JP2020052957A - モデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に構造体の解析モデルの修正を行うことのできるモデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】モデル自動修正装置２１は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出部２３と、抽出部２３において抽出された溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別部２４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、モデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラムに関するものである。

一般的に、船舶等の構造体における溶接線を評価する場合には、構造体の解析モデルを用いて有限要素解析を行っている（例えば、特許文献１）。有限要素解析は、構造体の解析モデルを要素（メッシュ）に分解し、各要素に対して近似的に解析を行う手法である。

特許第５７５６６２３号公報

しかしながら、有限要素解析を効率的に行うためには、解析モデルを適切に修正する必要があり、一般的に、解析モデルの修正は人為的に行う必要があるため、膨大な時間を要していた。また、解析モデルを適切に修正しないと、解析が複雑化して膨大な解析時間を要してしまっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、自動的に構造体の解析モデルの修正を行うことのできるモデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出部と、前記抽出部において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別部と、を備えるモデル自動修正装置である。

上記のような構成によれば、自動的に、３次元モデルの溶接線を抽出し、抽出した溶接線に対して固有の識別情報を設定するため、人為的に溶接線を抽出して固有の識別情報を設定する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

上記モデル自動修正装置において、前記識別部は、前記溶接線に接している前記部材に関する情報、前記溶接線における溶接条件、前記溶接線における溶接方向、及び前記溶接線における溶接方法の少なくともいずれか１つを用いて前記識別情報を設定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、溶接線に接している部材に関する情報、溶接線における溶接条件、溶接線における溶接方向、及び溶接線における溶接方法の少なくともいずれか１つを含んで識別情報を自動的に設定することとしたため、上記のような情報を人為的に設定する手間を省くことができる。

上記モデル自動修正装置において、前記３次元モデルにおいて所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する前記部材モデルから前記開口部を除去する開口修正部を備えることとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルの開口部を検出し、検出した開口部を部材モデルから除去するため、人為的に開口部を検出して開口部を除去する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

上記モデル自動修正装置において、前記３次元モデルにおいて、各前記部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定部と、互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正部と、を備えることとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルに対して中立面を設定し、部材モデルの接合状態と整合するように、互いに接していない中立面を延長して互いに接するよう修正するため、人為的に中立面を設定して中立面を延長修正する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

上記モデル自動修正装置において、前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定部を備えることとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルの溶接線を抽出し、抽出した溶接線に対して一辺が接する正方形または長方形の要素を設定するため、人為的に溶接線を抽出して要素を設定する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

上記モデル自動修正装置において、前記３次元モデルにおける前記部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定部を備えることとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルにおける各部材モデルに対して板厚を設定するため、人為的に板厚を設定する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

上記モデル自動修正装置において、前記板厚設定部は、前記部材が直方体である場合に、面積が最も大きな面を特定し、前記面に接している頂点から前記面の法線方向に延びる辺の長さを板厚として設定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的かつ効率的に、板厚の設定を行うことが可能となる。

上記モデル自動修正装置において、前記板厚設定部は、各前記部材において、面積が最も大きな面を特定し、前記面に接している頂点から延びる辺のうち最小長となる辺の長さを板厚として設定することとしてもよい。

上記のような構成によれば、自動的かつ効率的に、板厚の設定を行うことが可能となる。

本発明の第２態様は、上記のモデル自動修正装置と、前記モデル自動修正装置によって自動抽出された前記溶接線に対して解析を行い、前記構造体に含まれる溶接箇所の溶接変形を評価する評価装置と、を備える構造体評価システムである。

上記のような構成によれば、モデル自動修正装置において３次元モデルを修正しているため、効率的に解析を行い、溶接箇所の溶接変形を評価することができる。

本発明の第３態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正部を備えるモデル自動修正装置である。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルの開口部を検出し、検出した開口部を部材モデルから除去するため、人為的に開口部を検出して開口部を除去する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

本発明の第４態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定部と、互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正部と、を備えるモデル自動修正装置である。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルに対して中立面を設定し、部材モデルの接合状態と整合するように、互いに接していない中立面を延長して互いに接するよう修正するため、人為的に中立面を設定して中立面を延長修正する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

