JP2010152863A - System and method for extracting boundary node, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は境界節点抽出システム及び境界節点抽出方法に係り、特に、有限要素法等を用いた数値解析に使用する解析モデルを処理対象として、その境界に存在する節点を効率的に抽出する境界節点抽出システム、境界節点抽出方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a boundary node extraction system and a boundary node extraction method, and in particular, a boundary node that efficiently extracts nodes existing at the boundary of an analysis model used for numerical analysis using a finite element method or the like. The present invention relates to an extraction system, a boundary node extraction method, and a program.
従来、設計の不具合に起因する品質問題が、企業の存亡に関わる重大事件にまで発展している例が数多く見られることから、設計品質の検証方法、及び品質の向上が重要な課題となっている。このような状況の下で、設計品質の検証方法としては、有限要素法等を用いた解析手法が多くの分野で用いられている。
また、最近では3次元CADの普及により、設計図面が3次元化され、3次元データとして開発されている。また、このような3次元データを基に有限要素法の解析モデルが作成され、解析計算が実行されている。更に近年は、PC(パーソナルコンピュータ)の処理能力の著しい向上により、解析対象物の実形状を3次元空間上に忠実に再現した解析モデルや、複数の部品をアセンブリした構造体モデルの解析が可能となり、これに伴って、有限要素法の解析モデルが大規模化し、要素数が増大する傾向にある。
Traditionally, there are many cases where quality problems due to design defects have evolved into serious incidents related to the existence of companies, so design quality verification methods and quality improvement have become important issues. Yes. Under such circumstances, as a design quality verification method, an analysis method using a finite element method or the like is used in many fields.
Recently, with the spread of three-dimensional CAD, design drawings are three-dimensionalized and developed as three-dimensional data. In addition, an analysis model of the finite element method is created based on such three-dimensional data, and analysis calculation is executed. In recent years, with the remarkable improvement in PC (personal computer) processing capability, it is possible to analyze an analysis model that faithfully reproduces the actual shape of the object to be analyzed in a three-dimensional space, or a structure model in which multiple parts are assembled. As a result, the analysis model of the finite element method tends to increase in scale and the number of elements tends to increase.
複数の部品から構成される構造体は、接触可能性の有無を考慮することにより、部品間の力の伝達や、変位の拘束を実現している。接触可能性の有無を考慮するか否かの判定を行う場合は、複数の部品の中から、2つの部品からなるペアを抽出すると共に、このペアの各々の部品から、それぞれ節点を抽出して任意の2節点間の距離を算出する。なお、これらの作業は、前記ペアをなす両部品の全節点の組み合わせで実施することで、2節点間の距離の最小距離を求める。次に、接触可能性の有無を考慮するか否かを判定するための所定の閾値と、この最小距離とを比較し、この最小距離が、この閾値を超えない限りは両部品は接触する可能性有りとして、両部品間での接触の有無を判定している。 A structure composed of a plurality of parts realizes the transmission of force between parts and the restraint of displacement by considering the presence or absence of contact possibility. When determining whether or not to consider the possibility of contact, a pair of two parts is extracted from a plurality of parts, and nodes are extracted from each part of the pair. Calculate the distance between any two nodes. Note that these operations are performed by combining all the nodes of both parts forming the pair, thereby obtaining the minimum distance between the two nodes. Next, this minimum distance is compared with a predetermined threshold for determining whether or not to consider the possibility of contact, and both parts can touch unless this minimum distance exceeds this threshold. The presence or absence of contact between both parts is determined as having the property.
以上の判定処理は、考慮するべきペア数の組み合わせ数が、部品点数の約2乗の割合で増加するので、部品点数が増加するに連れて膨大なものとなる。同様に、距離計算する節点の組み合わせの数も、節点数の2乗の割合で増加するので、節点数が増加するに連れて膨大なものとなる。
しかしながら、部品間の最小距離を求める計算での節点の組み合わせは、実際には境界に存在する節点のみの組み合わせでよく、よって、従来の、内部の全ての節点を対象とする処理には、多くの無駄な処理が含まれていることになり、この点を解決することが課題であった。そこで、このような課題を解決する手法として、解析モデルから、効率良く境界節点を抽出する手法の開発が強く求められていた。
The above determination process becomes enormous as the number of parts increases because the number of combinations of the number of pairs to be considered increases at a rate of about the square of the number of parts. Similarly, the number of node combinations for calculating the distance also increases at a ratio of the square of the number of nodes, and becomes enormous as the number of nodes increases.
However, the combination of nodes in the calculation for obtaining the minimum distance between parts may actually be a combination of only the nodes existing at the boundary. Therefore, in the conventional processing for all the internal nodes, there are many combinations. Therefore, it was a problem to solve this point. Therefore, as a technique for solving such problems, there has been a strong demand for the development of a technique for efficiently extracting boundary nodes from an analysis model.
従来は、上記の課題を解決するための境界節点抽出方法として、例えば、特許文献1に記載された境界面抽出方法では、節点の座標および要素を構成する節点を表すテーブルを作成しておき、要素を1つ取り出して、この要素を構成する面を特定し、この面を構成する節点を特定した後、更に、この要素を1つずつ順次取り出して、要素を構成する面の構成節点をチェックして、同じものが存在しない場合に境界面としている。
Conventionally, as a boundary node extraction method for solving the above-mentioned problem, for example, in the boundary surface extraction method described in
また、例えば、特許文献2に記載された節点抽出方法では、まず、要素を構成する面の全てを境界面として、前述の特許文献1の場合と同様に、要素を順次1つずつ取り出して、要素を構成する面の構成節点に同一のものがあるか否かをチェックすることで境界面を抽出している。
しかし、この方法では、同一節点で構成されているか否かのチェックを、全要素の構成面の全ての組み合わせで実施する必要があるため、処理時間が膨大となる問題点がある。
Further, for example, in the node extraction method described in
However, this method has a problem that the processing time becomes enormous because it is necessary to check whether or not the nodes are configured with the same node in all combinations of the constituent surfaces of all elements.
図16は、従来の境界節点抽出システムの処理手順を示すフローチャート図である。
以下、節点抽出方法を、図16に示す従来の境界節点抽出方法の処理手順を参照しながら、図6に示す立方体の解析モデルの場合で説明する。
従来技術では、境界に存在する面は、他の要素の面と共有関係に無いことに注目して境界節点を抽出していた。図6に示す直方体モデルの要素数は1000で、節点数は1331である。
図16から分かるように、従来技術では、ステップA1で接点テーブルを作成し、ステップA2で要素テーブルを作成した後、以下に示す3つのループ(繰り返し処理、Loop1,2,3 )を実行する。
FIG. 16 is a flowchart showing the processing procedure of the conventional boundary node extraction system.
Hereinafter, the node extraction method will be described in the case of the cubic analysis model shown in FIG. 6 with reference to the processing procedure of the conventional boundary node extraction method shown in FIG.
In the prior art, a boundary node is extracted by paying attention to the fact that the surface existing at the boundary is not shared with the surfaces of other elements. The number of elements of the rectangular parallelepiped model shown in FIG. 6 is 1000, and the number of nodes is 1331.
As can be seen from FIG. 16, in the prior art, the contact table is created in step A1, the element table is created in step A2, and then the following three loops (repetition processing, Loop1,2,3) are executed.
(1) Loop1は、要素aを選択するステップ(ステップA3)から、最終の判定条件(ステップA10)に至るまでの、要素を選択するループ。
(2) Loop2は、要素bを選択する(ステップA4)から、最終の判定条件(ステップA9)に至るまでの、要素を選択するループ。
(3) Loop3は、各要素の構成面を抽出し(ステップA5)、同一面か否かをチェックし(ステップA6)、同一面の場合は、その識別を行う(ステップA7)ことを、全面を調査し終えたか否かを判定する判定条件(ステップA8)に至るまで繰り返すループ。
(1) Loop1 is a loop for selecting an element from the step (step A3) for selecting the element a to the final determination condition (step A10).
(2) Loop2 is a loop for selecting an element from the selection of element b (step A4) to the final determination condition (step A9).
(3) Loop3 extracts the constituent surface of each element (step A5), checks whether or not they are the same surface (step A6), and identifies them if they are the same surface (step A7) A loop that repeats until the determination condition (step A8) for determining whether or not the survey has been completed.
