JP2010176526A

JP2010176526A - 音響特性最適化モデル解析装置、音響特性最適化モデル解析方法及び音響特性最適化モデル解析プログラム

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Publication number: JP2010176526A
Application number: JP2009020193A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ide; 貴範井手; Yohei Kitamura; 陽平北村; Iku Kosaka; 郁小坂; Masaki Otsumori; 正樹乙守
Original assignee: Vanderplaats R&d Inc; Vanderplaats Res & Dev Inc; Vanderplaats Research & Development Inc; Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Vanderplaats R&d Inc; Vanderplaats Res & Dev Inc; Vanderplaats Research & Development Inc; Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: US20100204965A1; JP5236516B2; US8306790B2

Abstract

【課題】音響特性が最適化された設計モデルの構造形状を解析することができる音響特性最適化モデル解析装置、音響特性最適化モデル解析方法及び音響特性最適化モデル解析プログラムを提供する。
【解決手段】制御装置１１は、トランスファーケースの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成し、生成した有限要素モデルに基づき、トランスファーケースの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する。また、制御装置１１は、境界要素モデル上の節点と該節点の変位に応じて境界要素モデルから伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する。また、制御装置１１は、境界要素モデル上の節点と有限要素モデル上の節点とを対応付ける。そして、制御装置１１は、境界要素モデル上の節点に対応付けられた有限要素モデル上の節点を音響伝達関数に算入することにより、有限要素モデルから伝達される音圧を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状を解析するための音響特性最適化モデル解析装置、音響特性最適化モデル解析方法及び音響特性最適化モデル解析プログラムに関する。

従来、設計モデルの音響特性を最適化する際には、まず、数値解析プログラムを用いた数値シミュレーションによって、設計モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で個別に解析した後、設計者がそれらの解析結果を総合的に勘案することにより音響特性の改善に有効な構造部分を特定する。続いて、設計者は、特定した構造部分を補強等して変更した変更モデルを作成した後、作成した変更モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で解析することにより、変更モデル上で再度補強すべき構造部分を特定する。そして以後、設計者は、このサイクルを反復して行うことにより、設計モデルの最適な構造形状を導出するようにしていた。

しかしながら、上記の方法では、複雑な設計モデルを解析対象とする場合には、コンピュータから出力される設計モデルの構造特性及び音響特性の解析結果が煩雑となるため、設計者に過大な知的作業を要するという問題があった。そこで、特許文献１に記載の音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの構造挙動及び音響特性をそれぞれ解析した後、それらの解析結果を用いて、設計モデルの音響特性を最適化するために設計モデル上で変更すべき構造部分を示した設計モデルの最適な構造形状をコンピュータ上で自動的に導出するようになっていた。

特開２００７−１８８１６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの最適な構造形状を得る過程で、設計モデルの構造形状を変化させる毎に、設計モデルの構造挙動と音響特性とをコンピュータ上で再度解析し直す必要があった。そのため、この音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの音響特性を最適化する際に、コンピュータに対して過大な処理負荷を要するため、設計モデルの最適な構造形状を短時間で確実に導出することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状を迅速且つ容易に解析することができる音響特性最適化モデル解析装置、音響特性最適化モデル解析方法、及び音響特性最適化モデル解析プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の音響特性最適化モデル解析装置は、立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段と、前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成手段と、前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出手段と、前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け手段と、該節点関連付け手段により前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出手段により算出された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出手段と、を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、境界要素モデル上に設定された複数の節点に対応付けられた有限要素モデル上に設定された複数の節点を、境界要素モデル上に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて境界要素モデルから所定位置に向けて伝達される音圧との対応関係を示す音響伝達関数に算入することにより、有限要素モデルから所定位置に伝達される音圧を算出することができる。そのため、有限要素モデルから所定位置に伝達される音圧を最小化するように、有限要素モデルの構造設計を変更することにより、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状を解析することができる。

