JP2015088062A - Analysis model creation device, analysis model creation program, and analysis model creation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a time used in creating an analysis model and heighten the accuracy of analysis.SOLUTION: An analysis model creation device according to an embodiment has the configuration below. A first division processing unit divides the whole area corresponding to the shape of an object to be analyzed into a plurality of first divided elements having a uniform shape. A second division processing unit divides an edge section of the whole area corresponding to the shape of the object to be analyzed into a plurality of second divided elements having a discretionarily determined shape. A displacement information setting unit sets, on the basis of the relative physical relationship of the mutual nodal points of the first and second divided elements having an overlapping area, information relating to the displacement of the mutual nodal points when a stress is applied to the object to be analyzed. A rigidity information setting unit sets, on the basis of the degree of duplication, with each other, of the first and second divided elements having an overlapping area, information relating to rigidity for the divided elements having the overlapping area. An analysis model creation processing unit takes in the set information relating to displacement and information relating to rigidity and creates an analysis model.

Description

本発明の実施形態は、解析モデル作成装置、解析モデル作成プログラム及び解析モデル作成方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to an analysis model creation device, an analysis model creation program, and an analysis model creation method.

解析モデルを用いた構造解析は、構造物の健全性や強度を評価する際に有用である。複雑な形状をそのまま解析モデル化して結果を得る大規模な解析は、近年の計算機性能の向上や解析技術の発達によって、製品の設計や開発に積極的に取り入れられている。   Structural analysis using an analysis model is useful for evaluating the soundness and strength of a structure. Large-scale analysis that obtains results by directly modeling complex shapes as an analysis model has been actively incorporated into product design and development due to recent improvements in computer performance and development of analysis technology.

ただし、大規模な解析は、解析モデルの作成に膨大な時間及び労力を要する。特に、複雑な形状の構造解析や流体解析は、解析モデルの作成に要する時間が解析時間よりも長くなる場合もある。したがって、解析モデルの作成時間は、製品の開発及び設計におけるリードタイムの律則要因(ボトルネック)となる場合が多い。   However, large-scale analysis requires enormous time and labor to create an analysis model. In particular, in the structural analysis and fluid analysis of complicated shapes, the time required to create an analysis model may be longer than the analysis time. Therefore, the analysis model creation time often becomes a rule factor (bottleneck) of lead time in product development and design.

通常、三次元形状の解析モデル化に際しては、三次元CADデータを用いて、三次元形状の解析対象物の解析空間が要素分割される。この要素分割などを経て得られた解析モデルは、境界条件などが設定された後、数値解析が行われて解析結果が出力される。ここで、解析モデルを作成するための膨大な時間及び労力は、多くの場合、解析空間を要素分割する際に必要となる。例えば、要素分割の際に歪な形状の要素を用いると、解析精度が大きく低下する。このような場合、要素分割は、専門性を有する技術者が手作業によって行うことになる。   Usually, when an analysis model of a three-dimensional shape is created, the analysis space of the analysis object of the three-dimensional shape is divided into elements using the three-dimensional CAD data. The analysis model obtained through the element division or the like is subjected to numerical analysis after boundary conditions and the like are set, and an analysis result is output. Here, enormous time and labor for creating the analysis model are often required when the analysis space is divided into elements. For example, if an element having a distorted shape is used for element division, the analysis accuracy is greatly reduced. In such a case, the element division is performed manually by a technician having expertise.

そこで、上記の課題を考慮し、要素分割を自動で行うオートメッシュ技術が開発されている。オートメッシュソフトの一例である超高速メッシュジェネレータなどは、要素分割の作業時間を大幅に削減し、その作業時間を従来比の例えば1/3〜1/20以下にまで短縮することなどが可能である。   In view of the above problems, an auto mesh technique for automatically dividing an element has been developed. An ultra-high-speed mesh generator, which is an example of auto-mesh software, can significantly reduce the work time for element division and reduce the work time to, for example, 1/3 to 1/20 or less of the conventional method. is there.

また、オートメッシュ技術の他の例として、ボクセル要素技術が知られている。ボクセル要素技術は、三次元空間において規則的な形状の正規格子単位(ボクセル)を用いることで、短時間で解析モデルを作成することができる。例えば、解析対象物の表面形状を定義した形状データは、ボクセル要素に分割されることによって解析モデル化される。   As another example of the auto mesh technique, a voxel element technique is known. The voxel element technology can create an analysis model in a short time by using regular lattice units (voxels) having a regular shape in a three-dimensional space. For example, the shape data defining the surface shape of the analysis object is divided into voxel elements and converted into an analysis model.

ボクセル要素による解析モデル化は、限定された形状の要素を用いるため、任意形状の要素による解析モデル化と比べ、要素の形成時間が圧倒的に短く、しかも解析精度の確保や管理も容易である。一方、欠点として、解析モデルの縁部(表面)は、例えば任意の形状の曲面とボクセル要素の境界とを整合させることが困難であるため、境界条件の設定誤差や解析精度の低下が生じるおそれがある。特に、構造解析の分野では、応力集中などが起こりやすい構造物の縁部における応力値を評価する頻度が高い。したがって、解析モデルの縁部での解析精度の低下は、ボクセル要素技術を用いた場合の大きな欠点といえる。   Analytical modeling with voxel elements uses limited-shaped elements, so the element formation time is overwhelmingly short compared to analytical modeling with arbitrary-shaped elements, and analysis accuracy is easily secured and managed. . On the other hand, the edge (surface) of the analysis model is disadvantageous, for example, because it is difficult to align the curved surface of an arbitrary shape and the boundary of the voxel element, which may cause a boundary condition setting error and a decrease in analysis accuracy. There is. In particular, in the field of structural analysis, the frequency of evaluating stress values at the edges of structures where stress concentration is likely to occur is high. Therefore, a decrease in analysis accuracy at the edge of the analysis model can be said to be a major drawback when the voxel element technology is used.

このような欠点を回避する目的として、解析対象物の縁部がボクセル要素を切断する交点を検出することで、解析モデルの縁部に位置するボクセル要素の形状を自動修正する技術が提案されている。この技術によって、ある程度の解析精度は確保される。しかしながら、解析モデルの縁部においてボクセル要素が局所的に歪んでしまうため、解析精度の確保や管理が難しくなる。   In order to avoid such drawbacks, a technique for automatically correcting the shape of the voxel element located at the edge of the analysis model by detecting the intersection where the edge of the analysis object cuts the voxel element has been proposed. Yes. This technique ensures a certain level of analysis accuracy. However, since the voxel elements are locally distorted at the edge of the analysis model, it is difficult to ensure and manage the analysis accuracy.

そこで、ボクセル要素とは別個の要素を、解析モデルの縁部のボクセル要素に重ね合わせて配置する重合メッシュ法なども提案されている。この重合メッシュ法と有限被覆法とを統合させた数値解析は、解析モデルの縁部において、有限被覆法単独での解析精度の低下を抑えることができる。これにより、二次元問題(二次元の数値解析)で解析誤差を例えば1.6%程度まで、また、3次元問題(三次元の数値解析)で解析誤差を例えば2.4%程度まで、抑えることが可能となり、非常に優れた解析精度を得ることができる。   In view of this, a superposition mesh method in which an element separate from the voxel element is arranged so as to overlap the voxel element at the edge of the analysis model has been proposed. In the numerical analysis in which the superposition mesh method and the finite covering method are integrated, it is possible to suppress a decrease in the analysis accuracy of the finite covering method alone at the edge of the analysis model. As a result, the analysis error is suppressed to, for example, about 1.6% in the two-dimensional problem (two-dimensional numerical analysis), and the analysis error is suppressed to, for example, about 2.4% in the three-dimensional problem (three-dimensional numerical analysis). And very good analysis accuracy can be obtained.

