JP2010152857A - System, method and program for designing structure - Google Patents

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JP2010152857A JP2009089219A JP2009089219A JP2010152857A JP 2010152857 A JP2010152857 A JP 2010152857A JP 2009089219 A JP2009089219 A JP 2009089219A JP 2009089219 A JP2009089219 A JP 2009089219A JP 2010152857 A JP2010152857 A JP 2010152857A
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Tomoki Maeda
朝樹 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To drastically reduce the time and effort required to design a framed structure. <P>SOLUTION: The structure design system includes: a storing means for previously storing cross-section-shaped data of a member to which the cross-section area of a member to be used in a framed structure is related; a means for setting a temporarily determined cross-sectional shape of each member in FEM (Finite Element Method) analysis model data of a framed structure prepared in advance; a means for reading the FEM analysis model data with the cross-sectional shape set therein, using the FEN analysis model data to execute FEM analysis and calculating the strength of the each member; and a means for determining whether the calculated strength of the each member satisfies a strength condition, selecting a cross-section-shaped member in which the cross-sectional area of the member data stored in the storing means is larger than the cross-sectional area at the present time concerning a member that does not satisfy the strength condition, setting the selected cross-sectional shape in the FEM analysis model data, and repeating processing for obtaining the strength of the each member again by an analysis executing means, thereby optimizing a framed structure design. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、数値解析の結果に基づいて、構造物の最適化設計を行う構造設計システム、構造設計方法及び構造設計プログラムに関する。   The present invention relates to a structural design system, a structural design method, and a structural design program for performing an optimized design of a structure based on the results of numerical analysis.

骨組構造物や板骨構造物等の構造物の設計作業においては、構造物を構成する部材の断面形状を作業者の経験に基づいて仮定し、この仮定した断面形状を用いて有限要素法によって構造解析を行うためのモデル化を行って各部材に作用する断面力(曲げモーメントやせん断力)を求め、この断面力と部材の断面から部材に発生する応力を計算し、その応力が許容値以内であれば合格であり、許容値以上であれば部材の断面を少し大きくして再度、同じ処理を繰り返すという手順で行われるのが一般的である。
なお、先行技術として、遺伝的探索法を用いた最適化設計装置において、設計変数データの数が膨大となる実設計問題において、自動計算を実施し、最適解を得ることを可能にする装置により、高精度な最適骨組構造設計を実施可能にし、骨組構造の安全性及び信頼性を向上することができる最適化設計装置知られている(例えば、特許文献1参照)。
In the design work of structures such as frame structures and plate-frame structures, the cross-sectional shape of the members that make up the structure is assumed based on the experience of the operator, and this hypothetical cross-sectional shape is used to perform the finite element method. Modeling for structural analysis is performed to determine the sectional force (bending moment and shearing force) acting on each member, and the stress generated in the member is calculated from this sectional force and the member's cross section. If it is within the range, it is acceptable, and if it is equal to or greater than the allowable value, the section of the member is slightly enlarged and the same process is repeated again.
In addition, as a prior art, in an optimization design device using genetic search method, it is possible to perform automatic calculation and obtain an optimal solution in an actual design problem where the number of design variable data is enormous. In addition, an optimization design apparatus that can implement a highly accurate optimal frame structure design and improve the safety and reliability of the frame structure is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−134628号公報JP 2001-134628 A

しかしながら、大規模な構造物にあっては、部材の数が数千個に及ぶため、各部材の設計を最適化するためには、前述した手順を何度も繰り返して行わなければならず、非常に手間と時間がかかるという問題がある。また、作業者の経験に基づいて、最適化設計を行っていたため、必ずしも最適化できたか否かの判断が困難であるという問題もある。   However, in a large-scale structure, since the number of members reaches several thousand, in order to optimize the design of each member, the above-described procedure must be repeated many times. There is a problem that it takes a lot of work and time. In addition, since optimization design is performed based on the experience of the operator, there is a problem that it is difficult to determine whether or not the optimization has been achieved.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、構造物の設計にかける手間を大幅に減らすことができ、確実に最適化された設計を行うことができる構造設計システム、構造設計方法及び構造設計プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can greatly reduce the time and effort required to design a structure, and a structure design system and a structure design method capable of reliably performing an optimized design. And to provide a structural design program.

本発明は、少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて上記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行う構造設計システムであって、上記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データが予め記憶された部材データ記憶手段と、予め作成された上記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定手段と、上記断面形状が設定された上記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各上記部材の強度を求める解析実行手段と、上記解析実行手段によって求められた各上記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行手段によって求められる各上記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった上記部材を上記断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化手段とを備えたことを特徴とする。   The present invention provides a structural design for optimizing the structure based on the result of the strength evaluation of the structure using the analysis model data of the structure having at least one of the frame structure and the plate frame structure. A system that is a member data storage means in which cross-sectional shape data in which a member that can be used in the structure and a cross-sectional area of the member are related is stored in advance, and analysis of the structure that has been created in advance For model data, the section shape assumption means that temporarily sets the section shape of each member that constitutes the structure, and the analysis model data in which the section shape is set are read, and the analysis is performed using the analysis model data Analysis execution means for obtaining the strength of each member, and determining whether the strength of each member obtained by the analysis execution means satisfies a strength condition, Thus, until the strength of each of the members thus obtained satisfies the strength condition, there is provided optimization means for replacing the member that did not satisfy the strength condition with a member having a larger cross-sectional area selected from the cross-sectional shape data. To do.

本発明は、上記最適化手段は、全ての上記部材において解析実行手段によって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を上記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えることを特徴とする。   According to the present invention, the optimization means has a smaller cross-sectional area selected from the cross-sectional shape data when the strength required by the analysis execution means for all the members satisfies the strength condition. It is characterized by replacing with the member.

本発明は、上記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、上記部材の種類ごとに上記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データを記憶する上記部材データ記憶手段を備え、上記最適化手段が、上記部材の置き換えを行う際に当該部材を同一種類の部材と置き換えることを特徴とする。   In the present invention, when there are a plurality of types of members that can be used in the structure, the members that store cross-sectional shape data in which the cross-sectional areas of the members and the members are related for each type of the members. A data storage unit is provided, and the optimization unit replaces the member with a member of the same type when the member is replaced.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化手段は、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に上記板部材及び上記補強部材との位置関係を補正することを特徴とする。   In the present invention, when the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the optimization unit replaces the plate member when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced. The positional relationship with the reinforcing member is corrected.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化手段は、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、上記解析実行手段にて上記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正する ことを特徴とする。   According to the present invention, when the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the optimization means performs the analysis when the plate member and / or the reinforcing member are replaced. The effective width used for calculating the strength of the reinforcing member is corrected by the execution means.

本発明は、少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて上記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行う構造設計方法であって、予め作成された上記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定ステップと、上記断面形状が設定された上記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各上記部材の強度を求める解析実行ステップと、上記解析実行ステップによって求められた各上記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行ステップによって求められる各上記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった上記部材を、上記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化ステップとを有することを特徴とする。   The present invention provides a structural design for optimizing the structure based on the result of the strength evaluation of the structure using the analysis model data of the structure having at least one of the frame structure and the plate frame structure. A method for preliminarily setting a cross-sectional shape of each member constituting the structure with respect to the analysis model data of the structure prepared in advance, and the analysis model in which the cross-sectional shape is set An analysis execution step for reading data and performing analysis using the analysis model data to determine the strength of each member, and whether or not the strength of each member determined by the analysis execution step satisfies a strength condition Until the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfies the strength condition, the member that does not satisfy the strength condition is used for the structure. It is characterized by having an optimization step of replacing the member of larger cross-sectional area than selecting from a cross-sectional shape data and cross-sectional area associated a capable member and the member.

本発明は、上記最適化ステップにおいて、全ての上記部材において解析実行ステップによって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を上記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えることを特徴とする。   According to the present invention, in the optimization step, when the strength obtained by the analysis execution step in all the members satisfies the strength condition, a member that has not been replaced is selected from the sectional shape data. It is characterized by replacing with the member.

本発明は、上記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、最適化ステップにおいて、上記部材の置き換えを行う際に、上記部材の種類ごとに上記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データに基づいて上記部材を同一種類の部材と置き換えることを特徴とする。   According to the present invention, when there are a plurality of types of members that can be used in the structure, when the members are replaced in the optimization step, the members are separated from each other for each type of the members. The member is replaced with a member of the same type based on cross-sectional shape data associated with the area.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化ステップにおいて、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に上記板部材及び上記補強部材との位置関係を補正することを特徴とする。   In the case where the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the plate member is replaced when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. The positional relationship with the reinforcing member is corrected.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化ステップにおいて、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、上記解析実行ステップにて上記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正することを特徴とする。   In the present invention, when the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the analysis is performed when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. In the execution step, the effective width used for calculating the strength of the reinforcing member is corrected.

本発明は、コンピュータに、少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて上記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行わせる構造設計プログラムであって、予め作成された上記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定ステップと、上記断面形状が設定された上記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各上記部材の強度を求める解析実行ステップと、上記解析実行ステップによって求められた各上記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行ステップによって求められる各上記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった上記部材を、上記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化ステップとを上記コンピュータに実行させることを特徴とする。   According to the present invention, optimization design of a structure is performed based on a result of strength evaluation of the structure using a computer having analysis model data of a structure having at least one of a frame structure and a plate bone structure. This is a structural design program to be executed, and for the analytical model data of the structure created in advance, a sectional shape assumption step for temporarily setting the sectional shape of each member constituting the structure, and the sectional shape is set. The analysis model data is read, the analysis is performed using the analysis model data, the analysis execution step for obtaining the strength of each member, and the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfies the strength condition. The strength condition is not satisfied until the strength of each of the above members determined by the analysis execution step satisfies the strength condition. Causing the computer to execute an optimization step of replacing the member with a member having a larger cross-sectional area selected from cross-sectional shape data in which the member usable in the structure and the cross-sectional area of the member are related to each other. It is characterized by.

本発明は、上記最適化ステップにおいて、全ての上記部材において解析実行ステップによって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を上記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えさせることを特徴とする。   According to the present invention, in the optimization step, when the strength obtained by the analysis execution step in all the members satisfies the strength condition, a member that has not been replaced is selected from the sectional shape data. It is made to replace with the member of.

本発明は、上記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、最適化ステップにおいて、上記部材の置き換えを行う際に、上記部材の種類ごとに上記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データに基づいて上記部材を同一種類の部材と置き換えさせることを特徴とする。   According to the present invention, when there are a plurality of types of members that can be used in the structure, when the members are replaced in the optimization step, the members are separated from each other for each type of the members. The member is replaced with a member of the same type based on the cross-sectional shape data associated with the area.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化ステップにおいて、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に上記板部材及び上記補強部材との位置関係を補正させることを特徴とする。   In the case where the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the plate member is replaced when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. The positional relationship with the reinforcing member is corrected.

本発明は、上記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、上記最適化ステップにおいて、上記板部材及び上記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、上記解析実行ステップにて上記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正させることを特徴とする。   In the present invention, when the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member, the analysis is performed when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. In the execution step, the effective width used for calculating the strength of the reinforcing member is corrected.

本発明によれば、仮定した初期断面形状をもとに、すべての部材が合格するまで構造解析を繰り返すようにしたため、構造設計にかける手間を大幅に減らすことができるとともに品質のよい構造設計行うことが可能になるという効果が得られる。また、合格した部材はできる限り断面形状を小さくするようにしため、確実に最適化設計を行うことが可能になるという効果も得られる。   According to the present invention, since the structural analysis is repeated until all members pass based on the assumed initial cross-sectional shape, it is possible to greatly reduce the labor required for the structural design and to perform a high-quality structural design. The effect that it becomes possible is acquired. In addition, since the cross-sectional shape of the passed member is made as small as possible, an effect that the optimization design can be surely performed is also obtained.

本発明の第1実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 1st Embodiment of this invention. 図1に示す骨組構造設計システム1の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the frame structure design system 1 shown in FIG. 図1に示す座屈長さ設定部14の詳細動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows detailed operation | movement of the buckling length setting part 14 shown in FIG. 図1に示すグルーピング処理部13の詳細動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detailed operation | movement of the grouping process part 13 shown in FIG. 図1に示すH型鋼データ記憶部のテーブル構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the table structure of the H-section steel data storage part shown in FIG. 図1に示す座屈長さ設定部14の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the buckling length setting part 14 shown in FIG. 骨組構造物のFEM解析用モデルデータの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the model data for FEM analysis of a frame structure. 本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of this invention. 図8に示す板骨構造設計システム4によって強度評価が行われる板骨構造体を構成する板骨とリブを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate bone and rib which comprise the plate frame structure in which strength evaluation is performed by the plate frame structure design system 4 shown in FIG. 図8に示す板骨構造設計システム4によって強度評価が行われる板骨構造体を構成する板骨とリブを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the plate bone and rib which comprise the plate frame structure by which strength evaluation is performed by the plate frame structure design system 4 shown in FIG. 図8に示す板骨構造設計システム4の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the plate frame structure design system 4 shown in FIG.