また、本発明の音響特性最適化モデル解析装置は、前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割した前記設計モデルのシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段と、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより、前記設計モデルの音響特性最適化モデルを生成する音響特性最適化モデル生成手段と、前記音圧算出手段の算出結果に基づき、前記音響特性最適化モデルの表面上に位置する前記シェルモデルの前記複数の平板要素と前記所定位置との相対的な位置関係を変更することなく、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みを、前記音響特性最適化モデルの音響特性を最適化する計算処理上において仮想的に変更する音響特性最適化モデル変更手段と、を更に備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、音響特性最適化モデルの音響特性を最適化する過程で、シェルモデルの平板要素毎の厚みを仮想的に変更した場合であっても、有限要素モデルの複数の節点は、依然として、音響特性最適化モデルの表面上において、シェルモデルの平板要素上に位置するように配置される。そのため、音響特性最適化モデルの音響特性を最適化する過程で、シェルモデルの平板要素毎の厚みが変更された場合であっても、境界要素モデル上に設定された複数の節点に対応付けられた有限要素モデル上に設定された複数の節点を、境界要素モデル上に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて境界要素モデルから所定位置に向けて伝達される音圧との対応関係を示す音響伝達関数に導入することにより、音響特性最適化モデルから所定位置に伝達される音圧を算出することができる。また、音響伝達関数は、境界要素モデル上に設定される複数の節点と所定位置との相対的な位置関係によって決定されるため、音響特性最適化モデルの音響特性を最適化する過程で、該音響特性最適化モデルから所定位置に伝達される音圧を算出する際にこの音響伝達関数を再帰的に用いることができる。したがって、音響特性最適化モデルの音響特性の最適化に際して、コンピュータに対して過大な処理負荷をかけることなく、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状を短時間で確実に解析することができる。

また、本発明の音響特性最適化モデル解析装置は、前記音響特性最適化モデル変更手段によって、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更された前記音響特性最適化モデルの音響特性が最適化されたか否かを判定する判定手段を更に備え、前記音響特性最適化モデル変更手段は、前記判定手段の判定結果が否定判定である場合に、前記音響特性最適化モデルの音響特性を最適化するように、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みを変更することを要旨とする。

上記構成によれば、音響特性最適化モデル変更手段は、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状が得られるまで、音響特性最適化モデルの音響特性の最適化を再帰的に実行することができる。

また、本発明の音響特性最適化モデル解析装置において、前記判定手段は、前記モデル変更手段によって前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更される前の前記音響特性最適化モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧と、前記モデル変更手段によって前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更された後の前記音響特性最適化モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧との差が、予め設定した閾値を下回った時点で、前記音響特性最適化モデルの音響特性が最適化された旨を判定することを要旨とする。

上記構成によれば、判定手段は、シェルモデルの平板要素毎の厚みが変更される前後において、音響特性最適化モデルから所定位置に向けて伝達される音圧の変化量が予め設定した閾値を下回った時点で、音響特性最適化モデルの音響特性の最適化に伴って、音響特性最適化モデルから所定位置に向けて伝達される音圧が十分に低減された状態で収束したと判断し、音響特性最適化モデルの音響特性の最適化が完了した旨を判定することができる。

また、本発明の音響特性最適化モデル解析方法は、立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成段階と、前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成段階と、前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出段階と、前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け段階と、該節点関連付け段階にて前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出段階にて算出された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出段階と、を備えたことを要旨とする。上記構成によれば、上記音響特性最適化モデル解析装置の発明と同様の効果が得られる。

また、本発明の音響特性最適化モデル解析プログラムは、立体的形状をなす設計モデルの音響特性を最適化する際の処理手順を制御する制御手段を備えた音響特性最適化モデル解析装置を稼動させるために用いられる音響特性最適化モデル解析プログラムにおいて、前記制御手段を、前記設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段、前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための前記設計モデルの境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成手段、前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出手段、前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け手段、及び、該節点関連付け手段により前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出手段により算出された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出手段、として機能させることを要旨とする。上記構成によれば、上記音響特性最適化モデル解析装置の発明及び上記音響特性最適化モデル解析方法の発明と同様の効果が得られる。