本発明の第５態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出部と、前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定部と、を備えるモデル自動修正装置である。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルの溶接線を抽出し、抽出した溶接線に対して一辺が接する正方形または長方形の要素を設定するため、人為的に溶接線を抽出して要素を設定する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

本発明の第６態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定部を備えるモデル自動修正装置である。

上記のような構成によれば、自動的に３次元モデルにおける各部材モデルに対して板厚を設定するため、人為的に板厚を設定する必要がなくなり、３次元モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

本発明の第７態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出工程と、前記抽出工程において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別工程と、を有するモデル自動修正方法である。

本発明の第８態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正工程を有するモデル自動修正方法である。

本発明の第９態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定工程と、互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正工程と、を有するモデル自動修正方法である。

本発明の第１０態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出工程と、前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定工程と、を有するモデル自動修正方法である。

本発明の第１１態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定工程を有するモデル自動修正方法である。

本発明の第１２態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出処理と、前記抽出処理において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別処理と、をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラムである。

本発明の第１３態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正処理をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラムである。

本発明の第１４態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定処理と、互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正処理と、をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラムである。

本発明の第１５態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出処理と、前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定処理と、コンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラムである。

本発明の第１６態様は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定処理をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラムである。

本発明によれば、自動的に構造体の解析モデルの修正を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る構造体評価システムのハードウェア構成の一例を示した概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムが備える機能を示した機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける部材モデルの接合状態の例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける解析モデルの開口部の例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける開口部検出の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける開口部検出の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける開口部検出の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける中立面の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける中立面の接続例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける要素の設定例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける要素の設定例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける部材モデルの例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける部材モデルの例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける部材モデルの例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る構造体評価システムにおける構造体評価処理のフローチャートを示した図である。

以下に、本発明に係るモデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、モデル自動修正装置２１（モデル自動修正部２１）が構造体評価システム２０に含まれる場合について説明するが、モデル自動修正装置２１単体として用いることとしてもよい。また、本実施形態における構造体は、主に金属部材によって構成されているものとする。

図１は、本発明の一実施形態に係るモデル自動修正装置２１を備えた構造体評価システム２０のハードウェア構成の一例を示した概略構成図である。構造体評価システム２０は、図１に示すように、コンピュータ（計算機システム）を有し、例えば、ＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１が実行するプログラム及びこのプログラムにより参照されるデータ等を記憶するための補助記憶装置１２、各プログラム実行時のワーク領域として機能する主記憶装置１３、ネットワークに接続するための通信インターフェース１４、キーボードやマウス等からなる入力部１５、及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部１６等を備えている。これら各部は、例えば、バス１８を介して接続されている。補助記憶装置１２は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が一例として挙げられる。

後述する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラム（例えば、モデル自動修正プログラム）の形式で補助記憶装置１２に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ１１が主記憶装置１３に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、補助記憶装置１２に予めインストールされている形態や、他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図２は、本実施形態に係る構造体評価システム２０が有する機能の一例を示した機能ブロック図である。図２に示すように、構造体評価システム２０は、モデル自動修正部２１（モデル自動修正装置２１）と、評価部２２（評価装置２２）と、を備えている。

モデル自動修正部２１は、後述する評価部２２において構造体の解析モデル（３次元モデル）の解析を効率的に行うために、解析モデルの修正を自動的に行う。モデル自動修正部２１が修正対象とする解析モデルの構造体は、例えば船舶や航空機、車両といった、複数の部材（構成要素等）が溶接されることによって構成された構造体である。また、構造体の解析モデルとは、例えばＣＡＤデータ等の構造体の設計データ等であり、対象とする構造体の３次元構造が表されたモデルである。また、解析モデルにおいて、構造体を構成する各部材は部材モデルとして表されており、実際に部材が溶接接合される箇所では、対応する部材モデルは互いに接触しているものとする。すなわち、解析モデルは、各部材モデルの集合体として表されている。

モデル自動修正部２１は、図２に示されるように、抽出部２３と、識別部２４と、開口修正部２５と、中立面設定部２６と、中立面修正部２７と、要素設定部２８と、板厚設定部２９と、を備えている。なお、本実施形態におけるモデル自動修正部２１では、抽出部２３と、識別部２４と、開口修正部２５と、中立面設定部２６と、中立面修正部２７と、要素設定部２８と、板厚設定部２９とのすべてを備えることとしているが、少なくともいずれか１つを備えることとしてもよい。

