JP2011257915A - 設計支援装置および設計支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有限要素モデルに対して、設計領域と非設計領域とを自動で仕分けできるようにする。
【解決手段】 形状要素抽出部１６は、ＦＥＭモデルから剛体要素と接続される節点の数が、設定節点数入力部１５に入力された設定節点数以上存在する形状要素を抽出する。ＰＩＤ変更部１８は、抽出された形状要素を非設計領域に設定するために、その要素データに含まれるＰＩＤ（識別データ）番号を変更する。一方、抽出されなかった形状要素に関しては、ＰＩＤ番号を変更しないことで設計領域に設定する。これにより、ＦＥＭモデルのＰＩＤ番号により設計領域と非設計領域とを識別できるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有限要素モデルを用いて各種の解析を行う設計支援装置に関する。

従来から、自動車部品などの機械設計現場においては、有限要素モデルを用いた解析が行われている。その解析ツールの一つとして形状最適化ソフトが知られている。形状最適化ソフトは、荷重等の条件を指定することにより、その条件を満たす最適形状となるモデルを計算にて作成するもので、設計部品の強度解析等に利用されている。形状最適化ソフトでは、複数の部品が組み合わされたアッシー（ＡＳＳＹ）のうちの指定した部品を対象として最適形状が演算される場合が多い。

強度解析用の有限要素モデルには、部品の連結部分等に剛体要素が設定されている。この剛体要素は、どのような力に対しても変形を生じないという梁要素を表す。従って、形状最適化ソフトを使って最適形状を演算する場合、この剛体要素が設定されている領域と、剛体要素が設定されていない領域部分との境界部分において、計算上の応力が実際よりも高くなってしまう。そのため、対象部品全体に対して設定応力以下となるような最適形状を求めようとしても、上記境界部分の影響で最適形状が得られない。

そこで、従来においては、剛体要素が設定された領域およびその周辺を強度評価の対象から外すために、作業者が、手作業で、形状最適化ソフトにより形状変更を行っても良い設計領域と、形状変更を禁止する非設計領域とに仕分けしていた。設計領域は、強度評価によって形状を変化させる領域となり、非設計領域は、強度評価をせずに形状も変化させない領域となる。この場合、作業者は、ディスプレイに部品形状を表すモデルを表示し、部品の連結部分を見ながら非設計領域としたい範囲をマウス操作にて指定することによりモデル修正を行っていた。

特開２００４−３１８４２８

しかしながら、こうした方法は、作業者の手作業によるものであるため、非設計領域の指定範囲にバラツキが生じ、修正したモデルにて最適化計算を実施しても、得られる最適解にもバラツキが生じる。また、作業工数も多い。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、有限要素モデルに対して、設計領域と非設計領域とを自動で仕分けできるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、予め剛体要素が設定された有限要素モデルに対して、形状変更を行ってもよい領域である設計領域と、形状変更を禁止する領域である非設計領域とに仕分けする設計支援装置であって、前記有限要素モデルから、前記剛体要素との接続度合が予め設定した接続度合以上となる形状要素を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された形状要素を前記非設計領域に設定する領域設定手段とを備えたことにある。

本発明において取り扱う有限要素モデル（有限要素モデルを構成するデータ）には、剛体要素が設定されている。剛体要素は、節点と節点との間の相対変位が生じない梁要素として表されるものである。従って、有限要素モデルを使って強度解析をした場合、この剛体要素の節点が集まった領域と、剛体要素の節点が存在しない領域との境界部分において、計算上の応力が高くなってしまう。そこで、本発明においては、抽出手段が、有限要素モデルから、剛体要素との接続度合が予め設定した設定度合以上となる形状要素を抽出し、領域設定手段が、抽出手段により抽出された形状要素を非設計領域に設定する。抽出手段により抽出されなかった形状要素は、設計領域となる。剛体要素と形状要素とは節点にて接続される。従って、剛体要素の節点が集まった領域、および、剛体要素の節点が集まった領域と剛体要素の節点が存在しない領域との境界部分を非設計領域に設定することができる。尚、形状要素とは、ソリッド要素、シェル要素、バー要素といった節点で囲まれた形状を表す要素を意味する。