本実施形態のコンピュータシステムを示すブロック図。解析プログラムの音響特性最適化処理ルーチンを示すフローチャート。本実施形態の有限要素モデルを示す斜視図。本実施形態の境界要素モデルを示す斜視図。本実施形態のシェルモデルを示す斜視図。本実施形態の音響特性最適化モデル及び要素肉厚変更モデルを示す斜視図。（ａ）は肉厚を変更する前の音響特性最適化モデルから観測点に伝達される音圧と周波数との相関関係を示すグラフ、（ｂ）は肉厚を変更した後の要素肉厚変更モデルから観測点に伝達される音圧と周波数との相関関係を示すグラフ。音響特性が最適化された要素肉厚変更モデルの領域毎の肉厚分布を示す模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のコンピュータシステム１０は、制御装置１１、入力装置１２、出力装置１３、読み込み装置１４、及びディスク装置１５を備えている。そして、コンピュータシステム１０は、これらの各装置１１〜１５がバス１６を介して相互に情報を伝達可能に接続されることにより、音響特性最適化モデル解析装置として各種の情報処理を行い得るように構成されている。

なお、読み込み装置１４には、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）などの記録媒体１７が挿脱可能とされている。そして、本実施形態では、この読み込み装置１４に対して、解析対象となる設計モデルの構造形状に関するＣＡＤデータを記録した記録媒体１７、該ＣＡＤデータを有限要素モデルに変換する際に使用される有限要素モデル変換ソフトを記録した記録媒体１７、該有限要素モデルを境界要素モデルに変換する際に使用される境界要素モデル変換ソフトを記録した記録媒体１７、及び有限要素モデルの表面を多数の平板要素によりモデル化したシェルモデルに変換する際に使用されるシェルモデル変換ソフトを記録した記録媒体１７が選択的に挿脱されるようになっている。

制御装置１１は、コンピュータシステム１０の稼動状態を制御するための制御手段として機能するものであり、その具体的構成については後述する。入力装置１２は、キーボードやマウス等を備えてなり、各種情報を手入力する場合に使用される。出力装置１３は、入力装置１２を介して入力された各種情報の内容を出力して表示可能なＣＲＴディスプレイ等を備えている。読み込み装置１４は、ＣＤ等の記録媒体１７が挿入された場合に、該記録媒体１７に記録されているプログラムデータ等の各種データを読み込む。ディスク装置１５は、読み込み装置１４により読み込まれた各種データを保存する。

図１に示すように、制御装置１１は、外部装置との間の情報のやり取りを仲介するインターフェース（図示略）、中央処理装置としてのＣＰＵ１８、所定の情報を読み出し可能に記憶するＲＯＭ１９、及び各種の情報を書き込み／読み出し可能に記憶するＲＡＭ２０を備えたデジタルコンピュータとして構成されている。そして、こうした制御装置１１がデジタルコンピュータとして機能するように、ＣＰＵ１８は、インターフェースを介して各種の情報が入力された場合に、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状の解析処理のために必要とされる各種の論理演算を行うと共に、その論理演算において使用される各種情報の読み出し及び書き込みを行う。また、ＲＯＭ１９には、音響特性が最適化された設計モデルの構造形状の解析処理に際して、ＣＰＵ１８がコンピュータシステム１０全体の稼動状態を制御するために用いる解析プログラム２１が記憶されている。また、ＲＡＭ２０には、コンピュータシステム１０の稼動中にＣＰＵ１８による論理演算において使用されると共に書き換えられる各種の情報内容が適宜記憶されるようになっている。

そして、上記の各種モデル変換ソフトを記録した記録媒体１７が読み込み装置１４に挿入された場合、ＣＰＵ１８は、その記録媒体１７に記録された各種モデル変換ソフトのデータ内容を読み込み装置１４により読み込ませ、その読み込んだデータ内容をディスク装置１５に有限要素モデル変換ツール２２、境界要素モデル変換ツール２３及びシェルモデル変換ツール２４としてそれぞれ記憶させる。

次に、車両に搭載される自動変速機のトランスファーケース２５を解析対象（すなわち、設計モデル）として、本実施形態の制御装置１１が、解析プログラム２１の起動に伴って実行する音響特性最適化処理ルーチンについて、図２に基づき説明する。

まず、制御装置１１は、トランスファーケース２５の立体形状を表すＣＡＤデータ２６を記録した記録媒体１７が読み込み装置１４に挿入された場合、その記録媒体１７に記録されたＣＡＤデータ２６をディスク装置１５に記憶させる（ステップＳ１１）。

