JP2010170261A - Element parameter determination device and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with repeating of an analysis process by determining optimal element parameters (the number of elements, element size, etc.) beforehand in a fluid-structure interaction analysis or elastic-plastic analysis of a dynamic load model by the finite element method. <P>SOLUTION: Stress analysis of a static load model is performed to a structure subject to analysis of a dynamic load model with a previously set reference element number. The stress analysis result is stored as a reference value. Stress analysis of the static load model is performed to the structure with a smaller number of elements than the reference element number. If the analysis result satisfies a predetermined condition, the element number of the element size at that time is determined as the element number or the element size used of the dynamic load model, and if not, stress analysis of the static load model is again performed with a larger number of elements at that time and with a smaller number of the reference element number, which executed repeatedly till satisfying the predetermined condition. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内部に流体を有する構造物に対して有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析を行う際に、この構造物を分割して生成する要素のパラメータを決定するための要素パラメータ決定装置及び要素パラメータ決定方法に関する。   The present invention determines the parameters of the elements to be generated by dividing this structure when performing fluid-structure interaction analysis or elasto-plastic analysis of the dynamic load model by the finite element method for the structure having fluid inside The present invention relates to an element parameter determination device and an element parameter determination method.

従来から、低温液化ガス等の貯蔵用タンクとして平底円筒形のタンクが用いられている（特許文献１参照）。このようなタンクについて、地震時の流体構造連成や弾塑性などの非線形解析を行う場合、直接法による過渡応答解析を行うことが必須である。また、このような解析を行う場合には、解析の対象となる構造物（以下、「対象構造物」という）に対して有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を用いるために、対象構造物を複数の要素に分割する必要がある。   Conventionally, a flat-bottom cylindrical tank is used as a storage tank for low-temperature liquefied gas or the like (see Patent Document 1). For such tanks, when performing nonlinear analysis such as fluid-structure interaction and elasto-plasticity during an earthquake, it is essential to perform transient response analysis by the direct method. In addition, when performing such an analysis, the finite element method (FEM) is used for the structure to be analyzed (hereinafter referred to as “target structure”). Must be divided into multiple elements.

このとき、一つの要素の大きさが大きければ大きいほど、言い換えれば分割して生成される要素の数が少なければ少ないほど、解析処理に要する時間は短縮されるが解析結果の精度が低下してしまう。一方で、一つの要素の大きさが小さければ小さいほど、言い換えれば分割して生成される要素の数が多ければ多いほど、解析結果の精度は向上するが解析処理に要する時間は指数関数的に増加してしまう。どのような要素の数が最適であるかは、対象構造物や解析条件などによって変化するため、予め最適な要素数を決定しておくことは実現されていなかった。そのため、ある対象構造物に対して上記の解析処理を行う場合には、少ない要素数から解析を開始し、要素数を増加させながら直接法による過渡応答解析を繰り返し実行し、解析結果が収束してきた時点での解析結果を最終的な解析結果として取得していた。   At this time, the larger the size of one element, in other words, the smaller the number of elements generated by division, the shorter the time required for the analysis process, but the accuracy of the analysis results decreases. End up. On the other hand, the smaller the size of one element, in other words, the greater the number of elements generated by division, the more accurate the analysis result, but the time required for the analysis process is exponentially. It will increase. Since the optimal number of elements varies depending on the target structure and analysis conditions, it has not been possible to determine the optimal number of elements in advance. Therefore, when performing the above analysis processing on a certain target structure, the analysis is started from a small number of elements, and the transient response analysis by the direct method is repeatedly executed while increasing the number of elements, and the analysis results converge. The analysis result at the time was obtained as the final analysis result.

特開２００４−３５３３１９号公報JP 2004-353319 A

ところで、地震時の流体構造連成や弾塑性などの非線形解析における対象構造物が貯蔵用タンクである場合には、対象構造物内に貯蔵されている流体から受ける影響についても解析を行う必要がある。そのため、一度の解析処理にも多大な処理時間を要していた。したがって、このような解析処理を繰り返し実行することにより、解析処理のさらなる増加を招いてしまうという問題があった。   By the way, when the target structure in the nonlinear analysis such as fluid structure coupling and elasto-plasticity at the time of earthquake is a storage tank, it is necessary to analyze the influence received from the fluid stored in the target structure. is there. For this reason, a large amount of processing time is required for one analysis process. Therefore, there has been a problem that the analysis process is further increased by repeatedly executing such an analysis process.

上記事情に鑑み、本発明は、内部に流体を有する構造物に対する、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析において、予め最適な要素パラメータ（要素数、要素サイズなど）を決定することにより、これらの解析処理を繰り返し実行することを不要とする要素パラメータ決定装置及び要素パラメータ決定方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, in the present invention, in the fluid structure coupled analysis or elasto-plastic analysis of the dynamic load model by the finite element method for the structure having fluid inside, the optimum element parameters (number of elements, element size, etc.) It is an object of the present invention to provide an element parameter determination device and an element parameter determination method that eliminate the need to repeatedly execute these analysis processes.