(第1実施形態)
以下、本発明の構造設計システム、構造設計方法及び構造設計プログラムの一実施形態である骨組構造設計システム、骨組構造設計方法及び骨組構造設計プログラムについて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a frame structure design system, a frame structure design method, and a frame structure design program as embodiments of the structure design system, the structure design method, and the structure design program of the present invention will be described.

図1は本実施形態の骨組構造設計システムの構成を示すブロック図である。この図において、符号1は、FEM(Finite Element Method;有限要素法)解析の結果に基づいて、骨組構造の最適化設計を行う骨組構造設計システムであり、コンピュータ装置から構成される。
この骨組構造設計システム1は、骨組構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて構造物の強度評価を行った結果に基づいて骨組構造物の最適化設計を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the framework structure design system of this embodiment. In this figure, reference numeral 1 denotes a frame structure design system that performs an optimization design of a frame structure based on the result of FEM (Finite Element Method) analysis, and includes a computer device.
The framework structure design system 1 performs an optimization design of the framework structure based on the result of the strength evaluation of the structure using the analysis model data of the structure having the framework structure.

符号2は、キーボードやマウス等から構成される入力部である。符号3は、液晶のディスプレイ装置等から構成される表示部である。   Reference numeral 2 denotes an input unit including a keyboard, a mouse, and the like. Reference numeral 3 denotes a display unit composed of a liquid crystal display device or the like.

符号11は、入力部2から入力される情報に基づいてFEM解析用のモデルデータを作成するモデル作成部である。
また、このモデル作成部11は、本発明の断面形状仮定手段として機能し、例えば先に(予め)作成した骨組構造物の解析モデルデータに対して、骨組構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定あるいは再設定する。
Reference numeral 11 denotes a model creation unit that creates model data for FEM analysis based on information input from the input unit 2.
Further, the model creation unit 11 functions as a cross-sectional shape assumption unit of the present invention. For example, the cross-sectional shape of each member constituting the frame structure with respect to the analysis model data of the frame structure previously created (in advance). Is temporarily set or reset.

符号12は、モデル作成部11において作成されたFEM解析用のモデルデータを記憶するモデルデータ記憶部である。
符号13は、モデル作成部11において作成したモデルデータの中から節点で接合された複数の部材が1つの直線を形成している部材を探索し、1つの直線を形成している複数の部材を1つの部材と見なすべき部材の集合をグループ化するグルーピング処理部である。
符号14は、グルーピング処理部13においてグルーピングされた1つの部材と見なすべき部材の座屈長さを設定する座屈長さ設定部である。
Reference numeral 12 denotes a model data storage unit that stores model data for FEM analysis created in the model creation unit 11.
Reference numeral 13 indicates a search for a member in which a plurality of members joined at nodes form one straight line from the model data created in the model creating unit 11 and a plurality of members forming one straight line. It is a grouping processing unit that groups a set of members that should be regarded as one member.
Reference numeral 14 denotes a buckling length setting unit that sets a buckling length of a member that should be regarded as one member grouped in the grouping processing unit 13.

符号15は、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析用モデルデータを読み込み、該FEM解析モデルデータを用いてFEM(Finite Element Method;有限要素法)解析を実行して、骨組構造物を構成する各部材の強度を求めるFEM解析部(解析実行手段)である。
なお、骨組構造物を構成する各部材の強度は、FEM解析用モデルデータを構成する各要素における応力や変形量によって一義的に定まる値である。このため、本実施形態においてFEM解析部15は、FEM解析を実行して各要素における応力や変形量を求めることによって骨組構造物の構成する各部材の強度を求めたこととする。
なお、モデル作成部11及びFEM解析部15は、公知のFEMモデル生成ソフトウェアやFEM解析ソフトウェア等を記憶しており、該ソフトウェア用いてモデルの作成やFEM解析を実行する。
Reference numeral 15 reads FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12, executes FEM (Finite Element Method) analysis using the FEM analysis model data, and converts the frame structure into It is a FEM analysis part (analysis execution means) which calculates | requires the intensity | strength of each member to comprise.
Note that the strength of each member constituting the frame structure is a value that is uniquely determined by the stress and the amount of deformation in each element constituting the FEM analysis model data. For this reason, in this embodiment, it is assumed that the FEM analysis part 15 calculated | required the intensity | strength of each member which comprises a frame structure by performing FEM analysis and calculating | requiring the stress and deformation amount in each element.
The model creation unit 11 and the FEM analysis unit 15 store known FEM model generation software, FEM analysis software, and the like, and execute model creation and FEM analysis using the software.

符号16は、FEM解析部15において求めた各要素の応力や変形量(すなわち各部材の強度)に基づいて、強度評価の判定を行う強度評価部である。
符号17は、強度評価部16の評価結果に応じて、骨組構造を構成する部材の断面形状を変更するために、JIS(日本工業規格)で定められている部材(構造物に用いることが可能な部材)の断面積を含む断面形状を選択する断面形状選択部である。
符号18は、強度評価部16における強度評価の情報を記憶する評価結果記憶部である。
Reference numeral 16 denotes a strength evaluation unit that performs a strength evaluation determination based on the stress and deformation amount of each element (that is, the strength of each member) obtained by the FEM analysis unit 15.
Reference numeral 17 can be used for a member (structure) defined by JIS (Japanese Industrial Standards) in order to change the cross-sectional shape of the member constituting the framework structure according to the evaluation result of the strength evaluation unit 16. A cross-sectional shape selection unit that selects a cross-sectional shape including a cross-sectional area of a member.
Reference numeral 18 denotes an evaluation result storage unit that stores information on strength evaluation in the strength evaluation unit 16.

符号21〜26は、JISで定められている骨組構造物に用いられる部材の断面形状データが予め記憶されている部材データ記憶部である。部材データ記憶部21〜26には、H型鋼、I型鋼、角鋼管、溝型鋼、丸鋼管、L型鋼の6種類の断面形状データが予め記憶されている。
ここで、図5を参照して、図1に示す部材データ記憶部を説明する。図5は、H型鋼データ記憶部21のテーブル構造を示す図である。JISには、断面積の異なる複数のH型鋼が定められている。そして、H型鋼データ記憶部21は、図5に示すように、JISによって定められた面積の異なる複数のH型鋼と当該H型鋼の断面積とが関係付けられた断面形状データを記憶している。そして、H型鋼データ記憶部21は、図5に示すように、面積の異なる複数のH型鋼に対して、断面積が昇順となるように順番号の識別番号を付与して記憶している。
なお、JISで定められているH型鋼は、その断面形状が、H(高さ)×B(幅)、t1(ウェブ厚)、t2(フランジ厚)の寸法によって定義される。そして、本実施形態においてH型鋼データ記憶部21は、上記寸法を各H型鋼(各識別番号)に関連付けて断面形状データの一部として記憶している。さらに、H型鋼データ記憶部21は、各H型鋼(各識別番号)に関連付けて、当該H型鋼のZ軸、Y軸それぞれの断面二次モーメントの値、捩りモーメントの値、Z軸、Y軸それぞれのせん断面積の値を断面形状データの一部として記憶している。
そして、その他の部材(I型鋼、角鋼管、溝型鋼、丸鋼管、L型鋼)についても同様なテーブル構造によって断面形状データが予め各部材データ記憶部に記憶されており、断面積が昇順になるように識別番号が付与されている。つまり、本実施形態の骨組構造設計装置は、骨組構造物に使用可能な部材が複数種類存在し、部材の種類ごとに部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データを記憶する複数の部材データ記憶部を備えている。
Reference numerals 21 to 26 denote member data storage units in which cross-sectional shape data of members used in the frame structure defined by JIS are stored in advance. In the member data storage units 21 to 26, six types of cross-sectional shape data of H-shaped steel, I-shaped steel, square steel pipe, grooved steel, round steel pipe, and L-shaped steel are stored in advance.
Here, the member data storage unit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a table structure of the H-shaped steel data storage unit 21. JIS defines a plurality of H-shaped steels having different cross-sectional areas. And the H-shape steel data storage part 21 has memorize | stored the cross-sectional shape data in which the several H-section steel from which the area defined by JIS differs, and the cross-sectional area of the said H-shape steel were related, as shown in FIG. . Then, as shown in FIG. 5, the H-shaped steel data storage unit 21 stores a plurality of H-shaped steels having different areas by assigning sequential identification numbers so that the cross-sectional areas are in ascending order.
Note that the cross-sectional shape of the H-shaped steel defined by JIS is defined by the dimensions of H (height) × B (width), t1 (web thickness), and t2 (flange thickness). In this embodiment, the H-shaped steel data storage unit 21 stores the above dimensions in association with each H-shaped steel (each identification number) as part of the cross-sectional shape data. Further, the H-shaped steel data storage unit 21 associates with each H-shaped steel (each identification number), the cross-sectional secondary moment value of each of the H-shaped steel, the Y-axis, the torsional moment value, the Z-axis, the Y-axis. Each shear area value is stored as part of the cross-sectional shape data.
For other members (I-shaped steel, square steel pipe, grooved steel, round steel pipe, L-shaped steel), cross-sectional shape data is stored in advance in each member data storage unit by the same table structure, and the cross-sectional areas are in ascending order. Thus, an identification number is assigned. That is, the frame structure design apparatus of the present embodiment stores a plurality of types of members that can be used in the frame structure, and stores cross-sectional shape data in which the cross-sectional areas of the members and the members are related to each type of member. A plurality of member data storage units are provided.

このような本実施形態の骨組構造設計システム1においては、モデル作成部11、モデルデータ記憶部12、強度評価部16、断面形状選択部17及び評価結果記憶部18によって、FED解析によって求められた各部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析FED解析によって求められる各部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった部材を断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える。つまり、本実施形態の骨組構造設計システム1においては、モデル作成部11、モデルデータ記憶部12、強度評価部16、断面形状選択部17及び評価結果記憶部18が本発明における最適化手段を構成している。   In such a framework structure design system 1 of the present embodiment, the model creation unit 11, the model data storage unit 12, the strength evaluation unit 16, the cross-sectional shape selection unit 17, and the evaluation result storage unit 18 are obtained by FED analysis. It is determined whether or not the strength of each member satisfies the strength condition, and the member that does not satisfy the strength condition is selected from the cross-sectional shape data until the strength of each member obtained by the analysis FED analysis satisfies the strength condition. Replace with a member with a cross-sectional area. That is, in the framework structure design system 1 of the present embodiment, the model creation unit 11, the model data storage unit 12, the strength evaluation unit 16, the cross-sectional shape selection unit 17, and the evaluation result storage unit 18 constitute optimization means in the present invention. is doing.

次に、図2を参照して、図1に示す骨組構造設計システム1の動作(構造設計方法)を説明する。図2は、図1に示す骨組構造設計システム1の動作を示すフローチャートである。
まず、作業者が入力部2を操作することにより入力される情報等に基づいて、モデル作成部11は、骨組構造の構造物(例えば図7に示すような構造物)のFEM解析モデルデータを作成する(ステップS1)。なお、FEM解析モデルデータには、骨組構造物に使用する部材の種類や断面積を特定する情報も含まれる。この使用する部材の種類(H型鋼、I型鋼、角鋼管、溝型鋼、丸鋼管、L型鋼)や断面積は、作業者が入力部1を介して入力する情報に基づいてモデル作成部11が部材データ記憶部21〜26に記憶されている断面形状データを選択して読み出すことによって設定される。
例えば、使用する部材が断面積26.67のH型鋼であれば、モデル作成部11は、H型鋼データ記憶部21に記憶されている断面形状データから識別番号「8」に関連付けられて記憶されたデータを用いてFEM解析モデルデータの作成を行う。
また、モデル作成部11は、作業者が入力部2を操作することにより入力される骨組構造物に対する荷重条件の情報を用いて、設計対象のFEM解析モデルデータを生成する。
そして、モデル作成部11が上述のようにして作成したFEM解析モデルデータは、モデル作成部11から出力されてモデルデータ記憶部12に入力され、モデルデータ記憶部12に記憶される。
なお、ステップS1において作成されるFEM解析モデルデータは、後に行われる最適化処理を行うにあたり、ベースとされるモデルデータである。このため、使用する部材の断面積は任意の値で構わない。したがって、FEM解析モデルデータに用いられる上記断面形状データの値は、部材データ記憶部21〜26に記憶される範囲で任意に選択すれば良い。つまり、ステップS1において作成されるFEM解析モデルデータは、部材データ記憶部21〜26に記憶された任意の識別番号(図5参照)に関連付けられた値を用いて作成されるものであり、骨組構造物を構成する各部材の断面形状が仮設定されたものである。
Next, with reference to FIG. 2, the operation (structure design method) of the frame structure design system 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the framework structure design system 1 shown in FIG.
First, based on information input by the operator operating the input unit 2, the model creation unit 11 generates FEM analysis model data of a structure having a framework structure (for example, a structure as shown in FIG. 7). Create (step S1). Note that the FEM analysis model data includes information for specifying the type and cross-sectional area of members used for the frame structure. The model creation unit 11 determines the type of member to be used (H-shaped steel, I-shaped steel, square steel pipe, channel steel, round steel pipe, L-shaped steel) and the cross-sectional area based on information input by the operator via the input unit 1. It is set by selecting and reading out the cross-sectional shape data stored in the member data storage units 21-26.
For example, if the member to be used is an H-shaped steel having a cross-sectional area of 26.67, the model creating unit 11 is stored in association with the identification number “8” from the cross-sectional shape data stored in the H-shaped steel data storage unit 21. FEM analysis model data is created using the obtained data.
In addition, the model creation unit 11 generates FEM analysis model data to be designed using the information on the load conditions for the frame structure input by the operator operating the input unit 2.
The FEM analysis model data created by the model creation unit 11 as described above is output from the model creation unit 11, input to the model data storage unit 12, and stored in the model data storage unit 12.
Note that the FEM analysis model data created in step S1 is model data used as a base when performing an optimization process performed later. For this reason, the cross-sectional area of the member to be used may be an arbitrary value. Therefore, what is necessary is just to select arbitrarily the value of the said cross-sectional shape data used for FEM analysis model data in the range memorize | stored in the member data storage parts 21-26. That is, the FEM analysis model data created in step S1 is created using a value associated with an arbitrary identification number (see FIG. 5) stored in the member data storage units 21 to 26. The sectional shape of each member constituting the structure is provisionally set.