そして次に、有限要素モデル生成段階として、制御装置１１は、ディスク装置１５に記憶させた有限要素モデル変換ツール２２を起動させることにより、ディスク装置１５に記憶させたＣＡＤデータ２６を有限要素モデル２７（図３参照）の仕様データ２８に変換し、その変換した有限要素モデル２７の仕様データ２８をディスク装置１５に記憶させる（ステップＳ１２）。この点で、制御装置１１は、解析対象となるトランスファーケース２５のＣＡＤデータ２６に基づき、トランスファーケース２５の音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデル２７を生成する有限要素モデル生成手段としての有限要素モデル生成部２９を備えているといえる。なお、図３では、明細書の説明理解の便宜上、有限要素モデル２７を構成する多数の要素領域３０の一部のみを図示すると共に、それらの要素領域３０がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

続いて、境界要素モデル生成段階として、制御装置１１は、ディスク装置１５に記憶させた境界要素モデル変換ツール２３を起動させることにより、ディスク装置１５に記憶させた有限要素モデル２７の仕様データ２８を境界要素モデル３１（図４参照）の仕様データ３２に変換し、その変換した境界要素モデル３１の仕様データ３２をディスク装置１５に記憶させる（ステップＳ１３）。この点で、制御装置１１は、トランスファーケース２５の有限要素モデル２７の仕様データ２８に基づき、トランスファーケース２５の音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデル３１を生成する境界要素モデル生成手段としての境界要素モデル生成部３３を備えているといえる。なお、図４では、明細書の説明理解の便宜上、境界要素モデル３１を構成する多数の要素領域３４の一部のみを図示すると共に、それらの要素領域３４がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

そして次に、節点関連付け段階として、制御装置１１は、ステップＳ１２にて生成された有限要素モデル２７の表面上での要素領域３０間に設定される節点３５（図３参照）と、ステップＳ１３にて生成された境界要素モデル３１の表面上での要素領域３４間に設定される節点３６（図４参照）とを対応付ける（ステップＳ１４）。具体的には、制御装置１１は、ステップＳ１２にて生成された有限要素モデル２７の仕様データ２８、及びステップＳ１３にて生成された境界要素モデル３１の仕様データ３２をディスク装置１５からそれぞれ読み出し、それらのモデル２７，３１を出力装置１３に出力して表示する。そして、制御装置１１は、出力装置１３の画面上にて、それらのモデル２７，３１を重ね合わせた後、境界要素モデル３１上に設定された各節点３６に最も近接した有限要素モデル２７上の複数（本実施形態では３つ）の節点３５を抽出する。そして、下記の［数１］にて示すように、境界要素モデル３１上の節点３６と、該節点３６に近接した有限要素モデル２７上の各節点３５との距離に応じて、有限要素モデル２７上の各節点３５における速度を重み付け平均化することにより、境界要素モデル３１上の各節点３６における速度を表す。この点で、制御装置１１は、境界要素モデル３１を構成する複数の要素領域３４間に設定される複数の節点３６と、有限要素モデル２７を構成する複数の要素領域３０間に設定される複数の節点３５とを対応付ける節点関連付け手段としての節点関連付け部３７を備えているといえる。

続いて、シェルモデル生成段階として、制御装置１１は、ディスク装置１５に記憶させたシェルモデル変換ツール２４を起動させることにより、ディスク装置１５に記憶させた有限要素モデル２７の表面を多数の平板要素３８に分割したシェルモデル３９（図５参照）を生成し、その生成したシェルモデル３９の仕様データ４０をディスク装置１５に記憶させる（ステップＳ１５）。この点で、制御装置１１は、トランスファーケース２５の有限要素モデル２７の仕様データ２８に基づき、トランスファーケース２５のシェルモデル３９を生成するシェルモデル生成手段としてのシェルモデル生成部４１を備えているといえる。なお、図５では、明細書の説明理解の便宜上、シェルモデル３９を構成する多数の平板要素３８の一部のみを図示すると共に、それらの平板要素３８がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