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様による要素パラメータ決定装置（例えば、要素数決定装置１）は、内部に流体を有する構造物であって、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析の対象となる構造物に対し、予め設定されている基準要素数で、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析を行う基準値決定部と、前記基準値決定部による前記静水圧解析の結果であって、前記構造物における前記各要素の位置と、前記各要素の解析結果の値とを対応づけて基準値として記憶する基準値記憶部と、前記構造物に対し前記基準要素数よりも少ない数の要素数で前記静水圧解析を行い、各要素の位置における解析結果の値と前記基準値記憶部に記憶されている各位置における解析結果の値とが所定の条件を満たしている場合には、このときの要素数又はこのときの要素数に基づいた要素サイズを、前記構造物に対して前記流体構造連成解析又は前記弾塑性解析を行う際の要素数又は要素サイズとして決定し、前記所定の条件を満たしていない場合には、このときの要素数よりも多く且つ前記基準要素数よりも少ない数の要素数で再び前記静水圧解析を実行し前記所定の条件が満たされるまで繰り返し実行する要素パラメータ決定部と、を備える。   [1] In order to solve the above-described problem, an element parameter determination device (for example, the element number determination device 1) according to an aspect of the present invention is a structure having a fluid inside, and a dynamic load model based on a finite element method A reference value determining unit that performs hydrostatic pressure analysis of a static load model by a finite element method with a preset number of reference elements for a structure to be subjected to fluid-structure interaction analysis or elastic-plastic analysis A result of the hydrostatic pressure analysis by the value determining unit, the position of each element in the structure and the value of the analysis result of each element are associated and stored as a reference value; and The hydrostatic pressure analysis is performed with a smaller number of elements than the reference element number for the structure, and the value of the analysis result at the position of each element and the value of the analysis result at each position stored in the reference value storage unit And predetermined conditions If it satisfies, the number of elements at this time or the element size based on the number of elements at this time is the number of elements or elements when the fluid-structure interaction analysis or the elasto-plastic analysis is performed on the structure When the size is determined and the predetermined condition is not satisfied, the hydrostatic pressure analysis is performed again with the number of elements larger than the number of elements at this time and smaller than the reference number of elements, and the predetermined condition is satisfied. And an element parameter determination unit that repeatedly executes until the condition is satisfied.

［２］また、上述した本発明の一態様による要素パラメータ決定装置における前記要素パラメータ決定部は、自身が行った前記静水圧解析の各要素の節点の位置における解析結果の値と、前記基準値記憶部に記憶されている各要素のうち最も近い節点の位置における解析結果の値との差が、予め設定されている第一閾値よりも小さいか否かを各節点について判定し、前記差が前記閾値よりも小さい節点の数が予め設定されている第二閾値よりも多い場合には、前記所定の条件を満たしていると判断するように構成されても良い。   [2] In addition, the element parameter determination unit in the element parameter determination apparatus according to one aspect of the present invention described above includes a value of an analysis result at a node position of each element of the hydrostatic pressure analysis performed by itself, and the reference value It is determined for each node whether the difference from the value of the analysis result at the position of the nearest node among the elements stored in the storage unit is smaller than a preset first threshold, and the difference is When the number of nodes smaller than the threshold value is greater than a preset second threshold value, it may be determined that the predetermined condition is satisfied.

［３］また、上述した本発明の一態様において、前記構造物は円筒形であり、前記要素パラメータ決定部は、前記静水圧解析を行う対象を、円筒の軸方向に並んだ一列分の各接点に限定して、前記静水圧解析処理を行うように構成されても良い。   [3] In the aspect of the present invention described above, the structure has a cylindrical shape, and the element parameter determination unit sets the object to be subjected to the hydrostatic pressure analysis for each of the columns arranged in the axial direction of the cylinder. The hydrostatic pressure analysis process may be performed only for the contact point.

［４］また、本発明の一態様による要素パラメータ決定方法は、基準値記憶部を備える要素パラメータ決定装置が、内部に流体を有する構造物であって、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析の対象となる構造物に対し、予め設定されている基準要素数で、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析を行う基準値決定ステップと、前記要素パラメータ決定装置が、前記基準値決定ステップにおける前記静水圧解析の結果であって、前記構造物における前記各要素の位置と、前記各要素の解析結果の値とを対応づけて基準値として前記基準値記憶部に記憶する基準値記憶ステップと、前記要素パラメータ決定装置が、前記構造物に対し前記基準要素数よりも少ない数の要素数で前記静水圧解析を行い、各要素の位置における解析結果の値と前記基準値記憶部に記憶されている各位置における解析結果の値とが所定の条件を満たしている場合には、このときの要素数又はこのときの要素数に基づいた要素サイズを、前記構造物に対して前記流体構造連成解析又は前記弾塑性解析を行う際の要素数又は要素サイズとして決定し、前記所定の条件を満たしていない場合には、このときの要素数よりも多く且つ前記基準要素数よりも少ない数の要素数で再び前記静水圧解析を実行し前記所定の条件が満たされるまで繰り返し実行する要素パラメータ決定ステップと、を有する。   [4] Further, in the element parameter determination method according to one aspect of the present invention, the element parameter determination apparatus including the reference value storage unit is a structure having a fluid therein, and the fluid structure of the dynamic load model by the finite element method A reference value determining step for performing hydrostatic pressure analysis of a static load model by a finite element method with a preset number of reference elements for a structure to be subjected to coupled analysis or elastic-plastic analysis, and the element parameter determining device Is the result of the hydrostatic pressure analysis in the reference value determination step, and the reference value storage unit associates the position of each element in the structure with the value of the analysis result of each element as a reference value. A reference value storing step stored in the element, and the element parameter determination device performs the hydrostatic pressure analysis on the structure with a smaller number of elements than the reference element number, If the value of the analysis result at and the value of the analysis result at each position stored in the reference value storage unit satisfy a predetermined condition, it is based on the number of elements at this time or the number of elements at this time The element size is determined as the number of elements or the element size when performing the fluid-structure interaction analysis or the elasto-plastic analysis on the structure, and if the predetermined condition is not satisfied, the element at this time And an element parameter determination step that repeatedly executes the hydrostatic pressure analysis with the number of elements greater than the number and less than the reference element number, and repeatedly executes the predetermined condition until the predetermined condition is satisfied.

