JP2019139585A - Contact determination model for cae analysis and contact determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータを用いて物体モデルの接触解析を行う際に用いる、CAE解析用の接触判定モデルと接触判定方法に関する。 The present invention relates to a contact determination model and a contact determination method for CAE analysis that are used when performing contact analysis of an object model using a computer.
従来より、製品の設計段階でコンピュータを用いて、設計上の問題を事前に解析し評価するCAE(Computer Aided Engineering)解析が広く行われている(特許文献1参照)。例えば、自動車の設計においては、軽量化と低コスト化の両立を図るため、アウターパネルとインナーパネルを複合材料(例えばアルミニウムと鋼板、鋼板とFRP樹脂など)から構成する例が多い。このような複合材料の接合には樹脂接着剤が主に用いられるが、焼き付け塗装時に、材料の熱膨張の違いによって両パネル間に接触挙動(変形)が生じる場合があることから、事前に解析し評価する必要がある。また、外力の入力条件によっては両パネル間に接触変形が生じることもある。 2. Description of the Related Art Conventionally, CAE (Computer Aided Engineering) analysis that analyzes and evaluates design problems in advance using a computer at the product design stage has been widely performed (see Patent Document 1). For example, in the design of automobiles, in order to achieve both weight reduction and cost reduction, there are many examples in which an outer panel and an inner panel are made of a composite material (for example, aluminum and steel plate, steel plate and FRP resin). Resin adhesives are mainly used to join such composite materials, but contact behavior (deformation) may occur between the panels due to differences in the thermal expansion of the materials during baking coating. Need to be evaluated. In addition, depending on the external force input conditions, contact deformation may occur between the panels.
このような接触挙動をコンピュータ上でCAE解析するために用いるモデルとして、図7に示す接触判定モデルが知られている。 A contact determination model shown in FIG. 7 is known as a model used for CAE analysis of such contact behavior on a computer.
図7に示す接触判定モデルM0は、接触判定要素としてギャップ要素を用いるもので、相対する部品モデル10,20の節点間にギャップ要素(接触判定要素)Gを接続するように設定し、接触条件や付加条件付与による両部品モデル10,20の変位に伴って、ギャップ要素Gが設定された節点間の相対変位量が一定値以下となった場合には接触したものと判定し、両節点の変位を拘束するようになっており、かかる拘束状態下での接触挙動(変形、応力分布など)を再現することが可能となっている。
The contact determination model M 0 shown in FIG. 7 uses a gap element as a contact determination element. The contact determination model M 0 is set so that a gap element (contact determination element) G is connected between the nodes of the
ところで、図7に示す従来の接触判定モデルM0は、ギャップの閉じる方向(接触判定方向)がギャップ要素Gの両端に位置する節点の位置関係により決定されることから、接触判定の精度を十分に確保するには、ギャップ要素Gの向きを両部品モデル10,20に対してできるだけ面直方向(法線方向)に設定する必要がある。
Incidentally, the conventional contact determination model M 0 shown in FIG. 7 has sufficient contact determination accuracy because the gap closing direction (contact determination direction) is determined by the positional relationship between the nodes located at both ends of the gap element G. In order to secure the gap, it is necessary to set the direction of the gap element G as perpendicular to the two
しかしながら、上記のような設定をモデル上で実現するためには、一方の部品モデル10の節点Aを基準とすると、図7に示すように、他方の部品モデル20の最も近い節点P1を、節点Aに対し面直方向(法線方向)位置まで移動させるための修正作業が必要であり、また、節点P1の位置の修正に伴って、節点P1の周囲にある要素(S1〜S4)の形状品質が悪化するという問題が生じる。修正作業は、設計従事者にとって非常に煩雑な作業であり、また、要素の形状品質の悪化は、計算精度(応力、剛性)の低下を招くという問題があった。
However, in order to realize the setting as described above on the model, when the node A of one
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、設計従事者による煩雑な作業を省略することが可能で、また、要素品質の低下を防いで計算精度の向上を図ることのできる、CAE解析用の接触判定モデルと、同モデルを用いた接触判定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to omit complicated work by a design worker, and it is possible to improve calculation accuracy by preventing deterioration of element quality, for CAE analysis. It is an object of the present invention to provide a contact determination model and a contact determination method using the model.