各Loopは、Loop1⊃Loop2⊃Loop3の入れ子構造となっている。1つの要素aiに対して、要素b1からbjまで処理するため、Loop1とLoop2の入れ子構造で最大で1000×1000=1000000回の繰り返し処理を実施することになる。重複を除外すると、1000×999/2=499500回の繰り返し処理を実施することになる。更に、Loop3の処理で、6面体要素の場合は、6×6=36回の同一面のチェックが必要となり、同一面の識別処理(ステップA7)を499500×36=17982000回実施することになる。
Each Loop has a nested structure of Loop1⊃Loop2⊃Loop3. In order to process elements b1 to bj for one element ai, a maximum of 1000 × 1000 = 1000000 times of repetition processing is executed with a nested structure of Loop1 and Loop2. If duplication is excluded, 1000 × 999/2 = 499500 iterations will be performed. Furthermore, in the case of a hexahedral element in the process of
しかしながら、上記背景技術で述べた従来の境界節点抽出システム及び境界節点抽出方法にあっては、解析モデルの全要素の構成面および辺の全ての組み合わせで、同一の面および辺を共有するか否かのチェックを行っているので、処理時間が膨大になるという問題点があった。
また、複数の部品で構成される構造体の解析モデルでは、部品間の接触判定を2つの部品間の最小距離で判別する場合に、全ての部品間の組み合わせにおいて、それぞれ全ての節点間で接触判定の距離計算を行っているので、この処理ステップにおいても処理時間が膨大になるという問題点があった。
However, in the conventional boundary node extraction system and boundary node extraction method described in the background art above, whether or not all the constituent surfaces and sides of all elements of the analysis model share the same surface and side. However, there is a problem that the processing time becomes enormous.
In addition, in an analysis model of a structure composed of a plurality of parts, when the contact determination between parts is determined by the minimum distance between two parts, contact is made between all nodes in each combination of all parts. Since the determination distance calculation is performed, there is a problem that the processing time is enormous in this processing step.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、所与の解析モデルを処理対象として、その境界に存在する節点を抽出するために必要な処理時間を短縮できる境界節点抽出システム、境界節点抽出方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の他の目的は、部品単品で境界節点を抽出しておき、部品をアセンブリした際には境界節点のみで部品間最小距離探査を行うことを可能にして、部品間の接触判定を短時間で行うことができる境界節点抽出システム、境界節点抽出方法及びプログラムを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is a boundary node extraction capable of reducing the processing time required to extract a node existing at the boundary of a given analysis model as a processing target. It is an object to provide a system, a boundary node extraction method, and a program.
Another object of the present invention is to extract a boundary node for a single component, and when assembling the component, it is possible to search for the minimum distance between components only with the boundary node, thereby shortening the contact determination between the components. It is an object to provide a boundary node extraction system, a boundary node extraction method, and a program that can be performed in time.
上記課題を解決するために、本発明に係る境界節点抽出システムは、数値解析で使用する解析モデルの境界に存在する節点を抽出する境界節点抽出システムであって、前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出手段と、前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成手段と、前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出手段と、前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出手段と、を備えたことを特徴とする境界節点抽出システムを提供するものである。 In order to solve the above-described problem, a boundary node extraction system according to the present invention is a boundary node extraction system that extracts nodes existing at the boundary of an analysis model used in numerical analysis, and the nodes of the nodes constituting the analysis model are extracted. Based on position information, for each of the nodes, an in-region nodal point extracting means for extracting other nodal points existing in a circle centered on the nodal point and having a predetermined area radius as a radius, and the center of the circle A position vector constructing means for creating a position vector having the above-mentioned node as the tail and the extracted other node as a tip, and a combined vector calculating means for obtaining a combined vector of the position vectors and calculating the magnitude of the vector Boundary node extraction means for extracting the node as the center of the circle as a candidate for a boundary node when the size of the combined vector exceeds a predetermined first threshold; There is provided a boundary node extraction system, characterized in that there was e.
また、前記境界節点抽出方法は、数値解析で使用する解析モデルの境界に存在する節点を抽出する境界節点抽出方法であって、前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出ステップと、前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成ステップと、前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出ステップと、前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出ステップと、を有することを特徴とする。 The boundary node extraction method is a boundary node extraction method for extracting nodes existing at the boundary of an analysis model used in numerical analysis, and is based on position information of nodes constituting the analysis model, for each of the nodes. , A node extraction step in a region that extracts other nodes existing in a region having a radius of a preset region radius, and a node at the center of the circle as a tail, A position vector constructing step for creating a position vector having the extracted other node as a tip; a combined vector calculating step for obtaining a combined vector of the position vector and calculating a magnitude of the vector; and a size of the combined vector A boundary node extracting step of extracting the node at the center of the circle as a candidate for a boundary node when a predetermined first threshold is exceeded. .
また、本発明に係るコンピュータプログラムは、数値解析で使用する解析モデルの境界に存在する節点を抽出するコンピュータに、前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出ステップと、前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成ステップと、前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出ステップと、前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出ステップと、を実行させることを特徴とする。 Further, the computer program according to the present invention provides a computer that extracts the nodes existing at the boundary of the analysis model used in the numerical analysis, and sets the nodes for each of the nodes based on position information of the nodes constituting the analysis model. A node extraction step in a region that extracts other nodes existing in a region having a radius of a preset region radius as a center, and a node that is the center of the circle as a tail, and the extracted other A position vector constructing step for creating a position vector having a node as a tip; a composite vector calculating step for obtaining a composite vector of the position vector and calculating a magnitude of the vector; and a magnitude of the composite vector being a predetermined first A boundary node extraction step of extracting the node at the center of the circle as a boundary node candidate when the threshold of And butterflies.
以上説明したように、本発明の境界節点抽出システムによれば、全要素の構成面の組み合わせを排除して、節点のみの探査で境界に存在する節点を抽出できるようにしたので、境界に存在する節点の抽出に要する時間を短縮することが可能となり、また、部品単体で境界節点を抽出しておき、部品アセンブリ後に部品単位で抽出した境界節点のみの組み合わせで最小距離探査を実施するので、効率的な接触条件(即ち、接触の可能性の有無)の判別が可能となる効果がある。 As described above, according to the boundary node extraction system of the present invention, since the combination of the constituent surfaces of all elements can be eliminated and the nodes existing at the boundary can be extracted by the search of only the nodes, It is possible to reduce the time required to extract the nodes to be performed, and since the boundary node is extracted by the part alone and the minimum distance search is performed by combining only the boundary nodes extracted by the part unit after the parts assembly, There is an effect that it is possible to determine an efficient contact condition (that is, whether there is a possibility of contact).
本発明の境界節点抽出システムの解析原理は、まず、解析モデルのある節点に注目し、その節点を中心とした領域内に存在する節点を抽出する。次に、抽出された節点の、注目した節点に対する位置ベクトルを求め、全ての位置ベクトルの合成ベクトルを求める。次に、この合成ベクトルの大きさが、閾値より大きい場合、境界節点である可能性が大きいと判断することにより、効率的に境界節点を抽出することを可能にすることにある。また、以上の処理を部品体単体で実施し、境界節点を抽出しておいて、部品をアセンブリし接触判定を実施する際に、抽出された境界節点のみ使用して部品間最小距離探査を実施することにより、効率的に接触条件(即ち、接触の可能性の有無)の判別を行うことを可能にすることにある。 According to the analysis principle of the boundary node extraction system of the present invention, first, attention is paid to a certain node of the analysis model, and a node existing in a region centered on the node is extracted. Next, a position vector of the extracted node with respect to the focused node is obtained, and a combined vector of all position vectors is obtained. Next, when the size of the combined vector is larger than the threshold value, it is possible to efficiently extract the boundary node by determining that the possibility of being the boundary node is high. In addition, the above processing is performed on a single part body, boundary nodes are extracted, and when the parts are assembled and contact judgment is performed, only the extracted boundary nodes are used to search for the minimum distance between parts. Thus, it is possible to efficiently determine the contact condition (that is, whether there is a possibility of contact).
以下、本発明の境界節点抽出システムの最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの全体構成を示す構成図である。
同図に示す境界節点抽出システムは、キーボード、マウス等で構成可能な入力装置1と、境界節点抽出処理に必要な情報を記憶し、処理を実行するデータ処理装置2と、境界節点抽出処理に必要な大量の情報を記憶する外部記憶装置6と、ディスプレイ装置等の表示装置7と、印刷装置等の出力装置8と、を備える。また、データ処置装置2は、情報処理を実行する中央処置装置3と、中央処置装置3における処理途中のデータや、境界節点抽出処理に必要な処理プログラムを一時的に記憶する主記憶装置4と、内蔵HDD等に格納する情報を恒久的に記憶する補助記憶装置5と、を備える。
The best mode of the boundary node extraction system of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a boundary node extraction system according to an embodiment of the present invention.