この結果、本発明によれば、設計領域と非設計領域とを自動で仕分けることができる。これにより、従来のように、非設計領域にバラツキが生じることがなく、形状最適化ソフトで最適化計算を実施して得られる最適解にもバラツキが生じない。また、マウス操作による領域指定作業を必要としないため、作業工数を低減することができる。

本発明の他の特徴は、前記抽出手段は、形状要素の節点のうち前記剛体要素に接続されている節点の数である剛体接続節点数が、予め設定した設定数以上となる形状要素を抽出することにある。

本発明においては、剛体要素と形状要素との接続度合を、剛体接続節点数にて判断する。つまり、形状要素の節点のうち剛体要素に接続されている節点の数を剛体接続節点数と定義し、その剛体接続節点数が多いほど剛体要素と形状要素との接続度合が高くなるため、剛体接続節点数が設定数以上となる形状要素を非設計領域に設定する。従って、剛体要素と形状要素との接続度合を適切に判断することができ、これにより非設計領域の設定が適正なものとなる。

本発明の他の特徴は、操作者の操作による前記設定数の指定を受け付ける設定数入力手段を備え、前記抽出手段は、前記剛体接続節点数が前記設定数入力手段で受け付けた設定数以上となる形状要素を抽出することにある。

本発明においては、非設計領域と設計領域とに仕分けする判別基準値となる剛体接続節点数の設定数を、操作者が指定することができる。この指定された設定数は、設定数入力手段に入力される。そして、抽出手段は、剛体接続節点数が設定数入力手段で受け付けた設定数以上となる形状要素を抽出する。従って、非設計領域と設計領域とに仕分けする判別基準値を任意に変更することができる。これにより、非設計領域の広さを自由に調整することが可能となり、部品設計に一層有益なものとなる。

本発明の他の特徴は、前記有限要素モデルから、前記剛体要素に接続されている形状要素を全て抽出し、抽出した形状要素ごとに前記剛体接続節点数をカウントする剛体接続節点数カウント手段と、前記剛体接続節点数ごとに、各剛体接続節点数の節点にて前記剛体要素と接続されている形状要素の数を求めて表示する形状要素数表示手段とを備えたことにある。

本発明においては、剛体接続節点数カウント手段が、有限要素モデルから剛体要素に接続されている形状要素を全て抽出し、抽出した形状要素ごとに剛体接続節点数をカウントする。また、形状要素数表示手段が、剛体接続節点数ごとに、各剛体接続節点数の節点にて剛体要素と接続されている形状要素の数を求めて表示する。従って、操作者は、剛体接続節点数ごとに分けられた形状要素の数を把握することができ、設定数をどの程度の値にしたらよいかの判断が容易となる。これにより非設計領域の広さを更に適切に調整することが可能となる。

本発明の他の特徴は、前記有限要素モデルに含まれる要素特性を表す識別データの指定を操作者の操作により受け付ける識別データ入力手段を備え、前記抽出手段は、前記識別データ入力手段で受け付けた識別データを有する形状要素から抽出することにある。

本発明の設計支援装置が扱う有限要素モデルには、要素特性を表す識別データが含まれている。操作者は、識別データを指定することで、複数の部品からなるアッシーのうち、設計領域と非設計領域とに仕分けする対象となる部品（最適形状を演算する部品）を指定することができる。この指定された識別データは、識別データ入力手段に入力される。そして、抽出手段は、識別データ入力手段で受け付けた識別データを有する形状要素から、剛体要素との接続度合が予め設定した接続度合以上となる形状要素を抽出する。これにより、アッシー全体の有限要素モデルから、仕分け対象となる特定の部品の有限要素モデルを適切に選択することができる。

本発明の特徴は、前記領域設定手段は、前記非設計領域に設定する形状要素の識別データと、前記非設計領域に設定しない形状要素の識別データとが互いに異なるデータとなるように、少なくとも何れか一方の形状要素の識別データを変更することにある。