上記課題を解決するために、本発明は、コンピュータを用いて物体モデルの接触解析を行う際に用いる、CAE解析用の接触判定モデルであって、
相対する一方の物体モデルの節点と、当該節点を基準節点として他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに得られる節点との間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの前記節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素が設定され、
他方の物体モデルにおいて、新たに得られた節点を従属節点とし、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた節点と周囲の前記複数の節点が拘束要素を介して連結されており、
ギャップ要素が設定された両物体モデルの節点間の相対変位を求めるにあたり、他方の物体モデルにおいて、従属節点となる節点の変位が、独立節点となる複数の節点の変位と、当該独立節点となる複数の節点に割り付けられた重み値から算出されるように構成されていることを主要な特徴とする。
In order to solve the above problem, the present invention is a contact determination model for CAE analysis used when performing contact analysis of an object model using a computer,
Both nodes are connected between the node of one object model facing each other and the node newly obtained by projecting the node in the normal direction with respect to the other object model as the reference node. A gap element that is determined to be in contact when the relative displacement between the nodes is equal to or less than a certain value is set,
In the other object model, the newly obtained node is set as a dependent node, the existing nodes arranged around the node are set as independent nodes, and the newly obtained node and the plurality of surrounding nodes are Are connected via restraint elements,
When calculating the relative displacement between the nodes of both object models with gap elements set, the displacement of the nodes that are the dependent nodes in the other object model is the displacement of the nodes that are independent nodes and the independent nodes. The main feature is that it is configured to be calculated from weight values assigned to a plurality of nodes.
本発明に係る接触判定モデルは、
独立節点となる複数の節点に割り付けられる重み値が、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、当該独立節点となる複数の節点により囲まれる面積に対する割合として付与されることを第2の特徴とする。
The contact determination model according to the present invention is:
The weight value assigned to a plurality of nodes that become independent nodes is given as a ratio to the area surrounded by the plurality of nodes that become independent nodes, based on the coordinate position before displacement of the node that becomes a dependent node. Two features.
本発明に係る接触判定モデルは、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、独立節点となる複数の節点に割り付けられる重み値が、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、当該独立節点となる4つの節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積に対する割合として付与されることを第3の特徴とする。
The contact determination model according to the present invention is:
When both object models consist of shell elements or solid elements, and each element is composed of quadrilateral elements, the weight value assigned to multiple nodes that are independent nodes is the coordinate position before displacement of the nodes that are dependent nodes. A third feature is that, as a reference, it is given as a ratio with respect to the area of the parent element obtained by coordinate-transforming a quadrilateral real element surrounded by the four nodes as independent nodes.
本発明に係る接触判定モデルは、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、独立節点となる複数の節点に割り付けられる重み値が、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、当該独立節点となる3つの節点により囲まれる三角形の実要素の面積に対する割合として付与されることを第4の特徴とする。
The contact determination model according to the present invention is:
When both object models are composed of shell elements or solid elements, and each element is composed of triangular elements, the weight values assigned to multiple nodes that are independent nodes are based on the coordinate position before displacement of the nodes that are dependent nodes. As a fourth feature, it is given as a ratio to the area of the triangular real element surrounded by the three nodes that are independent nodes.
