JP2021149887A - Relative displacement calculation method and relative displacement calculation device - Google Patents

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Abstract

To easily specify magnitude of relative displacement of a joining section of a component for composing a structure.SOLUTION: A relative displacement calculation device 10 acquires displacement information of nodes of plural elements obtained by executing structure analysis to a structure model in which a structure is expressed by plural elements, and joining position information regarding a joining position of plural components for composing a structure, extracts elements of joining surfaces of plural components for composing a structure on the basis of the displacement information and the joining position information, sets a correspondence point corresponding to each node of an element of a joining surface of a first component out of two components that are joined on the joining surface onto an element of a joining surface of a second component joined with the first component on the joining surface, calculates relative displacement of a node corresponding to a correspondence point, and outputs relative displacement in a parallel direction relative to a joining surface in the relative displacement.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、相対変位算出方法及び相対変位算出装置に関する。 The present invention relates to a relative displacement calculation method and a relative displacement calculation device.

特許文献1には、自動車の車体等の構造体の部品同士が接合する部分に荷重を加えていない状態と最大荷重を加えている状態との間での部品の変位を評価することにより、接合強化対策を、設計者の試行錯誤に頼らずに容易に行うことができる技術が開示されている。 Patent Document 1 describes joining by evaluating the displacement of parts between a state in which no load is applied and a state in which a maximum load is applied to a portion where parts of a structure such as an automobile body are joined to each other. A technology that can easily carry out strengthening measures without relying on the designer's trial and error is disclosed.

また、自動車の車体に用いられるハイテン材(High Tensile Strength Steel Sheets)の薄肉化による衝突安全性と軽量化の両立が進んでいるが、ハイテン材の薄肉化により剛性やNV(騒音・振動)性能が低下する。 In addition, the thinning of high-tensile steel sheets used for automobile bodies has made it possible to achieve both collision safety and weight reduction. However, the thinning of high-tensile steel has made it possible to achieve rigidity and NV (noise / vibration) performance. Decreases.

また、フランジ等の部品同士が接合された接合部に荷重が加えられた場合に部品同士の相対変位が大きくなってしまう場合、接着剤等で補強することにより剛性が向上することが知られている。さらに、エンジンや足回りから車体に加振力が入力され、車体骨格を伝播してパネル部品が振動し騒音を放射するが、車体骨格を伝播する途中において上記接着剤によって振動を減衰させることでパネル放射音を抑制することができる。 Further, it is known that when a load is applied to a joint portion where parts such as flanges are joined to each other, the relative displacement between the parts becomes large, and the rigidity is improved by reinforcing with an adhesive or the like. There is. Furthermore, the excitation force is input to the vehicle body from the engine and undercarriage, propagates through the vehicle body skeleton, and the panel parts vibrate and radiate noise. Panel radiation sound can be suppressed.

特許第6278122号公報Japanese Patent No. 6278122

しかしながら、単に補強の適用範囲を拡大してしまうと、本来補強が不要な接合部、すなわち部品同士の相対変位が小さい接合部にも補強することとなり、生産性の低下とコスト増大を引き起こしてしまう。このため、適切な補強の適用範囲を特定するには、相対変位の大きさを特定することが必要である。 However, if the scope of application of reinforcement is simply expanded, joints that do not originally need to be reinforced, that is, joints where the relative displacement between parts is small, will also be reinforced, causing a decrease in productivity and an increase in cost. .. Therefore, in order to specify the applicable range of appropriate reinforcement, it is necessary to specify the magnitude of the relative displacement.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、構造体を構成する部品の接合部の相対変位の大きさを容易に特定することができる相対変位算出方法及び相対変位算出装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a relative displacement calculation method and a relative displacement calculation device capable of easily specifying the magnitude of relative displacement of joints of parts constituting a structure. It is a thing.

第1態様に係る相対変位算出方法は、コンピュータが、構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた前記複数の要素の節点の変位情報と、前記構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報と、を取得し、前記変位情報及び前記接合位置情報に基づいて、前記構造体を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出し、前記接合面の要素の節点の相対変位を出力する処理を実行する。 The relative displacement calculation method according to the first aspect includes displacement information of nodes of the plurality of elements obtained by a computer performing structural analysis on a structure model in which the structure is represented by a plurality of elements. The joint position information regarding the joint position of the joint portions of the plurality of parts constituting the structure is acquired, and based on the displacement information and the joint position information, the joint surface of the plurality of parts constituting the structure Each element is extracted, and a process of outputting the relative displacement of the nodes of the elements on the joint surface is executed.

第2態様に係る相対変位算出方法は、前記コンピュータは、前記相対変位のうち前記接合面に対して平行方向の相対変位を出力する。 In the relative displacement calculation method according to the second aspect, the computer outputs the relative displacement in the direction parallel to the joint surface among the relative displacements.