次に、作業者が入力部2を介して設計最適化処理の実行を指示すると、座屈長さ設定部14は、モデル作成部11によって作成されて、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析モデルデータに対して、座屈長さの設定を行い、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析モデルデータを更新する。(ステップS2)。この座屈長さの設定処理の詳細は、後述する。   Next, when an operator instructs execution of the design optimization process via the input unit 2, the buckling length setting unit 14 is created by the model creation unit 11 and stored in the model data storage unit 12. The buckling length is set for the FEM analysis model data, and the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 is updated. (Step S2). Details of the buckling length setting process will be described later.

次に、モデル作成部11は、座屈長さの設定が終了すると、FEM解析部15に対して、FEM解析処理の実行を指示する。これを受けて、FEM解析部15は、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込む(ステップS3)。そして、FEM解析部15は、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求める(ステップS4)。FEM解析部15は、ここで求めた解析結果(各要素毎の応力や変形量)を強度評価部16へ出力する。これを受けて、強度評価部16は、骨組構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS5)。強度評価は、各部材毎の応力や変形量の値が予め決められたしきい値を超えたか否かを判定することにより行われる。そして、強度評価部16は、各部材が強度条件を満足するか否かを評価結果として含むFEM解析結果を出力する。このFEM解析結果は、評価結果記憶部18に入力されると共に評価結果記憶部18において記憶される。   Next, when the setting of the buckling length is completed, the model creation unit 11 instructs the FEM analysis unit 15 to execute the FEM analysis process. In response to this, the FEM analysis unit 15 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 (step S3). And the FEM analysis part 15 performs FEM analysis, and calculates | requires the stress and deformation amount for every element (step S4). The FEM analysis unit 15 outputs the analysis results (stress and deformation amount for each element) obtained here to the strength evaluation unit 16. In response to this, the strength evaluation unit 16 performs strength evaluation for each member constituting the framework structure (step S5). The strength evaluation is performed by determining whether or not the stress or deformation value for each member exceeds a predetermined threshold value. And the strength evaluation part 16 outputs the FEM analysis result containing whether each member satisfies intensity | strength conditions as an evaluation result. The FEM analysis result is input to the evaluation result storage unit 18 and stored in the evaluation result storage unit 18.

次に、強度評価部16は、評価を行った全ての部材が合格(強度条件を満足)したか否かを判定する(ステップS6)。この判定の結果、全ての部材が合格していた場合(強度条件を満足する場合)、強度評価部16は、モデルデータ記憶部12に記憶されている現時点のFEM解析モデルデータを別の記憶領域に一時保存するとともに、評価結果記憶部18に記憶されている現時点の評価結果情報を別の記憶領域に一時保存する(ステップS7)。
そして、強度評価部16は、断面形状選択部17に対して、不合格と判定されたことのない部材の識別番号を1ランク下げる指示を出す。なお、ここでの不合格と判定されたことのない部材とは、後述するステップS10において識別番号を1ランク上げられたことのない部材(置き換えが行われなかった部材)を指す。これを受けて、断面形状選択部17は、モデル作成部11に対して、現時点で設定されている識別番号を問い合わせる。これを受けて、モデル作成部11は、モデルデータ記憶部12に記憶されている識別番号を読み出して、断面形状選択部17に対して回答する。
なお、図2から分かるように、本実施形態においてはFEM解析の実行(ステップS4)が複数回繰り返される可能性があるが、ステップS1において作成されたFEM解析モデルデータを一度のFEM解析(ステップS4)しか行わない時点でステップS7に到達した場合には、ステップS10の処理が行われていないため、全ての部材が不合格と判定されたことのない部材となる。このため、この場合には、ステップS8において全ての部材の識別番号が1ランク下げられる。
Next, the strength evaluation unit 16 determines whether or not all the evaluated members have passed (satisfying the strength condition) (step S6). As a result of this determination, when all the members have passed (when the strength condition is satisfied), the strength evaluation unit 16 stores the current FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 in another storage area. And the current evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 18 are temporarily stored in another storage area (step S7).
The strength evaluation unit 16 then instructs the cross-sectional shape selection unit 17 to lower the identification number of a member that has not been determined to be unacceptable by one rank. Here, the member that has not been determined to be rejected refers to a member whose identification number has not been raised by one rank in step S10 described later (a member that has not been replaced). In response to this, the cross-sectional shape selection unit 17 inquires of the model creation unit 11 about the identification number set at the present time. In response to this, the model creation unit 11 reads the identification number stored in the model data storage unit 12 and replies to the cross-sectional shape selection unit 17.
As can be seen from FIG. 2, in the present embodiment, the execution of the FEM analysis (step S4) may be repeated a plurality of times, but the FEM analysis model data created in step S1 is converted into one FEM analysis (step S4). When step S7 is reached when only S4) is performed, since the process of step S10 is not performed, all the members have not been determined to be rejected. For this reason, in this case, the identification numbers of all members are lowered by one rank in step S8.

断面形状選択部17は、部材データ記憶部21〜26を参照して、モデル作成部11から回答された識別番号から1ランク下げた識別番号を特定する。ここでいう1ランク下げるとは、識別番号を1つ小さい値とする(断面積を小さくする)ことである。例えば、現時点の識別番号が「8」であれば「7」とすることである。
なお、断面形状選択部17は、先に設定された識別番号が記憶された部材データ記憶部に記憶された断面形状データの中から1ランク下げた識別番号を特定する。つまり、1ランク下げる対象の部材がH型鋼である場合には、断面形状選択部17は、H型鋼データ記憶部21に記憶された断面形状データの中から1ランク下げた識別番号を特定する。
The cross-sectional shape selection unit 17 refers to the member data storage units 21 to 26 and identifies an identification number that is one rank lower than the identification number that is answered from the model creation unit 11. Here, lowering one rank means that the identification number is made one smaller value (the cross-sectional area is reduced). For example, if the current identification number is “8”, it is “7”.
The cross-sectional shape selection unit 17 specifies an identification number that is lowered by one rank from the cross-sectional shape data stored in the member data storage unit in which the previously set identification number is stored. That is, when the member to be lowered by one rank is H-shaped steel, the cross-sectional shape selecting unit 17 specifies the identification number that is lowered by one rank from the cross-sectional shape data stored in the H-shaped steel data storage unit 21.

断面形状選択部17は、1ランク下げた識別番号を特定すると、特定した識別番号をモデル作成部11に対して通知し、FEM解析モデルデータの更新を指示する。これを受けて、モデル作成部11は、不合格と判定されたことのない部材を、通知された識別番号が付された部材と置き換えることによってFEM解析モデルデータを更新する(ステップS8)。つまり、モデル作成部11は、不合格と判定されたことのない部材を、1ランク下の識別番号が付された部材(すなわち、より小さな断面積の部材)に置き換える。そして、モデル作成部11は、FEM解析モデルデータの更新が終了すると、FEM解析部15に対して、再度FEM解析処理の実行を指示する。   When specifying the identification number lowered by one rank, the cross-sectional shape selection unit 17 notifies the model generation unit 11 of the specified identification number, and instructs to update the FEM analysis model data. In response to this, the model creation unit 11 updates the FEM analysis model data by replacing a member that has not been determined to be rejected with a member having the notified identification number (step S8). That is, the model creating unit 11 replaces a member that has not been determined to be rejected with a member assigned an identification number one rank lower (that is, a member having a smaller cross-sectional area). Then, when the update of the FEM analysis model data is completed, the model creation unit 11 instructs the FEM analysis unit 15 to execute the FEM analysis process again.

これを受けて、FEM解析部15は、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込み(ステップS3)、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求め(ステップS4)、強度評価部16は、再び骨組構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS5)。そして、強度評価部16が再度全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS6)。つまり、本実施形態においては、全ての部材が合格である限り、ステップS3〜S8の処理が繰り返えされる。   In response to this, the FEM analysis unit 15 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 (step S3), executes the FEM analysis, and obtains stress and deformation amount for each element ( In step S4), the strength evaluation unit 16 performs the strength evaluation for each member constituting the frame structure again (step S5). And the strength evaluation part 16 determines whether all the members passed again (step S6). That is, in this embodiment, as long as all the members pass, the processes of steps S3 to S8 are repeated.

一方、ステップS6においていずれかの部材が合格でなかった場合(強度条件を満たしていない場合)、強度評価部16は、過去にステップS6において全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS9)。
そして、過去にステップS6において全ての部材が合格したと判定されていない場合には、強度評価部16は、断面形状選択部17に対して、不合格になった部材の識別番号を1ランク上げる指示を出す。これを受けて、断面形状選択部17は、モデル作成部11に対して、不合格であった部材に対して、現時点で設定されている識別番号を問い合わせる。これを受けて、モデル作成部11は、モデルデータ記憶部12に記憶されている識別番号を読み出して、断面形状選択部17に対して回答する。
On the other hand, when any member does not pass in step S6 (when the strength condition is not satisfied), the strength evaluation unit 16 determines whether all the members have passed in step S6 in the past (step). S9).
If it is not determined in the past that all the members have passed in step S6, the strength evaluating unit 16 raises the identification number of the failed member by one rank with respect to the cross-sectional shape selecting unit 17. Give instructions. In response to this, the cross-sectional shape selection unit 17 inquires of the model creation unit 11 about the identification number set at the current time for the member that has failed. In response to this, the model creation unit 11 reads the identification number stored in the model data storage unit 12 and replies to the cross-sectional shape selection unit 17.

断面形状選択部17は、部材データ記憶部21〜26を参照して、モデル作成部11から回答された識別番号から1ランク上げた識別番号を特定する。ここでいう1ランク上げるとは、識別番号を1つ大きい値とする(断面積を大きくする)ことである。
なお、断面形状選択部17は、先に設定された識別番号が記憶された部材データ記憶部に記憶された断面形状データの中から1ランク上げた識別番号を特定する。つまり、1ランク上げる対象の部材がH型鋼である場合には、断面形状選択部17は、H型鋼データ記憶部21に記憶された断面形状データの中から1ランク上げた識別番号を特定する。
The cross-sectional shape selection unit 17 refers to the member data storage units 21 to 26 and identifies an identification number that is one rank higher than the identification number returned from the model creation unit 11. Here, raising the rank by one means increasing the identification number by one (increasing the cross-sectional area).
The cross-sectional shape selection unit 17 specifies an identification number that is one rank higher than the cross-sectional shape data stored in the member data storage unit in which the previously set identification number is stored. That is, when the member to be increased by one rank is H-shaped steel, the cross-sectional shape selecting unit 17 specifies the identification number that is increased by one rank from the cross-sectional shape data stored in the H-shaped steel data storage unit 21.

断面形状選択部17は、1ランク上げた識別番号を特定すると、特定した識別番号をモデル作成部11に対して通知し、FEM解析モデルデータの更新を指示する。これを受けて、モデル作成部11は、不合格と判定された部材を、通知された識別番号が付された部材と置き換えることによってFEM解析モデルデータを更新する(ステップS10)。つまり、モデル作成部11は、不合格と判定された部材を、1ランク上の識別番号が付された部材に置き換える。つまり、モデル作成部11は、不合格と判定された部材を、1ランク上の識別番号が付された部材(すなわち、より大きな断面積の部材)に置き換える。そして、モデル作成部11は、FEM解析モデルデータの更新が終了すると、FEM解析部15に対して、再度FEM解析処理の実行を指示する。   When the cross-sectional shape selection unit 17 specifies an identification number that is one rank higher, the cross-sectional shape selection unit 17 notifies the model generation unit 11 of the specified identification number and instructs to update the FEM analysis model data. In response to this, the model creation unit 11 updates the FEM analysis model data by replacing the member determined to be unacceptable with the member assigned the notified identification number (step S10). That is, the model creation unit 11 replaces a member determined to be unacceptable with a member assigned an identification number one rank higher. That is, the model creating unit 11 replaces a member determined to be unacceptable with a member assigned an identification number one rank higher (that is, a member having a larger cross-sectional area). Then, when the update of the FEM analysis model data is completed, the model creation unit 11 instructs the FEM analysis unit 15 to execute the FEM analysis process again.