本発明に係る接触判定方法は、コンピュータを用いて物体モデルの接触判定を行う方法であって、
前記コンピュータが、
3次元形状要素からなる複数の物体モデルを読み込むステップと、
読み込まれた複数の物体モデルのうち、相対する一方の物体モデルの節点を基準節点として、当該節点から他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに節点を設けるステップと、
一方の物体モデルの節点と他方の物体モデルの新たに得られた節点間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するステップと、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた節点と前記複数の節点を連結する複数の拘束要素を設定するステップと、
他方の物体モデルの独立節点となる複数の節点について、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、当該独立節点となる複数の節点により囲まれる面積に対する割合からなる重み値を前記複数の節点に付与するステップと、
他方の物体モデルの独立節点となる複数の節点の変位と、当該複数の節点に割り付けられた重み値から、従属接点となる節点の変位を算出するステップと、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出するステップと、
算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行うステップを、
それぞれ実行することを主要な特徴とする。
A contact determination method according to the present invention is a method of performing contact determination of an object model using a computer,
The computer is
Reading a plurality of object models composed of three-dimensional shape elements;
A step of providing a new node by projecting in a normal direction from the node to the other object model, using a node of one of the object models as a reference node among the plurality of read object models;
If both nodes are connected between the node of one object model and the newly obtained node of the other object model, and the relative displacement between the nodes of both object models is below a certain value, Setting a gap element to be determined;
With respect to the other object model, the newly obtained node and the plurality of nodes obtained by using the newly obtained node as a dependent node and the existing nodes arranged around the node as independent nodes. Setting a plurality of constraining elements to be coupled;
With respect to a plurality of nodes that are independent nodes of the other object model, a plurality of weight values that are ratios relative to the area surrounded by the plurality of nodes that are independent nodes are determined based on the coordinate positions before displacement of the nodes that are dependent nodes. A step of giving to the nodes of
Calculating a displacement of a node serving as a dependent contact from a displacement of a plurality of nodes serving as independent nodes of the other object model and a weight value assigned to the plurality of nodes;
Calculating a relative displacement amount between nodes of both object models in which a gap element is set from the calculated displacement;
The step of performing contact determination between both object models based on the calculated relative displacement amount,
The main feature is to execute each.
本発明に係る接触判定方法は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、独立節点となる4つの節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積に対する割合からなる重み値を前記4つの節点に付与することを第2の特徴とする。
The contact determination method according to the present invention includes:
If both object models are composed of shell elements or solid elements, and each element is composed of quadrilateral elements,
The step of assigning a weight value is based on the coordinate position before displacement of the node that becomes the subordinate node, and the parent element obtained by converting the real element of the quadrilateral surrounded by the four nodes that become the independent nodes into a square. A second feature is that a weight value composed of a ratio to the area is given to the four nodes.
本発明に係る接触判定方法は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、独立節点となる3つの節点により囲まれる三角形の実要素の面積に対する割合からなる重み値を前記3つの節点に付与することを第3の特徴とする。
The contact determination method according to the present invention includes:
If both object models are composed of shell elements or solid elements, and each element is composed of triangular elements,
The step of assigning a weight value is based on the coordinate position before displacement of the node that becomes the dependent node, and the weight value that is a ratio to the area of the real element of the triangle surrounded by the three nodes that become independent nodes is the three nodes It is the third feature that is given to the above.
以上説明したように、本発明によれば、CAE解析用の接触判定モデルにギャップ要素を設定するにあたり、ギャップ要素を設定する節点の位置の移動や、節点の移動に伴う三次元形状要素の形状の修正作業を全く不要とし、これによって、工数削減と設計従事者の負担軽減を図ることができるという効果を奏する。 As described above, according to the present invention, in setting the gap element in the contact determination model for CAE analysis, the position of the node where the gap element is set and the shape of the three-dimensional shape element accompanying the movement of the node Thus, there is an effect that it is possible to reduce the man-hours and the burden on the designer.
また、本発明によれば、接触解析にあたり、要素品質の悪化を防いで計算精度の向上を図り、もって設計作業の効率性を向上させることができるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, in the contact analysis, it is possible to improve the calculation accuracy by preventing the deterioration of the element quality, thereby improving the efficiency of the design work.
本発明を実施するための一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係るCAE解析用の接触判定モデルの一例を示している。 An embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a contact determination model for CAE analysis according to the present invention.