第3態様に係る相対変位算出方法は、前記コンピュータは、前記相対変位のうち前記接合面に対して垂直方向の相対変位を出力する。 In the relative displacement calculation method according to the third aspect, the computer outputs the relative displacement in the direction perpendicular to the joint surface among the relative displacements.

第4態様に係る相対変位算出方法は、前記コンピュータは、前記相対変位の大きさに応じて異なる表示態様で表示させる。 In the relative displacement calculation method according to the fourth aspect, the computer displays in different display modes depending on the magnitude of the relative displacement.

第5態様に係る相対変位算出方法は、前記コンピュータは、前記相対変位が予め定めた閾値以上の箇所を、補強が必要な箇所であることを表す態様で表示させる。 In the relative displacement calculation method according to the fifth aspect, the computer displays a portion where the relative displacement is equal to or higher than a predetermined threshold value in an embodiment indicating that the portion needs to be reinforced.

第6態様に係る相対変位算出装置は、構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた前記複数の要素の節点の変位情報と、前記構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報と、を取得する取得部と、前記変位情報及び前記接合位置情報に基づいて、前記構造体を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出する抽出部と、前記接合面で接合される2つの部品のうち第1の部品の前記接合面の要素の各節点に対応する対応点を、前記第1の部品と前記接合面で接合される第2の部品の前記接合面の要素上に設定する設定部と、前記対応点に対する前記節点の相対変位を算出する算出部と、前記相対変位のうち前記接合面に対して平行方向の相対変位を出力する出力部と、を備える。 The relative displacement calculation device according to the sixth aspect includes displacement information of nodes of the plurality of elements obtained by performing structural analysis on a structure model in which the structure is represented by a plurality of elements, and the structure. Based on the acquisition unit for acquiring the joint position information regarding the joint position of the joint portions of the plurality of parts constituting the structure, the displacement information, and the joint position information, the joint surface of the plurality of parts constituting the structure. An extraction unit that extracts each element and a corresponding point corresponding to each node of the element of the joint surface of the first part among the two parts joined at the joint surface are set with the first part and the joint surface. A setting unit set on the element of the joint surface of the second component to be joined in the above, a calculation unit for calculating the relative displacement of the node with respect to the corresponding point, and the relative displacement parallel to the joint surface. It includes an output unit that outputs relative displacement in the direction.

本発明によれば、構造体を構成する部品の接合部の相対変位の大きさを容易に特定することができる。 According to the present invention, the magnitude of the relative displacement of the joints of the parts constituting the structure can be easily specified.

相対変位算出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware composition of the relative displacement calculation apparatus. 相対変位算出装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the relative displacement calculation apparatus. フランジを有する構造体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure which has a flange. 構造体のFEMモデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the FEM model of a structure. 構造体のFEMモデルに曲げ変形を与えた場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where bending deformation is given to the FEM model of a structure. 接合面の要素の抽出方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction method of the element of a joint surface. 相対変位の算出方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of a relative displacement. 相対変位の算出方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of a relative displacement. 相対変位の算出方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of a relative displacement. 相対変位算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of a relative displacement calculation process. 構造体としての車体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vehicle body as a structure. 接合面と平行方向の相対変位の表示例を示す図である。It is a figure which shows the display example of the relative displacement in the direction parallel to a joint surface. 接合面と垂直方向の相対変位の表示例を示す図である。It is a figure which shows the display example of the relative displacement in the direction perpendicular to a joint surface.

以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

図1には、本実施の形態に係る相対変位算出装置10の構成図である。相対変位算出装置10は、一般的なコンピュータを含む装置であり、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される。 FIG. 1 is a configuration diagram of a relative displacement calculation device 10 according to the present embodiment. The relative displacement calculation device 10 is a device including a general computer, and is composed of, for example, a personal computer or the like.

図1に示すように、相対変位算出装置10は、コントローラ12を備える。コントローラ12は、CPU(Central Processing Unit)12A、ROM(Read Only Memory)12B、RAM(Random Access Memory)12C、不揮発性メモリ12D、及び入出力インターフェース(I/O)12Eを備える。そして、CPU12A、ROM12B、RAM12C、不揮発性メモリ12D、及びI/O12Eがバス12Fを介して各々接続されている。 As shown in FIG. 1, the relative displacement calculation device 10 includes a controller 12. The controller 12 includes a CPU (Central Processing Unit) 12A, a ROM (Read Only Memory) 12B, a RAM (Random Access Memory) 12C, a non-volatile memory 12D, and an input / output interface (I / O) 12E. The CPU 12A, ROM 12B, RAM 12C, non-volatile memory 12D, and I / O 12E are each connected via the bus 12F.