そして次に、制御装置１１は、ステップＳ１２にて生成した有限要素モデル２７の仕様データ２８、及びステップＳ１５にて生成したシェルモデル３９の仕様データ４０をディスク装置１５からそれぞれ読み出し、それらのモデル２７，３９を出力装置１３に出力して表示する。そして、制御装置１１は、出力装置１３の画面上にて、シェルモデル３９を有限要素モデル２７の表面に重ね合わせることにより、シェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚を、音響特性を最適化する計算処理上において仮想的に変更可能に構成された音響特性最適化モデル４２（図６参照）を生成し、生成した音響特性最適化モデル４２の仕様データ４３をディスク装置１５に記憶させる（ステップＳ１６）。この点で、制御装置１１は、シェルモデル３９を有限要素モデル２７の表面に重ね合わせることにより、トランスファーケース２５の音響特性最適化モデル４２を生成する音響特性最適化モデル生成手段としての音響特性最適化モデル生成部４４を備えているといえる。

続いて、制御装置１１は、ステップＳ１６にて生成した音響特性最適化モデル４２に関する各種条件を設定するための設定画面を入力装置１２に出力して表示させる。そして、操作者は、入力装置１２の画面上にて、音響特性最適化モデル４２の表面上に配置されたシェルモデル３９の各平板要素３８に作用させる加振力を設定する。また同時に、操作者は、入力装置１２の画面上にて、音響特性最適化モデル４２の音響特性の最適化に際して、音響特性最適化モデル４２の外側の所定位置に、音響特性最適化モデル４２から伝達される音圧を観測する観測点（図示略）を設定した後、設定した観測点にて観測される音圧のうち、解析対象とする音圧の周波数帯を設定する（ステップＳ１７）。

そして次に、制御装置１１は、ステップＳ１６にて生成した音響特性最適化モデル４２の仕様データ４３をディスク装置１５から読み出し、読み出した音響特性最適化モデル４２の表面上に配置されたシェルモデル３９の各平板要素３８が、ステップＳ１７にて設定した加振力に応じて変位する際の変位速度を算出する（ステップＳ１８）。

続いて、音響伝達関数算出段階として、制御装置１１は、ステップＳ１３にて生成した境界要素モデル３１の仕様データ３２をディスク装置１５から読み出し、読み出した境界要素モデル３１上に設定された各節点３６と、ステップＳ１７にて設定した音圧の観測点との相対的な位置関係に基づき、境界要素モデル３１上の各節点３６の変位速度と、該各節点３６の変位に応じて境界要素モデル３１から観測点に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する（ステップＳ１９）。この点で、制御装置１１は、境界要素モデル３１上の各節点３６と、該各節点３６の変位に応じて境界要素モデル３１から伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出手段としての音響伝達関数算出部４５を備えているといえる。なお、境界要素モデル３１上の各節点３６から伝達される音圧は、ステップＳ１９にて算出された音響伝達関数を用いて、下記の［数２］にて表わされる。

そして次に、音圧算出段階として、制御装置１１は、境界要素モデル３１上の各節点３６と、有限要素モデル２７上の各節点３５とを対応付ける関係式である［数１］を、境界要素モデル３１上の各節点３６と該節点３６から観測点に向けて伝達される音圧とを対応付ける関係式である[数２]に代入することにより、下記の［数３］にて示すように、有限要素モデル２７上の各節点３５から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する。

なお、本実施形態では、音響特性最適化モデル４２の表面上には、シェルモデル３９の各平板要素３８上に位置するように有限要素モデル２７上の各節点３５が配置されている。そこで、制御装置１１は、ステップＳ１８にて算出したシェルモデル３９の各平板要素３８の変位速度をこの音圧の計算式に算入することにより、音響特性最適化モデル４２の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出し、導出した音圧の計算式をＳＰｏｌｄとしてＲＡＭ２０に一時記憶する（ステップＳ２０）。この点で、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２から観測点に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出手段としての音圧算出部４６を備えているといえる。

続いて、制御装置１１は、ステップＳ２０にて導出された音圧の計算式に基づき、音響特性最適化モデル４２の表面上に配置されたシェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚を変化させた場合に、音響特性最適化モデル４２の音響特性に対して、音響特性最適化モデル４２の挙動を規定する各設定変数がどの程度影響するかを解析する感度解析を実行する（ステップＳ２１）。

そして次に、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化するための最適化アルゴリズムをＲＯＭ１９から読み出し、読み出した最適化アルゴリズムに対して、ステップＳ２１にて実行された感度解析の解析結果を算入することにより、音響特性最適化モデル４２から観測点に向けて伝達される音響特性を最適化するために、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の平板要素３８毎に、変更すべき肉厚の変更量を示した最適解を算出する（ステップＳ２２）。