まず、本発明の接触判定モデルが適用される物品モデルについて説明すると、図2は車両のボディ構成用の部品モデル10,20を示している。同図に示すように、部品モデル10,20はいずれも、頂点と稜線からなる薄いパネル形状の6面体であって、それぞれの面が、円Bに示すように、メッシュ状に分割された多数のシェル要素Eから構成されている。シェル要素は四辺形要素または三角形要素(図2の例は四辺形要素)からなり、各要素の頂部および中間点には節点が設けられ、各節点の座標(X,Y,Z)には変位ベクトル(dx,dy,dz)が付与されるようになっている。なお、部品モデル10,20は四辺形要素または三角形要素からなる多数のソリッド要素から構成されてもよい。
First, an article model to which the contact determination model of the present invention is applied will be described. FIG. 2 shows
図1に示す接触判定モデルMは、上側の部品モデル10における下面の任意に選択された節点Aと、節点Aを基準節点として下側の部品モデル20における上面に新たに設けられた節点P0の間に、接触判定用のギャップ要素Gが設定されている。節点P0は、部品モデル10における下面の前記節点Aを基準節点として、同節点Aから部品モデル20に対し法線方向に投影して上面の面直上に新たに設定されるようになっている。
The contact determination model M shown in FIG. 1 includes an arbitrarily selected node A on the lower surface of the
ギャップ要素Gは、上記部品モデル10,20の接近動作に伴い、部品モデル10側の節点Aと部品モデル20側の節点P0間の相対変位量が一定値以下となった場合、接触すると判定するもので、接触すると判定されると、両節点A、P0の変位をそれぞれ拘束するようになっている。
The gap element G is determined to come into contact when the relative displacement between the node A on the
ギャップ要素Gが設定された下側の部品モデル20の節点P0と、同じ面上で節点P0の周囲の4つの節点P1〜P4は、節点P0を従属節点とし、かつ、各節点P1〜P4を独立節点とする重み値付きの拘束要素K1〜K4を介してそれぞれ連結されている。なお、拘束されるのは節点(従属節点)節点P0と節点(独立節点)P1〜P4間の相対変位であり、節点P1〜P4相互間の相対変位は互いに拘束されない。
The node P0 of the
上記拘束要素K1〜K4は、各節点P1〜P4に重み値(W1〜W4)を付けて、各節点P1〜P4の変位と、各節点P1〜P4の重み値(W1〜W4)から、従属節点となる節点P0の変位を算出するためのもので、従属節点P0の変位は、以下の計算式(1)により求められる。 The constraint elements K1 to K4 add weight values (W1 to W4) to the nodes P1 to P4, and are dependent on the displacements of the nodes P1 to P4 and the weight values (W1 to W4) of the nodes P1 to P4. This is for calculating the displacement of the node P0 as the node, and the displacement of the subordinate node P0 is obtained by the following calculation formula (1).
また、上記拘束要素K1〜K4において、各節点P1〜P4の重み値W1〜W4は、各節点P1〜P4により囲まれるシェル要素(S1〜S4)の合計面積に対する、従属節点となる節点P0を基準とする割合(面積比)として付与される。 Further, in the constraint elements K1 to K4, the weight values W1 to W4 of the nodes P1 to P4 are the nodes P0 that are subordinate nodes with respect to the total area of the shell elements (S1 to S4) surrounded by the nodes P1 to P4. It is given as a reference ratio (area ratio).
シェル要素が四辺形要素から構成される場合、図3に示す四辺形の実要素において、まず、節点P0から四辺のうち相対する二つの辺に向けて各辺を分割する割合が二つの辺で互いに同じになるように(図3の実要素で上下の辺がそれぞれa:bの割合、左右の辺がそれぞれc:dの割合で分割されるように)、節点P0で交差する分割線L1,L2と各辺に分割点C1〜C4が設定される。 When the shell element is composed of quadrilateral elements, in the quadrilateral real element shown in FIG. 3, first, the ratio of dividing each side from the node P0 toward two opposite sides of the four sides is two sides. The dividing line L1 intersecting at the node P0 so as to be the same as each other (so that the upper and lower sides are divided at a ratio of a: b and the left and right sides are respectively divided at a ratio of c: d in the real elements in FIG. 3) , L2 and division points C1 to C4 are set on each side.