また、I/O12Eには、操作部14、表示部16、通信部18、及び記憶部20が接続されている。 Further, the operation unit 14, the display unit 16, the communication unit 18, and the storage unit 20 are connected to the I / O 12E.

操作部14は、例えばマウス及びキーボードを含んで構成される。 The operation unit 14 includes, for example, a mouse and a keyboard.

表示部16は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。 The display unit 16 is composed of, for example, a liquid crystal display or the like.

通信部18は、外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。 The communication unit 18 is an interface for performing data communication with an external device.

記憶部20は、ハードディスク等の不揮発性の記憶装置で構成され、後述する相対変位算出プログラム20A、変位情報20B、及び接合位置情報20C等を記憶する。CPU12Aは、記憶部20に記憶された相対変位算出プログラム20Aを読み込んで実行する。 The storage unit 20 is composed of a non-volatile storage device such as a hard disk, and stores the relative displacement calculation program 20A, the displacement information 20B, the junction position information 20C, and the like, which will be described later. The CPU 12A reads and executes the relative displacement calculation program 20A stored in the storage unit 20.

次に、相対変位算出装置10が相対変位算出プログラム20Aを実行する場合におけるCPU12Aの機能構成について説明する。 Next, the functional configuration of the CPU 12A when the relative displacement calculation device 10 executes the relative displacement calculation program 20A will be described.

図2に示すように、CPU12Aは、機能的には、取得部30、抽出部32、設定部34、算出部36、及び出力部38を備える。 As shown in FIG. 2, the CPU 12A functionally includes an acquisition unit 30, an extraction unit 32, a setting unit 34, a calculation unit 36, and an output unit 38.

取得部30は、構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた複数の要素の節点の変位情報20Bを取得する。また、取得部30は、構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報20Cを取得する。接合位置情報20Cは、複数の部品が接合される接合部の接合位置の座標値と、接合される複数の部品の各々に固有に付与された部品番号(Part ID、以下、PID)と、を関連付けた情報である。なお、接合の形態としては、抵抗スポット溶接、アーク溶接、及びレーザ溶接等が挙げられるが、これらに限られるものではない。 The acquisition unit 30 acquires the displacement information 20B of the nodes of the plurality of elements obtained by performing the structural analysis on the structure model in which the structure is represented by the plurality of elements. Further, the acquisition unit 30 acquires the joint position information 20C regarding the joint position of the joint portions of a plurality of parts constituting the structure. The joint position information 20C includes the coordinate values of the joint positions of the joints where the plurality of parts are joined and the part numbers (Part ID, hereinafter referred to as PID) uniquely assigned to each of the plurality of parts to be joined. The associated information. The form of joining includes, but is not limited to, resistance spot welding, arc welding, laser welding, and the like.

構造体モデルは、一例として有限要素法(Finite Element Method:以下、FEM)に代表される数値解析手法で用いられるFEMモデルを用いる。構造体を表す複数の要素は、例えばシェル要素、ソリッド要素等が挙げられるが、これらに限られるものではない。 As an example, the structure model uses the FEM model used in the numerical analysis method represented by the finite element method (Finite Element Method: hereinafter, FEM). The plurality of elements representing the structure include, for example, shell elements, solid elements, and the like, but are not limited thereto.

図3には、構造体の一例として、薄鋼板を成形しフランジを有する二つの部品PID1、PID2を溶接し組み立てた構造体40を示した。部品PID1のフランジFL1と部品PID2のフランジFL2とは、一例としてスポット溶接により所定間隔で接合されている。 FIG. 3 shows, as an example of the structure, a structure 40 formed by forming a thin steel plate and welding and assembling two parts PID1 and PID2 having flanges. The flange FL1 of the component PID1 and the flange FL2 of the component PID2 are joined at predetermined intervals by spot welding as an example.

図4には、構造体40をFEMモデルで表した構造モデル40Aを示した。構造体モデル40Aは、部品PID1、PID2については四角形のシェル要素により表され、スポット溶接によるフランジFL1、FL2の接合部SPWについては直方体のソリッド要素により表されている。 FIG. 4 shows a structural model 40A in which the structure 40 is represented by an FEM model. In the structure model 40A, the parts PID1 and PID2 are represented by quadrangular shell elements, and the joint SPW of the flanges FL1 and FL2 by spot welding is represented by a rectangular parallelepiped solid element.