The boundary node extraction system shown in the figure includes an
図2は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの中央処理装置3における機能ブロック構成を示す機能ブロック図である。
本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムは、中央処理装置3が備える機能ブロックとして、図2に示すように、入力装置1を介して、若しくは補助記憶装置5や外部記憶装置8から解析モデルデータを取り込む入力手段11と、取り込まれた解析モデルデータより境界節点を抽出する際に考慮する節点の存在領域を設定する領域半径設定手段12と、境界節点を判別するための2つの閾値を設定する閾値設定手段13と、前記節点を中心とし、前記設定された一方の閾値を半径とする円内に存在する節点を抽出する領域内節点抽出手段14(領域内節点抽出手段)と、抽出された節点群でベクトル計算を行うベクトル計算手段15(位置ベクトル構成手段、合成ベクトル算出手段)と、前記ベクトル計算結果と、前記設定された他方の閾値とにより境界節点と判定する境界節点判定手段16(境界節点抽出手段)と、1つの節点を共有する要素を検索する同一節点共有要素検索手段17(共有要素カウント手段、境界節点確定手段)と、抽出された節点情報を表示装置7や出力装置8に出力する出力手段18と、を備える。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a functional block configuration in the
The boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention is an analysis model as a functional block provided in the
図2に示す機能ブロックは、実行形式のコンピュータプログラムとして構成されるものであり、この実行形式のコンピュータプログラムは、図1に示す外部記憶装置6または補助記憶装置5に記憶されている。境界節点の抽出を実行する際は、入力装置1より前記コンピュータプログラムを起動し、主記憶装置4に、このコンピュータプログラムを呼び込む。このコンピュータプログラムの操作は入力装置1を介して行うが、境界節点の抽出処理は中央処理装置3によって実行され、実行結果が表示装置7に出力される。また、この実行結果は、外部記憶装置6や、補助記憶装置5にも記憶させることができる。
The functional blocks shown in FIG. 2 are configured as an executable computer program, and the executable computer program is stored in the
以下、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの機能を説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの最良の処理手順を示すフローチャート図である。
以下、図2、図16を参照しながら、図3に示すフローチャート図を使用して、本発明の実施形態に係る境界節点抽出方法の最良の処理手順を説明する。
(ステップS1)
まず、ステップS1では、入力手段11が、解析モデルデータを境界節点抽出システムにインポートし、インポートした解析モデルデータより、節点番号と、節点座標値データとを抽出し、節点テーブルを作成する。
Hereinafter, the function of the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the best processing procedure of the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention.
Hereinafter, the best processing procedure of the boundary node extraction method according to the embodiment of the present invention will be described using the flowchart shown in FIG. 3 with reference to FIGS.
(Step S1)
First, in step S1, the input means 11 imports analysis model data into the boundary node extraction system, extracts node numbers and node coordinate value data from the imported analysis model data, and creates a node table.
(ステップS2)
次に、ステップS2では、入力手段11が、インポートした解析モデルデータより、要素番号と、該要素番号の要素を構成している節点番号とを抽出し、要素テーブルを作成する。なお、インポートされる解析モデルデータは、解析計算を実行する解析ソルバ(図2示す機能ブロックから入力手段11を除いた各手段)が解釈できる独自のフォーマットに従って作成されている。この後、領域半径設定手段12(図2)が、インポートされた解析モデルの各節点に対して位置ベクトルを考慮する領域半径を設定し、閾値設定手段13(図2)が、各位置ベクトルの合成ベクトルの大きさの閾値(第1の閾値)と共有要素数の閾値(第2の閾値)を設定するものとする。なお、前記領域半径及び前記閾値は、まず、前記解析モデルのデータに基づく基本要素サイズとして要素サイズの平均を求め、これにより、当該基本要素サイズの整数倍として設定することができる。
(Step S2)
Next, in step S2, the input means 11 extracts element numbers and node numbers constituting the elements of the element numbers from the imported analysis model data, and creates an element table. The imported analysis model data is created in accordance with an original format that can be interpreted by an analysis solver (each means excluding the input means 11 from the functional block shown in FIG. 2) that executes the analysis calculation. Thereafter, the area radius setting means 12 (FIG. 2) sets an area radius considering the position vector for each node of the imported analysis model, and the threshold setting means 13 (FIG. 2) sets the position vector of each position vector. It is assumed that a threshold value (first threshold value) for the size of the combined vector and a threshold value (second threshold value) for the number of shared elements are set. The region radius and the threshold value can be set as an integer multiple of the basic element size by first obtaining the average element size as the basic element size based on the data of the analysis model.
(ステップS3)
次に、ステップS3では、領域内節点抽出手段14が、インポートされた節点データの中から、1つの節点を選択する。この節点は、節点番号の最も小さいもの(=1)から順次に接点数(=M)まで選択するものとする。この節点番号は、通常は自然数によりシーケンシャルに付与されている。従って、ステップS3のi回目の実行では節点番号がi番の節点iが選択される。
(ステップS4)
次に、ステップS4では、領域内節点抽出手段14が、上記のとおり選択した節点iを中心とし、領域半径設定手段12により予め設定された領域半径内に存在する節点を抽出し、領域内節点テーブルを作成する。
(ステップS5)
次に、ステップS5では、ベクトル計算手段15が、節点iに対する領域内節点テーブルの各節点の位置ベクトルpを算出する。節点iを中心とする位置ベクトルpは、領域内節点テーブルの節点数分描くことができる。
(Step S3)
Next, in step S3, the in-region
(Step S4)
Next, in step S4, the in-region
(Step S5)
Next, in step S5, the vector calculation means 15 calculates the position vector p of each node in the in-region node table for the node i. The position vector p centered on the node i can be drawn by the number of nodes in the in-region node table.
(ステップS6)
次に、ステップS6では、ベクトル計算手段15が、このベクトルpの合成ベクトルPを算出し、その合成ベクトルの大きさ|P|を算出する。
(ステップS7)
次に、ステップS7では、境界節点判定手段16が、閾値設定手段13により設定された閾値と、前記の合成ベクトルの大きさ|P|とを比較し、前記の合成ベクトルの大きさ|P|が閾値未満の場合(NOの場合)はステップS11に移る。さもなくて、前記の合成ベクトルの大きさ|P|が前記閾値以上の場合(YESの場合)はステップS8に進む。
この場合、節点iは境界(解析モデルデータで示される形状の内部と外部との境界面となる位置)に存在する可能性が高いと考えられる。以下、この場合について、さらに詳細に説明する。
(Step S6)
Next, in step S6, the vector calculation means 15 calculates a combined vector P of the vector p, and calculates the magnitude | P | of the combined vector.
(Step S7)
Next, in step S7, the boundary
In this case, it is considered that there is a high possibility that the node i exists at the boundary (a position that is a boundary surface between the inside and the outside of the shape indicated by the analysis model data). Hereinafter, this case will be described in more detail.
図7は、境界節点の候補を抽出するベクトル計算方法を説明するための理想的な解析モデルの1例を示すものである。
図6に示す直方体の要素で形成された理想的な直方体解析モデルで説明すると、図7は、直方体のある面に垂直な方向から見た平面図を示している。そして、図7に示すような、正方形の要素で形成された理想的な解析モデルで説明すると、境界に存在する節点は、片側に節点が無いため、以上のような方法で求めた合成ベクトルの大きさがモデル内部に向かって大きくなる傾向がある(即ち、合成ベクトルを示す矢印の長さが長くなる傾向がある)。一方、節点が内部に存在するに従って、その合成ベクトルの大きさは零に近くなると考えられる。従って、合成ベクトルの大きさを境界節点の判別に用いる際には、閾値を適切に設定することにより、境界節点を効率よく抽出することができる。
FIG. 7 shows an example of an ideal analysis model for explaining a vector calculation method for extracting boundary node candidates.
Describing with an ideal cuboid analysis model formed of cuboid elements shown in FIG. 6, FIG. 7 shows a plan view seen from a direction perpendicular to a surface having the cuboid. Then, in the case of an ideal analysis model formed by square elements as shown in FIG. 7, since the nodes existing at the boundary have no nodes on one side, the synthesized vector obtained by the above method is used. The size tends to increase toward the inside of the model (that is, the length of the arrow indicating the combined vector tends to increase). On the other hand, the magnitude of the resultant vector is considered to be close to zero as the nodes are present inside. Therefore, when the size of the combined vector is used for determining the boundary node, the boundary node can be efficiently extracted by appropriately setting the threshold value.