しかしながら、重合メッシュ法と有限被覆法とを統合させた数値解析は、従来の有限要素法と比べて収束計算(反復計算)の負荷が大きく、必然的に解析時間が長くなるため、大規模な解析への適用が難しく、さらなる改善が望まれている。   However, the numerical analysis that integrates the superposition mesh method and the finite covering method has a larger load of convergence calculation (iterative calculation) than the conventional finite element method, and the analysis time is inevitably longer. Application to analysis is difficult, and further improvements are desired.

特開2000−182081号公報JP 2000-182081 A 特開2000−194881号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-194881 特許第3272830号公報Japanese Patent No. 3272830

田中守他,“数値シミュレーションを活用し、生産性を向上させるものづくり革新”,三菱重工技報,Vol.48, No.1, pp.61-64(2011).Mamoru Tanaka et al., “Manufacturing Innovation Utilizing Numerical Simulation to Improve Productivity”, Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol.48, No.1, pp.61-64 (2011). 嶋村寿文他,“有限被覆法と重合メッシュ法による解析法”,計算工学講演会論文集,Vol.10,pp375-376(2005).Toshifumi Shimamura et al., “Analysis by Finite Cover Method and Superposition Mesh Method”, Proceedings of the Lecture on Computational Engineering, Vol.10, pp375-376 (2005). 鈴木克幸他,“重合メッシュ法における有限被覆法の精度向上”,日本機械学会第18回計算力学講演会講演論文集,pp.177-178(2005).Suzuki Katsuyuki et al., “Improvement of accuracy of finite covering method in superposition mesh method”, Proceedings of the 18th Japan Society of Mechanical Engineers, pp.177-178 (2005).

以上のように、構造物の健全性や強度の評価に利用される例えば大規模な構造解析において、解析モデルの作成時間が短く、また解析精度が高く、しかも計算に要する時間が短い、実用性を兼ね備えた解析方法は未だに見出されていない。特に、ボクセル要素技術を用いて、解析モデルの作成時間の短縮化を図れると共に、優れた解析精度や解析収束性の得られる解析方法は未だに確立されていない。   As described above, for example, in large-scale structural analysis used to evaluate the soundness and strength of structures, the creation time of analysis models is short, the analysis accuracy is high, and the calculation time is short. No analysis method has been found yet. In particular, an analysis method that can shorten the creation time of an analysis model by using voxel element technology and obtains excellent analysis accuracy and analysis convergence has not been established yet.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、解析モデルの作成時間を短縮できると共に解析精度を高めることができる解析モデル作成装置、解析モデル作成プログラム及び解析モデル作成方法を提供することである。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide an analysis model creation device, an analysis model creation program, and an analysis model creation method that can shorten the creation time of an analysis model and increase the analysis accuracy.

実施の形態の解析モデル作成装置は、第1分割処理部、第2分割処理部、変位情報設定部、剛性情報設定部及び解析モデル作成処理部を備えている。第1分割処理部は、解析対象物の形状に対応する全領域を、互いに均一な形状を有する複数の第1の分割要素に分割する。第2分割処理部は、前記解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部を、任意に定めた形状を有する複数の第2の分割要素に分割する。変位情報設定部は、重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの互いの節点の相対的な位置関係に基づいて、前記解析対象物へ応力が加わったときの当該互いの節点の変位に関する情報を設定する。剛性情報設定部は、前記重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ分割要素に対して剛性に関する情報を設定する。解析モデル作成処理部は、前記設定された変位に関する情報及び剛性に関する情報を取り入れて解析モデルを作成する。   The analysis model creation apparatus according to the embodiment includes a first division processing unit, a second division processing unit, a displacement information setting unit, a stiffness information setting unit, and an analysis model creation processing unit. The first division processing unit divides the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of first division elements having a uniform shape. A 2nd division | segmentation process part divides | segments the edge part of the whole area | region corresponding to the shape of the said analysis target object into several 2nd division elements which have the shape defined arbitrarily. The displacement information setting unit, based on the relative positional relationship between the nodes of the first and second divided elements having an overlapping region, when the stress is applied to the analysis object, Set information about displacement. The rigidity information setting unit sets information on rigidity for the divided element having the overlapped area based on the degree of overlap between the first and second divided elements having the overlapped area. The analysis model creation processing unit creates the analysis model by taking in the information on the set displacement and the information on the rigidity.

第1の実施形態に係る解析モデル作成装置を含む構造解析システムの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a structural analysis system including an analysis model creation device according to a first embodiment. 図1の解析モデル作成装置が取得するCADデータの一例を示す図。The figure which shows an example of the CAD data which the analysis model creation apparatus of FIG. 1 acquires. 図2のCADデータから得られた解析対象物の形状に対応する全領域を、内部要素で分割した状態を示す図。The figure which shows the state which divided | segmented the whole area | region corresponding to the shape of the analysis target object obtained from CAD data of FIG. 2 by the internal element. 図3の解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部における指定した範囲を表面要素で分割した状態を示す図。The figure which shows the state which divided | segmented the designated range in the edge part of the whole area | region corresponding to the shape of the analysis target object of FIG. 3 by the surface element. 図1の解析モデル作成装置による処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process by the analysis model production apparatus of FIG. 重複した領域を持つ内部要素と表面要素との互いの節点の座標値とその変位について説明するための図。The figure for demonstrating the coordinate value of the mutual node of the internal element and surface element which have an overlapping area | region, and its displacement. 内部要素と表面要素との重複の度合いを例示した図。The figure which illustrated the degree of overlap with an internal element and a surface element. 図1の解析モデル作成装置による解析対象物の解析結果を例示した図。The figure which illustrated the analysis result of the analysis subject by the analysis model creation device of Drawing 1. 比較例の解析モデル作成装置による解析対象物の解析結果を例示した図。The figure which illustrated the analysis result of the analysis subject by the analysis model creation device of a comparative example. 図1の解析モデル作成装置による解析精度の検証例を示す図。The figure which shows the verification example of the analysis precision by the analysis model creation apparatus of FIG. 第2の実施形態に係る解析モデル作成装置を含む構造解析システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the structural analysis system containing the analysis model production apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る解析モデル作成装置を含む構造解析システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the structural analysis system containing the analysis model production apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 内部要素と表面要素との重複の度合いが大きい場合を例示した図。The figure which illustrated the case where the degree of overlap with an internal element and a surface element is large. 図13のA部詳細図。FIG. 14 is a detailed view of part A in FIG. 13. 内部要素と表面要素との重複している比率に応じた弾性率の修正方法を説明するための図。The figure for demonstrating the correction method of the elasticity modulus according to the ratio with which an internal element and a surface element overlap. 内部要素と表面要素とが座標系で重複している状態の一例を示す図。The figure which shows an example of the state in which an internal element and a surface element overlap in a coordinate system. 内部要素と表面要素とが座標系で重複している状態の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the state in which an internal element and a surface element overlap in a coordinate system. 内部要素と表面要素とが座標系で重複している状態のさらにその他の例を示す図。The figure which shows the further another example of the state in which an internal element and a surface element overlap in a coordinate system. 内部要素と表面要素とが座標系で重複している状態の図16〜図18とは異なる他の例を示す図。The figure which shows the other example different from FIGS. 16-18 of the state in which an internal element and a surface element overlap in a coordinate system. 図12の解析モデル作成装置による解析精度の検証例を示す図。The figure which shows the verification example of the analysis precision by the analysis model production apparatus of FIG.