そして次に、制御装置１１は、ステップＳ２２にて算出した最適解に基づき、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の平板要素３８毎に肉厚が変更された要素肉厚変更モデル４７（図６参照）を生成し、生成した要素肉厚変更モデル４７の仕様データ４８をディスク装置１５に記憶する（ステップＳ２３）。この点で、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化するように、シェルモデル３９の平板要素３８毎の厚みを変更する音響特性最適化モデル変更手段としての音響特性最適化モデル変更部４９を備えているといえる。なお、本実施形態では、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性の最適化に際して、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚を、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する計算処理上において仮想的に変更する。そのため、有限要素モデル２７上の各節点３５は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、常に、シェルモデル３９の各平板要素３８上に位置するように配置される。

続いて、制御装置１１は、ステップＳ２３にて生成した要素肉厚変更モデル４７の仕様データ４８をディスク装置１５から読み出し、読み出した要素肉厚変更モデル４７の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８が、ステップＳ１７にて設定した加振力に応じて変位する際の変位速度を算出する（ステップＳ２４）。なお、要素肉厚変更モデル４７は、シェルモデル３９の各平板要素３８の肉厚が仮想的に変更されているため、ステップＳ１７にて設定された加振力に応じたシェルモデル３９の各平板要素３８の変位速度が、ステップＳ１８にて導出される音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８の変位速度に対してそれぞれ相違するようになっている。

そして次に、制御装置１１は、ステップＳ２４にて算出した要素肉厚変更モデル４７上のシェルモデル３９の各平板要素３８の変位速度を、ステップＳ２０にて導出した音響特性最適化モデル４２の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式に算入することにより、要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出し、導出した音圧の計算式をＳＰｎｅｗとしてＲＡＭ２０に一旦記憶する（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２５にて導出した音圧計算式で用いられる音響伝達関数は、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８と観測点との相対的な位置関係によって決定される。この点、本実施形態では、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８と観測点との相対的な位置関係を変化させることなく、シェルモデル３９の各平板要素３８の肉厚を計算処理上で仮想的に変更する。そのため、制御装置１１は、ステップＳ２５にて要素肉厚変更モデル４７から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する過程で、ステップＳ２０にて算出された音響伝達関数を再帰的に用いることが可能となっている。

続いて、判定段階として、制御装置１１は、シェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚が変更された要素肉厚変更モデル４７の音響特性が最適化されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。具体的には、まず、制御装置１１は、ステップＳ２０にて導出した音響特性最適化モデル４２の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式ＳＰｏｌｄ、及び、ステップＳ２５にて導出した要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式ＳＰｎｅｗをそれぞれＲＡＭ２０から読み出し、読み出した各計算式ＳＰｏｌｄ，ＳＰｎｅｗに相当するグラフを出力装置１３に出力して表示する（図７参照）。次に、制御装置１１は、出力装置１３に出力された各グラフ間の領域を、ステップＳ１７にて設定した音圧の周波数帯内にて周波数方向（図７に示すグラフでは横軸方向）に積分することにより、各グラフが示す音圧の差分絶対値（即ち、｜ＳＰｏｌｄ−ＳＰｎｅｗ｜）を算出する。そして、制御装置１１は、算出した音圧の差分絶対値が、要素肉厚変更モデル４７の音響特性が最適化されているか否かを判定する際の判定基準として予め設定された値を下回っているか否かを判定する。

そして、ステップＳ２６の判定結果が否定判定である場合、制御装置１１は、要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧が十分に低減されていないと判断し、その時点での要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式ＳＰｎｅｗをＳＰｏｌｄとしてＲＡＭ２０に上書きして保存した後（ステップＳ２７）、更なる要素肉厚変更モデル４７の音響特性の最適化を行うべく、その処理をステップＳ２１に移行し、以後、ステップＳ２１〜Ｓ２６の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２６の判定結果が肯定判定である場合、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚の変更に伴って、要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧が十分に低減された状態で収束したと判断し、要素肉厚変更モデル４７の音響特性の最適化が完了した旨を判別し、その時点での要素肉厚変更モデル４７の仕様データ４８をディスク装置１５に保存した後（ステップＳ２７）、この音響特性最適化処理ルーチンを終了する。