本発明においては、抽出対象となる各形状要素の識別データは互いに同じデータとなっている。そして、抽出手段により剛体要素との接続度合が予め設定した接続度合以上となる形状要素が抽出されると、領域設定手段が、抽出された形状要素を非設計領域に設定する。この場合、領域設定手段は、非設計領域に設定する形状要素と、非設計領域に設定しない形状要素（設計領域に設定する形状要素）とを識別するために、識別データを有効利用して、少なくとも一方の形状要素の識別データを変更する。これにより、識別データから非設計領域と設計領域とが判別できるようになる。この結果、識別データが変更された有限要素モデルを使って、強度に基づいた形状最適化解析を適切に行うことができる。

更に、本発明の実施にあたっては、設計支援装置の発明に限定されることなく、設計支援方法の発明としても実施し得るものである。

本発明の実施形態に係る設計支援装置のシステム構成図である。 マイコン部の実行するＦＥＭデータ修正ルーチンを表すフローチャートである。 剛体要素と形状要素との接続関係を表す説明図である。 形状要素の接続度合を表す説明図である。 ナックルにおける非設計領域を示した説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る設計支援装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る設計支援装置のシステム構成を概略的に示している。

この設計支援装置は、既に作成されている有限要素モデルを修正して、形状変更を行ってもよい領域である設計領域と、形状変更を禁止する領域である非設計領域とに仕分けする装置である。この設計支援装置により修正された有限要素モデルは、形状最適化ソフトに利用される。形状最適化ソフトにおいては、強度解析を行って部品の最適形状を演算により求めるが、非設計領域においては形状変更を行わないように演算する。従って、本実施形態における設計支援装置は、有限要素モデルを形状最適化ソフトにて適正に利用できるように修正する装置である。

設計支援装置は、図１に示すように、マイクロコンピュータを主要部として備えたマイコン部１０と、有限要素モデル（有限要素モデルを構成するデータ）を記憶したＦＥＭモデル記憶部２０と、操作者が各種の設定値などを指定するための入力操作部３０と、操作者に対して入力操作指示を表示したり演算結果を表示したりする表示部４０とを備えている。マイコン部１０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータと、外部装置に対して信号の授受を行う入出力インタフェース等を備えている。ＦＥＭモデル記憶部２０としては、例えば、ハードディスク、光磁気ディスク、メモリなどの各種の記憶装置を使用することができる。入力操作部３０としては、キーボードやマウスを使用することができる。表示部４０としては、画像ディスプレイを使用することができる。

マイコン部１０は、コンピュータプログラムの実行により有限要素モデル（ＦＥＭモデルと呼ぶ）の修正を行うもので、その機能に着目すると、モデル読込部１１と、対象ＰＩＤ入力部１２と、カウント部１３と、形状要素数表示部１４と、設定節点数入力部１５と、形状要素抽出部１６と、非設計領域ＰＩＤ入力部１７と、ＰＩＤ変更部１８とからなる機能部を備えている。各機能部の処理については、図２に示すフローチャートを用いて後述する。

ＦＥＭモデル記憶部２０に記憶されているＦＥＭモデルは、形状要素と節点とによりメッシュを設定したデータと、どんな力に対しても節点間の相対的な変位を生じない剛体要素を設定したデータと、形状要素を識別するための要素特性を設定した要素特性データ（ＰＩＤと呼ぶ）と、各種の条件データ（荷重条件、拘束条件等）と、各種の特性データ（物性値等）等から構成される。ＰＩＤは、本発明の識別データに相当する。

次に、マイコン部１０の実行するＦＥＭモデル修正処理について説明する。図２は、マイコン部１０により実行されるＦＥＭモデル修正ルーチンを表すフローチャートである。このＦＥＭモデル修正ルーチンは、マイコン部１０のＲＯＭ内にコンピュータプログラムとして記憶されており、操作者が入力操作部３０を使ってＦＥＭモデルのファイル名を入力することにより起動する。