また、このような閾値を決定する方法として、図7に示す要素の大きさ(即ち節点間隔)を1ユニットとすると、領域半径を2ユニットとした場合、境界節点の合成ベクトルの大きさ|P|は、5ユニット〜5.66ユニット(エッジ部分)となり、境界より1つ内部に存在する節点の合成ベクトルの大きさ|P|は、2ユニット〜2.83ユニット(エッジ部分)となる。従って、閾値を3ユニット以上とした場合、領域節点のみを抽出することができることになるが、実際の解析モデルに適用するためには、領域節点の抽出漏れが無いようにするため、閾値を2ユニット以上とすることが望ましい。実用的には、全要素サイズの平均サイズのような基準となる要素サイズを設定し、その基本要素サイズに対して、2倍の領域半径を設定し、合成ベクトルの大きさ|P|の閾値は、2倍以上と設定することが望ましい。 Further, as a method for determining such a threshold value, assuming that the element size (ie, node spacing) shown in FIG. 7 is 1 unit, and the region radius is 2 units, the size of the combined vector of boundary nodes | P | Is 5 units to 5.66 units (edge portion), and the combined vector size | P | of nodes existing within one from the boundary is 2 units to 2.83 units (edge portion). Therefore, when the threshold value is 3 units or more, only the region nodes can be extracted. However, in order to apply to an actual analysis model, the threshold value is set to 2 in order to prevent extraction of region nodes. It is desirable to use more than unit. In practice, a reference element size such as an average size of all element sizes is set, a region radius twice as large as the basic element size is set, and a threshold value of the composite vector size | P | Is preferably set to be twice or more.
(ステップS8)
ステップS8では、同一節点共有要素検索手段17が、節点iの合成ベクトルの大きさ|P|が閾値以上であるので、節点iを共有する要素数(以下、「共有要素数」と称する)をカウントする。
(ステップS9)
次に、ステップS9では、同一節点共有要素検索手段17が、前記のカウント数と予め設定した共有要素数閾値とを比較し、前記のカウント数が、予め設定した共有要素数閾値以下の場合(YESの場合)はステップS10に進み、さもなくて、前記のカウント数が、予め設定した共有要素数閾値を超えた場合(NOの場合)はステップS11に移る。但し、共有要素数のカウントに際しては、ステップS2で作成された要素テーブルを参照するものとし、共有要素数のカウントは、節点iを構成節点とする要素を前記要素テーブル上で探査して行うものとする。
(Step S8)
In step S8, the same node shared element search means 17 determines the number of elements sharing the node i (hereinafter referred to as “shared element number”) because the magnitude | P | Count.
(Step S9)
Next, in step S9, the same node shared element search means 17 compares the count number with a preset shared element number threshold value, and the count number is equal to or less than the preset shared element number threshold value ( If YES, the process proceeds to step S10. Otherwise, if the count number exceeds a preset shared element number threshold value (NO), the process proceeds to step S11. However, when counting the number of shared elements, the element table created in step S2 is referred to, and the number of shared elements is determined by searching the element table for elements having node i as a constituent node. And
(ステップS10)
ステップS10では、同一節点共有要素検索手段17が、節点iを抽出リストに追加して更新し、ステップS11に進む。
(ステップS11)
ステップS11では、同一節点共有要素検索手段17が、ステップS3以下の一連の処理の処理対象が、次の節点、即ち、節点番号が(i+1)番である節点(i+1)となるように処理を移行させるが、この処理は、インポートされた解析モデルの最終節点(即ち、節点数:Mの接点)まで繰り返して行い、その後、最終的に作成された抽出リストを出力手段18により出力するものとする。
(Step S10)
In step S10, the same node shared element search means 17 adds and updates the node i to the extraction list, and proceeds to step S11.
(Step S11)
In step S11, the same node shared element search means 17 performs processing so that the processing target of the series of processing in step S3 and subsequent steps is the next node, that is, node (i + 1) whose node number is (i + 1). This process is repeated until the last node of the imported analysis model (that is, the number of nodes: M contacts), and then the finally created extraction list is output by the output means 18. To do.
共有要素数の閾値は、作成された解析モデルの要素品質に依存する。
図10は、節点共有要素を説明する説明図である。
例えば、2次元要素で考えると、要素の内角度が120°未満で作成されている場合、図10に示すcount=3のように、1つの節点を3つの要素が共有する状態では、節点が内部に存在する可能性はない。従って、共有要素閾値は3と設定する。即ち、一般には360°を、作成要素の許容最大内角で除した商を求め、この商以上の最小の自然数から1を差し引いた値を共有要素数閾値として設定することができる。2次元要素を伸張して3次元化するので、この場合の共有要素閾値は6と設定する。
The threshold for the number of shared elements depends on the element quality of the created analysis model.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a node sharing element.
For example, in the case of a two-dimensional element, if the inner angle of the element is created with less than 120 °, in a state where three elements share one node as shown in count = 3 shown in FIG. There is no possibility of being inside. Therefore, the shared element threshold is set to 3. That is, generally, a quotient obtained by dividing 360 ° by the allowable maximum inner angle of the created element is obtained, and a value obtained by subtracting 1 from the minimum natural number equal to or greater than the quotient can be set as the shared element number threshold. Since the two-dimensional element is expanded into three dimensions, the shared element threshold value in this case is set to 6.
以上で説明した本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの機能を、図6に示す立方体の解析モデルで説明すると、従来技術では、境界に存在する面は、他の要素の面と共有関係に無いことに注目して境界節点を抽出していた。従って、要素を選択して、その要素の構成面を抽出して、その面の構成節点を共有する他の要素が有るか否か、即ち、同じ面を共有している他の節点が有るか否かのチェックを全要素の組み合わせで実施する必要があり、処理が入れ子構造となり繰り返し処理数が多くなる問題点があった。 The function of the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention described above will be described using a cubic analysis model shown in FIG. 6. In the prior art, the surface existing at the boundary is shared with the surfaces of other elements. Boundary nodes were extracted focusing on the fact Therefore, select an element, extract the constituent plane of the element, and whether there are other elements that share the constituent nodes of the plane, that is, whether there are other nodes that share the same plane There is a problem in that it is necessary to check whether or not the combination of all the elements, and the process becomes a nested structure and the number of repeated processes increases.
これに比べ、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの場合は、まずは前処理として、要素を使用しないで節点の相対的な位置関係のみで境界に存在する節点(即ち、境界節点の候補)を抽出しておいてから、その節点を共有する要素数をカウントして境界節点を確定し、抽出する。この節点を共有する共有要素数をカウントする際には、要素を参照するので、繰り返し処理が発生するが、その処理数は、前記の前処理で抽出された節点のみに対して行うため、大幅に削減できる。 On the other hand, in the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention, first, as a pre-process, nodes existing on the boundary only by the relative positional relationship of the nodes without using elements (that is, candidates for boundary nodes) ) Is extracted, the number of elements sharing the node is counted, and the boundary node is determined and extracted. When counting the number of shared elements that share this node, the element is referred to, so iterative processing occurs. However, since the number of processes is performed only for the nodes extracted in the preprocessing, Can be reduced.
より具体的には、従来技術の場合、背景技術の項目で述べたように、図16のフローに従うものとすると、最低でも1798200回の繰り返し処理が発生していたが、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの場合は、図3のフローチャート図に示すように、基本的に全節点に対しての1回だけの繰り返し処理で完結する。しかし、上述したように節点を共有する要素数のカウント処理(ステップS8)で繰り返しが発生し、1つの節点に対し、6面体8節点要素の場合、8×1000=8000回の繰り返し処理をすることになる。しかしながら、この繰り返し処理の対象となる節点も、ステップS7において、閾値により判別された節点であり、全節点に対して実施する必要がない。仮に全節点に対して実施したと仮定した場合は、1331×8000=10648000回もの処理回数が必要となるのであるから、閾値で判別することにより、大幅に繰り返し処理回数が削減できることになる。 More specifically, in the case of the prior art, as described in the background art section, if the flow of FIG. 16 is followed, at least 1798200 iterations have occurred. In the case of such a boundary node extraction system, as shown in the flowchart of FIG. 3, the process is basically completed by a single iterative process for all nodes. However, as described above, repetition occurs in the process of counting the number of elements sharing a node (step S8), and in the case of a hexahedral 8-node element, 8 × 1000 = 8000 repetition processing is performed for one node. It will be. However, the nodes to be subjected to the repetitive processing are also nodes determined by the threshold value in step S7, and it is not necessary to perform the process on all the nodes. If it is assumed that the processing has been performed for all nodes, the number of processing times as many as 1331 × 8000 = 10648000 times is required. Therefore, the number of times of repeated processing can be greatly reduced by determining with a threshold value.