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
<第1の実施の形態>
図1に示すように、本実施形態に係る構造解析システム15は、解析モデル作成装置20と、構造解析処理部27と、解析結果出力部28と、を備えている。解析モデル作成装置20は、図1に示すように、CAD(Computer aided design)データ取得部26、第1分割処理部21、第2分割処理部22、変位情報設定部23、剛性情報設定部24及び解析モデル作成処理部25を備えている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the structural analysis system 15 according to the present embodiment includes an analytical model creation device 20, a structural analysis processing unit 27, and an analysis result output unit 28. As shown in FIG. 1, the analysis model creation apparatus 20 includes a CAD (Computer Aided Design) data acquisition unit 26, a first division processing unit 21, a second division processing unit 22, a displacement information setting unit 23, and a stiffness information setting unit 24. And an analysis model creation processing unit 25.

ここで、解析モデル作成装置20は、RAMなどのメインメモリ、HDDなどの補助(二次)記憶装置、CPU、ROMといった各種のハードウェアを搭載している。解析モデル作成装置20は、外部(補助)記憶装置やROMなどに予め格納された解析モデル作成プログラムをメインメモリ上にロードすることによって、第1分割処理部21、第2分割処理部22、変位情報設定部23などを含む上記した各構成要素を例えばソフトウェアによって実現する。なお、これらの構成要素は、ソフトウェアに代えてハードウェアで構成されていてもよい。   Here, the analysis model creation device 20 is equipped with various types of hardware such as a main memory such as a RAM, an auxiliary (secondary) storage device such as an HDD, a CPU, and a ROM. The analysis model creation device 20 loads an analysis model creation program stored in advance in an external (auxiliary) storage device, a ROM, or the like onto the main memory, whereby the first division processing unit 21, the second division processing unit 22, and the displacement Each of the above-described components including the information setting unit 23 is realized by software, for example. Note that these components may be configured by hardware instead of software.

図2〜図4は、本実施形態の技術的概念の理解を容易にするために、二次元での解析モデル化を例示したものである。図2は、略L字型の形状を有する解析対象物のCADデータの一例を示している。図2に示すように、構造解析によって評価される評価部位3は、応力集中が生じ得る凹部である。   2 to 4 illustrate two-dimensional analysis modeling in order to facilitate understanding of the technical concept of the present embodiment. FIG. 2 shows an example of CAD data of an analysis object having a substantially L-shaped shape. As shown in FIG. 2, the evaluation site 3 evaluated by the structural analysis is a concave portion where stress concentration can occur.

図1、図2、図5(図5のS1)に示すように、CADデータ取得部26は、CADデータを取得する。図2に示すように、CADデータは、複数の座標データ1と、座標データどうしをつなぐ形状データ2とを有している。CADデータ取得部26は、これら座標データ1及び形状データ2から解析対象物の形状に対応する領域(座標空間)を得る。   As shown in FIGS. 1, 2, and 5 (S1 in FIG. 5), the CAD data acquisition unit 26 acquires CAD data. As shown in FIG. 2, the CAD data includes a plurality of coordinate data 1 and shape data 2 that connects the coordinate data. The CAD data acquisition unit 26 obtains a region (coordinate space) corresponding to the shape of the analysis target object from the coordinate data 1 and the shape data 2.

第1分割処理部21は、図1、図3、図5(図5のS2)に示すように、解析対象物の形状に対応する全領域を、互いに均一な形状を有する複数(有限個)の内部要素4(第1の分割要素)に分割する。第1分割処理部21は、図3に示すように、内部要素4として、形状及びサイズが一様な正規格子単位である四角形要素(正方形要素)を適用して要素分割する。二次元解析の場合の四角形要素(ピクセル要素)は、三次元解析の場合では六面体要素(ボクセル要素)に相当する。   As shown in FIG. 1, FIG. 3, FIG. 5 (S2 in FIG. 5), the first division processing unit 21 has a plurality of (finite number) of all regions corresponding to the shape of the analysis object having a uniform shape. Are divided into internal elements 4 (first divided elements). As illustrated in FIG. 3, the first division processing unit 21 performs element division by applying a quadrilateral element (square element) that is a regular lattice unit having a uniform shape and size as the internal element 4. A square element (pixel element) in the case of two-dimensional analysis corresponds to a hexahedral element (voxel element) in the case of three-dimensional analysis.

第1分割処理部21は、互いに形状及びサイズが均一な内部要素4を適用して、要素分割を含むモデル化を行うため、既存のソフトウェアなどを用いて自動処理を実施でき、非常に短時間で処理が完了する。第1分割処理部21によるこのような要素分割を含むモデル化は、分割された内部要素4毎に、弾性率の初期値を設定する処理を有している。   Since the first division processing unit 21 applies the internal elements 4 having a uniform shape and size to perform modeling including element division, the first division processing unit 21 can perform automatic processing using existing software or the like, and can perform a very short time. This completes the process. Modeling including such element division by the first division processing unit 21 includes processing for setting an initial value of the elastic modulus for each divided internal element 4.

第2分割処理部22は、図1、図4、図5(図5のS3)に示すように、解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部を、任意に定めた形状を有する複数(有限個)の表面要素(第2の分割要素)5に分割する。つまり、第2分割処理部22は、図4に示すように、複数の表面要素5を用いて解析対象物の表面形状に沿って滑らかにモデル化を行う。   As shown in FIGS. 1, 4, and 5 (S3 in FIG. 5), the second division processing unit 22 has a shape in which the edge of the entire region corresponding to the shape of the analysis target is arbitrarily determined. Dividing into a plurality (finite number) of surface elements (second dividing elements) 5. That is, as shown in FIG. 4, the second division processing unit 22 performs modeling smoothly using the plurality of surface elements 5 along the surface shape of the analysis object.

具体的には、第2分割処理部22は、解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部において、解析モデル作成装置20本体への入力操作によって指定した範囲(凹部となる評価部位3)を、複数の表面要素5に分割する。表面要素5を配置する位置は、解析精度が要求される箇所や境界条件が必要な箇所など、解析者自身が任意に指定することを可能とする。   Specifically, the second division processing unit 22 has a range specified by an input operation to the main body of the analysis model creation apparatus 20 (an evaluation part to be a recess) at the edge of the entire region corresponding to the shape of the analysis object. 3) is divided into a plurality of surface elements 5. The position where the surface element 5 is arranged can be arbitrarily specified by the analyst himself such as a place where analysis accuracy is required or a place where boundary conditions are required.