ＦＥＭモデル修正ルーチンが起動すると、まず、ステップＳ１０１において、ファイル名で指定されたＦＥＭモデルをＦＥＭモデル記憶部２０から読み込む。この処理は、モデル読込部１１の実施する処理となる。続いて、ステップＳ１０２において、操作者に対して、修正対象となる部品のＰＩＤ番号の入力を指示するメッセージを表示部４０に表示する。先のステップＳ１０１で読み込んだＦＥＭモデルは、複数の部品からなるアッシー全体のＦＥＭモデルである。従って、このステップＳ１０２では、アッシーに含まれる複数の部品のうち、モデル修正を行いたい部品、つまり、強度解析により最適形状を求める対象となる部品を、ＰＩＤ番号を使って操作者に指定させる。

ＦＥＭモデルに含まれる形状要素は、要素番号と節点番号とＰＩＤ番号とからなるデータで表される。例えば、形状要素のタイプを三角形シェル要素とした場合には、メッシュデータは、（Ｅ５００，１０５，１１１，１１０，ＰＩＤ１１）のように表される。Ｅ５００は、要素番号が５００であることを表している。１０５，１１１，１１０は、シェル要素の３頂点となる節点の番号（節点番号）を表している。ＰＩＤ１１は、ＰＩＤ番号が１１であることを表している。ステップＳ１０１で読み込んだＦＥＭモデルにおけるＰＩＤ番号には、アッシー内の部品を特定する番号が付与されている。従って、ＰＩＤ番号を指定することで、部品が特定される。尚、節点データは、（Ｎ１０１，Ｘ₁₀₁，Ｙ₁₀₁）のように表される。Ｎ１０１は、節点番号が１０１であることを表し、Ｘ₁₀₁は、節点Ｎ１０１のＸ座標を表し、Ｙ₁₀₁は、節点Ｎ１０１のＹ座標を表す。

マイコン部１０は、ステップＳ１０２において、操作者に対して対象部品のＰＩＤ番号の入力を促すメッセージを表示部４０に表示すると、続いて、ステップＳ１０３において、入力操作部３０からＰＩＤ番号が入力されるまで待機する。そして、ＰＩＤ番号が入力されると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１０４に進める。このステップＳ１０２〜Ｓ１０３の処理は、対象ＰＩＤ入力部１２の実施する処理となる。

マイコン部１０は、続くステップＳ１０４において、操作者に対して、非設計領域を識別するためのＰＩＤ番号の入力を指示するメッセージを表示部４０に表示する。本実施形態における設計支援装置は、後述するように形状要素を非設計領域と設計領域とに仕分けするが、それらを識別するために、非設計領域とされる形状要素のＰＩＤ番号を変更する。例えば、アッシーを構成する部品が４つであるとし、それらのＰＩＤ番号が、１１，１２，１３，１４に設定されているとした場合、非設計領域とされる形状要素のＰＩＤ番号を、この４つの番号（１１，１２，１３，１４）とは異なる番号、例えば、１５に設定する。従って、設計領域と非設計領域とをＰＩＤ番号により識別することができる。

マイコン部１０は、ステップＳ１０４において、操作者に対して非設計領域のＰＩＤ番号の入力を促すメッセージを表示部４０に表示すると、続いて、ステップＳ１０５において、入力操作部３０からＰＩＤ番号が入力されるまで待機する。そして、ＰＩＤ番号が入力されると（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１０６に進める。このステップＳ１０４〜Ｓ１０５の処理は、非設計領域ＰＩＤ入力部１７の実施する処理となる。

マイコン部１０は、続くステップＳ１０６において、先のステップＳ１０１で読み込んだＦＥＭモデルから、対象部品のＰＩＤ番号を有し、かつ、剛体要素に接続されている形状要素を抽出する。図３は、メッシュと剛体要素との接続関係を表している。この例では、分かりやすくするために、形状要素を三角形のシェル要素とし、剛体要素の数も少なくしてある。