これを受けて、FEM解析部15は、モデルデータ記憶部12に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込み(ステップS3)、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求め(ステップS4)、強度評価部16は、再び骨組構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS5)。つまり、本実施形態においては、一度ステップS6において全ての部材が合格と判定されない限りは、ステップS3〜S6、S9、S10の処理が繰り返えされる。   In response to this, the FEM analysis unit 15 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 (step S3), executes the FEM analysis, and obtains stress and deformation amount for each element ( In step S4), the strength evaluation unit 16 performs the strength evaluation for each member constituting the frame structure again (step S5). That is, in this embodiment, unless all the members are determined to pass in step S6, the processes in steps S3 to S6, S9, and S10 are repeated.

そして、不合格の部材の識別番号を1ランクずつ上げた結果、全ての部材が合格になると、強度評価部16は、モデルデータ記憶部12に記憶されている現時点のモデルデータを別記憶領域に一時保存するとともに、評価結果記憶部18に記憶されている現時点の評価結果情報を別の記憶領域に一時保存する(ステップS7)。そして、強度評価部16は、断面形状選択部17に対して、不合格と判定されたことのない部材の識別番号を1ランク下げる指示を出す。そして、不合格と判定されたことない部材の断面形状を1ランクずつ下げながら、強度評価部16によって強度評価を行い、ステップS6の判定結果がNoになるまでステップS3〜S8の処理を繰り返す。
そして、いずれかの部材が合格でなくなった時点で、強度評価部16は、過去に全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS9)。この例では、過去に全ての部材が合格になっているので、強度評価部16は、モデルデータ記憶部12に一時保存してあるモデルデータと、評価結果記憶部18に一時保存してある評価結果情報を元の記憶領域に戻す(ステップS11)。そして、モデルデータ記憶部12に記憶されたFEM解析モデルデータと、評価結果記憶部18に記憶されている評価結果情報とを設計図書情報として表示部3へ表示する。この設計図書情報は、図示しない印刷装置に対して出力することにより、設計図書情報の印刷物を作成するようにしてもよい。
And as a result of raising the identification number of the rejected member by one rank, if all the members pass, the strength evaluation unit 16 stores the current model data stored in the model data storage unit 12 in another storage area. While temporarily storing, the present evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 18 is temporarily stored in another storage area (step S7). The strength evaluation unit 16 then instructs the cross-sectional shape selection unit 17 to lower the identification number of a member that has not been determined to be unacceptable by one rank. Then, the strength evaluation unit 16 performs strength evaluation while lowering the cross-sectional shape of the member that has not been determined to be rejected by one rank, and repeats the processing of steps S3 to S8 until the determination result of step S6 becomes No.
Then, when any member does not pass, the strength evaluation unit 16 determines whether all the members have passed in the past (step S9). In this example, since all the members have passed in the past, the strength evaluation unit 16 has the model data temporarily stored in the model data storage unit 12 and the evaluation temporarily stored in the evaluation result storage unit 18. The result information is returned to the original storage area (step S11). Then, the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 12 and the evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 18 are displayed on the display unit 3 as design book information. The design book information may be output to a printing apparatus (not shown) to create a printed matter of the design book information.

次に、図3を参照して、図2に示す座屈長さの設定処理(ステップS2)の動作について説明する。図3は、図1に示す座屈長さ設定部14の詳細動作を示すフローチャートである。まず、座屈長さ設定部14は、グルーピング処理部13に対して、モデルデータ中に定義されている部材のグルーピング処理を実行するように指示を出す。骨組構造物のFEM解析用モデルデータは、図7に示すように、部材が接続される位置に節点(図7に示す○印)を定義する必要があり、1つのH型鋼であっても複数の部材要素に分割して定義するのが一般的である。すなわち、モデルデータ上は、実際の構造物では1つの部材が用いられていても複数の部材で定義されていることになる。   Next, the operation of the buckling length setting process (step S2) shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a detailed operation of the buckling length setting unit 14 shown in FIG. First, the buckling length setting unit 14 instructs the grouping processing unit 13 to execute a grouping process for members defined in the model data. As shown in FIG. 7, the model data for FEM analysis of the frame structure needs to define nodes (circles shown in FIG. 7) at positions where members are connected. It is common to divide and define the component elements. That is, on the model data, even if one member is used in an actual structure, it is defined by a plurality of members.

例えば、図7において、符号H1で示す1本のH型鋼が用いられる梁は、5つの節点(S1、S2、S3、S4、S5)を定義しなければならないため、梁H1は、節点S1、S2を両端にもつ要素と、節点S2、S3を両端にもつ要素と、節点S3、S4を両端にもつ要素と、節点S4、S5を両端にもつ要素の4つの要素が存在することになる。しかし、実際の構造物には、1本のH型鋼が用いられているため、グルーピング処理は、4つの要素を1つの部材と見なして解析が行えるようにグループ化するものである。グルーピング処理部13は、モデル作成部11において作成したモデルデータの中から節点で接合された複数の部材が1つの直線を形成している部材を探索し、1つの直線を形成している複数の部材を1つの部材と見なすようにグループ化処理を実行する(ステップS21)。
このグルーピング処理の詳細動作は後述する。グルーピング処理部13は、グループ化した要素(部材)を定義したグループリスト情報を座屈長さ設定部14へ出力する。
For example, in FIG. 7, a beam using one H-shaped steel denoted by reference numeral H1 must define five nodes (S1, S2, S3, S4, and S5). Therefore, the beam H1 includes a node S1, There are four elements: an element having S2 at both ends, an element having nodes S2 and S3 at both ends, an element having nodes S3 and S4 at both ends, and an element having nodes S4 and S5 at both ends. However, since one H-shaped steel is used in the actual structure, the grouping process is performed so that four elements are regarded as one member and can be analyzed. The grouping processing unit 13 searches the model data created by the model creating unit 11 for a member in which a plurality of members joined at nodes form one straight line, and a plurality of members forming one straight line. A grouping process is executed so that the members are regarded as one member (step S21).
The detailed operation of this grouping process will be described later. The grouping processing unit 13 outputs group list information that defines grouped elements (members) to the buckling length setting unit 14.

次に、座屈長さ設定部14は、グループリストに定義されているグループ化部材(1つの部材と見なす部材)のそれぞれに対して、ステップS22〜S31の処理を行う。座屈長さ設定部14は、グループリスト上のI番目のグループが柱または梁であるかを判定する(ステップS23)。この判定は、垂直か水平であるかによって判定する。この判定の結果、柱でもなく梁でもない場合は、次のグループに処理を移行する。   Next, the buckling length setting unit 14 performs the processes of steps S22 to S31 for each of the grouped members (members regarded as one member) defined in the group list. The buckling length setting unit 14 determines whether the I-th group on the group list is a column or a beam (step S23). This determination is made depending on whether it is vertical or horizontal. If the result of this determination is that it is neither a column nor a beam, the process moves to the next group.

一方、柱か梁である場合、座屈長さ設定部14は、グループ化した部材の局所座標系を決定する(ステップS24)。局所座標系は、部材の長手方向をX軸とし、局所座標系のZ軸は、グローバル座標系(モデルデータの座標系)のY軸に近い方とした直交座標系を決定する。そして、座屈長さ設定部14は、I番目のグループ化部材を構成する1つ1つの部材に対して、ステップS25〜S28の処理を行う。座屈長さ設定部14は、各部材(節点で挟まれた部材)に対して、局所座標系のY軸方向から接続されている部材があるかをチェックし、接続されていれば、その部材長さをY軸方向の座屈長さの候補とする(ステップS26)。また、座屈長さ設定部14は、各部材(節点で挟まれた部材)に対して、局所座標系のZ軸方向から接続されている部材があるかをチェックし、接続されていれば、その部材長さをZ軸方向の座屈長さの候補とする(ステップS27)。   On the other hand, when it is a column or a beam, the buckling length setting unit 14 determines the local coordinate system of the grouped members (step S24). The local coordinate system determines an orthogonal coordinate system in which the longitudinal direction of the member is the X axis, and the Z axis of the local coordinate system is closer to the Y axis of the global coordinate system (model data coordinate system). And the buckling length setting part 14 performs the process of step S25-S28 with respect to each member which comprises an Ith grouping member. The buckling length setting unit 14 checks whether or not there is a member connected from the Y-axis direction of the local coordinate system for each member (member sandwiched between nodes). The member length is set as a candidate for the buckling length in the Y-axis direction (step S26). In addition, the buckling length setting unit 14 checks whether there is a member connected from the Z-axis direction of the local coordinate system with respect to each member (member sandwiched between nodes). The member length is set as a candidate for the buckling length in the Z-axis direction (step S27).

次に、座屈長さ設定部14は、Y軸方向の座屈長さの複数の候補のうち、最も長い座屈長さ(部材長さ)をY軸方向の座屈長さとする(ステップS29)。また、座屈長さ設定部14は、Z軸方向の座屈長さの複数の候補のうち、最も長い座屈長さ(部材長さ)をZ軸方向の座屈長さとする(ステップS30)。この処理を、全てのグループ化部材に対して行うことにより、グループ化部材(実際には1本の部材)に対して、Y軸方向及びZ軸方向の座屈長さを求め、求めた座屈長さの値をモデル作成部11へ出力する。モデル作成部11は、座屈長さ設定部14から出力された座屈長さの値をモデルデータ中に定義して、モデルデータ記憶部12へ記憶する。   Next, the buckling length setting unit 14 sets the longest buckling length (member length) among the plurality of candidates for the buckling length in the Y-axis direction as the buckling length in the Y-axis direction (step) S29). The buckling length setting unit 14 sets the longest buckling length (member length) among the plurality of candidates for the buckling length in the Z-axis direction as the buckling length in the Z-axis direction (step S30). ). By performing this process on all the grouping members, the buckling lengths in the Y-axis direction and the Z-axis direction are obtained for the grouping member (actually one member), and the calculated seating is obtained. The value of the bending length is output to the model creation unit 11. The model creation unit 11 defines the buckling length value output from the buckling length setting unit 14 in the model data and stores it in the model data storage unit 12.

ここで、図3に示す処理動作について、図6を参照して説明する。図6において、符号H1で示す梁がI番目のグループ化部材である場合、座屈長さ設定部14は、梁H1の長手方向を局所座標系のX軸とし、グローバル座標系のY軸に近い方向を局所座標系のZ軸とした直交座標系を定義する。そして、梁H1に対して、Y軸方向から延びる部材の接続状態をチェックすると、梁H1に対して2箇所で部材が接続されているため、Y軸方向の座屈長さの候補a、b、cを求めることができる。また、梁H1に対して、Z軸方向から延びる部材の接続状態をチェックすると、梁H1に対して1箇所で部材が接続されているため、Z軸方向の座屈長さの候補d、eを求めることができる。そして、Y軸方向の座屈長さの候補a、b、cのうち、最も長い候補はbであるため、Y軸方向の座屈長さを3500mmと設定する。また、Z軸方向の座屈長さの候補d、eのうち、最も長い候補はdであるため、Z軸方向の座屈長さを4600mmと設定する。このような処理を実行することにより、作業者が逐一座屈長さを設定することなく、自動的に設定することが可能となる。   Here, the processing operation shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, when the beam denoted by reference numeral H1 is the I-th grouping member, the buckling length setting unit 14 sets the longitudinal direction of the beam H1 as the X axis of the local coordinate system and the Y axis of the global coordinate system. An orthogonal coordinate system in which the near direction is the Z axis of the local coordinate system is defined. When the connection state of the members extending from the Y-axis direction is checked with respect to the beam H1, the members are connected at two locations with respect to the beam H1, so that the buckling length candidates a and b in the Y-axis direction are determined. , C can be obtained. Further, when the connection state of the members extending from the Z-axis direction is checked with respect to the beam H1, the members are connected to the beam H1 at one location, so that the buckling length candidates d and e in the Z-axis direction are determined. Can be requested. Since the longest candidate among the buckling length candidates a, b, and c in the Y-axis direction is b, the buckling length in the Y-axis direction is set to 3500 mm. Moreover, since the longest candidate is d among the buckling length candidates d and e in the Z-axis direction, the buckling length in the Z-axis direction is set to 4600 mm. By executing such processing, the operator can automatically set the buckling length without setting it one by one.