図4は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの最良の処理手順を示す他のフローチャート図である。
同図に示すステップS21〜S27の処理は、図3に示すステップS1〜S7の処理に対応している。ステップS21〜S28までは、前処理、即ち、節点の相対的な位置関係のみで境界に存在する節点(即ち、境界節点の候補)を抽出して抽出リストを作成する処理である。また、ステップS29〜S34は、抽出リストに抽出された境界節点の候補から、節点を共有する要素数をカウントすることにより境界節点を確定する処理である。このように、処理ステップを前処理と後処理とに分けたことにより、図3のフローチャート図の場合の入れ子構造を解消することができる。
FIG. 4 is another flowchart showing the best processing procedure of the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention.
The process of steps S21 to S27 shown in the figure corresponds to the process of steps S1 to S7 shown in FIG. Steps S21 to S28 are pre-processing, that is, processing for creating an extraction list by extracting nodes (that is, candidates for boundary nodes) existing on the boundary only by the relative positional relationship of the nodes. Steps S29 to S34 are processes for determining the boundary node by counting the number of elements sharing the node from the boundary node candidates extracted in the extraction list. Thus, by dividing the processing steps into the pre-processing and the post-processing, the nested structure in the case of the flowchart in FIG. 3 can be eliminated.
図5は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムの最良の処理手順を示す他のフローチャート図である。
同図に示すステップS41〜S42の処理は、図4に示すステップS21〜S22の処理に対応している。また、同図に示すステップS43〜S49の処理は、図4に示すステップS23〜S29の処理に対応している。さらに、同図に示すステップS50〜S54の処理は、図4に示すステップS30〜S34の処理に対応している。このように、処理ステップを前処理と後処理とに分けると共に、両方の処理を並列処理させることにより、図3のフローチャート図の場合よりも処理速度を向上させることができる。
FIG. 5 is another flowchart showing the best processing procedure of the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention.
The process of steps S41 to S42 shown in the figure corresponds to the process of steps S21 to S22 shown in FIG. Moreover, the process of step S43 to S49 shown to the figure respond | corresponds to the process of step S23 to S29 shown in FIG. Furthermore, the processing of steps S50 to S54 shown in the figure corresponds to the processing of steps S30 to S34 shown in FIG. In this way, the processing steps can be divided into pre-processing and post-processing, and both processes can be performed in parallel, thereby improving the processing speed as compared with the flowchart of FIG.
次に本発明の実施形態に係る各実施例を、図面を参照して説明する。
図8は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムにおける解析モデルの1例としての表示画面を示す第1の説明図である。
図17は、本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムにおける解析モデルの1例としての表示画面を示す第2の説明図である。
まず、入力装置1により、前述の本発明の実施形態に係る境界節点抽出システムを、外部記憶装置6(図1)または補助記憶装置5(図1)より呼び込み起動させる。これにより、表示装置7(図1)には、例えば、図8に示すような解析モデルデータが表示される。
表示されたコマンド部31のボタンを入力装置1により選択するか、または設定部34の数値表示部に直接数値を入力することにより、本境界節点抽出システムは前述の各機能を実行する。
通常、本境界節点抽出システムは、図8に示す表示画面において、グローバルな座標系32を有しており、この座標系に基づいて、前述の各節点および各要素が解析モデルとして表示部33に表示されている。
Next, each example according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a first explanatory diagram showing a display screen as an example of an analysis model in the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a second explanatory diagram showing a display screen as an example of an analysis model in the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention.
First, the boundary node extraction system according to the embodiment of the present invention is called from the external storage device 6 (FIG. 1) or the auxiliary storage device 5 (FIG. 1) by the
By selecting the displayed button of the
Normally, this boundary node extraction system has a global coordinate
以下、図3に示すフローチャート図を使用して、第1の実施例について説明する。
まず、3次元解析対象構造体の解析モデルデータを境界節点抽出システムにインポートした。
図17は、インポートされた解析モデルが表示装置7に表示された状態を示している。
図17に示す解析モデルは、一般的な機械系の構造体に含まれる、円孔、C、R面取、自由曲面部、鋭角エッジ、及び鈍角エッジを有しており、自動要素作成アルゴリズムを用いて、基本要素サイズ0.2mmで一括要素作成した図8の2次元解析対象構造体の解析モデルデータを、図8の紙面に垂直方向に伸張して3次元化して作成したものである。
The first embodiment will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the analysis model data of the 3D analysis target structure was imported into the boundary node extraction system.
FIG. 17 shows a state in which the imported analysis model is displayed on the
The analysis model shown in FIG. 17 has a circular hole, a C, R chamfer, a free-form surface portion, an acute edge, and an obtuse angle edge included in a general mechanical structure. The analysis model data of the two-dimensional analysis target structure shown in FIG. 8 that was created using the basic element size of 0.2 mm in a lump was created by extending in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
呼び込まれた解析モデルに対して、領域半径設定手段12(図2)では、領域半径を設定し、閾値設定手段13では、位置ベクトルの合成ベクトルの大きさの閾値、及び共有要素数の閾値を設定するが、領域半径を決定する基準としては、解析モデルの要素の基準サイズの2倍の値を設定した。図17に示す解析モデルは、図8に示す基本要素サイズが0.2mmで作成された2次元解析モデルデータを、0.2mm伸張して作成されているので、基本要素サイズは、0.2mmとなり、領域半径は0.4mmを設定した。合成ベクトルの大きさの閾値を決定する基準値としては、領域半径と同様に、解析モデルの要素の基準サイズの2倍の0.4mmを設定した。共有要素数の閾値は、作成される要素の品質に依存する。図8に示す2次元解析モデルは、内角度140°まで許容したため、伸張して3次元化された図17の解析モデルでは、前述の閾値設定法に従って、閾値を5以下に設定した。 For the called analysis model, the region radius setting means 12 (FIG. 2) sets the region radius, and the threshold setting means 13 sets the threshold value for the size of the combined vector of the position vectors and the threshold value for the number of shared elements. However, as a reference for determining the region radius, a value twice the reference size of the element of the analysis model was set. The analysis model shown in FIG. 17 is created by extending the 2D analysis model data shown in FIG. 8 with a basic element size of 0.2 mm by 0.2 mm, so the basic element size is 0.2 mm. Thus, the area radius was set to 0.4 mm. As the reference value for determining the threshold value of the size of the combined vector, 0.4 mm, which is twice the reference size of the element of the analysis model, was set as in the case of the area radius. The threshold for the number of shared elements depends on the quality of the created element. Since the two-dimensional analysis model shown in FIG. 8 allows an inner angle of 140 °, the threshold value is set to 5 or less in the analysis model of FIG.
インポートされた解析モデルの要素数、節点数および要素タイプの情報は自動的に設定部34に表示される。前述の領域半径および閾値は、設定部34に直接入力して設定した。
設定部34の実行ボタンを押下すると、図3に示すフローチャート図の処理手順に従って処理が実行される。
境界節点抽出対象となる解析モデルより、節点の番号および座標系に対する各節点の座標値を節点テーブルとして保存し(ステップS1)、また、要素の番号およびその要素を構成する節点番号を要素テーブルとして保存する(ステップS2)。このテーブルの保存形態は、配列としてメモリ内に格納する。一方、メモリ内に保持しなくても、インポートされる解析モデルデータに直接アクセスして必要な節点情報および要素情報を入手することも可能である。即ち、解析モデルデータは、解析計算を実行する解析ソルバが解釈できる独自のフォーマットに従って作成されており、以上に示す節点情報および要素情報が記載されている。
Information on the number of elements, the number of nodes, and the element type of the imported analysis model is automatically displayed on the
When the execution button of the
From the analysis model to be the boundary node extraction target, the node number and the coordinate value of each node with respect to the coordinate system are stored as a node table (step S1), and the element number and the node number constituting the element are stored as an element table. Save (step S2). The storage form of this table is stored in the memory as an array. On the other hand, it is also possible to obtain necessary node information and element information by directly accessing the analysis model data to be imported without holding it in the memory. That is, the analysis model data is created in accordance with a unique format that can be interpreted by an analysis solver that executes analysis calculation, and describes the node information and element information described above.