例えば、解析モデルの修正として溶接線の抽出のみを行う場合には、モデル自動修正部２１は、抽出部２３を少なくとも備えればよい。また、解析モデルの修正として溶接線の識別情報設定のみを行う場合には、モデル自動修正部２１は、識別部２４を少なくとも備えればよい。また、解析モデルの修正として開口部削除のみを行う場合には、モデル自動修正部２１は、開口修正部２５を少なくとも備えればよい。また、解析モデルの修正として中立面設定及び修正を行う場合には、モデル自動修正部２１は、中立面設定部２６及び中立面修正部２７を少なくとも備えればよい。また、解析モデルの修正として要素設定のみを行う場合には、モデル自動修正部２１は、要素設定部２８を少なくとも備えればよい。また、解析モデルの修正として板厚設定のみを行う場合には、モデル自動修正部２１は、板厚設定部２９を少なくとも備えればよい。

抽出部２３は、複数の部材が溶接によって接合されている構造体の解析モデルにおいて、各部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する。具体的には、抽出部２３は、解析モデルにおける部材モデルの接合状態として、各部材モデルが互いに接触しているか否か（接触状態）に基づいて、部材モデルが互いに接触している場合に、接触している部材モデルの接触境界位置を溶接線として抽出する。なお、解析モデルでは、部材が互いに溶接される箇所を、部材モデルが単に接触することによって表されているものとする。すなわち、抽出部２３は、溶接箇所の設定がされていない解析モデルから、自動的に溶接箇所を抽出し、溶接線として設定することができる。

図３は、解析モデルにおける部材モデルの接合状態の例を示した図である。図３では部材モデルＡ、Ｂが示されている。そして、部材モデルＡ及びＢは、境界位置Ｌ１において互いに接触している。このため、図３のような例では、抽出部２３は、実際の構造体において、部材モデルＡ及びＢに対応する部材が境界位置Ｌ１において溶接されているものとみなして、境界位置Ｌ１を溶接線として抽出する。

すなわち、抽出部２３では、部材モデルが互いに接触している箇所を溶接箇所と自動的に認識して、接触境界を溶接線として自動設定するため、人為的に溶接線を設定する必要なく解析モデルに対して溶接線の設定を行うことが可能となる。また、解析モデルにおける溶接線を漏れなく設定することが可能となる。

識別部２４は、抽出部２３において抽出された溶接線に対して、固有の識別情報を設定する。すなわち、識別部２４では、各溶接線が互いに識別可能なように、各溶接線に対してそれぞれ固有の識別情報を自動的に割り当てる。このため、溶接線への識別情報割り当てを人為的に行う必要がなくなり、作業時間を大幅に短縮することができる。

具体的には、識別部２４は、溶接線に接している部材に関する情報、溶接線における溶接条件、溶接線における溶接方向、及び溶接線における溶接方法の少なくともいずれか１つを用いて識別情報を設定する。なお、溶接線に接している部材に関する情報とは、溶接線に接している部材の名称（識別情報）や、板厚（溶接線に接している一方の部材の板厚及び他方の部材の板厚等）、部材の材料に関する識別情報等である。溶接線における溶接条件とは、溶接線に対して設定される条件であり、例えば入熱条件として設定される（なお、入熱条件については、電流、電圧、溶接速度、熱効率等を用いて設定してもよいし、直接的に入熱量を設定してもよい）。溶接線における溶接方向とは、要素座標系に対する溶接の方向を示すものであり、要素座標系の特定の軸方向と平行または直交等が示される。溶接線における溶接方法とは、例えば、隅肉や突合せといった溶接の種類を示すものである。なお、本実施形態では、溶接線に接している部材に関する情報、溶接線における溶接条件、溶接線における溶接方向、及び溶接線における溶接方法のすべてを含んで識別情報が設定される場合について説明する。

なお、溶接線に接している部材に関する情報、溶接線における溶接方向、及び溶接線における溶接方法は、解析モデルから識別部２４が自動的に抽出して設定するものであり、溶接線における溶接条件は、例えば使用者等によって設定されるものである。なお、溶接線における溶接条件を自動的に設定することとしてもよい。