剛体要素は、節点と節点との間の相対変位が生じない梁要素として設定されている。図３に示す例では、５つの剛体要素Ｇ４０１，Ｇ４０２，Ｇ４０３，Ｇ４０４，Ｇ４０５が設定されている。剛体要素Ｇ４０１は、節点Ｎ１０と節点Ｎ１０８との間の梁要素であり、（Ｇ４０１，１０，１０８）としたデータで表される。剛体要素Ｇ４０２は、節点Ｎ１０と節点Ｎ１１３との間の梁要素であり、（Ｇ４０２，１０，１１３）としたデータで表される。剛体要素Ｇ４０３は、節点Ｎ１０と節点Ｎ１０９との間の梁要素であり、（Ｇ４０１，１０，１０９）としたデータで表される。剛体要素Ｇ４０４は、節点Ｎ１０と節点Ｎ１１４との間の梁要素であり、（Ｇ４０１，１０，１１４）としたデータで表される。剛体要素Ｇ４０５は、節点Ｎ１０と節点Ｎ１１５との間の梁要素であり、（Ｇ４０１，１０，１１５）としたデータで表される。

ステップＳ１０６においては、形状要素を表すメッシュデータの節点番号に、剛体要素Ｇ４０１，Ｇ４０２，Ｇ４０３，Ｇ４０４，Ｇ４０５を設定する節点番号（図３の例では、Ｎ１０，Ｎ１０８，Ｎ１０９，Ｎ１１０，Ｎ１１３，Ｎ１１４）が１つでも存在する形状要素を抽出する。図４は、図３に示すメッシュに要素番号を記入したものであり、剛体要素Ｇ４０１，Ｇ４０２，Ｇ４０３，Ｇ４０４，Ｇ４０５を設定する節点については、太丸にて示している。ステップＳ１０６においては、例えば、若い要素番号の形状要素から判断される。

マイコン部１０は、ステップＳ１０６において、剛体要素に接続されている形状要素を１つ抽出すると、ステップＳ１０７において、その抽出された形状要素と剛体要素との接続節点数をカウントする。具体的には、形状要素に設定された節点（形状要素を囲む節点）のうち、節点番号が、剛体要素を設定する節点（剛体要素を囲む節点）の節点番号と同一となる節点の数をカウントする。例えば、図４の例では、最初に、要素Ｅ５０２が抽出される。この要素Ｅ５０２においては、３つの接点（Ｎ１０４，Ｎ１１０，Ｎ１０９）のうち節点Ｎ１０９が剛体要素の節点と共通するため、剛体要素との接続節点数のカウント値は１となる。以下、形状要素と剛体要素との接続節点数を剛体接続節点数と呼ぶ。

例えば、図３，図４の例では、要素Ｅ５１１，Ｅ５１２，Ｅ５１３については、剛体接続節点数が３となり、要素Ｅ５０４，Ｅ５１０，Ｅ５１４，Ｅ５２０，Ｅ５２２については、剛体接続節点数が２となり、要素Ｅ５０２，Ｅ５０３，Ｅ５０５，Ｅ５０６，Ｅ５０９，Ｅ５１５，Ｅ５１７，Ｅ５１８，Ｅ５１９，Ｅ５２１，Ｅ５２３については、剛体接続節点数が１となる。

こうして、剛体要素に接続されている形状要素の抽出と剛体接続節点数のカウントを行うと、続くステップＳ１０８において、全ての形状要素について上記ステップＳ１０６〜Ｓ１０７の処理が終了したか否かを判断し、終了していないあいだは、ステップＳ１０６に戻り同様の処理を繰り返す。

マイコン部１０は、全ての形状要素について、剛体要素に接続されている形状要素の抽出処理と剛体接続節点数のカウント処理を完了すると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１０９に進める。このステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理は、カウント部１３の実施する処理となる。

マイコン部１０は、続くステップＳ１０９において、剛体接続節点数ごとに形状要素の数を求めて、その結果を表示部４０に表示する。つまり、ステップＳ１０６で抽出された形状要素を、剛体接続節点数に分類し、剛体接続節点数ごとに、その剛体接続節点数の節点で剛体要素と接続されている形状要素の数を数えて、剛体接続節点数ごとに形状要素の数を表示部４０に表示する。このステップＳ１０９の処理は、形状要素数表示部１４の実施する処理となる。形状要素数表示部１４は、カウント部１３が剛体節点接続数をカウントするたびに、その剛体節点接続数を入力し、剛体接続節点数に分けて形状要素の数を積算していくように構成されている。