ところで、トランスファーケース２５の振動に伴う音響特性を詳細に解析する際には、トランスファーケース２５のＣＡＤデータ２６を有限要素モデル２７の仕様データ２８に変換する必要がある。しかしながら、トランスファーケース２５の音響特性を最適化する過程で、トランスファーケース２５の構造形状を変化させる毎に、有限要素モデル２７上に設定される各節点３５の変位速度と、該各節点３５の変位に応じて有限要素モデル２７から観測点に向けて伝達される音圧とを対応付ける関数に用いられる設定変数を算出し直す場合には、制御装置１１は、トランスファーケース２５の音響特性を最適化する際に過大な処理負荷を要するため、トランスファーケース２５の最適な構造形状を短時間で確実に導出することが困難であるという問題があった。

この点、本実施形態のコンピュータシステム１０によれば、制御装置１１は、有限要素モデル２７の表面が多数の平板要素３８に分割されたシェルモデル３９を、有限要素モデル２７の表面に重ね合わせることにより音響特性最適化モデル４２を生成する。そして、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８と観測点との相対的な位置関係を変化させることなく、シェルモデル３９の各平板要素３８の肉厚を計算処理上で仮想的に変更する。

そのため、制御装置１１は、シェルモデル３９の平板要素３８毎の肉厚が変更された要素肉厚変更モデル４７を作成した後、該要素肉厚変更モデル４７から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する過程で、音響特性最適化モデル４２の表面上に位置するシェルモデル３９の各平板要素３８と観測点との相対的な位置関係に基づき算出される音響伝達関数を再帰的に用いることができる。

すなわち、本実施形態のコンピュータシステム１０によれば、制御装置１１は、コンピュータに対して過大な処理負荷を要することなく、シェルモデル３９の各平板要素３８の変位速度に基づいて、トランスファーケース２５の振動に伴う音響特性を解析することができると共に、その解析結果に基づいてトランスファーケース２５の音響特性の最適化を再帰的に実行することにより、音響特性が最適化されたトランスファーケース２５の領域毎の詳細な肉厚分布を得ることができる（図８参照）。

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、シェルモデル３９の平板要素３８毎の厚みを仮想的に変更させた場合であっても、有限要素モデル２７上の各節点３５は、依然として、音響特性最適化モデル４２の表面上において、シェルモデル３９の平板要素３８上に位置するように配置される。そのため、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、シェルモデル３９の平板要素３８毎の厚みが変更された場合であっても、境界要素モデル３１上に設定された各節点３６に対応付けられた有限要素モデル２７上の各節点３５を、境界要素モデル３１上の各節点３６の変位と、該各節点３６の変位に応じて境界要素モデル３１から観測点に向けて伝達される音圧との対応関係を示す音響伝達関数に導入することにより、音響特性最適化モデル４２から観測点に伝達される音圧を算出することができる。また、音響伝達関数は、境界要素モデル３１上の各節点３６と観測位置との相対的な位置関係によって決定されるため、音響特性最適化モデル４２の音響特性を最適化する過程で、該音響特性最適化モデル４２から観測点に伝達される音圧を算出する際にこの音響伝達関数を再帰的に用いることができる。したがって、制御装置１１は、過大な処理負荷を要することなく、音響特性が最適化されたトランスファーケース２５の構造形状を短時間で確実に解析することができる。

（２）上記実施形態では、制御装置１１は、シェルモデル３９の平板要素３８毎の厚みが変更される前の音響特性最適化モデル４２から観測点に向けて伝達される音圧と、シェルモデル３９の平板要素３８毎の厚みが変更された後の要素肉厚変更モデル４７から観測点に向けて伝達される音圧との差が、予め設定した閾値を下回った時点で、要素肉厚変更モデル４７の音響特性の最適化に伴って、要素肉厚変更モデル４７から観測点に向けて伝達される音圧が十分に低減された状態で収束したと判断し、要素肉厚変更モデル４７の音響特性の最適化が完了した旨を判定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、制御装置１１は、音響特性最適化モデル４２の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式ＳＰｏｌｄを示すグラフと、要素肉厚変更モデル４７の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式ＳＰｎｅｗを示すグラフとの間の領域を、解析対象とする周波数帯内のうち、最適化処理を重点的に実行する特定の周波数帯内にて周波数方向に積分することにより、各グラフが示す音圧の差分絶対値を算出し、算出した差分絶対値に基づいて、要素肉厚変更モデル４７の音響特性が最適化されたか否かを判定するようにしてもよい。