このような構造体モデル40Aに対してFEMによる構造解析、例えば図5に示すように、構造体モデル40Aを曲げ変形させる荷重を加えた場合の構造解析を実行することにより、複数の要素の各節点の変位情報20Bが得られる。得られた変位情報20Bは、記憶部20に予め記憶される。 By performing a structural analysis by FEM on such a structure model 40A, for example, a structural analysis when a load for bending and deforming the structure model 40A is applied as shown in FIG. 5, each of the plurality of elements is performed. The displacement information 20B of the node is obtained. The obtained displacement information 20B is stored in advance in the storage unit 20.

取得部30は、このようにして構造解析の結果得られた各節点の変位情報20Bを記憶部20から読み出すことにより取得する。変位情報20Bは、変位後の各節点の三次元座標の情報を含む。 The acquisition unit 30 acquires the displacement information 20B of each node obtained as a result of the structural analysis by reading it from the storage unit 20. The displacement information 20B includes information on the three-dimensional coordinates of each node after the displacement.

また、取得部30は、構造体40を構成する部品PID1、PID2の接合部SPWの接合位置に関する接合位置情報20Cを記憶部20から読み出すことにより取得する。接合位置情報20Cは、例えば構造体40の設計情報から取得でき、予め記憶部20に記憶される。 Further, the acquisition unit 30 acquires the joint position information 20C regarding the joint position of the joint SPW of the parts PID1 and PID2 constituting the structure 40 by reading from the storage unit 20. The joint position information 20C can be acquired from, for example, the design information of the structure 40, and is stored in the storage unit 20 in advance.

抽出部32は、取得部30が取得した変位情報及び接合位置情報20Cに基づいて、構造体を構成する複数の部品の接合面の要素、例えばフランジ面の要素を各々抽出する。なお、複数の部品が接合される接合面であればフランジ面に限られるものではない。 The extraction unit 32 extracts elements of the joint surface of a plurality of parts constituting the structure, for example, elements of the flange surface, based on the displacement information and the joint position information 20C acquired by the acquisition unit 30. It should be noted that the joint surface is not limited to the flange surface as long as it is a joint surface to which a plurality of parts are joined.

以下、図4に示した構造体40の接合面の抽出方法の一例について説明する。 Hereinafter, an example of a method for extracting the joint surface of the structure 40 shown in FIG. 4 will be described.

まず、抽出部32は、構造体40の接合位置情報20Cに基づいて、例えば図6に示すように、部品PID1の要素のうち、接合部SPWの接合位置から最も近い節点ND1を含む要素EL1を抽出する。 First, based on the joint position information 20C of the structure 40, the extraction unit 32 sets the element EL1 including the node ND1 closest to the joint position of the joint SPW among the elements of the component PID1 as shown in FIG. 6, for example. Extract.

次に、抽出された要素EL1に隣接する要素、すなわち、要素EL1と2つの節点ND3、ND4を共有する要素EL2を抽出する。そして、要素EL1を要素EL2側に延長した面EL1Aと要素EL2とが成す角度θ1が予め定めた閾値TH以下の場合は、要素EL2を接合面(フランジ面)の要素候補とし、角度θ1が閾値THより大きい場合は、要素EL2は接合面の要素候補ではないと判定する。図6の例では、角度θ1は閾値TH以下であるため、要素EL2は接合面の要素候補と判定される。 Next, an element adjacent to the extracted element EL1, that is, an element EL2 that shares the two nodes ND3 and ND4 with the element EL1 is extracted. When the angle θ1 formed by the surface EL1A extending the element EL1 toward the element EL2 and the element EL2 is equal to or less than a predetermined threshold value TH or less, the element EL2 is set as an element candidate for the joint surface (flange surface), and the angle θ1 is the threshold value. If it is larger than TH, it is determined that the element EL2 is not an element candidate of the joint surface. In the example of FIG. 6, since the angle θ1 is equal to or less than the threshold value TH, the element EL2 is determined to be an element candidate of the joint surface.

また、要素EL2に対しても同様の処理を行う。すなわち、要素EL2に隣接する要素EL3を抽出し、要素EL2を要素EL3側に延長した面EL2Aと要素EL3とが成す角度θ2が予め定めた閾値TH以下の場合は、要素EL3を接合面の要素候補とする。一方、角度θ2が閾値THより大きい場合は、要素EL3は接合面の要素候補ではないと判定する。図6の例では、角度θ2は閾値THより大きいため、要素EL3は接合面の要素候補ではないと判定される。 Further, the same processing is performed on the element EL2. That is, when the element EL3 adjacent to the element EL2 is extracted and the angle θ2 formed by the surface EL2A extending the element EL2 toward the element EL3 and the element EL3 is equal to or less than a predetermined threshold value TH, the element EL3 is used as an element of the joining surface. Make it a candidate. On the other hand, when the angle θ2 is larger than the threshold value TH, it is determined that the element EL3 is not an element candidate of the joint surface. In the example of FIG. 6, since the angle θ2 is larger than the threshold value TH, it is determined that the element EL3 is not an element candidate of the joint surface.