図4に示すように、表面要素5は、任意の形状の四角形要素を用いる。三次元解析の場合の四角形要素は、三次元解析の場合では六面体要素に相当する。表面要素5には、形状に制約を持つシェル要素などを適用することも可能である。ここで、第1分割処理部21及び第2分割処理部22による各処理は、取得したCADデータに基づいて、シェル要素の作成、又は厚さを持たせたソリッド要素の作成を、プリポストプロセッサなどを介して行う。これにより、評価部位を任意に指定し、迅速にモデル化することが可能となる。   As shown in FIG. 4, the surface element 5 uses a rectangular element having an arbitrary shape. The quadrangular element in the case of three-dimensional analysis corresponds to a hexahedral element in the case of three-dimensional analysis. It is also possible to apply a shell element having a shape restriction to the surface element 5. Here, each process by the first division processing unit 21 and the second division processing unit 22 is based on the acquired CAD data to create a shell element or a solid element with a thickness, such as a pre-post processor. Do through. Thereby, it becomes possible to specify an evaluation part arbitrarily and to model quickly.

変位情報設定部23、剛性情報設定部24及び解析モデル作成処理部25は、図1、図5(図5のS4)〜図7に示すように、上述した内部要素4と表面要素5とを連結する連結プロセスを実行する。この連結プロセスは、内部要素4と表面要素5とが、重なり合ったまま解析結果を求めても、適切な値が得られるように自動修正する工程である。   As shown in FIGS. 1 and 5 (S4 in FIG. 5) to FIG. 7, the displacement information setting unit 23, the stiffness information setting unit 24, and the analysis model creation processing unit 25 perform the above-described internal element 4 and surface element 5 together. Execute the concatenation process to concatenate. This connection process is a step of automatically correcting so that an appropriate value can be obtained even if the analysis result is obtained while the internal element 4 and the surface element 5 are overlapped.

ここで、変位情報設定部23は、図1、図6に示すように、内部要素4と表面要素5との節点を連結して、相互の変位を伝達できるようにする。すなわち、変位情報設定部23は、重複した領域を持つ内部要素4と表面要素5との互いの節点の相対的な位置関係に基づいて、解析対象物へ応力が加わったときの当該互いの節点の変位に関する情報を設定する。   Here, as shown in FIGS. 1 and 6, the displacement information setting unit 23 connects the nodes of the internal element 4 and the surface element 5 so that the mutual displacement can be transmitted. In other words, the displacement information setting unit 23 is configured so that the mutual nodes when the stress is applied to the analysis object based on the relative positional relationship between the mutual nodes of the internal element 4 and the surface element 5 having overlapping regions. Set information about displacement.

一方、剛性情報設定部24は、図1、図7に示すように、内部要素4と表面要素5とが重なり合っている重複部分(重合部)を考慮した材料特性などを設定し、その重複部分の変形量が、要素どうしの重なりの影響を取り除いた適切な値となるようにする。つまり、剛性情報設定部24は、重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ分割要素に対して剛性に関する情報を設定する。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 7, the stiffness information setting unit 24 sets material characteristics in consideration of an overlapping portion (overlapping portion) where the internal element 4 and the surface element 5 overlap, and the overlapping portion So that the amount of deformation becomes an appropriate value that eliminates the effect of overlapping elements. In other words, the stiffness information setting unit 24 sets information related to stiffness for the divided element having the overlapping region based on the degree of overlap between the first and second divided elements having the overlapping region.

まず、変位情報設定部23による処理を、図6に基づき説明する。内部要素4の節点(連結節点)と表面要素5の節点(被連結節点)とは座標が異なる。したがって、解析対象物へ応力が加わったときの、連結節点と被連結節点との両節点の変位量は、座標の違いとそれにより発生する解析誤差を考慮して設定されることが望ましい。ここで、変位情報設定部23は、解析対象物へ応力が加わったときの、重複した領域を持つ内部要素4と表面要素5との互いの節点(連結節点及び被連結節点)の変位量を、有限要素法の形状関数を用いて設定する。   First, the process by the displacement information setting unit 23 will be described with reference to FIG. The coordinates of the node of the internal element 4 (connected node) and the node of the surface element 5 (connected node) are different. Therefore, when the stress is applied to the analysis target, it is desirable that the displacement amount of both the connected node and the connected node is set in consideration of the difference in coordinates and the analysis error caused thereby. Here, the displacement information setting unit 23 calculates the displacement amount of the mutual nodes (connected nodes and connected nodes) of the internal element 4 and the surface element 5 having overlapping regions when stress is applied to the analysis object. Set using the shape function of the finite element method.

図6は、二次元問題(二次元の数値解析)における一例として、二次元アイソパラメトリック要素の形状関数を用いた例を示している。図6に示すように、表面要素5側の被連結節点の座標値(η,ξ)における変位(υ,ν)は、内部要素4側の例えば四つの連結節点の座標値(xi ,yi)における変位(υi i)を用いて、下記の式[1]によって表現することができる。 FIG. 6 shows an example using a shape function of a two-dimensional isoparametric element as an example in a two-dimensional problem (two-dimensional numerical analysis). As shown in FIG. 6, the displacement (υ, ν) at the coordinate values (η, ξ) of the connected nodes on the surface element 5 side is, for example, the coordinate values (x i , y) of the four connected nodes on the internal element 4 side. Using the displacement (ν i , ν i ) in i ), it can be expressed by the following equation [1].

Figure 2015088062
Figure 2015088062

なお、上記式[1]において、N1〜N4は、下記の式[2]〜式[5]で与えられる。また、連結節点の座標値(xi ,yi)は、xi=−1〜1,yi=−1〜1で定義される要素局所座標系を用いる。 In the above formula [1], N 1 to N 4 are given by the following formula [2] to formula [5]. The coordinate values (x i , y i ) of the connected nodes use the element local coordinate system defined by x i = −1 to 1, y i = −1 to 1.

1=(1−η)・(1−ξ)/4 … 式[2]
2=(1+η)・(1−ξ)/4 … 式[3]
3=(1+η)・(1+ξ)/4 … 式[4]
4=(1−η)・(1+ξ)/4 … 式[5]
N 1 = (1-η) · (1-ξ) / 4 Formula [2]
N 2 = (1 + η) · (1−ξ) / 4 Formula [3]
N 3 = (1 + η) · (1 + ξ) / 4 Formula [4]
N 4 = (1−η) · (1 + ξ) / 4 Formula [5]

すなわち、変位情報設定部23は、上記した式[1]〜式[5]を適用して、内部要素4側の連結節点と表面要素5側の被連結節点とを、互いに連結(連結節点と被連結節点とを互いに関連付けて変位量を設定)することで、有限要素の離散化仮定を満足した変位伝達が行え、高精度な解析を期待できる。なお、内部要素4に高次要素を用いる場合、それに合わせた要素形状関数を用いることで、解析精度を高めることができる。   That is, the displacement information setting unit 23 applies the above equations [1] to [5] to connect the connection node on the inner element 4 side and the connected node on the surface element 5 side to each other (the connection node and the connection node). Displacement that satisfies the discretization assumption of a finite element can be performed, and high-precision analysis can be expected. In addition, when using a high-order element for the internal element 4, an analysis precision can be raised by using the element shape function matched with it.