次に、図4を参照して、座屈長さを設定するために必要な骨組構造物を構成する部材を定義するための有限要素をグルーピングする処理を説明する。図4は、図1に示すグルーピング処理部13の詳細動作を示すフローチャートである。まず、グルーピング処理部13は、モデル作成部11を介して、モデルデータ記憶部12に記憶されているモデルデータを読み出す。そして、モデルデータを参照して、一直線となっている部材を探索する(ステップS41)。そして、グルーピング処理部13は、基線データがあるか否かを判定する(ステップS42)。基線データとは、強度部材が配設されることになる軸線沿う基準線の座標データである。   Next, with reference to FIG. 4, the process which groups the finite element for defining the member which comprises the frame structure required in order to set buckling length is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart showing a detailed operation of the grouping processing unit 13 shown in FIG. First, the grouping processing unit 13 reads the model data stored in the model data storage unit 12 via the model creation unit 11. Then, referring to the model data, a member that is in a straight line is searched (step S41). Then, the grouping processing unit 13 determines whether there is baseline data (step S42). The baseline data is coordinate data of a reference line along the axis on which the strength member is disposed.

この判定の結果、基線データがある場合、グルーピング処理部13は、ステップS43〜S48の処理を探索した一直線の部材に対して行う。グルーピング処理部13は、部材が小梁か否かを判定し(ステップS44)、小梁でなければ、直線群を基線上でカットし(ステップS45)、部材が小梁であれば、小梁同士の交点を求め、その位置で直線群をカットする(ステップS46)。そして、カットした直線群をグループリストに追加する(ステップS47)。   If there is baseline data as a result of this determination, the grouping processing unit 13 performs the processes in steps S43 to S48 on the straight member searched. The grouping processing unit 13 determines whether or not the member is a small beam (step S44). If the member is not a small beam, the group of straight lines is cut on the base line (step S45). An intersection point is obtained, and a straight line group is cut at the position (step S46). Then, the cut straight line group is added to the group list (step S47).

一方、基線データない場合、グルーピング処理部13は、ステップS49〜S52の処理を探索した一直線の部材に対して行う。グルーピング処理部13は、他の直線との交点を求め、その位置で直線群をカットする(ステップS50)。そして、カットした直線群をグループリストに追加する(ステップS51)。この処理によって、座屈長さを設定するために必要な骨組構造物を構成する部材を定義するための有限要素をグルーピングすることができる。   On the other hand, when there is no baseline data, the grouping process part 13 performs the process of step S49-S52 with respect to the straight member searched. The grouping processing unit 13 obtains an intersection with another straight line, and cuts the straight line group at the position (step S50). Then, the cut straight line group is added to the group list (step S51). By this processing, it is possible to group finite elements for defining members constituting the frame structure necessary for setting the buckling length.

以上説明したように、仮定した初期断面形状をもとに、すべての部材が合格するまで構造解析を自動的に繰り返すようにしたため、構造設計にかける手間を大幅に減らすことができるとともに品質のよい構造設計行うことができる。つまり、本実施形態においては、FED解析によって求められた各部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析FED解析によって求められる各部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった部材を断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換えるようにしたため、構造設計にかける手間を大幅に減らすことができるとともに品質のよい構造設計行うことができる。   As explained above, based on the assumed initial cross-sectional shape, the structural analysis is automatically repeated until all the members pass, so that it is possible to greatly reduce the effort required for the structural design and the quality is high. Structural design can be done. That is, in this embodiment, it is determined whether or not the strength of each member obtained by the FED analysis satisfies the strength condition, and the strength condition is satisfied until the strength of each member obtained by the analysis FED analysis satisfies the strength condition. Since the member that does not satisfy the above is replaced with a member having a larger cross-sectional area selected from the cross-sectional shape data, it is possible to greatly reduce the labor required for the structural design and to perform a high-quality structural design.

また、合格した部材はできる限り断面形状を自動的に小さくするようにしため、構造物の重量を最小限に抑えることが可能となり、より最適化設計を行うことができる。
つまり、本実施形態においては、全ての部材においてFED解析によって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えるようにしたため、構造物の重量を最小限に抑えることが可能となり、より最適化設計を行うことができる。
Further, since the cross-sectional shape of the passed member is automatically reduced as much as possible, the weight of the structure can be minimized, and a more optimized design can be performed.
That is, in this embodiment, when the strength obtained by the FED analysis in all the members satisfies the strength condition, the member that has not been replaced is replaced with a member having a smaller sectional area selected from the sectional shape data. As a result, the weight of the structure can be minimized, and a more optimized design can be performed.

また、骨組構造のレイアウトを判断基準として自動的に座屈長さを設定することができるため、精度良くかつ効率的に最適化設計を行うための骨組構造を構成する部材の強度を適切に評価することが可能になる。   In addition, since the buckling length can be automatically set based on the layout of the frame structure, the strength of the members that make up the frame structure for accurate and efficient optimization design can be evaluated appropriately. It becomes possible to do.

なお、本実施形態における骨組構造設計プログラムは、例えばコンピュータ装置が読み取り可能な可搬媒体(フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等)に記録された状態で、記憶装置や演算装置等を備えるコンピュータによって構成される本実施形態の骨組構造設計システム1に格納されている。
そして、骨組構造設計プログラムは、上記したように骨組構造設計システム1を動作させることによって骨組構造設計システム1に構造物の最適化設計を行わせる。
このような骨組構造設計プログラムは、可搬媒体に限らず、ハードディスクやメモリ等の記録媒体等に記録される場合もあり、可搬媒体、記録媒体に記録された状態、あるいは通信回線を介して頒布可能とされる。
Note that the framework structure design program in the present embodiment is recorded in a portable medium (flexible disk, magneto-optical disk, ROM, CD-ROM, etc.) that can be read by a computer device, for example, a storage device, an arithmetic device, etc. Is stored in the framework structure design system 1 of the present embodiment configured by a computer.
Then, the frame structure design program causes the frame structure design system 1 to perform the optimization design of the structure by operating the frame structure design system 1 as described above.
Such a framework structure design program is not limited to a portable medium, but may be recorded on a recording medium such as a hard disk or a memory. The program is recorded on the portable medium, the recording medium, or via a communication line. It can be distributed.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態として、本発明の構造設計システム、構造設計方法及び構造設計プログラムの一実施形態である板骨構造設計システム、板骨構造設計方法及び板骨構造設計プログラムについて説明する。
なお、本実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment of the present invention, a plate structure design system, a plate structure design method, and a plate structure design program as an embodiment of the structure design system, structure design method and structure design program of the present invention explain.
In the description of the present embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment is omitted or simplified.

図8は本実施形態の板骨構造設計システムの構成を示すブロック図である。この図において、符号4は、FEM(Finite Element Method;有限要素法)解析の結果に基づいて、板骨構造の最適化設計を行う板骨構造設計システムであり、コンピュータ装置から構成される。
この板骨構造設計システム4は、板骨構造を有する構造物(板骨構造物)の解析モデルデータを用いて構造物の強度評価を行った結果に基づいて板骨構造物の最適化設計を行う。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the plate structure design system of this embodiment. In this figure, reference numeral 4 denotes a plate structure design system that performs optimization design of a plate structure based on the result of FEM (Finite Element Method) analysis, and includes a computer device.
This plate bone structure design system 4 performs optimization design of the plate bone structure based on the result of the strength evaluation of the structure using the analysis model data of the structure having the plate bone structure (plate bone structure). Do.

図9は、板骨構造物を構成する板骨を示す斜視図である。また、図10は、板骨構造物を構成する板骨の断面図である。これらの図に示すように、板骨Xは、所定の厚みtを有する板部材である。この板骨Xの一方側の面には、当該板骨Xの補強するリブY(補強部材)が張り巡らされている。
そして、板骨構造物は、複数の板骨同士を溶接により接合することによって構成されている。例えば、船体等は板骨構造物である。
FIG. 9 is a perspective view showing a plate bone constituting the plate bone structure. FIG. 10 is a cross-sectional view of a plate bone constituting the plate bone structure. As shown in these drawings, the plate bone X is a plate member having a predetermined thickness t. On one side of the plate bone X, a rib Y (reinforcing member) for reinforcing the plate bone X is stretched.
And a plate-bone structure is comprised by joining several plate-bones by welding. For example, the hull or the like is a plate bone structure.

図8に戻り、符号41は、入力部2から入力される情報に基づいてFEM解析用のモデルデータを作成するモデル作成部である。
また、このモデル作成部41は、本発明の断面形状仮定手段として機能し、例えば先に(予め)作成した板骨構造物の解析モデルデータに対して、板骨構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定あるいは再設定する。
Returning to FIG. 8, reference numeral 41 denotes a model creation unit that creates model data for FEM analysis based on information input from the input unit 2.
Further, the model creation unit 41 functions as a cross-sectional shape assumption unit of the present invention. For example, for each analysis model data of the plate bone structure created in advance (in advance), each member constituting the plate bone structure Temporarily set or reset the cross-sectional shape.

符号42は、モデル作成部41において作成されたFEM解析用のモデルデータを記憶するモデルデータ記憶部である。
符号43は、モデル作成部41において作成したモデルデータの中から接合された複数の部材が1つの直線を形成している部材を探索し、1つの直線を形成している複数の部材を1つの部材と見なすべき部材の集合をグループ化するグルーピング処理部である。
符号44は、グルーピング処理部43においてグルーピングされた1つの部材と見なすべき部材の座屈長さを設定する座屈長さ設定部である。
Reference numeral 42 denotes a model data storage unit that stores model data for FEM analysis created in the model creation unit 41.
Reference numeral 43 denotes a search for a member in which a plurality of joined members form one straight line from the model data created in the model creating unit 41, and a plurality of members forming one straight line are A grouping processing unit that groups a set of members to be regarded as members.
Reference numeral 44 denotes a buckling length setting unit that sets a buckling length of a member to be regarded as one member grouped in the grouping processing unit 43.

符号45は、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析用モデルデータを読み込み、該FEM解析モデルデータを用いてFEM(Finite Element Method;有限要素法)解析を実行して、板骨構造物を構成する各部材の強度を求めるFEM解析部(解析実行手段)である。
なお、板骨構造物を構成する各部材の強度は、FEM解析用モデルデータを構成する各要素における応力や変形量によって一義的に定まる値である。このため、本実施形態においてFEM解析部45は、FEM解析を実行して各要素における応力や変形量を求めることによって板骨構造物の構成する各部材(板骨及びリブ)の強度を求めたこととする。
なお、モデル作成部41及びFEM解析部45は、公知のFEMモデル生成ソフトウェアやFEM解析ソフトウェア等を記憶しており、該ソフトウェア用いてモデルの作成やFEM解析を実行する。
A reference numeral 45 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42, executes FEM (Finite Element Method) analysis using the FEM analysis model data, The FEM analysis part (analysis execution means) which calculates the intensity of each member which constitutes.
It should be noted that the strength of each member constituting the plate frame structure is a value that is uniquely determined by the stress and the deformation amount in each element constituting the FEM analysis model data. For this reason, in this embodiment, the FEM analysis part 45 calculated | required the intensity | strength of each member (plate bone and rib) which comprises a plate-bone structure by performing FEM analysis and calculating | requiring the stress and deformation amount in each element. I will do it.
The model creation unit 41 and the FEM analysis unit 45 store known FEM model generation software, FEM analysis software, and the like, and perform model creation and FEM analysis using the software.

符号46は、FEM解析部45において求めた各要素の応力や変形量(すなわち各部材の強度)に基づいて、強度評価の判定を行う強度評価部である。
符号47は、強度評価部46の評価結果に応じて、板骨構造を構成する部材の断面形状を変更するために、JIS(日本工業規格)で定められている部材(構造物に用いることが可能な部材)の断面積を含む断面形状を選択する断面形状選択部である。
符号48は、強度評価部46における強度評価の情報を記憶する評価結果記憶部である。
Reference numeral 46 denotes a strength evaluation unit that performs a strength evaluation determination based on the stress and deformation amount of each element obtained by the FEM analysis unit 45 (that is, the strength of each member).
Reference numeral 47 is used for a member (structure) defined in JIS (Japanese Industrial Standards) in order to change the cross-sectional shape of the member constituting the plate bone structure in accordance with the evaluation result of the strength evaluation unit 46. It is a cross-sectional shape selection part which selects the cross-sectional shape containing the cross-sectional area of a possible member).
Reference numeral 48 denotes an evaluation result storage unit that stores information on strength evaluation in the strength evaluation unit 46.