このような処理を繰り返すことにより、接合部SPWについて、接合面を構成する要素候補を全て抽出する。これを全ての接合部について実行することにより、部品PID1の部品PID2に対する接合面の要素候補を全て抽出する。 By repeating such a process, all the element candidates constituting the joint surface are extracted from the joint SPW. By executing this for all the joints, all the element candidates of the joint surface with respect to the part PID2 of the part PID1 are extracted.

そして、部品PID1の要素候補のうち、要素候補の節点から予め定めた距離D以内に部品PID2の節点が存在しない要素候補については、接合面の要素ではないと判定する。一方、部品PID1の要素候補のうち、要素候補の節点から予め定めた距離D以内に部品PID2の節点が存在する要素候補については、接合面の要素であると判定する。 Then, among the element candidates of the component PID1, the element candidate in which the node of the component PID 2 does not exist within a predetermined distance D from the node of the element candidate is determined not to be an element of the joint surface. On the other hand, among the element candidates of the component PID1, the element candidate in which the node of the component PID 2 exists within a predetermined distance D from the node of the element candidate is determined to be an element of the joint surface.

そして、部品PID2に対しても同様の処理を実行することにより、接合部SPWについて、部品PID1、PID2の接合面の要素を全て抽出する。 Then, by executing the same process for the component PID2, all the elements of the joint surfaces of the components PID1 and PID2 are extracted from the joint SPW.

また、他の接合部についても同様の処理を実行することにより、部品PID1、PID2の接合面の要素を全て抽出する。 Further, by executing the same process for the other joints, all the elements of the joint surfaces of the parts PID1 and PID2 are extracted.

設定部34は、接合面で接合される2つの部品のうち部品PID1の接合面の要素の各節点に対応する対応点を、第1の部品と接合面で接合される第2の部品の接合面の要素上に設定する。 The setting unit 34 joins the first part and the second part to be joined at the joint surface at the corresponding points corresponding to the nodes of the elements of the joint surface of the part PID1 among the two parts to be joined at the joint surface. Set on the face element.

算出部36は、設定部34が設定した対応点に対する節点の相対変位を算出する。 The calculation unit 36 calculates the relative displacement of the nodes with respect to the corresponding points set by the setting unit 34.

以下、対応点の設定及び相対変位の算出方法の一例について説明する。 Hereinafter, an example of the setting of the corresponding points and the calculation method of the relative displacement will be described.

抽出部32によって抽出された接合面の要素に含まれる各節点について、FEMによる数値解析の解析結果から得られる節点の変位情報を用いて、対応する要素との相対変位を計算する。 For each node included in the element of the joint surface extracted by the extraction unit 32, the relative displacement with the corresponding element is calculated using the displacement information of the node obtained from the analysis result of the numerical analysis by FEM.

最初に、図7に示すように、部品番号PID1のフランジFL1を構成する要素の或る節点Nにおける法線ベクトルを定める。節点Nを含む要素(複数存在する)において、節点Nとそれに隣接する二つの節点によって定まる平面が、節点Nを含む要素の数だけ定義することができる。これらの平面の単位長さ法線ベクトルn(i=1、2、3、4)の平均(ここでは、単純な加算平均)ベクトルに平行で単位長さを持つベクトルnN0を節点Nにおける法線ベクトルと定義する。図7の例では、単位法線ベクトルnを用いて、ベクトルnN0は次式で定義される。 First, as shown in FIG. 7, define a normal vector at a certain node N 0 elements constituting the flange FL1 part number PID1. In the elements including the node N 0 (there are a plurality of elements), the plane determined by the node N 0 and the two adjacent nodes can be defined as many as the number of elements including the node N 0. These planes unit length normal vector n i of (i = 1, 2, 3, 4) average (in this case, a simple averaging) of the node N 0 vector n N0 with parallel unit length vector Defined as the normal vector in. In the example of FIG. 7, with a unit normal vector n i, the vector n N0 is defined by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(1)
Figure 2021149887
... (1)

図7、8に示すように、節点Nを通りベクトルnN0によって定まる方向の直線と部品PID2のフランジを構成する要素面との交点を節点Nの対応点P(pair−point P)とし、対応点Pは上記要素内の3節点N1、N2、N3が作る三角形内に存在するとする。このとき、

Figure 2021149887

を用いて、s、sを次式のように予め定義する。 7 and 8, the intersection of the element surfaces constituting the flange in the direction of the straight line and the part PID2 determined by street vector n N0 nodal N 0 and the corresponding point P of the node N 0 (pair-point P) It is assumed that the corresponding point P exists in the triangle formed by the three nodes N1, N2, and N3 in the above element. At this time,
Figure 2021149887

Is used to define s 1 and s 2 in advance as in the following equation.