次に、剛性情報設定部24による処理を、図7に基づき説明する。内部要素4及び表面要素5のそれぞれに対して、本来の解析対象物の構成材料と同じ剛性値を割り当てると、重複した部位は実物よりも剛性値が高くなり解析誤差が発生することになる。そこで、この解析誤差を低減するために、剛性情報設定部24は、図7に示すように、重複した領域(重複部8)を持つ内部要素4と表面要素5との重複の度合いに基づいて(重複した部位の重なりの程度を判定して)、当該重複した領域を持つ内部要素4に対して弾性率(剛性値)を設定(再設定)する。   Next, processing by the rigidity information setting unit 24 will be described with reference to FIG. If the same stiffness value as that of the constituent material of the original analysis object is assigned to each of the internal element 4 and the surface element 5, the overlapping portion has a higher stiffness value than the actual material, and an analysis error occurs. Therefore, in order to reduce this analysis error, the stiffness information setting unit 24, as shown in FIG. 7, is based on the degree of overlap between the internal element 4 and the surface element 5 having overlapping regions (overlapping portions 8). The elastic modulus (rigidity value) is set (reset) for the internal element 4 having the overlapping region (by determining the overlapping degree of the overlapping parts).

すなわち、剛性情報設定部24は、図7に示すように、内部要素i(内部要素9)、内部要素iの本来の面積S、内部要素i内での重複部(重合部)の面積Sdupを用いて、内部要素iにおける例えば縦弾性係数などの弾性率(弾性係数)Eiを、以下の式[6]に基づき決定し、この弾性率Eiを内部要素iに対して再設定する。但し、式[6]において、Eは、解析対象物の構成材料である例えば鋼種本来の弾性率(縦弾性係数など)である。 That is, as shown in FIG. 7, the stiffness information setting unit 24 includes the internal element i (internal element 9), the original area S of the internal element i, and the area S dup of the overlapping part (overlapping part) in the internal element i. Is used to determine an elastic modulus (elastic modulus) E i such as a longitudinal elastic modulus in the internal element i based on the following equation [6], and the elastic modulus E i is reset for the internal element i. . However, in Formula [6], E is the original elastic modulus (longitudinal elastic modulus etc.) of the steel grade which is a constituent material of an analysis object.

i={1−(Sdup/S)}×E … 式[6] E i = {1− (S dup / S)} × E (6)

詳述すると、剛性情報設定部24は、面積比(Sdup/S)を用いて、剛性値を初期値より低く設定することで、重複した部位の剛性を、重複していない部位の剛性に近似させる。なお、図6に示すように、二次元問題(二次元の数値解析)を対象としたが、三次元問題(三次元での数値解析)を対象とする場合、剛性情報設定部24は、重複部分の体積率を用いて、弾性率Eiを修正する。このような内部要素4と表面要素5との重複部8を考慮した剛性値の再設定により、解析精度の向上が期待される。 More specifically, the stiffness information setting unit 24 uses the area ratio (S dup / S) to set the stiffness value lower than the initial value, thereby changing the stiffness of the overlapping portion to the stiffness of the non-overlapping portion. Approximate. As shown in FIG. 6, the two-dimensional problem (two-dimensional numerical analysis) is targeted. However, when the three-dimensional problem (three-dimensional numerical analysis) is targeted, the stiffness information setting unit 24 is duplicated. The elastic modulus E i is corrected using the volume ratio of the portion. Improvement of analysis accuracy is expected by resetting the rigidity value in consideration of the overlapping portion 8 between the internal element 4 and the surface element 5.

また、変位情報設定部23による処理及び剛性情報設定部24による処理は、内部要素4と表面要素5との要素分割後に得られる各節点の座標値と各要素を構成する節点番号との一覧表に基づき、解析モデル作成装置20本体にて自動で行える。このため、解析者の労力を必要とすることなく短時間で上述した連結プロセスを完了させることができる。解析モデル作成処理部25は、変位情報設定部23により設定された変位に関する情報(変位量)及び剛性情報設定部24により設定された剛性に関する情報(弾性率)を取り入れて解析モデルを作成する。   Further, the process by the displacement information setting unit 23 and the process by the stiffness information setting unit 24 are a list of the coordinate values of each node obtained after the element division of the internal element 4 and the surface element 5 and the node numbers constituting each element. Based on the above, it can be automatically performed by the main body of the analysis model creation apparatus 20. For this reason, the connection process mentioned above can be completed in a short time without requiring labor of an analyst. The analysis model creation processing unit 25 creates an analysis model by taking in information (displacement amount) related to displacement set by the displacement information setting unit 23 and information (elastic modulus) related to stiffness set by the stiffness information setting unit 24.

図1、図5(図5のS5)に示すように、構造解析処理部27は、境界条件や拘束条件を決定し、解析モデル作成装置20によって作成された解析モデル用いて、有限要素法による構造解析を行う。すなわち、構造解析処理部27は、一般の有限要素ソルバ(数値解析用のソフトウェア)を適用することが可能なので、従来から利用してきた解析環境や知見を生かすことができる。また、前記作成された解析モデルでの解析は、新たな収束計算フローなどが生じないため、例えば計算時間なども実用範囲内で完了する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 5 (S5 in FIG. 5), the structural analysis processing unit 27 determines boundary conditions and constraint conditions, and uses the analysis model created by the analysis model creation device 20 to use the finite element method. Perform structural analysis. That is, since the structural analysis processing unit 27 can apply a general finite element solver (software for numerical analysis), it can make use of the analysis environment and knowledge that have been used conventionally. In addition, since the analysis using the created analysis model does not cause a new convergence calculation flow, for example, the calculation time is completed within a practical range.

図1、図5(図5のS6)、図8に示すように、解析結果出力部28は、構造解析処理部27によって解析された解析モデルの解析結果を出力する。ここで、図9は、比較例として、任意に定めた形状を有する複数の四角形要素のみで作成した従来の解析モデルによる解析結果を真値として示したものである。図8に示すように、本実施形態の構造解析システム15では、凹部(評価部位)に生じ得る応力集中が精度良く再現されており、優れた解析結果が得られていることを確認できる。   As shown in FIG. 1, FIG. 5 (S <b> 6 in FIG. 5), and FIG. 8, the analysis result output unit 28 outputs the analysis result of the analysis model analyzed by the structural analysis processing unit 27. Here, FIG. 9 shows, as a comparative example, an analysis result based on a conventional analysis model created with only a plurality of rectangular elements having arbitrarily defined shapes as a true value. As shown in FIG. 8, in the structural analysis system 15 of this embodiment, the stress concentration that can occur in the recess (evaluation site) is accurately reproduced, and it can be confirmed that an excellent analysis result is obtained.

また、種々の応力値を境界条件として与えた弾性解析において、図10に示すように、本実施形態の構造解析システム15による解析結果(図10の解析値)は、真値(比較例による解析結果に対して、概ね±10%の解析精度を示すこと(凹部でのミーゼス応力の比較結果)を確認することができる。なお、本実施形態の解析時間は、概ね比較例と同程度である。   Further, in the elastic analysis in which various stress values are given as boundary conditions, as shown in FIG. 10, the analysis result (analysis value in FIG. 10) by the structural analysis system 15 of this embodiment is a true value (analysis by a comparative example). It can be confirmed that the analysis accuracy is approximately ± 10% (comparison result of Mises stress in the recess) with respect to the result, and the analysis time of this embodiment is approximately the same as that of the comparative example. .