・上記実施形態において、解析対象は、トランスファーケース２５に限定されず、任意の立体形状を有する設計モデルを解析対象としてもよい。

１０…音響特性最適化モデル解析装置としてのコンピュータシステム、１１…制御手段、有限要素モデル生成手段、境界要素モデル生成手段、節点関連付け手段、シェルモデル生成手段、音響特性最適化モデル生成手段、音響伝達関数算出手段、音圧算出手段、音響特性最適化モデル変更手段、及び判定手段としての制御装置、２１…音響特性最適化モデル解析プログラムとしての解析プログラム、２５…設計モデルとしてのトランスファーケース、２７…有限要素モデル、３０…要素領域、３１…境界要素モデル、３４…要素領域、３５…節点、３６…節点、３８…平板要素、３９…シェルモデル、４２…音響特性最適化モデル、４７…要素肉厚変更モデル。

Claims

立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段と、
前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成手段と、
前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出手段と、
前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け手段と、
該節点関連付け手段により前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出手段により算出された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出手段と、を備えたことを特徴とする音響特性最適化モデル解析装置。
請求項１に記載の音響特性最適化モデル解析装置において、
前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段と、
前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより、音響特性最適化モデルを生成する音響特性最適化モデル生成手段と、
前記音圧算出手段の算出結果に基づき、前記音響特性最適化モデルの表面上に位置する前記シェルモデルの前記複数の平板要素と前記所定位置との相対的な位置関係を変更することなく、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みを、前記音響特性最適化モデルの音響特性を最適化する計算処理上において仮想的に変更する音響特性最適化モデル変更手段と、を更に備えたことを特徴とする音響特性最適化モデル解析装置。
請求項２に記載の音響特性最適化モデル解析装置において、
前記音響特性最適化モデル変更手段によって、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更された前記音響特性最適化モデルの音響特性が最適化されたか否かを判定する判定手段を更に備え、
前記音響特性最適化モデル変更手段は、
前記判定手段の判定結果が否定判定である場合に、前記音響特性最適化モデルの音響特性を最適化するように、前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みを変更することを特徴とする音響特性最適化モデル解析装置。
請求項３に記載の音響特性最適化モデル解析装置において、
前記判定手段は、前記モデル変更手段によって前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更される前の前記音響特性最適化モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧と、前記モデル変更手段によって前記シェルモデルの前記平板要素毎の厚みが変更された後の前記音響特性最適化モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧との差が、予め設定した閾値を下回った時点で、前記音響特性最適化モデルの音響特性が最適化された旨を判定することを特徴とする音響特性最適化モデル解析装置。
立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成段階と、
前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成段階と、
前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出段階と、
前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け段階と、
該節点関連付け段階にて前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出段階にて算出された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出段階と、を備えたことを特徴とする音響特性最適化モデル解析方法。
立体的形状をなす設計モデルの音響特性を最適化する際の処理手順を制御する制御手段を備えた音響特性最適化モデル解析装置を稼動させるために用いられる音響特性最適化モデル解析プログラムにおいて、
前記制御手段を、
前記設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段、
前記有限要素モデルに基づき前記設計モデルの音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデルを生成する境界要素モデル生成手段、
前記境界要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点の変位と、該複数の節点の変位に応じて前記境界要素モデルから該境界要素モデルの外側の所定位置に向けて伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出手段、
前記境界要素モデルに設定される前記複数の節点と、前記有限要素モデルを構成する複数の要素領域間に設定される複数の節点とを対応付ける節点関連付け手段、及び、
該節点関連付け手段により前記境界要素モデルの前記複数の節点に対応付けられた前記有限要素モデルの前記複数の節点を、前記音響伝達関数算出手段により設定された前記音響伝達関数に算入することにより、前記有限要素モデルから前記所定位置に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出手段、として機能させることを特徴とする音響特性最適化モデル解析プログラム。