本発明により、内部に流体を有する構造物に対する、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析において、予め最適な要素パラメータ（要素数、要素サイズなど）を決定することにより、動荷重モデルの解析処理を繰り返し実行することが不要となり、解析処理に要する時間を削減することが可能となる。   By determining the optimum element parameters (number of elements, element size, etc.) in advance in the fluid-structure interaction analysis or elasto-plastic analysis of the dynamic load model by the finite element method for the structure having fluid inside according to the present invention. Therefore, it is not necessary to repeatedly execute the dynamic load model analysis process, and the time required for the analysis process can be reduced.

具体的には、本発明において実行される静荷重モデルの静水圧解析は、動荷重モデルの上記各解析に比べて大幅に処理時間が短いため、要素パラメータを決定するために静水圧解析を繰り返し実行したとしても、その後の動荷重モデルの上記各解析を繰り返し実行しないことにより、全体の処理時間を削減させることが可能となる。   Specifically, the hydrostatic pressure analysis of the static load model executed in the present invention is significantly shorter in processing time than the above-described analyzes of the dynamic load model, so the hydrostatic pressure analysis is repeated to determine the element parameters. Even if it is executed, it is possible to reduce the entire processing time by not repeatedly executing each analysis of the subsequent dynamic load model.

要素数決定装置の機能構成を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the functional structure of an element number determination apparatus. 基準要素数の具体例を表す図である。It is a figure showing the specific example of the reference | standard element number. 静水圧解析部による解析結果の具体例を表す図である。It is a figure showing the specific example of the analysis result by a hydrostatic pressure analysis part. 要素数決定装置の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of an element number determination apparatus. 応力解析における要素数と解析時間との関係を表す実験結果の表である。It is a table | surface of the experimental result showing the relationship between the number of elements in stress analysis, and analysis time. 絶対誤差率と分割数との関係を表す実験結果の表である。It is a table | surface of the experimental result showing the relationship between an absolute error rate and a division | segmentation number. 絶対誤差率と分割数との関係を表す実験結果のグラフである。It is a graph of the experimental result showing the relationship between an absolute error rate and the number of divisions. 解析装置の機能構成を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing the functional structure of an analyzer.

図１は、要素数決定装置１の機能構成を表す機能ブロック図である。図示するように、要素数決定装置１は、基準値記憶部１０１、基準値決定部１０２、解析モデル記憶部１０３、静水圧解析部１０４、要素数決定部１０５、要素数出力部１０６を備える。   FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of the element number determination device 1. As illustrated, the element number determination apparatus 1 includes a reference value storage unit 101, a reference value determination unit 102, an analysis model storage unit 103, a hydrostatic pressure analysis unit 104, an element number determination unit 105, and an element number output unit 106.

基準値記憶部１０１は、磁気ハードディスクや半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成され、基準値を記憶する。基準値とは、要素数決定部１０５が最適な要素数を決定する際に用いる値であり、解析の対象となる構造物（以下、「対象構造物」という）に対して基準要素数での静水圧解析（静水圧を負荷するだけの静的な応力解析）を行って得られる各要素の節点における解析結果（変形量、応力など）の値である。具体的には、基準値は、複数の節点の座標値と、各節点における解析結果の値との組み合わせである。   The reference value storage unit 101 is configured using a storage device such as a magnetic hard disk or a semiconductor storage device, and stores a reference value. The reference value is a value used when the number-of-elements determination unit 105 determines the optimum number of elements, and is the number of reference elements for a structure to be analyzed (hereinafter referred to as “target structure”). This is the value of the analysis result (deformation amount, stress, etc.) at the node of each element obtained by performing hydrostatic pressure analysis (static stress analysis that only applies hydrostatic pressure). Specifically, the reference value is a combination of coordinate values of a plurality of nodes and analysis result values at each node.

基準値決定部１０２は、予め設定されている基準要素数に応じた静水圧解析の実行を静水圧解析部１０４に指示する。そして、基準値決定部１０２は、静水圧解析部１０４による静水圧解析の解析結果に基づいて基準値を決定し、基準値を基準値記憶部１０１に記憶させる。   The reference value determination unit 102 instructs the hydrostatic pressure analysis unit 104 to execute a hydrostatic pressure analysis according to a preset number of reference elements. Then, the reference value determination unit 102 determines a reference value based on the analysis result of the hydrostatic pressure analysis by the hydrostatic pressure analysis unit 104, and stores the reference value in the reference value storage unit 101.