既述したように、本実施形態に係る解析モデル作成装置20によれば、解析モデルの作成時間を短縮できると共に解析精度及び解析収束性を向上させることができる。   As described above, according to the analysis model creation device 20 according to the present embodiment, the creation time of the analysis model can be shortened and the analysis accuracy and the analysis convergence can be improved.

<第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態を図11に基づき説明する。なお、図11において、第1の実施形態で説明した図1中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。図11に示すように、本実施形態に係る解析モデル作成装置40を含む構造解析システム30は、第1の実施形態の解析モデル作成装置20が備えていた第2分割処理部22に代えて、第2分割処理部42を備えている。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the same components as those in FIG. 1 described in the first embodiment are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. As shown in FIG. 11, the structural analysis system 30 including the analysis model creation device 40 according to the present embodiment is replaced with the second division processing unit 22 provided in the analysis model creation device 20 of the first embodiment. A second division processing unit 42 is provided.

第2分割処理部42は、解析対象物の形状に対応する全領域のうちの周縁部全体を前記複数(有限個)の表面要素(第2の分割要素)に分割する。つまり、解析者(オペレータ)が表面要素を配置する位置(評価部位の範囲)を手動で設定するのではなく、第2分割処理部42は、解析モデルの表面の全てを表面要素にて自動で覆うことによって、解析モデルの作成の簡略化を図り、人為的な労力を削減する。   The second division processing unit 42 divides the entire peripheral portion of the entire region corresponding to the shape of the analysis object into the plurality (finite number) of surface elements (second division elements). That is, the analyzer (operator) does not manually set the position (range of the evaluation site) where the surface element is arranged, but the second division processing unit 42 automatically sets all the surfaces of the analysis model using the surface element. Covering simplifies the creation of the analysis model and reduces human labor.

第2分割処理部42は、表面要素の一辺の長さが、内部要素の一辺の長さの0.5倍〜1.5倍の範囲となるように自動分割する。これに代えて、表面要素のサイズを解析者が任意に指定してもよい。さらに、第2分割処理部42は、解析対象物の内側に向けて、シェル要素やビーム要素などの表面要素を押し出して、解析対象物の厚さ方向に表面要素を作成する。表面要素を押し出す厚さは、解析者が任意に指定できるようにしてもよい。表面要素の形状は、正方形(三次元問題であれば立方体)であることが望ましい。   The second division processing unit 42 performs automatic division so that the length of one side of the surface element is in the range of 0.5 to 1.5 times the length of one side of the internal element. Instead, the analyst may arbitrarily specify the size of the surface element. Further, the second division processing unit 42 pushes out surface elements such as shell elements and beam elements toward the inside of the analysis object, and creates surface elements in the thickness direction of the analysis object. The thickness for extruding the surface element may be arbitrarily specified by the analyst. The shape of the surface element is desirably a square (a cube if it is a three-dimensional problem).

第2分割処理部42は、要素分割に要する時間短縮のために、解析対象物の厚さ方向の要素分割数を自動的に例えば1としている。これに代えて、厚さ方向の要素分割数を指定できるようにしてもよい。なお、第2分割処理部42による処理完了後、表面要素どうしが、重なり合う領域が発生する。この重なり合う領域については、公知技術であるメッシュモーフィングなどを利用して重なりを自動修正する。   The second division processing unit 42 automatically sets the number of element divisions in the thickness direction of the analysis target to be 1, for example, to reduce the time required for element division. Instead of this, the number of element divisions in the thickness direction may be designated. Note that, after the processing by the second division processing unit 42 is completed, a region where the surface elements overlap is generated. For the overlapping region, the overlapping is automatically corrected by using mesh morphing, which is a known technique.

このように、本実施形態の解析モデル作成装置40によれば、第1の実施形態の解析モデル作成装置20と比べて、解析者が評価部位(表面要素を配置する位置)を指定する手間を省くことができるので、解析モデルの作成の迅速化と解析精度の向上との両立を期待できる。   As described above, according to the analysis model creation device 40 of the present embodiment, compared to the analysis model creation device 20 of the first embodiment, the analyst can save time and effort to specify the evaluation part (position where the surface element is arranged). Since it can be omitted, it is possible to expect both the rapid creation of the analysis model and the improvement of the analysis accuracy.

<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態を図12〜図19に基づき説明する。なお、図12において、第1の実施形態で説明した図1中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。図12に示すように、本実施形態に係る解析モデル作成装置60を含む構造解析システム50は、第1の実施形態の解析モデル作成装置20が備えていた剛性情報設定部24に代えて、剛性情報設定部64を備えている。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 1 described in the first embodiment are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. As shown in FIG. 12, the structural analysis system 50 including the analysis model creation device 60 according to the present embodiment replaces the stiffness information setting unit 24 included in the analysis model creation device 20 of the first embodiment with a stiffness. An information setting unit 64 is provided.

本実施形態では、内部要素と表面要素との重複した領域は、座標系によって特定される。剛性情報設定部64は、内部要素と表面要素との重複した領域の座標値に基づいて、当該重複した領域を持つ内部要素に対し縦弾性率及び横弾性率を設定(再設定)する。   In the present embodiment, the overlapping area between the internal element and the surface element is specified by the coordinate system. The stiffness information setting unit 64 sets (resets) the longitudinal elastic modulus and the transverse elastic modulus for the internal element having the overlapped area based on the coordinate value of the overlapped area between the internal element and the surface element.

詳述すると、第1及び第2の実施形態は、内部要素に重複した表面要素の面積の面積比(又は重複した体積の体積比)を用いて、内部要素の弾性率を修正し、このような重複を考慮した等方性弾性体として内部要素を解析した。これら第1及び第2の実施形態の解析方法により優れた解析結果は得られるものの、図13、図14に示すように、した一部、表面要素5との重複部が大きい内部要素11の周辺にて、解析精度が低下する傾向がある。そこで、第3の実施形態に係る解析モデル作成装置60の剛性情報設定部64は、内部要素と表面要素との重複する重複形状に基づく異方性弾性係数を用いて、内部要素の剛性率を修正(弾性率を補正)する。   Specifically, the first and second embodiments modify the elastic modulus of the internal element using the area ratio of the area of the surface element that overlaps the internal element (or the volume ratio of the overlapping volume). The internal element was analyzed as an isotropic elastic body considering the overlap. Although excellent analysis results can be obtained by the analysis methods of the first and second embodiments, as shown in FIGS. 13 and 14, the periphery of the internal element 11 having a large overlap with the surface element 5 is shown. Therefore, the analysis accuracy tends to decrease. Therefore, the stiffness information setting unit 64 of the analysis model creating apparatus 60 according to the third embodiment uses the anisotropic elastic coefficient based on the overlapping shape of the inner element and the surface element to calculate the rigidity factor of the inner element. Correct (correct elastic modulus).