なお、識別部２４において各溶接線への識別情報が設定されると、例えば、表示部１６等に情報が表示されることとしてもよい。また、この場合には、例えば、ＩＤの番号を選択すると、解析モデル上において対応する溶接線がハイライト表示されることとしてもよい。

開口修正部２５は、解析モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、開口部を有する部材モデルから開口部を除去する。解析モデルにおいて、開口部（例えば、開口、スロット、スカラップ等）が存在すると、例えば有限要素解析等を行う場合に、開口部を避けて要素設定等が行われるため、開口部の存在によって解析が複雑化する。このため、解析モデルにおいて開口部がある場合には、効率的に解析を実行するために、開口部を除去する必要がある。このため、開口修正部２５では、自動的に、開口部を検出して、該開口部を有する部材モデルから開口部を除去する。すなわち、開口修正部２５では、開口部を有する部材モデルにおいて、開口部の設定情報を削除することにより、開口部を有しない部材モデルへ自動変換している。

例えば、図４のようなスロットＳ（開口部、孔）が部材モデルＣに設定されている場合には、開口修正部２５は、自動的にスロットＳを認識して、部材モデルＣからスロットＳを除去する。

開口修正部２５では、開口部を検出しているが、開口部の検出方法については公知の技術を適宜使用することが可能である。なお、所定の形状として、複数のパターンの形状を予め設定することも可能である。

開口修正部２５における開口部検出の一例を説明する。
開口修正部２５は、使用者によって予め開口部の形状として設定された所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出する。具体的には、例えば、図５のような形状６０が予め設定された場合には、まず、始点から終点に向かって、パターンとして登録したい形状６０上に座標（図５における各点）を取る。そして、図６のように、始点から各座標へのベクトルと、始点から終点へのベースラインベクトルを求める。そして、各ベクトルをベースラインベクトルの長さで正規化し、各ベクトルの２次元座標（ｘ−ｙ座標）を求め基準２次元座標として記録する。そして、開口部を検出する場合には、開口修正部２５は、例えば図７のような形状８０の開口部に対して、上記と同様に２次元座標変換を行い比較２次元座標として記録する。そして、基準２次元座標の各座標と位置関係が最も対応する比較２次元座標の各座標を選定して、基準２次元座標の各座標と比較２次元座標の各座標との対応関係を求める。そして、基準２次元座標における座標と、比較２次元座標において対応する座標との距離を算出する。該距離をすべての座標に対して算出し、距離の合計を算出する。なお、該距離の合計の処理は、左右反対の形状を考慮するために、始点と終点を入れ替えて再度行うこととしてもよい。そして、求めた距離の合計が所定の閾値よりも小さい場合に、図５のような所定の形状６０と図７のような形状８０の開口部は同一または類似であると判断する。なお、図５のような所定の形状６０は一例であり、適宜設定可能である。上記のような検出方法によれば、所定の形状と合同または相似の形状を効率的に同一または類似と判断することができる。また、左右反対の形状についても類似性を判定できる。

なお、開口修正部２５によって開口部が検出された場合には、各開口部に識別情報を設定して表示部１６に表示し、削除する開口部を使用者が選択できるようにしてもよい。

中立面設定部２６は、解析モデルにおける各部材モデルに対して中立面を設定する。解析モデルは３次元形状であるため、このまま解析を行うと解析が複雑化してしまう。このため、３次元形状の部材モデルを２次元形状の部材モデルに変換して、解析モデルを２次元形状の部材モデルの集合体とすることで、解析を効率化する。このため、中立面設定部２６では、３次元形状の部材モデルに対して中立面を設定して、２次元化する。

中立面とは、３次元部材モデルにおいて、最も面積の大きい面を正面として、該正面の奥行き方向における中間位置の２次元断面（面のみであり奥行はない）である。換言すると、中立面とは、図８に示すように３次元部材モデルにおいて、最も面積の大きい面を正面９０とし、正面９０と向かい合う面を対面９１とし、正面９０の縁と対面９１の縁とを接続する側面上に、正面９０の縁からの距離と対面９１の縁との距離が等しくなる中間点の群を設定し、中間点の群をそれぞれ結んだ場合になす２次元平面９２である。