この図３，図４の例では、剛体接続節点数が３となる形状要素の数は３個（要素Ｅ５１１，Ｅ５１２，Ｅ５１３）となる、また、剛体接続節点数が２となる形状要素の数は５個（要素Ｅ５０４，Ｅ５１０，Ｅ５１４，Ｅ５２０，Ｅ５２２）となる。また、剛体接続節点数が１となる形状要素の数は１１個（要素Ｅ５０２，Ｅ５０３，Ｅ５０５，Ｅ５０６，Ｅ５０９，Ｅ５１５，Ｅ５１７，Ｅ５１８，Ｅ５１９，Ｅ５２１，Ｅ５２３）となる。尚、この例は、分かりやすく説明するために、形状要素を三角形のシェル要素とし、剛体要素の本数を少なくしてあるが、実際には、例えば、４面体を使ったソリッド要素など、節点数の多い形状要素を用い、剛体要素の本数も多くなる場合が多い。また、２次要素を用いる場合もある。従って、こうした場合には、剛体接続節点数は、その最大値が３よりも大きな数値となる。

続いて、マイコン部１０は、ステップＳ１１０において、操作者に対して、設定節点数の入力を指示するメッセージを表示部４０に表示する。この設定節点数は、形状要素と剛体要素との接続度合の閾値、つまり、非設計領域の範囲を決める設定値であり、本発明における設定数に相当する。続いて、ステップＳ１１１において、入力操作部３０から設定節点数が入力されるまで待機する。そして、設定節点数が入力されると（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１１２に進める。このステップＳ１１０〜Ｓ１１１の処理は、設定節点数入力部１５の実施する処理となる。

マイコン部１０は、続くステップＳ１１２において、対象部品のＰＩＤ番号を有する形状要素を対象として、剛体接続節点数が設定節点数以上となる形状要素を抽出する。例えば、図３，図４に示す例において、設定節点数２が入力された場合には、要素Ｅ５０４，Ｅ５１０，Ｅ５１１，Ｅ５１２，Ｅ５１３，Ｅ５１４，Ｅ５２０，Ｅ５２２が抽出される。このステップＳ１１２の処理は、形状要素抽出部１６の実施する処理となる。

続いて、マイコン部１０は、ステップＳ１１３において、抽出した形状要素のＰＩＤ番号を非設計領域のＰＩＤ番号に変更する。この非設計領域のＰＩＤ番号は、上述したステップＳ１０４〜Ｓ１０５で操作者により入力された番号である。例えば、対象部品のＰＩＤ番号が１１、非設計領域のＰＩＤ番号が１５であるとすると、剛体接続節点数が設定節点数以上となる形状要素に対しては、ＰＩＤ番号が１１から１５に変更され、剛体接続節点数が設定節点数未満となる形状要素に対しては、ＰＩＤ番号が変更されない。また、例えば、シェル要素Ｅ５１４を非設計領域に設定する場合には、その要素データは、（Ｅ５１４，１０７，１０８，１１３，ＰＩＤ１１）から、（Ｅ５１４，１０７，１０８，１１３，ＰＩＤ１５）に変更される。

こうして、ＰＩＤ番号でＦＥＭモデルが非設計領域と設計領域とに仕分けされる。非設計領域は、剛体要素により形状変化しない領域とその周辺領域とをあわせた領域に設定され、設計領域は、それ以外の領域に設定される。

続いて、マイコン部１０は、ステップＳ１１４において、ＰＩＤ番号を変更したＦＥＭモデル（修正ＦＥＭモデル）を出力し、ＦＥＭモデル修正ルーチンを終了する。この場合、修正ＦＥＭモデルをＦＥＭモデル記憶部２０に出力して記憶するようにしてもよいし、メモリカード等の記憶媒体に出力して記憶するようにしてもよい。このステップＳ１１３，Ｓ１１４の処理は、ＰＩＤ変更部１８の実施する処置となる。