次に、これを矢印のように座標変換して得られる正方形の親要素において、相対する二つの辺の分割割合が実要素の対応する二つの辺の前記分割割合と同じになるように(図3の親要素で上下の辺がそれぞれa:bの割合、左右の辺がそれぞれc:dの割合で分割されるように)、座標変換後の節点P0’で交差する分割線L1’,L2’と各辺に分割点C1’〜C4’が設定される。そして、各節点P1〜P4の重み値W1〜W4は、以下の計算式(2)により求められる。 Next, in the square parent element obtained by converting the coordinates as shown by arrows, the division ratio of the two opposite sides is the same as the division ratio of the two corresponding sides of the real element (see FIG. 3 so that the upper and lower sides are divided at a ratio of a: b and the left and right sides are divided at a ratio of c: d), and the dividing lines L1 ′ and L2 intersect at the node P0 ′ after the coordinate conversion. 'And division points C1' to C4 'are set on each side. And weight value W1-W4 of each node P1-P4 is calculated | required by the following calculation formulas (2).
シェル要素が三角形要素から構成される場合、図4に示す三角形の実要素において、各節点P1〜P3の重み値は、節点P0から各節点P1〜P3に分割線L1〜L3が設定され、分割線L1〜L3で得られる実要素の面積に対する割合(面積比)として付与される。すなわち、各節点P1〜P3の重み値W1〜W3は、以下の計算式(3)により求められる。 When the shell element is composed of triangular elements, the dividing values L1 to L3 are set from the node P0 to the nodes P1 to P3 as the weight values of the nodes P1 to P3 in the triangular real element shown in FIG. It is given as a ratio (area ratio) to the area of the real elements obtained by the lines L1 to L3. That is, the weight values W1 to W3 of the nodes P1 to P3 are obtained by the following calculation formula (3).
図5は、上記接触判定モデルMを実現するための接触判定装置Sを示している。接触判定装置Sは、装置本体(コンピュータ)100と、入力装置200と、出力装置300を備え、装置本体100がデータベース400と通信回線101により接続されている。装置本体100は、条件設定部110と、モデル読み込み部120と、ギャップ要素設定部130と、拘束要素設定部140と、変位算出部150と、接触判定処理部160と、記憶部170と、出力部180と、制御部190を備えている。
FIG. 5 shows a contact determination device S for realizing the contact determination model M. The contact determination device S includes a device main body (computer) 100, an
条件設定部110は、部品モデルの接触条件(ギャップ要素を設定する基準節点の選択、接触とみなす節点間の相対変位量の設定等)と付加条件(初期温度、最高温度、加熱時間、熱膨張係数等の加熱条件、荷重、応力分布等の加圧条件等)等を設定する。設定値は入力装置200からの操作により入力できる。モデル読み込み部120は、部品モデルをデータベース400から記憶部170に読み込む。
The condition setting unit 110 includes contact conditions of the part model (selection of a reference node for setting a gap element, setting of a relative displacement amount between nodes regarded as contact) and additional conditions (initial temperature, maximum temperature, heating time, thermal expansion). Set heating conditions such as coefficients, pressure conditions such as load and stress distribution, etc.). The set value can be input by an operation from the
ギャップ要素設定部130は、記憶部170に読み込まれた2つの部品モデル10,20間に1または複数のギャップ要素Gを設定する。具体的には、部品モデル10側の節点Aを基準節点とし、節点Aから部品モデル20に対し法線方向に投影して部品モデル20の上面の面直上に新たに節点P0を設定し、両節点A,P0間にギャップ要素Gを設定する。
The gap element setting unit 130 sets one or a plurality of gap elements G between the two
拘束要素設定部140は、部品モデル20において、節点P0を従属節点とし、同じ面上で節点P0の周囲の4つの節点P1〜P4を独立節点とする拘束要素K1〜K4を、節点P0と各節点P1〜P4間に連結設定し、また、上記算出式(2)により求められる重み値W1〜W4を各節点P1〜P4に付与する。