解析モデル記憶部１０３は、対象構造物や解析条件を記憶する。具体的には、応力解析に用いられる解析コード、要素、対象構造物の形状、縦弾性係数、ポアソン比、質量密度、硬化則、降伏応力、二次勾配、内圧、強制変位などの値を記憶する。   The analysis model storage unit 103 stores the target structure and analysis conditions. Specifically, values such as analysis codes, elements, shapes of target structures, longitudinal elastic modulus, Poisson's ratio, mass density, hardening law, yield stress, secondary gradient, internal pressure, forced displacement, etc. used for stress analysis are stored. To do.

各値は、例えば以下のように設定される。応力解析に用いられる解析コードは汎用有限要素法ＡＢＡＱＵＳに設定され、要素はＳ８Ｒ（８節点シェル要素）に設定され、対象構造物の形状は半径１４００ミリメートル、高さ１５５０ミリメートル、厚さ１．８ミリメートルの円筒形に設定され、縦弾性係数は７５３００ＭＰａに設定され、ポアソン比は０．３３に設定され、質量密度は、２．６Ｅ−９［ｔｏｎ／立方ミリメートル］に設定され、硬化則は、移動硬化則（二直線近似）に設定され、降伏応力は６８ＭＰａに設定され、二次勾配は、縦弾性係数／１００の値に設定され、強制変位は水平１０ミリメートルに設定される。   Each value is set as follows, for example. The analysis code used for the stress analysis is set to the general-purpose finite element method ABAQUS, the element is set to S8R (8-node shell element), the shape of the target structure is a radius of 1400 millimeters, a height of 1550 millimeters, and a thickness of 1.8. It is set to a cylindrical cylinder of millimeters, the longitudinal elastic modulus is set to 75300 MPa, the Poisson's ratio is set to 0.33, the mass density is set to 2.6E-9 [ton / cubic millimeter], and the curing law is The kinematic hardening law (two-line approximation) is set, the yield stress is set to 68 MPa, the quadratic gradient is set to a value of longitudinal elastic modulus / 100, and the forced displacement is set to 10 millimeters horizontally.

静水圧解析部１０４は、解析モデル記憶部１０３に記憶されている解析モデルにしたがって、基準値決定部１０２又は要素数決定部１０５から指示された要素数に応じた静水圧解析を静荷重モデルで実行し、解析結果を基準値決定部１０２又は要素数決定部１０５へ渡す。   The hydrostatic pressure analysis unit 104 performs hydrostatic pressure analysis according to the number of elements instructed from the reference value determination unit 102 or the element number determination unit 105 according to the analysis model stored in the analysis model storage unit 103 using a static load model. The analysis result is passed to the reference value determination unit 102 or the element number determination unit 105.

要素数決定部１０５は、静水圧解析部１０４に対して静水圧解析を指示し、解析結果と基準値記憶部１０１に記憶されている基準値とを比較することによって最適な要素数を決定する。要素数決定部１０５の詳細な動作については後述する。   The element number determination unit 105 instructs the hydrostatic pressure analysis unit 104 to perform hydrostatic pressure analysis, and determines the optimum number of elements by comparing the analysis result with the reference value stored in the reference value storage unit 101. . Detailed operation of the element number determination unit 105 will be described later.

要素数出力部１０６は、要素数決定部１０５によって決定された要素数を、表示装置や音声出力装置や他の解析装置（内部に流体を有する構造物であって、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析を行う装置）に対して出力する。   The number-of-elements output unit 106 uses the number of elements determined by the number-of-elements determination unit 105 as a display device, a sound output device, or another analysis device (a structure having fluid inside, and a dynamic load model based on a finite element method). Output to the fluid structure coupled analysis or elasto-plastic analysis).

図２は、基準要素数の具体例を表す図である。基準要素数の内容は、予め設計者によって設定され、基準値決定部１０２によって予め記憶されている。基準要素数は、半周分割数、半周分の要素の総数（要素数）、各要素が互いに接する角（節点）の数、自由度によって表される。図２は、対象構造物が円筒形である場合の基準要素数の具体例を表す。基準値決定部１０２によって予め記憶される基準要素数は、図２における半周分割数のみであっても良いし、要素数のみであっても良いし、節点数のみであっても良いし、自由度のみであっても良いし、これらの組み合わせであっても良い。いずれかの値が設定されることにより、基準値決定部１０２は、解析モデル記憶部１０３に記憶される対象構造物の形状に基づいて、未設定の他の基準要素数の値を算出し記憶する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a specific example of the number of reference elements. The content of the reference element number is set in advance by the designer and stored in advance by the reference value determination unit 102. The reference element number is represented by the number of half-round divisions, the total number of elements for half a half (number of elements), the number of angles (nodes) at which each element touches each other, and the degree of freedom. FIG. 2 shows a specific example of the number of reference elements when the target structure is cylindrical. The number of reference elements stored in advance by the reference value determining unit 102 may be only the half-round division number in FIG. 2, may be only the number of elements, may be only the number of nodes, or may be free. It may be only the degree or a combination thereof. When any one of the values is set, the reference value determination unit 102 calculates and stores the value of the number of other reference elements not set based on the shape of the target structure stored in the analysis model storage unit 103. To do.