次に、ひとつの節点を選択する(ステップS3)。この節点の選択には何も制約が無いので、節点番号の小さいものから順次選択し、以下のステップS11まで全節点について繰り返し処理する。
節点番号が1である節点1を選択して、図18に示すように、領域半径設定手段12(図2)で設定した領域半径内に存在する節点を抽出し(ステップS4)、節点1を始点として、領域内の節点を終点とした位置ベクトルpを算出する(ステップS5)。図19に示すように、節点1の場合、領域内の節点は11節点存在するので、11個のベクトルが作成できる。この11個のベクトルの合成ベクトルPを作成し、その合成ベクトルPの大きさ|P|を計算する(ステップS6)。
Next, one node is selected (step S3). Since there are no restrictions on the selection of the nodes, the nodes are selected in order from the smallest node number, and all nodes are repeatedly processed until the following step S11.
節点1の場合、ベクトルPの大きさ|P|は、2.3044となり、ステップS7では閾値0.4より大きいと判断される。図11に示すように合成ベクトルの大きさが閾値を超えて大きい場合その節点は境界に存在する可能性が大きいと判断する。
次に、節点1を共有する要素をカウントする。ステップS2で作成された要素テーブルより、節点1を構成節点とする要素を探索し、その要素数をカウントする。要素番号1番の要素1の構成節点リストを要素テーブルより呼び出して節点1を構成節点としているか否かをチェックする。この操作を要素1から要素27750までの全要素について行い、節点1を構成節点としている要素数をカウントする(ステップS8)。この一連の処理の途中、ステップS9では、このカウント数が共通要素閾値以下か否かを検証し、このカウント数が共通要素閾値以下の場合はステップS10にて、この節点を境界節点とみなして抽出リストに追加する。
In the case of the
Next, the
次に、節点番号2の節点2について同様の処理を実施し、同様にして、節点31424に至るまでの全節点について境界節点の抽出を実施する。
この一連の処理の途中で、合成ベクトルPの大きさが閾値より小さいものが存在した場合、その時点でその節点に対しての処理は完了し、次の節点に処理を移行する。また、同様に、節点を共有する要素数のカウント値が閾値より大きい場合、その節点は境界節点とみなさないで処理を完了し、抽出リストには追加しないようにしている。全節点の処理を完了し,境界節点を表示させた状態を図20に示す。
Next, the same processing is performed for the
In the course of this series of processing, if there is a composite vector P whose size is smaller than the threshold value, the processing for that node is completed at that time, and the processing shifts to the next node. Similarly, when the count value of the number of elements sharing the node is larger than the threshold value, the node is not regarded as a boundary node, and the process is completed and is not added to the extraction list. FIG. 20 shows a state where the processing of all nodes is completed and the boundary nodes are displayed.
以下、同様に、図3に示すフローチャート図、および図8に示す2次元解析モデルを使用して、第2の実施例について説明する。
まず、第1の実施例と同様に、解析対象構造体の解析モデルデータを境界節点抽出システムにインポートした。図8は、インポートされた解析モデルが表示装置7に表示された状態を示している。
上述したように、図8の2次元解析モデルは、一般的な機械系の構造体に含まれる、円孔、C、R面取、自由曲線部、鋭角エッジ、及び鈍角エッジを有しており、自動要素作成アルゴリズムを用いて、基本要素サイズ0.2mmで一括要素作成した。
Hereinafter, similarly, the second embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. 3 and the two-dimensional analysis model shown in FIG.
First, as in the first example, the analysis model data of the structure to be analyzed was imported into the boundary node extraction system. FIG. 8 shows a state in which the imported analysis model is displayed on the
As described above, the two-dimensional analysis model of FIG. 8 has a circular hole, C, R chamfer, free curve portion, acute angle edge, and obtuse angle edge, which are included in a general mechanical structure. Using the automatic element creation algorithm, batch elements were created with a basic element size of 0.2 mm.
呼び込まれた解析モデルに対して、領域半径設定手段12(図2)では、領域半径を設定し、閾値設定手段13では、位置ベクトルの合成ベクトルの大きさの閾値、及び共有要素数の閾値を設定するが、領域半径を決定する基準としては、解析モデルの要素の基準サイズの2倍の値を設定した。図8に示す解析モデルでは、基本要素サイズが0.2mmで作成されているので、領域半径は、0.4mmを設定した。合成ベクトルの大きさの閾値を決定する基準値としては、領域半径と同様に、解析モデルの要素の基準サイズの2倍の値を設定した。図6に示す解析モデルは、基本要素サイズが0.2mmで作成されているので、合成ベクトルの大きさの閾値も、0.4mmを設定した。共有要素数の閾値は作成される要素の品質に依存する。図8に示す解析モデルは、内角度140°まで許容したため、前述の閾値設定法に従って、閾値を2以下に設定した。 For the called analysis model, the region radius setting means 12 (FIG. 2) sets the region radius, and the threshold setting means 13 sets the threshold value for the size of the combined vector of the position vectors and the threshold value for the number of shared elements. However, as a reference for determining the region radius, a value twice the reference size of the element of the analysis model was set. In the analysis model shown in FIG. 8, since the basic element size is 0.2 mm, the area radius is set to 0.4 mm. As the reference value for determining the threshold value of the size of the combined vector, a value twice the reference size of the element of the analysis model was set, as with the area radius. Since the analysis model shown in FIG. 6 is created with a basic element size of 0.2 mm, the composite vector size threshold is also set to 0.4 mm. The threshold for the number of shared elements depends on the quality of the created element. Since the analysis model shown in FIG. 8 allows an internal angle of 140 °, the threshold value is set to 2 or less according to the threshold value setting method described above.
インポートされた解析モデルの要素数、節点数および要素タイプの情報は自動的に設定部34に表示される。前述の領域半径および閾値は、設定部34に直接入力して設定した。
設定部34の実行ボタンを押下すると、以下、図3に示すフローチャート図の処理手順に従って処理が実行された。
境界節点抽出対象となる解析モデルより、節点の番号および座標系に対する各節点の座標値を節点テーブルとして保存し(ステップS1)、また、要素の番号およびその要素を構成する節点番号を要素テーブルとして保存する(ステップS2)。このテーブルの保存形態は、配列としてメモリ内に格納する。一方、メモリ内に保持しなくても、インポートされる解析モデルデータに直接アクセスして必要な節点情報および要素情報を入手することも可能である。即ち、解析モデルデータは、解析計算を実行する解析ソルバが解釈できる独自のフォーマットに従って作成されており、以上に示す節点情報および要素情報が記載されている。
Information on the number of elements, the number of nodes, and the element type of the imported analysis model is automatically displayed on the
When the execution button of the
From the analysis model to be the boundary node extraction target, the node number and the coordinate value of each node with respect to the coordinate system are stored as a node table (step S1), and the element number and the node number constituting the element are stored as an element table. Save (step S2). The storage form of this table is stored in the memory as an array. On the other hand, it is also possible to obtain necessary node information and element information by directly accessing the analysis model data to be imported without holding it in the memory. That is, the analysis model data is created in accordance with a unique format that can be interpreted by an analysis solver that executes analysis calculation, and describes the node information and element information described above.
次に、1つの節点を選択する(ステップS3)。この節点の選択には何も制約が無いので、節点番号の小さいものから順次選択し、以下のステップS11の処理まで全節点について繰り返し処理する。
図12は、図8に示す解析モデルに対して境界節点抽出を完了した状態を示す説明図である。節点番号が1である節点1を選択して、図11に示すように、領域半径設定手段12(図2)で設定した領域半径内に存在する節点を抽出し(ステップS4)、節点1を始点として、領域内の節点を終点とした位置ベクトルpを算出する(ステップS5)。節点1の場合、領域内の節点は7節点存在するので、7つの位置ベクトルが作成できる。この7つの位置ベクトルの合成ベクトルPを作成し、その合成ベクトルPの大きさ|P|を計算する(ステップS6)。
Next, one node is selected (step S3). Since there is no restriction on the selection of the nodes, the nodes are selected in order from the smallest node number, and the process is repeated for all the nodes until the process of step S11 below.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state where boundary node extraction has been completed for the analysis model shown in FIG.
図11は、境界節点の候補を抽出する際の領域内の節点を終点とする位置ベクトルpの合成ベクトルPと、閾値との関係を示す説明図である。
図11に示すように、ベクトルPが描け、ベクトルPの大きさ|P|は、1.39073となり、ステップS7では閾値(=0.4)より大きいと判断される。図11に示すように合成ベクトルPの大きさが閾値を超えて大きい場合、その節点は境界に存在する可能性が大きいと判断する。
次に、節点1を共有する要素をカウントする。ステップS2で作成された要素テーブルより、節点1を構成節点とする要素を検索し、その要素数をカウントする。要素番号1番の要素1の構成節点リストを要素テーブルより呼び出して節点1を構成節点としているか否かをチェックする。この操作を要素1から要素1850までの全要素について行い、節点1を構成節点としている要素数をカウントする(ステップS8)。この一連の処理の途中、ステップS9では、このカウント数が共有要素閾値以下か否かを検証し、このカウント数が共有要素閾値以下の場合はステップS10にて、この節点を境界節点とみなして抽出リストに追加する。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the threshold value and the combined vector P of the position vector p whose end point is the node in the region when the boundary node candidate is extracted.