The constraint
変位算出部150は、部品モデル20において、拘束要素K1〜K4が設定された節点P1〜P4の各変位(P1(dx1,dy1,dz1)〜P4(dx4,dy4,dz4))と、上記算出式(2)により求められた重み値W1〜W4から、上記算出式(1)に従い、節点P0の変位(dx0,dy0,dz0)を算出する。また、部品モデル10の節点Aの変位と部品モデル20の節点P0の変位から両節点A,P0間の相対変位量を算出する。
The
接触判定処理部160は、算出された部品モデル10,20の節点A,P0間の相対変位量の結果により、部品モデル10,20が互いに接触するか否かを判定する。また、節点A,P0間の相対変位量が設定値(一定値)以下のときは接触すると判定し、節点A,P0の各変位を拘束処理する。
The contact
出力部180は、変位算出部150の算出結果と接触判定処理部160の判定処理に基づく解析結果を出力する。出力された結果は、例えば、部品モデル10、20の接触触直後の変位量分布を再現するものとして、また、部品モデル10、20の熱膨張による接触挙動を再現するものとして、出力装置300に出力表示させることができる。制御部190は、条件設定部110〜出力部180の実行処理を制御する。
The
次に、上記接触判定装置Sを用いて、部品モデル10,20について接触判定処理を行う手順について、図6のフロー図などを参照しながら説明する。なお、以下に具体的に記述する条件や設定値は、本発明の実施の形態を説明するための一例であって、本発明はこれに限定されない。
Next, a procedure for performing contact determination processing on the
まず、コンピュータ操作者が、入力装置200からの操作により、プログラムを開き、解析対象の部品モデルを選択し、条件設定部110により条件(接触条件や加熱条件等)を設定する(ステップS1)。次に、入力装置200からの操作により、プログラムを実行する。プログラムが実行されると、モデル読み込み部120が、データベース400から、部品モデル10,20を記憶部170に読み込む(ステップS2)。
First, a computer operator opens a program by an operation from the
次に、ギャップ要素設定部130が、部品モデル10側の節点Aを基準節点として、節点Aから部品モデル20に対し法線方向に投影して部品モデル20の上面の面直上に新たに節点P0を設定し、節点A,P0間にギャップ要素Gを設定する(ステップS3)。次に、拘束要素設定部140が、部品モデル20において、節点P0を従属節点とし、同じ面上で節点P0の周囲の4つの節点P1〜P4を独立節点とする拘束要素K1〜K4を、節点P0と各節点P1〜P4間に連結設定する(ステップS4)と共に、算出式(2)により重み値W1〜W4を算出し(ステップS5)、得られた重み値W1〜W4を節点P1〜P4に付与する(ステップS6)。
Next, the gap element setting unit 130 sets the node A on the
次に、変位算出部150が、部品モデル20において、節点P1〜P4の各変位(P1(dx1,dy1,dz1)〜P4(dx4,dy4,dz4))と、算出式(2)により求められた重み値W1〜W4から、算出式(1)に従い、節点P0の変位(dx0,dy0,dz0)を算出する(ステップS7)と共に、部品モデル10の節点Aの変位と部品モデル20の節点P0の変位から、両節点A,P0間の相対変位量を算出する(ステップS8)。
Next, the
次ぎに、接触判定処理部160が、算出された部品モデル10,20の節点A,P0間の相対変位量の結果により、部品モデル10,20が互いに接触したか否かを判定する(ステップS9)。節点A,P0間の相対変位量が設定値以下でないときは接触しないと判定し、ステップS7に戻る。節点A,P0間の相対変位量が設定値以下のときは接触すると判定し(ステップS10)、節点A,P0の各変位を拘束処理する(ステップS11)。
Next, the contact
次ぎに、出力部180が、変位算出部150の算出結果と接触判定処理部160の判定処理に基づく結果を出力装置300に向けて出力し(ステップS12)、これにより、コンピュータ操作者は、出力装置300に表示された接触解析の結果を参照し、部品モデル10,20の接触後の変位量分布、あるいは熱膨張による接触挙動等を把握することができる。
Next, the
本実施形態の接触判定モデルMを用いることにより、コンピュータ操作者は、部品モデル10,20の節点間にギャップ要素Gを設定するにあたり、従来のように、一方の部品モデル10の節点位置に合わせて他方の部品モデル20の既存の節点を面直位置まで移動させる修正作業が全くなくなり、接触判定モデルの作成工数を大きく削減することができる。
By using the contact determination model M of this embodiment, the computer operator sets the gap element G between the nodes of the
また、本実施形態の接触判定モデルMは、ギャップ要素Gを設定するために他方の部品モデル20側に新たに節点を設けるようにしており、他方の部品モデル20にある既存の節点を移動させる必要がなく、よって既存の節点は元の位置に独立節点として保持され、これにより、従来のような要素品質の悪化を招かず、計算精度の向上を図ることができる。
Further, in the contact determination model M of the present embodiment, a new node is provided on the
上記実施形態において、図3に示す四辺形の実要素を座標変換して正方形の親要素を得るようにしたが、得られる親要素は正方形に限らない。長方形の場合もある。 In the above embodiment, the square real element shown in FIG. 3 is coordinate-transformed to obtain a square parent element. However, the parent element obtained is not limited to a square. It can be rectangular.