図３は、静水圧解析部１０４による解析処理の内容を表す図である。静水圧解析部１０４が行う静水圧解析では、円筒形の対象構造物の円周方向には一様の変形が生じる。そのため、円筒の軸方向（図３のｚ方向）に並んだ一列分の各接点について解析結果が得られればよい。従って、静水圧解析部１０４は、解析を行う対象を、円筒の軸方向に並んだ一列分の各接点（図３における変形評価位置を表す矩形内に含まれる各接点）に限定して処理を行う。   FIG. 3 is a diagram illustrating the contents of the analysis process performed by the hydrostatic pressure analysis unit 104. In the hydrostatic pressure analysis performed by the hydrostatic pressure analysis unit 104, uniform deformation occurs in the circumferential direction of the cylindrical target structure. Therefore, it is only necessary to obtain an analysis result for each row of contacts arranged in the axial direction of the cylinder (z direction in FIG. 3). Accordingly, the hydrostatic pressure analysis unit 104 performs processing by limiting the object to be analyzed to each contact for a line aligned in the axial direction of the cylinder (each contact included in a rectangle representing the deformation evaluation position in FIG. 3). Do.

図４は、要素数決定装置１の動作を表すフローチャートである。以下、図４を用いて要素数決定装置１の動作について説明する。まず、基準値決定部１０２が基準要素数に応じた静水圧解析を静水圧解析部１０４に指示する。この指示にしたがって、静水圧解析部１０４は、解析モデル記憶部１０３に記憶されている対象構造物を基準要素数で分割し（ステップＳ１０１）、有限要素法による静水圧解析を実行する（ステップＳ１０２）。そして、基準値決定部１０２は、ステップＳ１０２における静水圧解析の解析結果を基準値として基準値記憶部１０１に保存する（ステップＳ１０３）。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the element number determination apparatus 1. Hereinafter, the operation of the element number determination apparatus 1 will be described with reference to FIG. First, the reference value determination unit 102 instructs the hydrostatic pressure analysis unit 104 to perform hydrostatic pressure analysis according to the number of reference elements. In accordance with this instruction, the hydrostatic pressure analysis unit 104 divides the target structure stored in the analysis model storage unit 103 by the number of reference elements (step S101), and executes hydrostatic pressure analysis by the finite element method (step S102). ). Then, the reference value determination unit 102 stores the analysis result of the hydrostatic pressure analysis in step S102 as a reference value in the reference value storage unit 101 (step S103).

次に、要素数決定部１０５は、予め設定され記憶している初期要素数に応じた静水圧解析を静水圧解析部１０４に指示する。初期要素数とは、基準要素数よりも要素数が少なくなる値である。この指示にしたがって、静水圧解析部１０４は、解析モデル記憶部１０３に記憶されている対象構造物を初期要素数で分割し（ステップＳ１０４）、ｚ方向に並んだ所定の各接点について有限要素法による静水圧解析を実行する（ステップＳ１０５）。   Next, the number-of-elements determination unit 105 instructs the hydrostatic pressure analysis unit 104 to perform a hydrostatic pressure analysis in accordance with the number of initial elements set and stored in advance. The initial number of elements is a value in which the number of elements is smaller than the reference number of elements. In accordance with this instruction, the hydrostatic pressure analysis unit 104 divides the target structure stored in the analysis model storage unit 103 by the initial number of elements (step S104), and uses a finite element method for each predetermined contact arranged in the z direction. The hydrostatic pressure analysis is executed by (Step S105).

要素数決定部１０５は、解析結果が基準を満足しているか否か判断する（ステップＳ１０６）。具体的には、要素数決定部１０５は、まず基準値記憶部１０１に記憶されている解析結果の最大値を読み出し、予め設定された定数（１より小さい数）を乗算することによって、第一閾値を算出する。次に、要素数決定部１０５は、初期要素数に応じた静水圧解析の解析結果における各節点の位置における解析結果の値と、基準値記憶部１０１に記憶されている解析結果のうちこの節点の位置に最も近い節点の位置における解析結果の値との差を算出し、この差が第一閾値よりも小さいか否か判定する。次に、要素数決定部１０５は、第一閾値よりも差が小さい節点の数をカウントし、予め設定されている第二閾値よりもカウント数が多いか否か判定する。そして、カウント数が第二閾値よりも多い場合、要素数決定部１０５は解析結果が基準を満足していると判断し、カウント数が第二閾値よりも少ない場合、要素数決定部１０５は解析結果が基準を満足していないと判断する。   The number-of-elements determination unit 105 determines whether the analysis result satisfies the standard (step S106). Specifically, the number-of-elements determination unit 105 first reads the maximum value of the analysis result stored in the reference value storage unit 101, and multiplies a preset constant (a number smaller than 1) by first. Calculate the threshold. Next, the number-of-elements determination unit 105 includes the value of the analysis result at the position of each node in the analysis result of the hydrostatic pressure analysis according to the initial number of elements, and the node among the analysis results stored in the reference value storage unit 101. The difference from the value of the analysis result at the position of the node closest to the position is calculated, and it is determined whether or not this difference is smaller than the first threshold value. Next, the element number determination unit 105 counts the number of nodes having a difference smaller than the first threshold value, and determines whether or not the count number is larger than a preset second threshold value. When the count number is larger than the second threshold value, the element number determination unit 105 determines that the analysis result satisfies the standard. When the count number is smaller than the second threshold value, the element number determination unit 105 analyzes Judge that the results do not meet the criteria.