符号51、52は、JISで定められている板骨構造物に用いられる部材の断面形状データが予め記憶されている部材データ記憶部である。部材データ記憶部51、52には、板骨XとリブYの2種類の断面形状データが予め記憶されている。
板骨データ記憶部51は、面積の異なる複数の板骨と当該板骨の断面積とが関係付けられた断面形状データを記憶している。板骨データ記憶部51は、面積の異なる複数の板骨に対して、断面積が昇順となるように順番号の識別番号を付与して記憶している。
なお、板骨の縦横の幅は、板骨構造物の構成によって決定されてしまう。このため、板骨の断面形状は、板厚tによって定義することが可能である。そして、板骨データ記憶部51においては、上記板厚tを板骨(識別番号)に関連付けて断面形状データの一部として記憶している。
リブデータ記憶部52は、面積の異なる複数のリブと当該リブの断面積とが関係付けられた断面形状データを記憶している。リブデータ記憶部52は、面積の異なる複数の板骨に対して、断面積が昇順となるように順番号の識別番号を付与して記憶している。また、リブデータ記憶部52は、リブの断面形状を定義するための寸法を、リブに関連付けて断面形状データの一部として記憶している。
さらに、板骨データ記憶部51及びリブデータ記憶部52は、各識別番号に関連付けて、当該Z軸、Y軸それぞれの断面二次モーメントの値、捩りモーメントの値、Z軸、Y軸それぞれのせん断面積の値を断面形状データの一部として記憶している。
Reference numerals 51 and 52 are member data storage units in which cross-sectional shape data of members used in the plate frame structure defined by JIS are stored in advance. In the member data storage units 51 and 52, two types of cross-sectional shape data of the plate bone X and the rib Y are stored in advance.
The plate bone data storage unit 51 stores cross-sectional shape data in which a plurality of plate bones having different areas and the cross-sectional areas of the plate bones are associated with each other. The plate data storage unit 51 stores a plurality of plate bones having different areas by assigning sequential identification numbers so that the cross-sectional areas are in ascending order.
The vertical and horizontal widths of the plate bone are determined by the structure of the plate bone structure. For this reason, the cross-sectional shape of the plate bone can be defined by the plate thickness t. And in the plate bone data storage part 51, the said plate | board thickness t is linked | related with the plate bone (identification number), and is memorize | stored as a part of cross-sectional shape data.
The rib data storage unit 52 stores cross-sectional shape data in which a plurality of ribs having different areas and cross-sectional areas of the ribs are associated with each other. The rib data storage unit 52 stores a plurality of plate bones having different areas by assigning sequential identification numbers so that the cross-sectional areas are in ascending order. The rib data storage unit 52 stores dimensions for defining the cross-sectional shape of the rib as a part of the cross-sectional shape data in association with the rib.
Further, the plate bone data storage unit 51 and the rib data storage unit 52 are associated with each identification number, the value of the cross-sectional secondary moment of each of the Z axis and Y axis, the value of the torsional moment, each of the Z axis and Y axis. The value of the shear area is stored as a part of the cross-sectional shape data.

このような本実施形態の板骨構造設計システム4においては、モデル作成部11、モデルデータ記憶部12、強度評価部16、断面形状選択部17及び評価結果記憶部18によって、FED解析によって求められた各部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析FED解析によって求められる各部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった部材を断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える。つまり、本実施形態の板骨構造設計システム4においては、モデル作成部11、モデルデータ記憶部12、強度評価部16、断面形状選択部17及び評価結果記憶部18が本発明における最適化手段を構成している。   In the plate structure design system 4 of this embodiment as described above, the model creation unit 11, the model data storage unit 12, the strength evaluation unit 16, the cross-sectional shape selection unit 17, and the evaluation result storage unit 18 obtain the values by FED analysis. It is determined whether or not the strength of each member satisfies the strength condition, and the member that does not satisfy the strength condition is selected from the cross-sectional shape data until the strength of each member obtained by the analysis FED analysis satisfies the strength condition. Replace with a member with a large cross-sectional area. That is, in the plate structure design system 4 of the present embodiment, the model creation unit 11, the model data storage unit 12, the strength evaluation unit 16, the cross-sectional shape selection unit 17, and the evaluation result storage unit 18 serve as optimization means in the present invention. It is composed.

次に、図8に示す板骨構造設計システム4の動作(構造設計方法)を説明する。なお、以下の板骨構造設計システム4の動作説明は、図11のフローチャートを参照して行う。
まず、作業者が入力部2を操作することにより入力される情報等に基づいて、モデル作成部41は、板骨構造の構造物のFEM解析モデルデータを作成する(ステップS61)。なお、FEM解析モデルデータには、板骨構造物に使用する部材の種類や断面積を特定する情報も含まれ、また例えば図8に示すようなリブYによって区切られた区間の距離、L1〜L4、W1〜W6が含まれる。この使用する部材の断面積は、作業者が入力部1を介して入力する情報に基づいてモデル作成部41が部材データ記憶部51、52に記憶されている断面形状データを選択して読み出すことによって設定される。
また、モデル作成部41は、作業者が入力部2を操作することにより入力される板骨構造物に対する荷重条件の情報を用いて、設計対象のFEM解析モデルデータを生成する。
そして、モデル作成部41が上述のようにして作成したFEM解析モデルデータは、モデル作成部41から出力されてモデルデータ記憶部42に入力され、モデルデータ記憶部42に記憶される。
なお、ステップS61において作成されるFEM解析モデルデータは、後に行われる最適化処理を行うにあたり、ベースとされるモデルデータである。このため、使用する部材の断面積は任意の値で構わない。したがって、FEM解析モデルデータに用いられる上記断面形状データの値は、部材データ記憶部51、52に記憶される範囲で任意に選択すれば良い。つまり、ステップS61において作成されるFEM解析モデルデータは、部材データ記憶部51、52に記憶された任意の識別番号に関連付けられた値を用いて作成されるものであり、板骨構造物を構成する各部材の断面形状が仮設定されたものである。
Next, the operation (structure design method) of the plate structure design system 4 shown in FIG. 8 will be described. The following description of the operation of the plate structure design system 4 will be made with reference to the flowchart of FIG.
First, the model creation unit 41 creates FEM analysis model data of a structure having a plate bone structure based on information input by the operator operating the input unit 2 (step S61). Note that the FEM analysis model data also includes information for specifying the type and cross-sectional area of the members used for the plate bone structure, and for example, the distance between the sections delimited by the rib Y as shown in FIG. L4, W1 to W6 are included. The cross-sectional area of the member to be used is read by selecting and reading the cross-sectional shape data stored in the member data storage units 51 and 52 by the model creation unit 41 based on information input by the operator via the input unit 1. Set by
In addition, the model creation unit 41 generates FEM analysis model data to be designed using information on the load conditions for the plate structure that is input by the operator operating the input unit 2.
The FEM analysis model data created by the model creation unit 41 as described above is output from the model creation unit 41, input to the model data storage unit 42, and stored in the model data storage unit 42.
Note that the FEM analysis model data created in step S61 is model data used as a base when performing an optimization process performed later. For this reason, the cross-sectional area of the member to be used may be an arbitrary value. Therefore, what is necessary is just to select arbitrarily the value of the said cross-sectional shape data used for FEM analysis model data in the range memorize | stored in the member data storage parts 51 and 52. FIG. That is, the FEM analysis model data created in step S61 is created using a value associated with an arbitrary identification number stored in the member data storage units 51 and 52, and constitutes a plate bone structure. The sectional shape of each member is temporarily set.

次に、作業者が入力部2を介して設計最適化処理の実行を指示すると、座屈長さ設定部44は、モデル作成部41によって作成されて、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析モデルデータに対して、座屈長さの設定を行い、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析モデルデータを更新する。(ステップS62)。   Next, when the operator instructs execution of the design optimization process via the input unit 2, the buckling length setting unit 44 is created by the model creation unit 41 and stored in the model data storage unit 42. The buckling length is set for the FEM analysis model data, and the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 is updated. (Step S62).

次に、モデル作成部41は、座屈長さの設定が終了すると、FEM解析部45に対して、FEM解析処理の実行を指示する。これを受けて、FEM解析部45は、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込む(ステップS63)。そして、FEM解析部45は、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求める(ステップS4)。FEM解析部45は、ここで求めた解析結果(各要素毎の応力や変形量)を強度評価部46へ出力する。これを受けて、強度評価部46は、板骨構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS65)。強度評価は、各部材毎の応力や変形量の値が予め決められたしきい値を超えたか否かを判定することにより行われる。そして、強度評価部46は、各部材が強度条件を満足するか否かを評価結果として含むFEM解析結果を出力する。このFEM解析結果は、評価結果記憶部48に入力されると共に評価結果記憶部48において記憶される。   Next, when the setting of the buckling length is completed, the model creation unit 41 instructs the FEM analysis unit 45 to execute the FEM analysis process. In response to this, the FEM analysis unit 45 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 (step S63). Then, the FEM analysis unit 45 performs FEM analysis to obtain stress and deformation amount for each element (step S4). The FEM analysis unit 45 outputs the analysis results (stress and deformation amount for each element) obtained here to the strength evaluation unit 46. In response, the strength evaluation unit 46 performs strength evaluation for each member constituting the plate bone structure (step S65). The strength evaluation is performed by determining whether or not the stress or deformation value for each member exceeds a predetermined threshold value. And the strength evaluation part 46 outputs the FEM analysis result containing whether each member satisfies intensity | strength conditions as an evaluation result. The FEM analysis result is input to the evaluation result storage unit 48 and stored in the evaluation result storage unit 48.

次に、強度評価部46は、評価を行った全ての部材が合格(強度条件を満足)したか否かを判定する(ステップS66)。この判定の結果、全ての部材が合格していた場合(強度条件を満足する場合)、強度評価部46は、モデルデータ記憶部42に記憶されている現時点のFEM解析モデルデータを別の記憶領域に一時保存するとともに、評価結果記憶部48に記憶されている現時点の評価結果情報を別の記憶領域に一時保存する(ステップS67)。
そして、強度評価部46は、断面形状選択部47に対して、不合格と判定されたことのない部材の識別番号を1ランク下げる指示を出す。なお、ここでの不合格と判定されたことのない部材とは、後述するステップS70において識別番号を1ランク上げられたことのない部材(置き換えが行われなかった部材)を指す。これを受けて、断面形状選択部47は、モデル作成部41に対して、現時点で設定されている識別番号を問い合わせる。これを受けて、モデル作成部41は、モデルデータ記憶部42に記憶されている識別番号を読み出して、断面形状選択部47に対して回答する。
なお、図11から分かるように、本実施形態においてはFEM解析の実行(ステップS64)が複数回繰り返される可能性があるが、ステップS1において作成されたFEM解析モデルデータを一度のFEM解析(ステップS64)しか行わない時点でステップS67に到達した場合には、ステップS70の処理が行われていないため、全ての部材が不合格と判定されたことのない部材となる。このため、この場合には、ステップS68において全ての部材の識別番号が1ランク下げられる。
Next, the strength evaluation unit 46 determines whether or not all the evaluated members pass (satisfy the strength condition) (step S66). As a result of this determination, when all the members pass (when the strength condition is satisfied), the strength evaluation unit 46 stores the current FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 in another storage area. And the current evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 48 are temporarily stored in another storage area (step S67).
The strength evaluating unit 46 then instructs the cross-sectional shape selecting unit 47 to lower the identification number of a member that has not been determined to be unacceptable by one rank. Here, the member that has not been determined to be rejected refers to a member whose identification number has not been raised by one rank in step S70 described later (a member that has not been replaced). In response to this, the cross-sectional shape selection unit 47 inquires of the model creation unit 41 about the identification number set at the present time. In response to this, the model creation unit 41 reads the identification number stored in the model data storage unit 42 and replies to the cross-sectional shape selection unit 47.
As can be seen from FIG. 11, in the present embodiment, the execution of the FEM analysis (step S64) may be repeated a plurality of times, but the FEM analysis model data created in step S1 is converted into one FEM analysis (step S64). When step S67 is reached when only S64) is performed, since the process of step S70 has not been performed, all the members have not been determined to be rejected. For this reason, in this case, the identification numbers of all members are lowered by one rank in step S68.

断面形状選択部47は、部材データ記憶部51、52を参照して、モデル作成部41から回答された識別番号から1ランク下げた識別番号を特定する。ここでいう1ランク下げるとは、識別番号を1つ小さい値とする(断面積を小さくする)ことである。例えば、現時点の識別番号が「8」であれば「7」とすることである。
なお、断面形状選択部47は、先に設定された識別番号が記憶された部材データ記憶部に記憶された断面形状データの中から1ランク下げた識別番号を特定する。つまり、1ランク下げる対象の部材が板骨である場合には、断面形状選択部47は、板骨データ記憶部51に記憶された断面形状データの中から1ランク下げた識別番号を特定する。
The cross-sectional shape selection unit 47 refers to the member data storage units 51 and 52, and specifies an identification number that is one rank lower than the identification number returned from the model creation unit 41. Here, lowering one rank means that the identification number is made one smaller value (the cross-sectional area is reduced). For example, if the current identification number is “8”, it is “7”.
The cross-sectional shape selection unit 47 specifies an identification number that is lowered by one rank from the cross-sectional shape data stored in the member data storage unit in which the previously set identification number is stored. That is, when the member to be lowered by one rank is a plate bone, the cross-sectional shape selection unit 47 specifies the identification number lowered by one rank from the cross-sectional shape data stored in the plate bone data storage unit 51.