Figure 2021149887
・・・(2)
Figure 2021149887
... (2)

そして、対応点Pに対する節点Nの相対変位を、節点NにおけるPID2のフランジFL2に対する相対変位として定義する。 Then, the relative displacement of the node N 0 to the corresponding point P, and defined as a relative displacement with respect to the flange FL2 of PID2 at node N 0.

また、図9に示すように、変形後に各点がダッシュ「’」付の点にそれぞれ移動すると考える。対応点Pにおける並進変位ベクトルu及び回転変位ベクトルφを次式のように定義する。 Further, as shown in FIG. 9, it is considered that each point moves to a point with a dash "'" after the transformation. The translational displacement vector u P and the rotational displacement vector φ P at the corresponding point P are defined as follows.

Figure 2021149887
・・・(3)
Figure 2021149887
・・・(4)
Figure 2021149887
... (3)
Figure 2021149887
... (4)

ここで、u及びφ(ただし、i=1、2、3)は、それぞれ、節点Nにおける並進変位ベクトル及び回転変位ベクトルであり、FEM解析結果から得ることができる。また、重み係数wiは次式のように定義する。 Here, u i and phi i (however, i = 1, 2, 3) are each a translational displacement vector and rotational displacement vectors at the nodes N i, can be obtained from the FEM analysis results. Further, the weighting coefficient wi is defined by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(5)
Figure 2021149887
... (5)

ここで、行列Cを次式で定義する。 Here, the matrix C P is defined by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(6)
Figure 2021149887
... (6)

ここで、Iは3×3単位行列であり、回転軸ベクトルλ及び外積行列

Figure 2021149887

を次式で定義する。 Here, I 3 is a 3 × 3 identity matrix, and the rotation axis vector λ P and the outer product matrix.
Figure 2021149887

Is defined by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(7)
Figure 2021149887
... (7)

上記で得られる行列Cを用いて、相対変位Sを次式で計算する。 Using the matrix C P obtained in the above, it calculates the relative displacement S by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(8)
Figure 2021149887
... (8)

さらに、n’=Cnとして、節点N の部品PID2の接合面に対する垂直方向の相対変位(gap change、ギャップ変化)ベクトルSと、部品PID2の接合面に対する平行方向(relative slip、相対滑り)ベクトルSを次式で表される。 Further, when n'= C P n, the relative displacement (gap change, gap change) vector S ⊥ in the direction perpendicular to the joint surface of the component PID 2 at the node N 0 and the parallel direction (relative slip, relative) to the joint surface of the component PID 2 Sliding) Vector S is expressed by the following equation.

Figure 2021149887
・・・(9)
Figure 2021149887
... (9)

そして、接合面の要素に含まれる全節点について、上記の処理を実行することにより、相対変位分布が得られる。 Then, the relative displacement distribution can be obtained by executing the above processing for all the nodes included in the elements of the joint surface.

出力部38は、算出部36により算出された相対変位のうち接合面に対して平行方向の相対変位を出力する。例えば、相対変位を表示部16に表示させたり、記憶部20に記憶させたりする。このとき、相対変位の大きさに応じて異なる表示態様で表示部16に表示させてもよい。また、相対変位が予め定めた閾値以上の箇所を、補強が必要な箇所であることを表す態様で表示させてもよい。また、算出部36により算出された相対変位のうち接合面に対して垂直方向の相対変位を出力するようにしてもよい。 The output unit 38 outputs the relative displacement in the direction parallel to the joint surface among the relative displacements calculated by the calculation unit 36. For example, the relative displacement is displayed on the display unit 16 or stored in the storage unit 20. At this time, the display unit 16 may display different display modes depending on the magnitude of the relative displacement. Further, the portion where the relative displacement is equal to or larger than the predetermined threshold value may be displayed in a manner indicating that the portion needs to be reinforced. Further, among the relative displacements calculated by the calculation unit 36, the relative displacements in the direction perpendicular to the joint surface may be output.

以下、CPU12Aで実行される相対変位算出処理について図10に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図10に示す相対変位算出処理は、例えば、ユーザーの操作により相対変位算出プログラムの実行が指示された場合に、記憶部20から相対変位算出プログラムが読み込まれることにより実行される。また、以下では、図11に示すような自動車の車体50を構成する部品の接合面の相対変位を算出する場合について説明する。車体50は、一例として市場に多く出回っているミドルクラスハッチバックタイプ(5ドア)である。 Hereinafter, the relative displacement calculation process executed by the CPU 12A will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The relative displacement calculation process shown in FIG. 10 is executed by reading the relative displacement calculation program from the storage unit 20, for example, when the user operates to instruct the execution of the relative displacement calculation program. Further, in the following, a case of calculating the relative displacement of the joint surfaces of the parts constituting the vehicle body 50 of the automobile as shown in FIG. 11 will be described. The vehicle body 50 is a middle-class hatchback type (5-door) that is widely available on the market as an example.