解析結果が基準を満足している場合（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、要素数決定部１０５は、現在の要素数を、内部に流体を有する構造物に対する、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析を行う際の要素数（以下、「詳細解析用要素数」という）として決定する（ステップＳ１０８）。そして、要素数出力部１０６は、詳細解析用要素数を出力する。   When the analysis result satisfies the criterion (step S106: YES), the element number determination unit 105 sets the current element number to the fluid structure linkage of the dynamic load model by the finite element method for the structure having fluid inside. It is determined as the number of elements (hereinafter referred to as “the number of elements for detailed analysis”) when performing the composition analysis or the elasto-plastic analysis (step S108). The element number output unit 106 outputs the number of elements for detailed analysis.

一方、解析結果が基準を満足していない場合（ステップＳ１０６−ＮＯ）、要素数決定部１０５は、現在の要素数に対して予め設定されている演算を行うことによって要素数の数を増加させ、増加後の要素数に応じた静水圧解析を静水圧解析部１０４に指示する。この指示にしたがって、静水圧解析部１０４は、解析モデル記憶部１０３に記憶されている対象構造物を増加後の要素数で分割し（ステップＳ１０７）、有限要素法による静水圧解析を実行する（ステップＳ１０５）。なお、要素数決定部１０５は、増加後の要素数が、基準要素数よりも多くなった場合には、エラーを出力して全体の処理を終了する。   On the other hand, when the analysis result does not satisfy the standard (step S106—NO), the element number determination unit 105 increases the number of elements by performing a preset operation on the current element number. Then, the hydrostatic pressure analysis unit 104 is instructed to perform hydrostatic pressure analysis according to the number of elements after the increase. In accordance with this instruction, the hydrostatic pressure analysis unit 104 divides the target structure stored in the analysis model storage unit 103 by the increased number of elements (step S107), and executes hydrostatic pressure analysis by the finite element method ( Step S105). In addition, the element number determination part 105 outputs an error, and complete | finishes the whole process, when the element number after increase becomes larger than the reference | standard element number.

このように構成された要素数決定装置１によれば、内部に流体を有する構造物に対する有限要素法による流体構造連成解析又は弾塑性解析などの動荷重モデルの解析に比べて短時間で実行可能な静水圧解析を繰り返し行うことによって、有限要素法における要素数を最適に決定することが可能となる。そのため、決定された要素数を用いて動荷重モデルの解析を実行することにより、動荷重モデルの解析を従来のように要素数を変えながら繰り返し実行することなく、一度の解析によって最適な解析結果を得ることが可能となる。   According to the element number determination apparatus 1 configured in this way, the structure can be executed in a shorter time than the analysis of a dynamic load model such as fluid-structure interaction analysis or elasto-plastic analysis by a finite element method for a structure having fluid inside. It is possible to optimally determine the number of elements in the finite element method by repeatedly performing possible hydrostatic pressure analysis. Therefore, by executing the analysis of the dynamic load model using the determined number of elements, the analysis result of the dynamic load model can be optimized by performing the analysis once without changing the number of elements as before. Can be obtained.

なお、有限要素法による動荷重モデルの上記各解析における最適な要素数と、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析における最適な要素数とは、ほとんど一致するため、上述したような効果を得ることが可能となる。   The optimal number of elements in each analysis of the dynamic load model by the finite element method and the optimal number of elements in the hydrostatic pressure analysis of the static load model by the finite element method are almost the same. Can be obtained.

図５は、応力解析における要素数と解析時間との関係を表す実験結果の表である。図５（ａ）は、要素数決定装置１の静水圧解析部１０４が静水圧解析を行う場合の、分割数と解析時間との関係を表す表である。図５（ｂ）は、内部に流体を有する構造物に対する地震時の流体構造連成解析を行う場合の、分割数と解析時間との関係を表す表である。図５からも明らかなように、内部に流体を有する構造物に対する有限要素法による流体構造連成解析又は弾塑性解析などの動荷重モデルの解析に比べて、静水圧解析は短時間で実行可能である。   FIG. 5 is a table of experimental results showing the relationship between the number of elements and the analysis time in stress analysis. FIG. 5A is a table showing the relationship between the number of divisions and the analysis time when the hydrostatic pressure analysis unit 104 of the element number determination device 1 performs hydrostatic pressure analysis. FIG. 5B is a table showing the relationship between the number of divisions and the analysis time when a fluid-structure interaction analysis is performed on a structure having a fluid inside during an earthquake. As is clear from FIG. 5, hydrostatic pressure analysis can be performed in a short time compared to dynamic load model analysis such as fluid-structure interaction analysis or elasto-plastic analysis by the finite element method for structures with fluid inside. It is.