図５は、車両のナックル部材の一部分を表す。図中において、グレーで塗った領域ＡがＦＥＭモデル修正ルーチンにより自動設定された非設計領域を表す。この例では、サスペンションアーム等の他の部材とボルトにより連結される部分において、剛体要素が設定されており、この剛体要素が設定された領域およびその周辺が非設計領域に設定される。従来においては、画面に表示したＦＥＭモデルの形状から非設計領域を作業者がマウス操作で設定していたが、本実施形態においては、剛体接続節点数に基づいて非設計領域が自動設定される。

以上説明した本実施形態の設計支援装置によれば、形状要素における剛体要素との接続度合を表す剛体接続節点数に基づいて、非設計領域と設計領域とが自動仕分けされるため、非設計領域にバラツキが生じることがない。従って、形状最適化ソフトで最適化計算を実施して得られる最適解にもバラツキが生じない。また、マウス操作による領域指定作業を必要としないため、作業工数を低減することができる。

また、剛体接続節点数の閾値である設定節点数を任意に指定することができるため、非設計領域の広さを自由に調整することが可能となる。しかも、設定節点数の指定に際しては、前もって、剛体接続節点数ごとに分けられた形状要素の数が表示されるため、操作者（設計者）にとって、設定節点数をどの程度の値にしたらよいかの判断が容易となる。これにより、非設計領域の設定が容易、かつ、適切なものとなる。

また、ＰＩＤ番号を利用して非設計領域と設計領域との識別を行うようにしているため、データ構成の変更が伴わないため、ＦＥＭモデルの汎用性を確保することができる。従って、汎用の形状最適化ソフトをそのまま使用することができる。

以上、本実施形態の設計支援装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、三角形シェル要素を用いて説明しているが、形状要素のタイプは、四面体、五面体、六面体等を用いたソリッド要素であってもよい。また、シェル要素においても、三角形に限らず四角形など他の形状であってもよい。また、形状要素は、１次要素に限らず、２次要素以上であってもよい。例えば、剛性ではない別の要素に対して仕分けすることも考えられる。

また、本実施形態においては、非設計領域に設定する形状要素のＰＩＤ番号を変更しているが、設計領域に設定する形状要素のＰＩＤ番号を変更してもよいし、非設計領域に設定する形状要素のＰＩＤ番号と設計領域に設定する形状要素のＰＩＤ番号の両方を互いに異なる値となるように変更してもよい。

尚、本実施形態における形状要素抽出部１６が本発明の抽出手段に相当し、ＰＩＤ変更部１８が本発明の領域設定手段に相当する。また、本実施形態における設定節点数入力部１５が本発明の設定数入力手段に相当する。また、本実施形態におけるカウント部１３が本発明の剛体接続節点数カウント手段に相当し、形状要素数表示部１４が本発明の形状要素数表示手段に相当する。また、本実施形態における対象ＰＩＤ入力部１２が本発明の識別データ入力手段に相当する。

また、本実施形態におけるＦＥＭモデル修正ルーチンのステップＳ１１２が本発明の抽出ステップに相当し、ステップＳ１１３が本発明の領域設定ステップに相当する。また、本実施形態におけるＦＥＭモデル修正ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ１１１が本発明の設定数入力ステップに相当する。また、本実施形態におけるＦＥＭモデル修正ルーチンのステップＳ１０６〜Ｓ１０８が本発明の剛体接続節点数カウントステップに相当し、ステップＳ１０９が本発明の形状要素数表示ステップに相当する。また、本実施形態におけるＦＥＭモデル修正ルーチンのステップＳ１０２〜Ｓ１０３が本発明の識別データ入力ステップに相当する。

１０…マイコン部、１１…モデル読込部、１２…対象ＰＩＤ入力部、１３…カウント部、１４…形状要素数表示部、１５…設定節点数入力部、１６…形状要素抽出部、１７…非設計領域ＰＩＤ入力部、１８…ＰＩＤ変更部、２０…ＦＥＭモデル記憶部、３０…入力操作部、４０…表示部、Ｇ４０１，Ｇ４０２，Ｇ４０３，Ｇ４０４，Ｇ４０５…剛体要素、Ｎ１０１〜Ｎ１２０…節点、Ｅ５００〜Ｅ５２９…形状要素、Ａ…非設計領域。

