強度解析装置。
9. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析装置であって、
   上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定手段と、
   上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換手段とを含むことを特徴とする強度解析装置。
10. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析プログラムであって、
    上記部材の形状を示す形状情報を取得する形状取得ステップと、
    上記形状情報に基づいて上記部材を複数の要素に分割し、分割した各要素を示す要素情報を生成する要素分割ステップと、
    上記要素情報が示す上記各要素を用いて、成形に用いる金型のゲートが位置するゲート部分から熱が伝わる場合の熱解析を上記部材について行うことによって上記部材の各要素の熱特性値を算出し、当該熱特性値を含む熱特性情報を生成する熱解析ステップと、
    上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
    上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする強度解析プログラム。
11. 射出形成される部材の強度を評価する強度解析プログラムであって、
    上記部材を分割した複数の要素を用いた熱解析によって算出される上記各要素の熱特性値が所定の条件を満たすか否かを判断し、上記所定の条件を満たす要素をウエルドが発生するウエルド位置として特定するウエルド位置特定ステップと、
    上記ウエルド位置に対応する要素の強度をウエルドの影響を考慮した強度に変換する変換ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする強度解析プログラム。

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