断面形状選択部47は、1ランク下げた識別番号を特定すると、特定した識別番号をモデル作成部41に対して通知し、FEM解析モデルデータの更新を指示する。これを受けて、モデル作成部11は、不合格と判定されたことのない部材を、通知された識別番号が付された部材と置き換えることによってFEM解析モデルデータを更新する(ステップS68)。つまり、モデル作成部11は、不合格と判定されたことのない部材を、1ランク下の識別番号が付された部材(すなわち、より小さな断面積の部材)に置き換える。
このようにステップS68において不合格と判定されたことのない部材を1ランク下の識別番号が付された部材に置き換えた場合には、板骨の厚みが減少あるいはリブの断面積が減少することとなり、FEM解析モデルデータにおける板骨とリブとの位置関係が離間等することによって変化してしまう。このため、本実施形態においてモデル作成部41は、板骨とリブとの位置関係を補正する(ステップS80)。なお、板骨とリブとの重心位置は、断面積が減少した場合であっても固定されている。このため、モデル作成部41は、板骨とリブの重心位置を検出し、リブが板骨の一面と接触するように当該重心位置を移動させることによって板骨とリブとの位置関係を補正する。
また、ステップS64においては、リブの断面性能を解析するために、リブが接合された板骨の有効幅が用いられる。この有効幅は、ステップS68において不合格と判定されたことのない部材を1ランク下の識別番号が付された部材に置き換えた場合には、変化する。このため、本実施形態においてモデル作成部41は、有効幅を再算出(補正)する(ステップS81)。
モデル作成部41は、このようにFEM解析モデルデータの更新が終了すると、FEM解析部45に対して、再度FEM解析処理の実行を指示する。
When specifying the identification number lowered by one rank, the cross-sectional shape selection unit 47 notifies the model generation unit 41 of the specified identification number and instructs to update the FEM analysis model data. In response to this, the model creation unit 11 updates the FEM analysis model data by replacing a member that has not been determined to be rejected with a member having the notified identification number (step S68). That is, the model creating unit 11 replaces a member that has not been determined to be rejected with a member assigned an identification number one rank lower (that is, a member having a smaller cross-sectional area).
Thus, when a member that has not been determined to be unacceptable in step S68 is replaced with a member assigned an identification number one rank below, the thickness of the plate bone decreases or the cross-sectional area of the rib decreases. Thus, the positional relationship between the plate bone and the rib in the FEM analysis model data changes due to separation or the like. For this reason, in this embodiment, the model creation part 41 correct | amends the positional relationship of a plate bone and a rib (step S80). Note that the positions of the center of gravity of the plate bone and the rib are fixed even when the cross-sectional area is reduced. For this reason, the model creation unit 41 detects the barycentric position of the plate bone and the rib, and corrects the positional relationship between the plate bone and the rib by moving the barycentric position so that the rib contacts one surface of the plate bone. .
In step S64, the effective width of the plate bone to which the rib is joined is used to analyze the cross-sectional performance of the rib. This effective width changes when a member that has not been determined to be unacceptable in step S68 is replaced with a member assigned an identification number one rank below. Therefore, in the present embodiment, the model creation unit 41 recalculates (corrects) the effective width (step S81).
When the update of the FEM analysis model data is completed in this manner, the model creation unit 41 instructs the FEM analysis unit 45 to execute the FEM analysis process again.

これを受けて、FEM解析部45は、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込み(ステップS63)、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求め(ステップS64)、強度評価部46は、再び板骨構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS65)。そして、強度評価部46が再度全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS66)。つまり、本実施形態においては、全ての部材が合格である限り、ステップS63〜S68、S80、S81の処理が繰り返えされる。   In response to this, the FEM analysis unit 45 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 (step S63), executes the FEM analysis, and obtains the stress and deformation amount for each element ( In step S64), the strength evaluation unit 46 performs strength evaluation for each member constituting the plate bone structure again (step S65). And the strength evaluation part 46 determines whether all the members passed again (step S66). That is, in this embodiment, as long as all the members pass, the processes of steps S63 to S68, S80, and S81 are repeated.

一方、ステップS66においていずれかの部材が合格でなかった場合(強度条件を満たしていない場合)、強度評価部46は、過去にステップS66において全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS69)。
そして、過去にステップS66において全ての部材が合格したと判定されていない場合には、強度評価部46は、断面形状選択部47に対して、不合格になった部材の識別番号を1ランク上げる指示を出す。これを受けて、断面形状選択部47は、モデル作成部41に対して、不合格であった部材に対して、現時点で設定されている識別番号を問い合わせる。これを受けて、モデル作成部41は、モデルデータ記憶部42に記憶されている識別番号を読み出して、断面形状選択部47に対して回答する。
On the other hand, when any member does not pass in step S66 (when the strength condition is not satisfied), the strength evaluating unit 46 determines whether all the members have passed in step S66 in the past (step). S69).
If it is not determined in the past that all the members have passed in step S66, the strength evaluation unit 46 raises the identification number of the failed member by one rank with respect to the cross-sectional shape selection unit 47. Give instructions. In response to this, the cross-sectional shape selection unit 47 inquires of the model creation unit 41 about the identification number set at the current time for the member that has failed. In response to this, the model creation unit 41 reads the identification number stored in the model data storage unit 42 and replies to the cross-sectional shape selection unit 47.

断面形状選択部47は、部材データ記憶部51、52を参照して、モデル作成部41から回答された識別番号から1ランク上げた識別番号を特定する。ここでいう1ランク上げるとは、識別番号を1つ大きい値とする(断面積を大きくする)ことである。
なお、断面形状選択部47は、先に設定された識別番号が記憶された部材データ記憶部に記憶された断面形状データの中から1ランク上げた識別番号を特定する。つまり、1ランク上げる対象の部材が板骨である場合には、断面形状選択部47は、板骨データ記憶部51に記憶された断面形状データの中から1ランク上げた識別番号を特定する。
The cross-sectional shape selection unit 47 refers to the member data storage units 51 and 52 and identifies an identification number that is one rank higher than the identification number that is answered from the model creation unit 41. Here, raising the rank by one means increasing the identification number by one (increasing the cross-sectional area).
Note that the cross-sectional shape selection unit 47 specifies an identification number that is one rank higher than the cross-sectional shape data stored in the member data storage unit in which the previously set identification number is stored. That is, when the member to be upgraded by one rank is a plate bone, the cross-sectional shape selection unit 47 specifies an identification number that is raised by one rank from the cross-sectional shape data stored in the plate bone data storage unit 51.

断面形状選択部47は、1ランク上げた識別番号を特定すると、特定した識別番号をモデル作成部41に対して通知し、FEM解析モデルデータの更新を指示する。これを受けて、モデル作成部41は、不合格と判定された部材を、通知された識別番号が付された部材と置き換えることによってFEM解析モデルデータを更新する(ステップS70)。つまり、モデル作成部41は、不合格と判定された部材を、1ランク上の識別番号が付された部材(すなわち、より大きな断面積の部材)に置き換える。
このようにステップS70において不合格と判定された部材を1ランク上の識別番号が付された部材に置き換えた場合には、板骨の厚みが増加あるいはリブの断面積が増加することとなり、FEM解析モデルデータにおける板骨とリブとの位置関係が変化してしまう。このため、本実施形態においてモデル作成部41は、ステップS80と同様に、板骨とリブとの位置関係を補正する(ステップS82)。また、モデル作成部41は、ステップS81と同様に有効幅を再算出(補正)する(ステップS83)。
モデル作成部41は、FEM解析モデルデータの更新が終了すると、FEM解析部45に対して、再度FEM解析処理の実行を指示する。
When the cross-sectional shape selection unit 47 specifies an identification number that is one rank higher, the cross-sectional shape selection unit 47 notifies the model creation unit 41 of the specified identification number and instructs to update FEM analysis model data. In response to this, the model creation unit 41 updates the FEM analysis model data by replacing the member determined to be unacceptable with the member having the notified identification number (step S70). That is, the model creation unit 41 replaces a member determined to be unacceptable with a member assigned an identification number one rank higher (that is, a member having a larger cross-sectional area).
Thus, when the member determined to be unacceptable in step S70 is replaced with a member having an identification number one rank higher, the thickness of the plate bone increases or the cross-sectional area of the rib increases, and the FEM The positional relationship between the plate bone and the rib in the analysis model data changes. Therefore, in the present embodiment, the model creation unit 41 corrects the positional relationship between the plate bones and the ribs as in step S80 (step S82). Further, the model creation unit 41 recalculates (corrects) the effective width in the same manner as in step S81 (step S83).
When the update of the FEM analysis model data is completed, the model creation unit 41 instructs the FEM analysis unit 45 to execute the FEM analysis process again.

これを受けて、FEM解析部45は、モデルデータ記憶部42に記憶されているFEM解析モデルデータを読み込み(ステップS63)、FEM解析を実行して、各要素毎の応力や変形量を求め(ステップS64)、強度評価部46は、再び板骨構造物を構成する各部材毎の強度評価を行う(ステップS65)。つまり、本実施形態においては、一度ステップS66において全ての部材が合格と判定されない限りは、ステップS63〜S66、S69、S70、S82、S83の処理が繰り返えされる。   In response to this, the FEM analysis unit 45 reads the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 (step S63), executes the FEM analysis, and obtains the stress and deformation amount for each element ( In step S64), the strength evaluation unit 46 performs strength evaluation for each member constituting the plate bone structure again (step S65). That is, in this embodiment, unless all the members are determined to pass in step S66, the processes in steps S63 to S66, S69, S70, S82, and S83 are repeated.

そして、不合格の部材の識別番号を1ランクずつ上げた結果、全ての部材が合格になると、強度評価部46は、モデルデータ記憶部42に記憶されている現時点のモデルデータを別記憶領域に一時保存するとともに、評価結果記憶部48に記憶されている現時点の評価結果情報を別の記憶領域に一時保存する(ステップS67)。そして、強度評価部46は、断面形状選択部47に対して、不合格と判定されたことのない部材の識別番号を1ランク下げる指示を出す。そして、不合格と判定されたことない部材の断面形状を1ランクずつ下げながら、強度評価部46によって強度評価を行い、ステップS6の判定結果がNoになるまでステップS63〜S68、S80、S81の処理を繰り返す。
そして、いずれかの部材が合格でなくなった時点で、強度評価部46は、過去に全ての部材が合格したか否かを判定する(ステップS69)。この例では、過去に全ての部材が合格になっているので、強度評価部46は、モデルデータ記憶部42に一時保存してあるモデルデータと、評価結果記憶部48に一時保存してある評価結果情報を元の記憶領域に戻す(ステップS71)。そして、モデルデータ記憶部42に記憶されたFEM解析モデルデータと、評価結果記憶部48に記憶されている評価結果情報とを設計図書情報として表示部3へ表示する。この設計図書情報は、図示しない印刷装置に対して出力することにより、設計図書情報の印刷物を作成するようにしてもよい。
And as a result of raising the identification number of the rejected member by one rank, when all the members pass, the strength evaluation unit 46 stores the current model data stored in the model data storage unit 42 in another storage area. While temporarily storing, the present evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 48 is temporarily stored in another storage area (step S67). The strength evaluating unit 46 then instructs the cross-sectional shape selecting unit 47 to lower the identification number of a member that has not been determined to be unacceptable by one rank. Then, strength evaluation is performed by the strength evaluation unit 46 while lowering the cross-sectional shape of the member that has not been determined to be rejected by one rank, and steps S63 to S68, S80, and S81 are performed until the determination result of step S6 becomes No. Repeat the process.
Then, when any member does not pass, the strength evaluation unit 46 determines whether all the members have passed in the past (step S69). In this example, since all the members have passed in the past, the strength evaluation unit 46 evaluates the model data temporarily stored in the model data storage unit 42 and the evaluation data temporarily stored in the evaluation result storage unit 48. The result information is returned to the original storage area (step S71). Then, the FEM analysis model data stored in the model data storage unit 42 and the evaluation result information stored in the evaluation result storage unit 48 are displayed on the display unit 3 as design book information. The design book information may be output to a printing apparatus (not shown) to create a printed matter of the design book information.

以上説明したように、仮定した初期断面形状をもとに、すべての部材が合格するまで構造解析を自動的に繰り返すようにしたため、構造設計にかける手間を大幅に減らすことができるとともに品質のよい構造設計行うことができる。つまり、本実施形態においては、FED解析によって求められた各部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析FED解析によって求められる各部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった部材を断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換えるようにしたため、構造設計にかける手間を大幅に減らすことができるとともに品質のよい構造設計行うことができる。   As explained above, based on the assumed initial cross-sectional shape, the structural analysis is automatically repeated until all the members pass, so that it is possible to greatly reduce the effort required for the structural design and the quality is high. Structural design can be done. That is, in this embodiment, it is determined whether or not the strength of each member obtained by the FED analysis satisfies the strength condition, and the strength condition is satisfied until the strength of each member obtained by the analysis FED analysis satisfies the strength condition. Since the member that does not satisfy the above is replaced with a member having a larger cross-sectional area selected from the cross-sectional shape data, it is possible to greatly reduce the labor required for the structural design and to perform a high-quality structural design.