As shown in FIG. 11, the vector P can be drawn, and the magnitude | P | of the vector P is 1.39073, and is determined to be larger than the threshold value (= 0.4) in step S7. As shown in FIG. 11, when the magnitude of the combined vector P is larger than the threshold, it is determined that the node is highly likely to exist at the boundary.
Next, the
次に、節点番号2の節点2についても前記と同様の処理を実施し、同様にして、節点1964に至るまでの全節点について境界節点の抽出を実施する。
この一連の処理の途中で、合成ベクトルPの大きさが閾値より小さいものが存在した場合、その時点でその節点に対しての処理を完了し、次の節点に対する処理に移行する。また、同様に、節点を共有する要素数のカウント値が閾値より大きい場合、その節点は境界節点とは見なさないで処理を完了し、抽出リストには追加しないようにしている。
Next, the same processing as described above is performed for the
In the course of this series of processing, if there is a composite vector P whose size is smaller than the threshold value, the processing for that node is completed at that time, and the processing for the next node is started. Similarly, when the count value of the number of elements sharing a node is larger than the threshold value, the node is not regarded as a boundary node, and the process is completed and is not added to the extraction list.
全節点の処理を完了し、境界節点を表示させた状態を図12に示す。
節点を共有する要素のカウント数の閾値は、本実施例では2を採用したが、閾値の値は、作成された解析モデルの品質に依存する。例えば、要素の内角度が120°未満で作成されている場合、図10に示すCOUNT=3のケースが内部節点である可能性は無い。本実施例の解析モデルは、自動要素分割手段を採用し、内角度140°まで許容したため閾値を2以下にすることにより境界節点を抽出できた。なお、図9は、各節点に対応して抽出された領域内節点の1例をリストした説明図である。即ち、節点i(i=1〜1964 )を中心とし、領域半径設定手段12により予め設定された領域半径内に存在する全ての節点を抽出し、その個数と、各々の接点番号とをリストアップしたものである。
FIG. 12 shows a state where the processing of all nodes is completed and the boundary nodes are displayed.
In this embodiment, 2 is adopted as the threshold value of the count number of elements sharing the node, but the threshold value depends on the quality of the created analysis model. For example, when the internal angle of the element is created with less than 120 °, there is no possibility that the case of COUNT = 3 shown in FIG. 10 is an internal node. The analysis model of the present embodiment employs an automatic element dividing means and allows an internal angle of 140 °, so that the boundary node can be extracted by setting the threshold value to 2 or less. FIG. 9 is an explanatory diagram that lists an example of in-region nodes extracted corresponding to each node. That is, all the nodes existing within the area radius set in advance by the area radius setting means 12 with the node i (i = 1 to 1964) as the center are extracted, and the number of each node and each contact number are listed. It is a thing.
以下、図4に示すフローチャート図を使用して、第3の実施例について説明する。
前述の第2の実施例では、節点を共有する要素を全要素から検索しカウントする繰り返し処理(ステップS8)が、フロー初期の節点選択処理(ステップS3)から次の節点選択処理(ステップS11)に至るまでのループ内に入り込んだ入れ子構造となっている。しかし、節点を選択し、領域内の節点で位置ベクトルpを算出して、合成ベクトルPの大きさより境界節点を判別してリストアップする一連の処理(ステップS23〜S29)と、節点を共有する要素を検索してカウントする一連の処理(ステップS30〜S34)は、互いに独立した処理としてシーケンシャルに連結することができる。
よって、第3の実施例では、以上の2つの処理の入れ子構造を解消して、シーケンシャルに展開処理した。
The third embodiment will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
In the second embodiment described above, the iterative process (step S8) of searching for and counting elements sharing a node from all elements, the node selection process (step S3) from the initial stage of the flow to the next node selection process (step S11). It has a nested structure that goes into the loop leading up to. However, a node is shared with a series of processes (steps S23 to S29) in which a node is selected, a position vector p is calculated at a node in the region, a boundary node is determined from the magnitude of the combined vector P and listed. A series of processes for searching and counting elements (steps S30 to S34) can be sequentially linked as processes independent of each other.
Therefore, in the third embodiment, the nested structure of the above two processes is eliminated, and the sequential expansion process is performed.
以下、図5に示すフローチャート図を使用して、第4の実施例について説明する。
上述した第3の実施例では、節点を選択し、領域内の節点でベクトルを算出して、合成ベクトルの大きさより境界節点を判別する処理(ステップS23〜S29)と、節点を共有する要素を検索してカウントする処理(ステップS30〜S34を、シーケンシャルに連結したが、第4の実施例では、これらの処理を並列に配置して、各々独立に処理させた。
The fourth embodiment will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
In the third embodiment described above, a node is selected, a vector is calculated from the nodes in the region, and a boundary node is determined from the size of the combined vector (steps S23 to S29), and elements sharing the node are included. Processes for searching and counting (Steps S30 to S34 are sequentially connected. In the fourth embodiment, these processes are arranged in parallel and processed independently.
この実施例では、並列に実行する前記2つの独立した処理によって節点抽出リストを作成し、最後に両者の積を取って絞り込む(ステップS55)ことで、最終的な節手抽出リストを作成している。この実施例では、並列処理を行うために、全処理の内容を後処理に反映させることができないため、2つの処理は、いずれも全節点に対して行う必要があるが、それでも、2つの処理を完全に並列に処理することができるため、計算時間の短縮が期待できた。 In this embodiment, a node extraction list is created by the two independent processes executed in parallel, and finally the product of both is taken and narrowed down (step S55), thereby creating a final joint extraction list. Yes. In this embodiment, since the contents of all processes cannot be reflected in the post-processing in order to perform parallel processing, both of the two processes need to be performed on all nodes. Can be processed completely in parallel, so the calculation time can be expected to be shortened.
次に、第5の実施例について、図12および図13を参照して説明する。
第5の実施例では、複数部品をアセンブリした場合について説明する。
図12は、前述の各実施例で参照した図8に示す解析モデルに対して境界節点の抽出を完了した状態を示しているが、以下の説明では、この図12に示す解析モデルをPart Aとし、新たに設定した図13に示す解析モデルをPart Bとする。
Part A, B をアセンブリする前処理として、前述のいずれかの実施例の処理手順により、各Partで、境界節点をそれぞれ抽出させた。この処理は部品単独で、それぞれ実行することが可能であり、必ずしもアセンブリ時と同期させる必要は無く、モデル作成完了後でありさえすれば、何時でも行うことができる。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
In the fifth embodiment, a case where a plurality of parts are assembled will be described.
FIG. 12 shows a state in which extraction of boundary nodes has been completed with respect to the analysis model shown in FIG. 8 referred to in each of the foregoing embodiments. In the following description, the analysis model shown in FIG. And the newly set analysis model shown in FIG.
As pre-processing for assembling Parts A and B, boundary nodes were extracted for each part by the processing procedure of any of the above-described embodiments. This process can be executed individually for each part, and is not necessarily synchronized with the time of assembly, and can be performed at any time as long as it is after the completion of model creation.
図14は、複数の解析モデルがアセンブリされた状態を示す説明図である。
同図は、Part AとPart Bをアセンブリし、抽出された境界節点を明示した状態を示している。Part A−Part B間の接触を考慮するか否かを判断する場合、両Partの最短距離の値が、接触判定する閾値以下の場合は接触を考慮する必要有りと判断する。
それぞれのPartより、境界として抽出された節点を1つずつ選択し、節点間の距離を計算して接触判定閾値と比較し、節点間の距離が閾値以下の場合は、当該節点間距離と当該節点のペアとを記憶させた。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state in which a plurality of analysis models are assembled.
The figure shows the state where Part A and Part B are assembled and the extracted boundary nodes are clearly shown. When determining whether or not to consider the contact between Part A and Part B, it is determined that the contact needs to be considered when the value of the shortest distance between both parts is equal to or less than the threshold for determining contact.
Select each node extracted as a boundary from each Part, calculate the distance between the nodes and compare it with the contact determination threshold. If the distance between the nodes is less than or equal to the threshold, A pair of nodes was memorized.