以上説明してきたように、本発明によると、ギャップ要素を設定するにあたり、三次元形状要素の形状を修正する作業が全くなくなって工数削減に寄与し、また、要素品質の悪化を防いで計算精度の向上を図り、もって設計作業の効率性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, in setting the gap element, there is no need to modify the shape of the three-dimensional shape element, which contributes to the reduction of man-hours, and the calculation accuracy is prevented by preventing deterioration of the element quality. Therefore, the efficiency of design work can be improved.
本発明は、コンピュータを使用して物体モデルの接触解析に用いる接触判定モデルとして、また、同モデルを用いた接触判定方法として利用可能である。 The present invention can be used as a contact determination model used for contact analysis of an object model using a computer, and as a contact determination method using the model.
10,20 部品モデル
100 装置本体(コンピュータ)
101 通信回線
110 条件設定部
120 モデル読み込み部
130 ギャップ要素設定部
140 拘束要素設定部
150 変位算出部
160 接触判定処理部
170 記憶部
180 出力部
190 制御部
200 入力装置
300 出力装置
A ギャップ要素が設定される一方の節点(基準節点)
P0 ギャップ要素が設定される他方の節点(従属節点)
P1〜P4 従属節点と拘束される節点(独立節点)
G ギャップ要素
K1〜K4 拘束要素
S 接触判定装置
W1〜W4 重み値
10, 20
DESCRIPTION OF
P0 The other node where the gap element is set (dependent node)
P1-P4 Dependent nodes and nodes constrained (independent nodes)
G Gap element K1 to K4 Constraint element S Contact determination device W1 to W4 Weight value
Claims (7)
相対する一方の物体モデルの節点と、当該節点を基準節点として他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに得られる節点との間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの前記節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素が設定され、
他方の物体モデルにおいて、新たに得られた節点を従属節点とし、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた節点と周囲の前記複数の節点が拘束要素を介して連結されており、
ギャップ要素が設定された両物体モデルの節点間の相対変位を求めるにあたり、他方の物体モデルにおいて、従属節点となる節点の変位が、独立節点となる複数の節点の変位と、当該複数の節点に割り付けられた重み値から算出されるように構成されていることを特徴とするCAE解析用の接触判定モデル。 A contact determination model for CAE analysis used when performing contact analysis of an object model using a computer,
Both nodes are connected between the node of one object model facing each other and the node newly obtained by projecting the node in the normal direction with respect to the other object model as the reference node. A gap element that is determined to be in contact when the relative displacement between the nodes is equal to or less than a certain value is set,
In the other object model, the newly obtained node is set as a dependent node, the existing nodes arranged around the node are set as independent nodes, and the newly obtained node and the plurality of surrounding nodes are Are connected via restraint elements,
When calculating the relative displacement between the nodes of both object models with gap elements set, the displacement of the nodes that are subordinate nodes in the other object model is the displacement of the nodes that are independent nodes and the plurality of nodes that are independent nodes. A contact determination model for CAE analysis, wherein the contact determination model is configured to be calculated from assigned weight values.