また、合格した部材はできる限り断面形状を自動的に小さくするようにしため、構造物の重量を最小限に抑えることが可能となり、より最適化設計を行うことができる。
つまり、本実施形態においては、全ての部材においてFED解析によって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えるようにしたため、構造物の重量を最小限に抑えることが可能となり、より最適化設計を行うことができる。
Further, since the cross-sectional shape of the passed member is automatically reduced as much as possible, the weight of the structure can be minimized, and a more optimized design can be performed.
That is, in this embodiment, when the strength obtained by the FED analysis in all the members satisfies the strength condition, the member that has not been replaced is replaced with a member having a smaller sectional area selected from the sectional shape data. As a result, the weight of the structure can be minimized, and a more optimized design can be performed.

なお、本実施形態における板骨構造設計プログラムは、例えばコンピュータ装置が読み取り可能な可搬媒体(フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等)に記録された状態で、記憶装置や演算装置等を備えるコンピュータによって構成される本実施形態の板骨構造設計システム4に格納されている。
そして、板骨構造設計プログラムは、上記したように板骨構造設計システム4を動作させることによって板骨構造設計システム4に構造物の最適化設計を行わせる。
このような板骨構造設計プログラムは、可搬媒体に限らず、ハードディスクやメモリ等の記録媒体等に記録される場合もあり、可搬媒体、記録媒体に記録された状態、あるいは通信回線を介して頒布可能とされる。
The plate structure design program according to the present embodiment is recorded in a portable medium (flexible disk, magneto-optical disk, ROM, CD-ROM, etc.) that can be read by a computer device, for example, and is a storage device or arithmetic device. Are stored in the plate structure design system 4 of the present embodiment, which is configured by a computer including the above.
Then, the plate frame structure design program causes the plate frame structure design system 4 to perform the optimization design of the structure by operating the plate frame structure design system 4 as described above.
Such a plate structure design program is not limited to a portable medium, and may be recorded on a recording medium such as a hard disk or a memory. The program is recorded on the portable medium, the recording medium, or via a communication line. Can be distributed.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、本発明の構造物の最適化設計を行う構造設計システム、構造設計方法及び構造設計プログラムを、骨組構造体あるいは板骨構造体の設計作業に適用する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、骨組構造と板骨構造との両方の構造を有する構造体の設計作業に適用することも可能である。
For example, in the above embodiment, the structure design system, the structure design method, and the structure design program for performing the optimization design of the structure of the present invention have been described for the structure applied to the design work of the frame structure or the plate frame structure. .
However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a design work of a structure having both a frame structure and a plate frame structure.

また、上記実施形態においては、FEM解析を行うことによって構造物の強度評価を行う構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、境界要素法や差分法を用いた数値解析によって構造物の強度評価を行う場合にも適用することができる。この場合には、用いられる数値解析に適した解析モデルデータがモデル作成部によって作成される。
Moreover, in the said embodiment, the structure which evaluates the intensity | strength of a structure by performing FEM analysis was demonstrated.
However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to the case where the strength of a structure is evaluated by numerical analysis using a boundary element method or a difference method. In this case, analysis model data suitable for the numerical analysis to be used is created by the model creation unit.

1・・・骨組構造設計システム、2・・・入力部、3・・・表示部、4……板骨構造設計システム、11,41・・・モデル作成部、12,42・・・モデルデータ記憶部、13,43・・・グルーピング処理部、14,44・・・座屈長さ設定部、15,45・・・FEM解析部、16,46・・・強度評価部、17,47・・・断面形状選択部、21・・・H型鋼データ記憶部、22・・・I型鋼データ記憶部、23・・・角鋼管データ記憶部、24・・・溝型鋼データ記憶部、25・・・丸鋼管データ記憶部、26・・・L型鋼データ記憶部、51……板骨データ記憶部、52……リブデータ記憶部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Frame structure design system, 2 ... Input part, 3 ... Display part, 4 ... Plate structure design system, 11, 41 ... Model creation part, 12, 42 ... Model data Storage unit 13, 43 ... Grouping processing unit, 14, 44 ... Buckling length setting unit, 15, 45 ... FEM analysis unit, 16, 46 ... Strength evaluation unit, 17, 47. ... Sectional shape selection unit, 21... H-shaped steel data storage unit, 22... I-type steel data storage unit, 23... Square steel pipe data storage unit, 24.・ Round steel pipe data storage unit, 26... L-shaped steel data storage unit, 51... Steel plate data storage unit, 52.

Claims (15)

少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて前記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行う構造設計システムであって、
前記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データが予め記憶された部材データ記憶手段と、
予め作成された前記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定手段と、
前記断面形状が設定された前記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各前記部材の強度を求める解析実行手段と、
前記解析実行手段によって求められた各前記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行手段によって求められる各前記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった前記部材を前記断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化手段と
を備えたことを特徴とする構造設計システム。
A structural design system that performs optimization design of a structure based on a result of strength evaluation of the structure using analysis model data of a structure having at least one of a frame structure and a plate frame structure. ,
A member data storage means in which cross-sectional shape data in which a member that can be used in the structure and a cross-sectional area of the member are associated with each other is stored in advance;
Cross-sectional shape assumption means for temporarily setting the cross-sectional shape of each member constituting the structure with respect to the analysis model data of the structure created in advance,
Reading the analysis model data in which the cross-sectional shape is set, performing analysis using the analysis model data, and analyzing execution means for obtaining the strength of each member;
It was determined whether or not the strength of each member obtained by the analysis execution unit satisfies a strength condition, and the strength condition was not satisfied until the strength of each member obtained by the analysis execution unit satisfies the strength condition. An optimization means for replacing the member with a member having a larger sectional area selected from the sectional shape data.
前記最適化手段は、全ての前記部材において解析実行手段によって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を前記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えることを特徴とする請求項1に記載の構造設計システム。   The optimization unit replaces a member that has not been replaced with a member having a smaller cross-sectional area selected from the cross-sectional shape data when the strength required by the analysis execution unit of all the members satisfies the strength condition. The structural design system according to claim 1. 前記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、
前記部材の種類ごとに前記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データを記憶する前記部材データ記憶手段を備え、
前記最適化手段が、前記部材の置き換えを行う際に当該部材を同一種類の部材と置き換える
ことを特徴とする請求項1または2記載の構造設計システム。
When there are multiple types of members that can be used for the structure,
The member data storage means for storing cross-sectional shape data in which cross-sectional areas of the member and the member are related for each type of the member,
The structural design system according to claim 1, wherein the optimization unit replaces the member with the same type of member when replacing the member.
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化手段は、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に前記板部材及び前記補強部材との位置関係を補正する
ことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の構造設計システム。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
The said optimization means correct | amends the positional relationship with the said plate member and the said reinforcement member, when at least any one of the said plate member and the said reinforcement member is replaced. Structural design system.
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化手段は、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、前記解析実行手段にて前記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正する
ことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の構造設計システム。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
The optimization unit corrects an effective width used for calculating the strength of the reinforcing member by the analysis executing unit when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced. The structural design system according to claim 1.
少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて前記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行う構造設計方法であって、
予め作成された前記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定ステップと、
前記断面形状が設定された前記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各前記部材の強度を求める解析実行ステップと、
前記解析実行ステップによって求められた各前記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行ステップによって求められる各前記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった前記部材を、前記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化ステップと
を有することを特徴とする構造設計方法。
A structural design method for performing optimization design of a structure based on a result of strength evaluation of the structure using analysis model data of a structure having at least one of a frame structure and a plate frame structure. ,
A cross-sectional shape assumption step for temporarily setting a cross-sectional shape of each member constituting the structure with respect to the analysis model data of the structure created in advance,
Reading the analysis model data in which the cross-sectional shape is set, performing analysis using the analysis model data, and performing an analysis step of obtaining the strength of each member;
It was determined whether or not the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfies the strength condition, and the strength condition was not satisfied until the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfied the strength condition. An optimization step of replacing the member with a member having a larger cross-sectional area selected from cross-sectional shape data in which the member usable in the structure and the cross-sectional area of the member are related to each other. Structural design method to do.
前記最適化ステップにおいて、全ての前記部材において解析実行ステップによって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を前記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えることを特徴とする請求項6記載の構造設計方法。   In the optimization step, when the strength obtained by the analysis execution step for all the members satisfies the strength condition, the member that has not been replaced is replaced with a member having a smaller sectional area selected from the sectional shape data. The structural design method according to claim 6. 前記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、
最適化ステップにおいて、前記部材の置き換えを行う際に、前記部材の種類ごとに前記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データに基づいて前記部材を同一種類の部材と置き換える
ことを特徴とする請求項6または7記載の構造設計方法。
When there are multiple types of members that can be used for the structure,
In the optimization step, when the member is replaced, the member is replaced with the same type of member based on cross-sectional shape data in which cross-sectional areas of the member and the member are related for each type of the member. The structural design method according to claim 6 or 7, wherein:
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化ステップにおいて、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に前記板部材及び前記補強部材との位置関係を補正する
ことを特徴とする請求項6〜8いずれかに記載の構造設計方法。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
9. The positional relationship between the plate member and the reinforcing member is corrected when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. Structural design method.
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化ステップにおいて、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、前記解析実行ステップにて前記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正する
ことを特徴とする請求項6〜9いずれかに記載の構造設計方法。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
In the optimization step, when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced, the effective width used for calculating the strength of the reinforcing member in the analysis execution step is corrected. The structural design method according to any one of claims 6 to 9.
コンピュータに、少なくとも骨組構造及び板骨構造のいずれかの構造を有する構造物の解析モデルデータを用いて前記構造物の強度評価を行った結果に基づいて構造物の最適化設計を行わせる構造設計プログラムであって、
予め作成された前記構造物の解析モデルデータに対して、構造物を構成する各部材の断面形状を仮設定する断面形状仮定ステップと、
前記断面形状が設定された前記解析モデルデータを読み込み、該解析モデルデータを用いて解析を実行して、各前記部材の強度を求める解析実行ステップと、
前記解析実行ステップによって求められた各前記部材の強度が強度条件を満たしているか否かを判定し、解析実行ステップによって求められる各前記部材の強度が強度条件を満たすまで、強度条件を満たさなかった前記部材を、前記構造物に用いることが可能な部材と当該部材の断面積とが関係付けられた断面形状データから選択するより大きな断面積の部材に置き換える最適化ステップと
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする構造設計プログラム。
Structural design that causes a computer to perform optimization design of a structure based on the result of strength evaluation of the structure using analysis model data of a structure having at least one of a frame structure and a plate frame structure A program,
A cross-sectional shape assumption step for temporarily setting a cross-sectional shape of each member constituting the structure with respect to the analysis model data of the structure created in advance,
Reading the analysis model data in which the cross-sectional shape is set, performing analysis using the analysis model data, and performing an analysis step of obtaining the strength of each member;
It was determined whether or not the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfies the strength condition, and the strength condition was not satisfied until the strength of each member obtained by the analysis execution step satisfied the strength condition. And causing the computer to execute an optimization step of replacing the member with a member having a larger cross-sectional area selected from cross-sectional shape data in which the member usable in the structure and the cross-sectional area of the member are related to each other. A structural design program characterized by that.
前記最適化ステップにおいて、全ての前記部材において解析実行ステップによって求められる強度が強度条件を満たした場合に、置き換えが行われなかった部材を前記断面形状データから選択するより小さな断面積の部材に置き換えさせることを特徴とする請求項11記載の構造設計プログラム。   In the optimization step, when the strength obtained by the analysis execution step for all the members satisfies the strength condition, the member that has not been replaced is replaced with a member having a smaller sectional area selected from the sectional shape data. The structural design program according to claim 11, wherein: 前記構造物に用いることが可能な部材が複数種類存在する場合に、
最適化ステップにおいて、前記部材の置き換えを行う際に、前記部材の種類ごとに前記部材と当該部材との断面積が関係付けられた断面形状データに基づいて前記部材を同一種類の部材と置き換えさせる
ことを特徴とする請求項11または12記載の構造設計プログラム。
When there are multiple types of members that can be used for the structure,
In the optimization step, when the member is replaced, the member is replaced with the same type of member based on cross-sectional shape data in which the cross-sectional areas of the member and the member are related for each type of the member. 13. The structural design program according to claim 11 or 12, characterized in that:
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化ステップにおいて、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に前記板部材及び前記補強部材との位置関係を補正させる
ことを特徴とする請求項11〜13いずれかに記載の構造設計プログラム。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
The positional relationship between the plate member and the reinforcing member is corrected when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced in the optimization step. Structural design program.
前記構造物が板部材と該板部材を補強する補強部材とを備える場合に、
前記最適化ステップにおいて、前記板部材及び前記補強部材の少なくともいずれかを置き換えた場合に、前記解析実行ステップにて前記補強部材の強度を算出するために用いられる有効幅を補正させることを特徴とする請求項11〜14いずれかに記載の構造設計プログラム。
When the structure includes a plate member and a reinforcing member that reinforces the plate member,
In the optimization step, when at least one of the plate member and the reinforcing member is replaced, the effective width used for calculating the strength of the reinforcing member in the analysis executing step is corrected. The structural design program according to claim 11.
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