中立面を設定するために、中立面設定部２６は、まず、解析モデルにおける各部材モデルにおいて、最も面積が大きい面（正面）と、正面と向かい合う面（対面）を設定する。そして、正面の縁と対面の縁を接続する側面上に、正面の縁からの距離と対面の縁との距離が等しくなる中間点の群を設定する。そして、中間点の群をそれぞれ結んだ場合になす２次元平面を中立面として設定する。

なお、中立面を、３次元形状の部材モデルにおいて、曲げモーメントが働いたときに、縮んだ領域と伸びた領域との境界における伸縮のない面としてもよい。

中立面修正部２７は、互いに接合関係にある部材モデルに対応する中立面が、互いに接していない場合に、互いに接するように中立面を延長する。中立面設定部２６によって、各部材モデルに対して中立面を設定した場合、互いに接続関係にあった部材モデルの中立面の間に隙間が生じることがある。例えば、図９のように、部材モデルＤに対して垂直に部材モデルＥが接続されていた場合、それぞれの部材モデルに対する中立面は中立面ｄ及び中立面ｅとなる。この時、図９に示されるように、中立面ｄと中立面ｅとは、部材モデルＤの奥行の半分の距離ｌだけ離れてしまう。そこで、中立面修正部２７は、中立面ｄと接触するように、中立面ｅを自動的に距離ｌだけ延長する。

具体的には、中立面修正部２７は、中立面設定部２６によって各部材モデルに中立面が設定された後、各中立面における互いの距離に応じてグループ分けをする。例えば、中立面ａに対して他の中立面ｂ、ｃとの距離が予め設定した閾値よりも近いか否かに応じてグループ分けを行う。閾値とは、例えば中立面の設定によって離れると推定される最大距離に応じて設定される。なお、中立面の設定によって離れると推定される最大距離とは、例えば、構造体に含まれる部材の板厚の最大値の半分である。中立面ａに対して、中立面ｂ、ｃのうち中立面ｃのみが閾値よりも近いと判定されれば、中立面ａとｃは同グループとなり、中立面ｂは他のグループに分けられる。

そして、中立面修正部２７は、同グループ内の中立面に対応する部材モデルは接続関係にあったと推定して、該グループ内の中立面の例えば一方を延長して、互いに接触させる。中立面をグループ化することによって、対応する部材モデルが接続関係にあったと推定できる中立面を容易に判別することができるため、中立面修正処理を効率化できる。

要素設定部２８は、解析モデルに対して、溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する。なお、本実施形態では、正方形の要素を設定する場合について説明する。要素設定部２８は、抽出された溶接線に対して有限要素解析を行うために、例えば図１０に示すように一辺が所定の長さｈ（例えば５０ｍｍ）であって、溶接線Ｌ２に一辺が接した正方形の要素を自動的に設定する。なお、溶接線に接しない領域に対しても、一辺が所定の長さｈ（例えば５０ｍｍ）の正方形の要素を設定することとしてもよい。

具体的には、要素設定部２８は、まず、図１１に示すように所定の間隔ｈ（例えば５０ｍｍ）で溶接線Ｌ２上に節点を設定する。そして、各節点に対応して、溶接線Ｌ２に対する垂直方向に、所定の長さｈ（例えば５０ｍｍ）空けて節点を設定する。ことのき、溶接線の周囲の物理形状に応じて、例えば、節点ｐのように、対応する溶接線上の節点からの距離が所定の長さｈとならない場合がある。これは、有限要素解析において現実の形状に即した形状で計算を行うことが前提となっているために起こるものである（例えば、現実の形状として円弧形状等が存在する場合に起こり得る）。このような場合には、溶接線に接している要素が正方形ではなくなるため、該要素を用いた有限要素解析が複雑化してしまう可能性がある。

そこで、要素設定部２８は、溶接線に接する要素が略正方形となるように、要素寸法の修正行う。具体的には、要素設定部２８は、溶接線上に設定した節点と、対応する節点（溶接線上でない節点）との距離をそれぞれ測定する。そして、測定した距離と、所定の距離（例えば５０ｍｍ）との差が予め設定した閾値以上である場合に、溶接線上に設定した節点と対応する節点との距離が所定の距離となるように節点の位置を修正する。このように要素寸法（節点位置）を修正することによって、溶接線に接する各要素を、一辺が略所定の長さである正方形に近づけること（修正すること）ができる。