なお、相対変位算出プログラムを実行する前に、車体50のFEMモデルに対して例えば曲げ変形を加えた場合の構造解析を実施する。これにより、車体50のFEMモデルを構成する複数の要素の各節点の変位情報20Bが得られる。そして、得られた変位情報20Bを記憶部20に記憶させておく。また、車体50を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報20Cを例えば車体50の設計情報から取得し、記憶部20に記憶させておく。 Before executing the relative displacement calculation program, structural analysis is performed when, for example, bending deformation is applied to the FEM model of the vehicle body 50. As a result, the displacement information 20B of each node of the plurality of elements constituting the FEM model of the vehicle body 50 can be obtained. Then, the obtained displacement information 20B is stored in the storage unit 20. Further, the joint position information 20C regarding the joint positions of the joint portions of the plurality of parts constituting the vehicle body 50 is acquired from, for example, the design information of the vehicle body 50 and stored in the storage unit 20.

ステップS100では、CPU12Aが、取得部30として、車体50のFEMモデルを構成する複数の要素の各節点の変位情報20Bと、車体50を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報20Cと、を記憶部20から読み出すことにより取得する。 In step S100, the CPU 12A, as the acquisition unit 30, displacement information 20B of each node of a plurality of elements constituting the FEM model of the vehicle body 50 and joint position information regarding the joint position of the joint portions of the plurality of parts constituting the vehicle body 50. 20C and 20C are acquired by reading from the storage unit 20.

ステップS102では、CPU12Aが、抽出部32として、ステップS100で取得した変位情報及び接合位置情報に基づいて、車体50を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出する。 In step S102, the CPU 12A, as the extraction unit 32, extracts the elements of the joint surfaces of the plurality of parts constituting the vehicle body 50 based on the displacement information and the joint position information acquired in step S100.

ステップS104では、CPU12Aが、設定部34として、接合面で接合される2つの部品のうち第1の部品の接合面の要素の各節点に対応する対応点を、第1の部品と接合面で接合される第2の部品の接合面の要素上に設定する。これを車体50の全ての部品の接合面について実行する。 In step S104, the CPU 12A, as the setting unit 34, sets the corresponding points corresponding to the nodes of the elements of the joint surface of the first component among the two components joined at the joint surface at the joint surface with the first component. It is set on the element of the joint surface of the second component to be joined. This is performed for the joint surfaces of all the parts of the vehicle body 50.

ステップS106では、CPU12Aが、算出部36として、対応点に対する節点の相対変位を算出する。これを車体50の全ての部品の接合面について実行する。 In step S106, the CPU 12A, as the calculation unit 36, calculates the relative displacement of the nodes with respect to the corresponding points. This is performed for the joint surfaces of all the parts of the vehicle body 50.

ステップS108では、CPU12Aが、出力部38として、ステップS106で算出された相対変位のうち接合面に対して平行方向の相対変位Sを出力する。例えば図12に示すように、車体50の相対変位Sを表示部16に表示させたり、記憶部20に記憶させたりする。図13の例では、相対変位の大きさに応じて色分けすることにより表示態様を異ならせている。 In step S108, the CPU 12A outputs the relative displacement S ‖ in the direction parallel to the joint surface among the relative displacements calculated in step S106 as the output unit 38. For example, as shown in FIG. 12, the relative displacement S of the vehicle body 50 is displayed on the display unit 16 or stored in the storage unit 20. In the example of FIG. 13, the display mode is different by color-coding according to the magnitude of the relative displacement.

また、例えば図13に示すように、ステップS106で算出された相対変位のうち接合面に対して垂直方向の相対変位Sを表示部16に表示させたり、記憶部20に記憶させたりしてもよい。 Further, for example, as shown in FIG. 13, of the relative displacements calculated in step S106, the relative displacement S ⊥ in the direction perpendicular to the joint surface is displayed on the display unit 16 or stored in the storage unit 20. May be good.

さらに、相対変位が予め定めた閾値以上の箇所を、補強が必要な箇所であることを表す態様で表示させてもよい。例えば、相対変位が予め定めた閾値以上の箇所のみ着色して表示することにより、補強が必要な箇所と補強が不要な箇所とが明確に区別できるようにしてもよい。 Further, a portion where the relative displacement is equal to or higher than a predetermined threshold value may be displayed in a manner indicating that the portion needs to be reinforced. For example, by displaying only the portion where the relative displacement is equal to or greater than the predetermined threshold value, the portion requiring reinforcement and the portion not requiring reinforcement may be clearly distinguished.