この実施例では、Part Aで境界節点として抽出された節点は78個であり、Part Bでは229 個であった。次に、Part Aで境界節点として抽出された節点を1つ選択し、Part Bで境界節点として抽出された全節点との距離を算出した。その距離が接触判定閾値以下の場合、両節点の節点番号と節点間距離を記憶した。本実施例において、接触判定閾値を0.3mmとして実施した結果を図15に示す。 In this example, 78 nodes were extracted as boundary nodes in Part A, and 229 were extracted in Part B. Next, one node extracted as a boundary node in Part A was selected, and the distance from all the nodes extracted as boundary nodes in Part B was calculated. When the distance is equal to or smaller than the contact determination threshold, the node numbers of both nodes and the distance between the nodes are stored. FIG. 15 shows the results obtained when the contact determination threshold was set to 0.3 mm in this example.
図15は、複数の解析モデルの節点間距離を解析した結果を示した説明図である。同図は、接触判定閾値以下の距離にある2つの節点の番号と、節点間距離とを示している。これらの情報を基に、別途、接触要素を作成したり、節点を構成要素とする要素に接触考慮の属性を追加して接触を考慮することができる。
なお、この実施例では、距離探査に必要な距離計算を78×229=17862回実施した。従来技術の場合、全節点に対し距離探査を実施するので、307×1964=602948回実施することになるが、これと比較して大幅に計算時間が短縮できることが分かった。なお、前記算式において、数値の1964は、Part Aの全節点数、数値の307は、Part Bの全節点数である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a result of analyzing the distance between nodes of a plurality of analysis models. The figure shows the numbers of two nodes at a distance equal to or smaller than the contact determination threshold and the distance between the nodes. Based on these pieces of information, a contact element can be created separately, or contact can be considered by adding a contact consideration attribute to an element having a node as a constituent element.
In this example, the distance calculation necessary for the distance exploration was performed 78 × 229 = 17862 times. In the case of the prior art, since distance exploration is carried out for all nodes, it will be carried out 307 × 1964 = 602948 times, but it was found that the calculation time can be greatly reduced compared to this. In the above formula, the
なお、本発明に係る境界節点抽出システムの各構成要素の処理の少なくとも一部をコンピュータ制御により実行するものとし、かつ、上記処理を、図3,4,5の各フローチャートで示した手順によりコンピュータに実行せしめるプログラムは、半導体メモリを始め、CD−ROMや磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配付してもよい。そして、少なくともマイクロコンピュータ,パーソナルコンピュータ,汎用コンピュータを範疇に含むコンピュータが、上記の記録媒体から上記プログラムを読み出して、実行するものとしてもよい。 Note that at least a part of the processing of each component of the boundary node extraction system according to the present invention is executed by computer control, and the above processing is performed by the computer according to the procedure shown in the flowcharts of FIGS. The program to be executed may be distributed after being stored in a computer-readable recording medium such as a semiconductor memory, a CD-ROM, or a magnetic tape. A computer including at least a microcomputer, a personal computer, and a general-purpose computer may read the program from the recording medium and execute the program.
本発明によれば、電子機器、自動車および建築物等の、あらゆる構造物の設計の検証に有限要素法を用いて行う際に、この有限要素法の解析モデルから、境界に存在する節点を効率的に作成することが可能であるので、解析対象が複数部品から構成されている場合の、接触判定、接触要素作成、及び境界条件付与等の仕事に好適に適用することができる。 According to the present invention, when a finite element method is used to verify the design of any structure such as an electronic device, an automobile, and a building, a node existing at the boundary is efficiently obtained from the analysis model of the finite element method. Therefore, it can be suitably applied to tasks such as contact determination, contact element creation, and boundary condition assignment when the analysis target is composed of a plurality of parts.
1 入力装置
2 データ処理装置
3 中央処理装置
4 主記憶装置
5 補助記憶装置
6 外部記憶装置
7 表示装置
8 出力装置
11 入力手段
12 領域半径設定手段
13 閾値設定手段
14 領域内節点抽出手段
15 ベクトル計算手段
16 境界節点判定手段
17 同一節点共有要素検索手段
18 出力手段
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出手段と、
前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成手段と、
前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出手段と、
前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出手段と、
を備えたことを特徴とする境界節点抽出システム。 A boundary node extraction system that extracts nodes existing at the boundary of an analysis model used in numerical analysis,
Based on the position information of the nodes constituting the analysis model, for each of the nodes, the nodes in the region that extract other nodes existing in a circle centered on the node and having a predetermined region radius as a radius Extraction means;
Position vector constructing means for creating a position vector having the node at the center of the circle as the tail and the extracted other node as a tip;
A combined vector calculating means for calculating a combined vector of the position vectors and calculating the magnitude of the vector;
Boundary node extraction means for extracting the node as the center of the circle as a candidate for a boundary node when the size of the combined vector exceeds a predetermined first threshold;
Boundary node extraction system characterized by comprising
前記カウントされた前記要素の個数が所定の第2の閾値を超える場合には、前記円の中心とした前記節点を、前記抽出した境界節点の候補から除外する境界節点確定手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の境界節点抽出システム。 A shared element counting means for searching for an element of the analysis model sharing the node as the center of the circle based on information of a node constituting the element and counting the number of the elements detected in the search; ,
Boundary node determination means for excluding the node as the center of the circle from the extracted boundary node candidates when the counted number of elements exceeds a predetermined second threshold. The boundary node extraction system according to claim 1, wherein:
前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出ステップと、
前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成ステップと、
前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出ステップと、
前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出ステップと、
を有することを特徴とする境界節点抽出方法。 A boundary node extraction method for extracting nodes existing at the boundary of an analysis model used in numerical analysis,
Based on the position information of the nodes constituting the analysis model, for each of the nodes, the nodes in the region that extract other nodes existing in a circle centered on the node and having a predetermined region radius as a radius An extraction step;
A position vector configuration step of creating a position vector having the node at the center of the circle as the tail and the extracted other node as a tip;
Determining a combined vector of the position vectors, and calculating a combined vector calculating step of calculating a magnitude of the vector;
A boundary node extracting step of extracting the node as the center of the circle as a candidate for a boundary node when the size of the combined vector exceeds a predetermined first threshold;
A boundary node extraction method characterized by comprising:
前記カウントされた前記要素の個数が所定の第2の閾値を超える場合には、前記円の中心とした前記節点を、前記抽出した境界節点の候補から除外する境界節点確定ステップと、をさらに有することを特徴とする請求項7記載の境界節点抽出方法。 A shared element counting step of searching for an element of the analysis model sharing the node as the center of the circle based on information of the node constituting the element and counting the number of the elements detected in the search; ,
A boundary node determination step of excluding the node as the center of the circle from the extracted boundary node candidates when the counted number of elements exceeds a predetermined second threshold; The boundary node extraction method according to claim 7, wherein:
前記解析モデルを構成する節点の位置情報に基づき、前記節点毎に、前記節点を中心とし、予め設定された領域半径を半径とする円内の領域に存在する他の節点を抽出する領域内節点抽出ステップと、
前記円の中心とした前記節点を後尾とし、前記抽出した他の節点を先端とする位置ベクトルを作成する位置ベクトル構成ステップと、
前記位置ベクトルの合成ベクトルを求め、該ベクトルの大きさを算出する合成ベクトル算出ステップと、
前記合成ベクトルの大きさが所定の第1の閾値を超えた時に、前記円の中心とした前記節点を境界節点の候補として抽出する境界節点抽出ステップと、
を実行させるためのプログラム。 A computer that extracts nodes at the boundary of the analysis model used in numerical analysis,
Based on the position information of the nodes constituting the analysis model, for each of the nodes, the nodes in the region that extract other nodes existing in a circle centered on the node and having a predetermined region radius as a radius An extraction step;
A position vector configuration step of creating a position vector having the node at the center of the circle as the tail and the extracted other node as a tip;
Determining a combined vector of the position vectors, and calculating a combined vector calculating step of calculating a magnitude of the vector;
A boundary node extracting step of extracting the node as the center of the circle as a candidate for a boundary node when the size of the combined vector exceeds a predetermined first threshold;
A program for running
前記カウントされた前記要素の個数が所定の第2の閾値を超える場合には、前記円の中心とした前記節点を、前記抽出した境界節点の候補から除外する境界節点確定ステップと、
をさらに実行させることを特徴とする請求項9記載のプログラム。 A shared element counting step of searching for an element of the analysis model sharing the node as the center of the circle based on information of the node constituting the element and counting the number of the elements detected in the search; ,
A boundary node determination step of excluding the node as the center of the circle from the extracted boundary node candidates if the counted number of elements exceeds a predetermined second threshold;
10. The program according to claim 9, further comprising:
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