図15は、剛性情報設定部64による剛性率の修正方法を示す概念図である。この図15では、説明の簡略化のために二次元モデルにより、表面要素12及び内部要素14を共に等しいサイズ(A×Amm)の正方形要素とし、Y軸方向にA−Bmm重複した重複部13が存在し、X軸方向に歪が発生する場合を例示している。なお、表面要素12及び内部要素14の各々のX方向の弾性率(ヤング率/縦弾性率)を、E11 S、E11 Iと定義する。 FIG. 15 is a conceptual diagram showing a method of correcting the rigidity factor by the rigidity information setting unit 64. In FIG. 15, for simplicity of explanation, the surface element 12 and the inner element 14 are both square elements of the same size (A × Amm) by a two-dimensional model, and overlapped portion 13 is overlapped by A−B mm in the Y-axis direction. This is an example in which there is a distortion and distortion occurs in the X-axis direction. The elastic modulus (Young's modulus / longitudinal elastic modulus) in the X direction of each of the surface element 12 and the internal element 14 is defined as E 11 S and E 11 I.

図15に示すように、まず、理想状態として、内部要素14側の重合部(重複部)13の剛性が、ゼロである場合を仮定する。この場合、本解析モデルについて、X方向に荷重Gを加えたとき、表面要素12及び内部要素14の各々には、剛性を持つ断面積(図15中では断面の長さ)に応じた荷重が各節点に分配される。図15に示すように、これらの荷重によって、表面要素12及び内部要素14に生じる歪(ε11 S、ε11 I)は、解析の制約に則り内部要素全体が一定の剛性値を持つ場合を想定して計算すると、次の式[6]〜式[11]で得られる値となる。 As shown in FIG. 15, first, as an ideal state, it is assumed that the rigidity of the overlapping portion (overlapping portion) 13 on the internal element 14 side is zero. In this case, when a load G is applied to the analysis model in the X direction, each of the surface element 12 and the internal element 14 has a load corresponding to a rigid cross-sectional area (the cross-sectional length in FIG. 15). Distributed to each node. As shown in FIG. 15, the strain (ε 11 S , ε 11 I ) generated in the surface element 12 and the internal element 14 by these loads is a case where the entire internal element has a constant stiffness value in accordance with the analysis constraints. Assuming calculation, the values obtained by the following equations [6] to [11] are obtained.

F=G・A/(A+B)・0.5 … 式[6]
H=G・B/(A+B)・0.5 … 式[7]
J=G・A/(A+B)・0.5 … 式[8]
K=G・B/(A+B)・0.5 … 式[9]
G F = G · A / (A + B) · 0.5 Formula [6]
G H = G · B / (A + B) · 0.5 Formula [7]
G J = G · A / (A + B) · 0.5 Formula [8]
G K = G · B / (A + B) · 0.5 Formula [9]

表面要素のひずみ:

Figure 2015088062
内部要素のひずみ:
Figure 2015088062
Surface element strain:
Figure 2015088062
Internal element strain:
Figure 2015088062

ここで、理想状態、すなわち、重複部13の内部要素剛性がゼロであった場合の変形を模擬するには、式[10]、式[11]、の各々のひずみε11 S、ε11 Iが、等価であればよいと考えられる。上記の概念を用いて、剛性情報設定部64は、重複部13の寸法値(重複した座標値)より、縦弾性率(縦弾性係数)及び横弾性率(横弾性係数)を修正計算することで、精度の高い解析結果を得ることが可能となる。 Here, in order to simulate the deformation in the ideal state, that is, when the internal element rigidity of the overlapping portion 13 is zero, the strains ε 11 S and ε 11 I in the equations [10] and [11] are used. Are considered to be equivalent. Using the above concept, the stiffness information setting unit 64 corrects and calculates the longitudinal elastic modulus (longitudinal elastic modulus) and the transverse elastic modulus (lateral elastic modulus) from the dimension value (overlapping coordinate value) of the overlapping portion 13. Thus, it is possible to obtain a highly accurate analysis result.

本実施形態では、X軸方向の代表寸法、及びY軸方向の代表寸法を用いて、図15及び式[10]、式[11]に基づき、内部剛性を修正する例を示す。二次元問題(二次元の数値解析)を例にとると、図16〜図19に示すように、内部要素9(内部要素i)に対して表面要素が重複して重複部10が生じるパターンは、4パターンに大別できる。剛性情報設定部64は、各々に対して重複した寸法Li1、Li2、Lj1、Lj2をとり、以下の式[12]〜式[20]を用いて、代表寸法Li、Ljを定義し異方性弾性係数を算出する。 In the present embodiment, an example in which the internal rigidity is corrected based on FIG. 15, Expression [10], and Expression [11] using the representative dimension in the X-axis direction and the representative dimension in the Y-axis direction is shown. Taking a two-dimensional problem (two-dimensional numerical analysis) as an example, as shown in FIGS. 16 to 19, a pattern in which an overlapping portion 10 is generated by overlapping surface elements with respect to an internal element 9 (internal element i) is as follows. It can be roughly divided into 4 patterns. The rigidity information setting unit 64 takes overlapping dimensions L i1 , L i2 , L j1 , L j2 for each, and uses the following formulas [12] to [20] to represent the representative dimensions L i , L j. And the anisotropic elastic modulus is calculated.

<Liの導出方法>

Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
<Ljの導出方法>
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
<Method for deriving Li>
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
<Lj derivation method>
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062

Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062
Figure 2015088062

図20は、本実施形態の解析モデル作成装置60によって作成された解析モデルを用いた解析結果(解析値)と、第1の実施形態と同様に比較例として、任意に定めた形状を有する複数の四角形要素のみで作成した従来の解析モデルを用いた解析結果(真値)と、を比較して表した解析精度の検証結果を示している。図20に示すように、本実施形態では優れた解析精度が得られていることがわかる。   FIG. 20 shows an analysis result (analysis value) using an analysis model created by the analysis model creation device 60 of the present embodiment, and a plurality of arbitrarily defined shapes as a comparative example as in the first embodiment. The analysis result (true value) using the conventional analysis model created only with the quadrilateral element is compared with the analysis accuracy verification result. As shown in FIG. 20, it is understood that excellent analysis accuracy is obtained in this embodiment.

したがって、本実施形態の解析モデル作成装置60によれば、式[12]〜式[20]に例示したように、代表寸法値を用いて、異方性線膨張係数として剛性率を決定(縦弾性率及び横弾性率を重複部の存在する内部要素に再設定)することで、解析モデルの作成時間の短縮化と解析精度の向上とを両立させることができる。   Therefore, according to the analysis model creation device 60 of the present embodiment, as exemplified in the equations [12] to [20], the rigidity is determined as the anisotropic linear expansion coefficient using the representative dimension values (vertical length). By re-setting the elastic modulus and the transverse elastic modulus to the internal element in which the overlapping portion exists, it is possible to achieve both shortening of the analysis model creation time and improvement of the analysis accuracy.

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、解析モデルの作成時間を短縮できると共に解析精度を高めることができる。   According to at least one embodiment described above, the analysis model creation time can be shortened and the analysis accuracy can be increased.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、第3の実施形態の解析モデル作成装置60が備えている第2分割処理部22を、第2の実施形態の解析モデル作成装置40が備えていた第2分割処理部42に、置き換えて解析モデル作成装置を構成してもよい。   For example, the second division processing unit 22 provided in the analysis model creation device 60 of the third embodiment is replaced with the second division processing unit 42 provided in the analysis model creation device 40 of the second embodiment. An analysis model creation device may be configured.