前記コンピュータが、
3次元形状要素からなる複数の物体モデルを読み込むステップと、
読み込まれた複数の物体モデルのうち、相対する一方の物体モデルの節点を基準節点として、当該節点から他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに節点を設けるステップと、
一方の物体モデルの節点と他方の物体モデルの新たに得られた節点間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するステップと、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた節点と前記複数の節点を連結する複数の拘束要素を設定するステップと、
他方の物体モデルの独立節点となる複数の節点について、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、当該独立節点となる複数の節点により囲まれる面積に対する割合からなる重み値を前記複数の節点に付与するステップと、
他方の物体モデルの独立節点となる複数の節点の変位と、当該複数の節点に割り付けられた重み値から従属接点となる節点の変位を算出するステップと、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出するステップと、
算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行うステップを、
それぞれ実行することを特徴とするCAE解析用の接触判定方法。 A contact determination method for CAE analysis for determining contact of an object model using a computer,
The computer is
Reading a plurality of object models composed of three-dimensional shape elements;
A step of providing a new node by projecting in a normal direction from the node to the other object model, using a node of one of the object models as a reference node among the plurality of read object models;
If both nodes are connected between the node of one object model and the newly obtained node of the other object model, and the relative displacement between the nodes of both object models is below a certain value, Setting a gap element to be determined;
With respect to the other object model, the newly obtained node and the plurality of nodes obtained by using the newly obtained node as a dependent node and the existing nodes arranged around the node as independent nodes. Setting a plurality of constraining elements to be coupled;
With respect to a plurality of nodes that are independent nodes of the other object model, a plurality of weight values that are ratios relative to the area surrounded by the plurality of nodes that are independent nodes are determined based on the coordinate positions before displacement of the nodes that are dependent nodes. A step of giving to the nodes of
Calculating displacements of a plurality of nodes serving as independent nodes of the other object model and a displacement of a node serving as a dependent contact from a weight value assigned to the plurality of nodes;
Calculating a relative displacement amount between nodes of both object models in which a gap element is set from the calculated displacement;
The step of performing contact determination between both object models based on the calculated relative displacement amount,
A contact determination method for CAE analysis, which is performed respectively.
重み値を付与するステップが、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、独立節点となる4つの節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積に対する割合からなる重み値を前記4つの節点に付与することを特徴とする請求項5記載のCAE解析用の接触判定方法。 If both object models are composed of shell elements or solid elements, and each element is composed of quadrilateral elements,
The step of assigning a weight value is based on the coordinate position before displacement of the node that becomes the subordinate node, and the parent element obtained by converting the real element of the quadrilateral surrounded by the four nodes that become the independent nodes into a square. 6. The contact determination method for CAE analysis according to claim 5, wherein a weight value including a ratio to an area is assigned to the four nodes.
重み値を付与するステップが、従属節点となる節点の変位前の座標位置を基準として、独立節点となる3つの節点により囲まれる三角形の実要素の面積に対する割合からなる重み値を前記3つの節点に付与することを特徴とする請求項5記載のCAE解析用の接触判定方法。
If both object models are composed of shell elements or solid elements, and each element is composed of triangular elements,
The step of assigning a weight value is based on the coordinate position before displacement of the node that becomes the dependent node, and the weight value that is a ratio to the area of the real element of the triangle surrounded by the three nodes that become independent nodes is the three nodes 6. The contact determination method for CAE analysis according to claim 5, wherein
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