Claims (12)

1. 予め剛体要素が設定された有限要素モデルに対して、形状変更を行ってもよい領域である設計領域と、形状変更を禁止する領域である非設計領域とに仕分けする設計支援装置であって、
   前記有限要素モデルから、前記剛体要素との接続度合が予め設定した接続度合以上となる形状要素を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された形状要素を前記非設計領域に設定する領域設定手段と
   を備えたことを特徴とする設計支援装置。
2. 前記抽出手段は、形状要素の節点のうち前記剛体要素に接続されている節点の数である剛体接続節点数が、予め設定した設定数以上となる形状要素を抽出することを特徴とする請求項１記載の設計支援装置。
3. 操作者の操作による前記設定数の指定を受け付ける設定数入力手段を備え、
   前記抽出手段は、前記剛体接続節点数が前記設定数入力手段で受け付けた設定数以上となる形状要素を抽出することを特徴とする請求項２記載の設計支援装置。
4. 前記有限要素モデルから、前記剛体要素に接続されている形状要素を全て抽出し、抽出した形状要素ごとに前記剛体接続節点数をカウントする剛体接続節点数カウント手段と、
   前記剛体接続節点数ごとに、各剛体接続節点数の節点にて前記剛体要素と接続されている形状要素の数を求めて表示する形状要素数表示手段と
   を備えたことを特徴とする請求項３記載の設計支援装置。
5. 前記有限要素モデルに含まれる要素特性を表す識別データの指定を操作者の操作により受け付ける識別データ入力手段を備え、
   前記抽出手段は、前記識別データ入力手段で受け付けた識別データを有する形状要素から抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の設計支援装置。
6. 前記領域設定手段は、前記非設計領域に設定する形状要素の識別データと、前記非設計領域に設定しない形状要素の識別データとが互いに異なるデータとなるように、少なくとも何れか一方の形状要素の識別データを変更することを特徴とする請求項５記載の設計支援装置。
7. 予め剛体要素が設定された有限要素モデルに対して、形状変更を行ってもよい領域である設計領域と、形状変更を禁止する領域である非設計領域とにコンピュータで仕分けする設計支援方法であって、
   前記有限要素モデルから、前記剛体要素との接続度合が予め設定した接続度合以上となる形状要素を抽出する抽出ステップと、
   前記抽出ステップで抽出された形状要素を前記非設計領域に設定する領域設定ステップと
   を実行することを特徴とする設計支援方法。
8. 前記抽出ステップは、形状要素の節点のうち前記剛体要素に接続されている節点の数である剛体接続節点数が、予め設定した設定数以上となる形状要素を抽出することを特徴とする請求項７記載の設計支援方法。
9. 操作者の操作による前記設定数の指定を受け付ける設定数入力ステップを実行し、
   前記抽出ステップは、前記剛体接続節点数が前記設定数入力ステップで受け付けた設定数以上となる形状要素を抽出することを特徴とする請求項８記載の設計支援方法。
10. 前記設定数入力ステップを実行する前に、
    前記有限要素モデルから、前記剛体要素に接続されている形状要素を全て抽出し、抽出した形状要素ごとに前記剛体接続節点数をカウントする剛体接続節点数カウントステップと、
    前記剛体接続節点数ごとに、各剛体接続節点数の節点にて前記剛体要素と接続されている形状要素の数を求めて表示する形状要素数表示ステップと
    を実行することを特徴とする請求項９記載の設計支援方法。
11. 前記有限要素モデルに含まれる要素特性を表す識別データの指定を操作者の操作により受け付ける識別データ入力ステップを実行し、
    前記抽出ステップは、識別データ入力ステップで受け付けた識別データを有する形状要素から抽出することを特徴とする請求項７ないし請求項１０の何れか一項記載の設計支援方法。
12. 前記領域設定ステップは、前記非設計領域に設定する形状要素の識別データと、前記非設計領域に設定しない形状要素の識別データとが互いに異なるデータとなるように、少なくとも何れか一方の形状要素の識別データを変更することを特徴とする請求項１１記載の設計支援方法。

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