1…座標データ、2…形状データ、3…評価部位(凹部)、4,9,11,14… 内部要素、5,12… 表面要素、6… 被連結節点、7… 連結節点、8,10,13… 重複部、15,30,50…構造解析システム、20,40,60…解析モデル作成装置、21…第1分割処理部、22,42…第2分割処理部、23…変位情報設定部、24,64…剛性情報設定部、25…解析モデル作成処理部、26…CADデータ取得部、27…構造解析処理部、28…解析結果出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coordinate data, 2 ... Shape data, 3 ... Evaluation part (concave part), 4, 9, 11, 14 ... Internal element, 5, 12 ... Surface element, 6 ... Connected node, 7 ... Connection node, 8, 10 , 13 ... Overlapping part, 15, 30, 50 ... Structural analysis system, 20, 40, 60 ... Analytical model creation device, 21 ... First division processing part, 22, 42 ... Second division processing part, 23 ... Displacement information setting , 24, 64 ... rigidity information setting unit, 25 ... analysis model creation processing unit, 26 ... CAD data acquisition unit, 27 ... structural analysis processing unit, 28 ... analysis result output unit.

Claims (8)

解析対象物の形状に対応する全領域を、互いに均一な形状を有する複数の第1の分割要素に分割する第1分割処理部と、
前記解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部を、任意に定めた形状を有する複数の第2の分割要素に分割する第2分割処理部と、
重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの互いの節点の相対的な位置関係に基づいて、前記解析対象物へ応力が加わったときの当該互いの節点の変位に関する情報を設定する変位情報設定部と、
前記重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ分割要素に対して剛性に関する情報を設定する剛性情報設定部と、
前記設定された変位に関する情報及び剛性に関する情報を取り入れて解析モデルを作成する解析モデル作成処理部と、
を備える解析モデル作成装置。
A first division processing unit that divides the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of first division elements having a uniform shape;
A second division processing unit that divides an edge portion of the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of second division elements having an arbitrarily defined shape;
Based on the relative positional relationship between the nodes of the first and second divided elements having overlapping regions, information relating to the displacement of the nodes when the stress is applied to the object to be analyzed is set. A displacement information setting unit;
A rigidity information setting unit that sets information on rigidity for the divided element having the overlapping region based on the degree of overlap between the first and second dividing elements having the overlapping region;
An analysis model creation processing unit for creating an analysis model by incorporating information on the set displacement and information on rigidity; and
An analysis model creation device comprising:
前記第2分割処理部は、前記全領域のうちの縁部における指定した範囲を前記複数の第2の分割要素に分割する、
請求項1記載の解析モデル作成装置。
The second division processing unit divides a designated range at an edge of the entire region into the plurality of second division elements.
The analysis model creation device according to claim 1.
前記第2分割処理部は、前記全領域のうちの周縁部全体を前記複数の第2の分割要素に分割する、
請求項1記載の解析モデル作成装置。
The second division processing unit divides the entire peripheral portion of the entire region into the plurality of second division elements.
The analysis model creation device according to claim 1.
前記変位情報設定部は、前記解析対象物へ応力が加わったときの、重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの互いの節点の変位量を、有限要素法の形状関数を用いて設定する、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の解析モデル作成装置。
The displacement information setting unit uses the shape function of the finite element method to calculate the displacement amount of the nodes between the first and second divided elements having overlapping regions when stress is applied to the analysis object. Set
The analysis model creation device according to any one of claims 1 to 3.
前記剛性情報設定部は、前記重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ第1の分割要素に対して弾性率を設定する、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の解析モデル作成装置。
The rigidity information setting unit sets an elastic modulus for the first divided element having the overlapping region based on the degree of overlap between the first and second dividing elements having the overlapping region.
The analysis model creation device according to any one of claims 1 to 4.
前記重複した領域は、座標系によって特定されるものであり、
前記剛性情報設定部は、第1及び第2の分割要素どうしの重複した領域の座標値に基づいて、当該重複した領域を持つ第1の分割要素に対し縦弾性率及び横弾性率を設定する、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の解析モデル作成装置。
The overlapping region is specified by a coordinate system,
The rigidity information setting unit sets a longitudinal elastic modulus and a transverse elastic modulus for the first divided element having the overlapping region based on the coordinate value of the overlapping region between the first and second dividing elements. ,
The analysis model creation device according to any one of claims 1 to 4.
解析対象物の形状に対応する全領域を、互いに均一な形状を有する複数の第1の分割要素に分割する第1分割処理部と、
前記解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部を、任意に定めた形状を有する複数の第2の分割要素に分割する第2分割処理部と、
重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの互いの節点の相対的な位置関係に基づいて、前記解析対象物へ応力が加わったときの当該互いの節点の変位に関する情報を設定する変位情報設定部と、
前記重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ分割要素に対して剛性に関する情報を設定する剛性情報設定部と、
前記設定された変位に関する情報及び剛性に関する情報を取り入れて解析モデルを作成する解析モデル作成処理部、
としてコンピュータを機能させる解析モデル作成プログラム。
A first division processing unit that divides the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of first division elements having a uniform shape;
A second division processing unit that divides an edge portion of the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of second division elements having an arbitrarily defined shape;
Based on the relative positional relationship between the nodes of the first and second divided elements having overlapping regions, information relating to the displacement of the nodes when the stress is applied to the object to be analyzed is set. A displacement information setting unit;
A rigidity information setting unit that sets information on rigidity for the divided element having the overlapping region based on the degree of overlap between the first and second dividing elements having the overlapping region;
An analysis model creation processing unit for creating an analysis model by taking in information on the set displacement and information on rigidity,
An analysis model creation program that allows a computer to function as a computer.
解析対象物の形状に対応する全領域を、互いに均一な形状を有する複数の第1の分割要素に分割するステップと、
前記解析対象物の形状に対応する全領域のうちの縁部を、任意に定めた形状を有する複数の第2の分割要素に分割するステップと、
重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの互いの節点の相対的な位置関係に基づいて、前記解析対象物へ応力が加わったときの当該互いの節点の変位に関する情報を設定するステップと、
前記重複した領域を持つ第1及び第2の分割要素どうしの重複の度合いに基づいて、当該重複した領域を持つ分割要素に対して剛性に関する情報を設定するステップと、
前記設定された変位に関する情報及び剛性に関する情報を取り入れて解析モデルを作成するステップと、
を有する解析モデル作成方法。
Dividing the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of first division elements having a uniform shape;
Dividing an edge of the entire region corresponding to the shape of the analysis object into a plurality of second division elements having an arbitrarily defined shape;
Based on the relative positional relationship between the nodes of the first and second divided elements having overlapping regions, information relating to the displacement of the nodes when the stress is applied to the object to be analyzed is set. Steps,
Based on the degree of overlap between the first and second division elements having the overlapping area, setting information on rigidity for the division element having the overlapping area;
Taking in the information on the set displacement and information on the rigidity to create an analysis model;
An analysis model creation method having
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