図６は、絶対誤差率と分割数との関係を表す実験結果の表である。図７は、絶対誤差率と分割数との関係を表す実験結果のグラフである。図７において、傾いた四角はそれぞれ絶対誤差率の最大値を表し、水平な四角はそれぞれ絶対誤差率の平均値を表す。また、図７において、中黒の四角はそれぞれ動荷重モデルの解析結果を表し、白い四角はそれぞれ静水圧解析の解析結果を表す。この実験においては、動荷重モデルの解析結果のグラフと静水圧解析の解析結果のグラフとが同様の変化を示し、それぞれの絶対誤差率の変化が収束した分割数がほとんど一致する。そのため、上述したように、有限要素法による動荷重モデルの上記各解析における最適な要素数と、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析における最適な要素数とは、ほとんど一致することは明らかである。   FIG. 6 is a table of experimental results showing the relationship between the absolute error rate and the number of divisions. FIG. 7 is a graph of experimental results showing the relationship between the absolute error rate and the number of divisions. In FIG. 7, each inclined square represents the maximum value of the absolute error rate, and each horizontal square represents an average value of the absolute error rate. In FIG. 7, the black squares represent the analysis results of the dynamic load model, and the white squares represent the analysis results of the hydrostatic pressure analysis. In this experiment, the graph of the analysis result of the dynamic load model and the graph of the analysis result of the hydrostatic pressure analysis show the same change, and the number of divisions in which the change in the absolute error rate converges almost coincides. Therefore, as described above, it is clear that the optimum number of elements in each analysis of the dynamic load model by the finite element method and the optimum number of elements in the hydrostatic analysis of the static load model by the finite element method are almost the same. It is.

＜変形例＞
要素数決定部１０５は、解析モデル記憶部１０３に記憶されている対象構造物を詳細解析用要素数で分割することによって各要素のサイズを算出しても良い。この場合、要素数出力部１０６は、要素サイズを出力する。この他、要素数決定部１０５は、詳細解析用要素数及び対象構造物のパラメータに基づいて、要素の他のパラメータを算出するように構成されても良い。 <Modification>
The element number determination unit 105 may calculate the size of each element by dividing the target structure stored in the analysis model storage unit 103 by the number of elements for detailed analysis. In this case, the element number output unit 106 outputs the element size. In addition, the element number determination unit 105 may be configured to calculate other parameters of the elements based on the number of elements for detailed analysis and the parameters of the target structure.

図８は、解析装置２の機能構成を表す機能ブロック図である。図示するように、解析装置２は、動荷重モデル解析部２０１を備える点で、要素数決定装置１と異なり、他の構成は要素数決定装置１と同じである。   FIG. 8 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of the analysis apparatus 2. As shown in the figure, the analysis device 2 is different from the element number determination device 1 in that a dynamic load model analysis unit 201 is provided, and other configurations are the same as those of the element number determination device 1.

動荷重モデル解析部２０１は、要素数決定部１０５によって決定された要素数に応じて、有限要素法による動荷重モデルの解析（例えば、内部に流体を有する構造物に対する地震時の流体構造連成解析又は弾塑性解析）を実行する。   The dynamic load model analysis unit 201 analyzes the dynamic load model by the finite element method according to the number of elements determined by the number of elements determination unit 105 (for example, fluid structure coupling at the time of an earthquake for a structure having fluid inside) Analysis or elasto-plastic analysis).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

１…要素数決定装置（要素パラメータ決定装置）， １０１…基準値記憶部， １０２…基準値決定部， １０３…解析モデル記憶部， １０４…静水圧解析部，１０５…要素数決定部（要素パラメータ決定部）， １０６…要素数出力部， ２…解析装置， ２０１…動荷重モデル解析部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element number determination apparatus (element parameter determination apparatus), 101 ... Reference value storage part, 102 ... Reference value determination part, 103 ... Analysis model storage part, 104 ... Hydrostatic pressure analysis part, 105 ... Element number determination part (element parameter) Decision unit), 106 ... Element number output unit, 2 ... Analysis device, 201 ... Dynamic load model analysis unit

Claims (4)