板厚設定部２９は、解析モデルにおける部材モデルを用いて、各部材の板厚を設定する。有限要素解析等において部材の板厚が必須となるが、人為的に板厚を設定することとすると膨大な時間を要してしまう。このため、板厚設定部２９では、解析モデルに基づいて板厚を自動的に設定する。

具体的には、板厚設定部２９は、部材が直方体である場合、面積が最も大きな面を特定し、該面に接している頂点から該面の法線方向に延びる辺の長さを板厚として設定する。例えば、部材モデルが図１２のような直方体の場合には、板厚設定部２９は、まず面積が最も大きな面１３０を特定する。そして、該面１３０に接している頂点を特定して、頂点から該面１３０の法線方向に延びる辺１３１の長さを取得する。取得した辺の長さは部材の厚さを示しているため、板厚として設定する。なお、図１２における部材モデルは直方体であるため、辺１３１の長さはすべて等しくなる。

なお、板厚の設定方法については他の方法を用いてもよい。例えば、板厚設定部２９は、各部材において面積が最も大きな面を特定し、該面に接している頂点から延びる辺のうち最小長となる辺の長さを板厚として設定することとしてもよい。このような設定方法は、部材が直方体でない場合に有効である。例えば、部材モデルが図１３のような立体の場合には、辺１４１の長さと辺１４２の長さが異なる（辺１４１の長さ＞辺１４２の長さ）。このような場合には、板厚設定部２９は、まず面積が最も大きな面１４０を特定する。そして、該面１４０に接している頂点から延びるそれぞれの辺の長さを算出する。例えば、辺１４１の長さと辺１４２の長さが算出される。そして、算出された長さのうち最小長となる辺１４２を特定し、該辺１４２の長さを板厚として設定する。このように、最小長となる辺の長さを板厚として設定することで、部材の強度をより大きく見積もってしまうことを防ぐことができる。

また、図１４に示すように、部材モデルの一辺が斜めに加工されている（斜めに切り落とされている）場合には、単に辺の長さでは板厚を判定できない。そこで、板厚設定部２９は、部材モデルの一辺が斜めに加工されている場合には、まず、上記の処理から斜辺の長さを算出する。すなわち、面積が最も大きな面１５０を特定し、該面１５０に接している頂点から延びる辺のうち最小長となる辺の長さを斜辺の長さＨとして取得する。そして、面積が最も大きな面１５０に対する垂線方向と斜辺とがなす角度θを算出し、斜辺の長さＨ×ｃｏｓθから、板厚を算出する。このような処理によって、部材モデルの一辺が斜めに加工されている場合であっても、自動的に板厚を取得することができる。

なお、板厚設定部２９において、算出した板厚が所定の閾値よりも短い場合には、解析モデルの簡略化のために、該板厚の設定を省略することとしてもよい。

評価部２２は、モデル自動修正部２１によって自動抽出された溶接線に対して解析を行い、構造体に含まれる溶接箇所の溶接変形を評価する。金属部材を結合するためには溶接が不可欠であるが、溶接では融点以上の熱が部材に加わってしまうため、部材に溶接変形が生じてしまう。つまり、溶接を用いる構造体では略必ず溶接変形が発生してしまう。そこで、評価部２２では、溶接変形を考慮した設計を行うために、モデル自動修正部２１によって修正された解析モデルを用いて、構造体に含まれる溶接箇所の溶接変形を評価する。モデル自動修正部２１によって解析モデルを修正しているため、解析モデルの解析を効率的に実行することができる。

具体的には、評価部２２は、有限要素解析に固有ひずみ法を適用して、溶接変形解析を行う。評価部２２は、修正された解析モデルを用いて、溶接された部材における固有ひずみを演算する。溶接変形は、溶接線に垂直は方向に収縮する横収縮、溶接線方向に収縮する縦収縮、溶接線で折れるような角変形によって評価できる。このため、評価部２２は、固有ひずみとして、縦収縮力、横収縮量、角変形量を演算することによって、溶接箇所の溶接変形を評価する。なお、横収縮、縦収縮、角変形については、溶接条件（入熱）や板厚等を用いて推定でき、解析モデルに有限要素解析を適用することで各溶接線における溶接変形を細かく評価できる。