内部に流体を有する構造物であって、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析の対象となる構造物に対し、予め設定されている基準要素数で、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析を行う基準値決定部と、
前記基準値決定部による前記静水圧解析の結果であって、前記構造物における前記各要素の位置と、前記各要素の解析結果の値とを対応づけて基準値として記憶する基準値記憶部と、
前記構造物に対し前記基準要素数よりも少ない数の要素数で前記静水圧解析を行い、各要素の位置における解析結果の値と前記基準値記憶部に記憶されている各位置における解析結果の値とが所定の条件を満たしている場合には、このときの要素数又はこのときの要素数に基づいた要素サイズを、前記構造物に対して前記流体構造連成解析又は前記弾塑性解析を行う際の要素数又は要素サイズとして決定し、前記所定の条件を満たしていない場合には、このときの要素数よりも多く且つ前記基準要素数よりも少ない数の要素数で再び前記静水圧解析を実行し前記所定の条件が満たされるまで繰り返し実行する要素パラメータ決定部と、
を備える要素パラメータ決定装置。 A finite element method with a preset number of reference elements for a structure that has fluid inside and that is subject to fluid-structure interaction analysis or elasto-plastic analysis of a dynamic load model by the finite element method A reference value determination unit that performs hydrostatic pressure analysis of a static load model by
A reference value storage unit for storing the position of each element in the structure and the value of the analysis result of each element as a reference value in association with the result of the hydrostatic pressure analysis by the reference value determination unit; ,
The hydrostatic pressure analysis is performed with the number of elements smaller than the reference element number for the structure, and the analysis result value at each element position and the analysis result at each position stored in the reference value storage unit When the value satisfies a predetermined condition, the number of elements at this time or the element size based on the number of elements at this time is determined by performing the fluid-structure interaction analysis or the elasto-plastic analysis on the structure. If the number of elements or element size is determined and the predetermined condition is not satisfied, the hydrostatic pressure analysis is performed again with the number of elements larger than the number of elements at this time and smaller than the number of reference elements. And an element parameter determination unit that repeatedly executes until the predetermined condition is satisfied,
An element parameter determination device comprising: 前記要素パラメータ決定部は、自身が行った前記静水圧解析の各要素の節点の位置における解析結果の値と、前記基準値記憶部に記憶されている各要素のうち最も近い節点の位置における解析結果の値との差が、予め設定されている第一閾値よりも小さいか否かを各節点について判定し、前記差が前記閾値よりも小さい節点の数が予め設定されている第二閾値よりも多い場合には、前記所定の条件を満たしていると判断する、請求項１に記載の要素パラメータ決定装置。   The element parameter determination unit analyzes the value of the analysis result at the node position of each element of the hydrostatic pressure analysis performed by itself and the analysis at the closest node position among the elements stored in the reference value storage unit It is determined for each node whether the difference from the result value is smaller than a preset first threshold value, and the number of nodes where the difference is smaller than the threshold value is greater than a preset second threshold value. 2. The element parameter determination device according to claim 1, wherein if there are more, the determination is made that the predetermined condition is satisfied. 前記構造物は円筒形であり、
前記要素パラメータ決定部は、前記静水圧解析を行う対象を、円筒の軸方向に並んだ一列分の各接点に限定して、前記静水圧解析処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の要素パラメータ決定装置。 The structure is cylindrical;
3. The element parameter determination unit performs the hydrostatic pressure analysis processing by limiting a target to be subjected to the hydrostatic pressure analysis to each contact of one row arranged in the axial direction of a cylinder. The element parameter determination device described in 1. 基準値記憶部を備える要素パラメータ決定装置が、内部に流体を有する構造物であって、有限要素法による動荷重モデルの流体構造連成解析又は弾塑性解析の対象となる構造物に対し、予め設定されている基準要素数で、有限要素法による静荷重モデルの静水圧解析を行う基準値決定ステップと、
前記要素パラメータ決定装置が、前記基準値決定ステップにおける前記静水圧解析の結果であって、前記構造物における前記各要素の位置と、前記各要素の解析結果の値とを対応づけて基準値として前記基準値記憶部に記憶する基準値記憶ステップと、
前記要素パラメータ決定装置が、前記構造物に対し前記基準要素数よりも少ない数の要素数で前記静水圧解析を行い、各要素の位置における解析結果の値と前記基準値記憶部に記憶されている各位置における解析結果の値とが所定の条件を満たしている場合には、このときの要素数又はこのときの要素数に基づいた要素サイズを、前記構造物に対して前記流体構造連成解析又は前記弾塑性解析を行う際の要素数又は要素サイズとして決定し、前記所定の条件を満たしていない場合には、このときの要素数よりも多く且つ前記基準要素数よりも少ない数の要素数で再び前記静水圧解析を実行し前記所定の条件が満たされるまで繰り返し実行する要素パラメータ決定ステップと、
を有する要素パラメータ決定方法。 An element parameter determination device including a reference value storage unit is a structure having a fluid inside, and is previously applied to a structure to be subjected to fluid-structure interaction analysis or elastic-plastic analysis of a dynamic load model by a finite element method. A reference value determination step for performing hydrostatic pressure analysis of a static load model by the finite element method with the set number of reference elements,
The element parameter determination device is a result of the hydrostatic pressure analysis in the reference value determination step, and associates the position of each element in the structure with the value of the analysis result of each element as a reference value. A reference value storing step for storing in the reference value storing unit;
The element parameter determination device performs the hydrostatic pressure analysis on the structure with a smaller number of elements than the reference element number, and stores the analysis result value at the position of each element and the reference value storage unit. If the analysis result value at each position satisfies a predetermined condition, the number of elements at this time or the element size based on the number of elements at this time is set to the fluid structure coupling to the structure. The number of elements or the element size when performing analysis or the elasto-plastic analysis is determined, and when the predetermined condition is not satisfied, the number of elements is larger than the number of elements at this time and smaller than the number of reference elements An element parameter determination step that repeatedly executes the hydrostatic pressure analysis by a number until the predetermined condition is satisfied;
A method for determining element parameters.
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