なお、評価部２２は、有限要素解析に熱弾塑性解析を適用して、溶接変形解析を行うこととしてもよい。また、評価部２２において、溶接箇所に疲労等（例えば、疲労強度や余寿命等）を評価することとしてもよい。

次に、上述の構造体評価システム２０による構造体評価処理について図１５を参照して説明する。図１５に示すフローは、例えば、構造体評価システム２０の使用者等によって、構造評価の実行指令があった場合に開始される。

まず、構造体の解析モデル（例えば、ＣＡＤデータ）を読み込む（Ｓ１０１）。

次に、解析モデルにおける部材モデルを用いて、各部材の板厚を設定する（Ｓ１０２）。

次に、解析モデルにおいて、各部材モデルに対して中立面を設定する（Ｓ１０３）。

次に、解析モデルにおいて所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、開口部を有する部材モデルから開口部を除去する（Ｓ１０４）。

次に、互いに接合関係にある部材モデルに対応する中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように中立面を延長する（Ｓ１０５）。

次に、溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素（シェル要素）を設定する（Ｓ１０６）。なお、Ｓ１０６において、要素寸法（節点位置）の修正処理も実行され、略正方形の要素が溶接線に対して設定される。

次に、各部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する（Ｓ１０７）。

次に、そして、溶接条件を読み込む（Ｓ１０８）。なお、Ｓ１０８では、使用者から溶接条件が入力されることとしてもよいし、予め作成された溶接条件のデータを読み込むこととしてもよい。そして、抽出された溶接線に対して、固有の識別情報を設定する（Ｓ１０９）。

次に、溶接箇所の評価（溶接変形解析）を行うか否かを判定する（Ｓ１１０）。なお、溶接箇所の評価の要否は、構造体評価システム２０の使用者等によって予め設定されていてもよいし、Ｓ１１０を実行する場合に、使用者等が実行の要否を選択可能なように表示等することとしてもよい。

溶接箇所の評価を行わない場合（Ｓ１１０のＮＯ判定）には、Ｓ１０８へ戻ると共に、溶接条件の追加や修正、再設定等が行われてもよい。

溶接箇所の評価を行う場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定）には、有限要素解析に固有ひずみ法を適用して、溶接変形解析を行う（Ｓ１１２）。なお、溶接変形解析の解析結果は、表示部１６等に表示することとしてもよいし、自動的にデータとして保存されることとしてもよい。

なお、図１５に示すフローは、構造体評価処理の一例であって、各処理順序等は適宜変更可能である。

以上説明したように、本実施形態に係るモデル自動修正装置、構造体評価システム、モデル自動修正方法、及びモデル自動修正プログラムによれば、自動的に解析モデルの溶接線を抽出し、抽出した溶接線に対して固有の識別情報を設定するため、人為的に溶接線を抽出して固有の識別情報を設定する必要がなくなり、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。また、溶接線に接している部材に関する情報、溶接線における溶接条件、溶接線における溶接方向、及び溶接線における溶接方法の少なくともいずれか１つを含んで識別情報を自動的に設定することとしたため、上記のような情報を人為的に設定する手間を省くことができる。

また、自動的に解析モデルの開口部を検出し、検出した開口部を部材モデルから除去するため、人為的に開口部を検出して開口部を除去する必要がなくなり、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。また、所定の形状と同一または類似の形状を含む開口部を自動的に検出するため、効率的に開口部を検出することができる。

また、自動的に解析モデルに対して中立面を設定し、部材モデルの接合状態と整合するように、互いに接していない中立面を延長して互いに接するよう修正するため、人為的に中立面を設定して中立面を延長修正する必要がなくなり、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。

また、自動的に解析モデルの溶接線を抽出し、抽出した溶接線に対して一辺が接する正方形または長方形の要素を設定するため、人為的に溶接線を抽出して要素を設定する必要がなくなり、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。また、要素を、略正方形または略長方形とすることができるため、有限要素解析の複雑化を低減し、効率的に解析を実行することが可能となる。

また、自動的に解析モデルにおける各部材モデルに対して板厚を設定するため、人為的に板厚を設定する必要がなくなり、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することができる。また、自動的かつ効率的に、板厚の設定を行うことが可能となる。また、部材モデルの一辺が斜めに加工されている場合であっても、自動的に板厚を算出して設定することができるため、より精度高く板厚の設定を行うことができる。

モデル自動修正部２１は、従来人為的に行うために膨大な時間を要していた解析モデルの修正（溶接線の抽出、溶接線の識別情報設定、開口部削除、中立面設定及び修正、要素設定、板厚設定）を自動化することができるため、解析モデルの修正時間を大幅に短縮することが可能となる。また、構造体のさらなる大規模化にも対応することが可能となる。

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記実施形態で説明したモデル自動修正方法の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１１ ：ＣＰＵ
１２ ：補助記憶装置
１３ ：主記憶装置
１４ ：通信インターフェース
１５ ：入力部
１６ ：表示部
１８ ：バス
２０ ：構造体評価システム
２１ ：モデル自動修正部（モデル自動修正装置）
２２ ：評価部（評価装置）
２３ ：抽出部
２４ ：識別部
２５ ：開口修正部
２６ ：中立面設定部
２７ ：中立面修正部
２８ ：要素設定部
２９ ：板厚設定部

Claims (23)

1. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出部と、
   前記抽出部において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別部と、
   を備えるモデル自動修正装置。
2. 前記識別部は、前記溶接線に接している前記部材に関する情報、前記溶接線における溶接条件、前記溶接線における溶接方向、及び前記溶接線における溶接方法の少なくともいずれか１つを用いて前記識別情報を設定する請求項１に記載のモデル自動修正装置。
3. 前記３次元モデルにおいて所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する前記部材モデルから前記開口部を除去する開口修正部を備える請求項１または２に記載のモデル自動修正装置。
4. 前記３次元モデルにおいて、各前記部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定部と、
   互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正部と、
   を備える請求項１から３のいずれか１項に記載のモデル自動修正装置。
5. 前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載のモデル自動修正装置。
6. 前記３次元モデルにおける前記部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定部を備える請求項１から５のいずれか１項に記載のモデル自動修正装置。
7. 前記板厚設定部は、前記部材が直方体である場合に、面積が最も大きな面を特定し、前記面に接している頂点から前記面の法線方向に延びる辺の長さを板厚として設定する請求項６に記載のモデル自動修正装置。
8. 前記板厚設定部は、各前記部材において、面積が最も大きな面を特定し、前記面に接している頂点から延びる辺のうち最小長となる辺の長さを板厚として設定する請求項６または７に記載のモデル自動修正装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のモデル自動修正装置と、
   前記モデル自動修正装置によって自動抽出された前記溶接線に対して解析を行い、前記構造体に含まれる溶接箇所の溶接変形を評価する評価装置と、
   を備える構造体評価システム。
10. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正部を備えるモデル自動修正装置。
11. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定部と、
    互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正部と、
    を備えるモデル自動修正装置。
12. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出部と、
    前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定部と、
    を備えるモデル自動修正装置。
13. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定部を備えるモデル自動修正装置。
14. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出工程と、
    前記抽出工程において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別工程と、
    を有するモデル自動修正方法。
15. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正工程を有するモデル自動修正方法。
16. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定工程と、
    互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正工程と、
    を有するモデル自動修正方法。
17. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出工程と、
    前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定工程と、
    を有するモデル自動修正方法。
18. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定工程を有するモデル自動修正方法。
19. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出処理と、
    前記抽出処理において抽出された前記溶接線に対して、固有の識別情報を設定する識別処理と、
    をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラム。
20. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、所定の形状と同一または類似の関係にある形状を含む開口部を検出し、前記開口部を有する各前記部材に対応する部材モデルから前記開口部を除去する開口修正処理をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラム。
21. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルに対して中立面を設定する中立面設定処理と、
    互いに接合関係にある前記部材モデルに対応する前記中立面が互いに接していない場合に、互いに接するように前記中立面を延長する中立面修正処理と、
    をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラム。
22. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルの接合関係に基づいて溶接線を自動抽出する抽出処理と、
    前記３次元モデルに対して、前記溶接線に一辺が接する正方形または長方形の要素を設定する要素設定処理と、
    をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラム。
23. 複数の部材が溶接によって接合されている構造体の３次元モデルにおいて、各前記部材に対応する部材モデルを用いて、各前記部材の板厚を設定する板厚設定処理をコンピュータに実行させるためのモデル自動修正プログラム。

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