このように、本実施形態では、構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた複数の要素の各節点の変位情報と、構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報と、に基づいて、構造体を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出する。そして、接合面で接合される2つの部品のうち第1の部品の接合面の要素の各節点に対応する対応点を、第1の部品と接合面で接合される第2の部品の接合面の要素上に設定し、対応点に対する節点の相対変位を算出して出力する。これにより、構造体を構成する部品の接合部の相対変位の大きさを容易に特定することができる。 As described above, in the present embodiment, the displacement information of each node of the plurality of elements obtained by performing the structural analysis on the structure model in which the structure is represented by the plurality of elements and the structure are constructed. Based on the joint position information regarding the joint positions of the joint portions of the plurality of parts, the elements of the joint surfaces of the plurality of parts constituting the structure are extracted. Then, of the two parts to be joined at the joint surface, the corresponding points corresponding to the nodes of the elements of the joint surface of the first part are set to the joint surfaces of the second component to be joined at the joint surface with the first component. It is set on the element of, and the relative displacement of the node with respect to the corresponding point is calculated and output. Thereby, the magnitude of the relative displacement of the joints of the parts constituting the structure can be easily specified.

なお、本実施形態では、相対変位算出プログラムが記憶部20に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。相対変位算出プログラムは、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、相対変位算出プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。 In the present embodiment, the mode in which the relative displacement calculation program is stored (installed) in the storage unit 20 in advance has been described, but the present invention is not limited to this. The relative displacement calculation program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versaille Disc Read Only Memory), and a USB (Universal Serial Bus) memory. May be good. Further, the relative displacement calculation program may be downloaded from an external device via a network.

10 相対変位算出装置
12 コントローラ
14 操作部
16 表示部
18 通信部
20 記憶部
20A 相対変位算出プログラム
20B 変位情報
20C 接合位置情報
30 取得部
32 抽出部
34 設定部
36 算出部
38 出力部
40 構造体
10 Relative displacement calculation device 12 Controller 14 Operation unit 16 Display unit 18 Communication unit 20 Storage unit 20A Relative displacement calculation program 20B Displacement information 20C Joint position information 30 Acquisition unit 32 Extraction unit 34 Setting unit 36 Calculation unit 38 Output unit 40 Structure

Claims (6)

コンピュータが、
構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた前記複数の要素の節点の変位情報と、前記構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報と、を取得し、
前記変位情報及び前記接合位置情報に基づいて、前記構造体を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出し、
前記接合面の要素の節点の相対変位を出力する
処理を実行する相対変位算出方法。
The computer
Displacement information of nodes of the plurality of elements obtained by performing structural analysis on a structure model in which the structure is represented by a plurality of elements, and joints of joints of a plurality of parts constituting the structure. Get the joint position information about the position,
Based on the displacement information and the joint position information, the elements of the joint surfaces of the plurality of parts constituting the structure are extracted.
A relative displacement calculation method for executing a process of outputting the relative displacement of the nodes of the elements of the joint surface.
前記コンピュータは、
前記相対変位のうち前記接合面に対して平行方向の相対変位を出力する
請求項1記載の相対変位算出方法。
The computer
The relative displacement calculation method according to claim 1, wherein the relative displacement in the direction parallel to the joint surface is output among the relative displacements.
前記コンピュータは、
前記相対変位のうち前記接合面に対して垂直方向の相対変位を出力する
請求項1又は請求項2記載の相対変位算出方法。
The computer
The relative displacement calculation method according to claim 1 or 2, wherein the relative displacement in the direction perpendicular to the joint surface is output among the relative displacements.
前記コンピュータは、
前記相対変位の大きさに応じて異なる表示態様で表示させる
請求項1〜3の何れか1項に記載の相対変位算出方法。
The computer
The relative displacement calculation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the display is performed in a different display mode depending on the magnitude of the relative displacement.
前記コンピュータは、前記相対変位が予め定めた閾値以上の箇所を、補強が必要な箇所であることを表す態様で表示させる
請求項1〜4の何れか1項に記載の相対変位算出方法。
The relative displacement calculation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the computer displays a portion where the relative displacement is equal to or higher than a predetermined threshold value in a manner indicating that the portion requires reinforcement.
構造体を複数の要素で表した構造体モデルに対して構造解析を実行することにより得られた前記複数の要素の節点の変位情報と、前記構造体を構成する複数の部品の接合部の接合位置に関する接合位置情報と、を取得する取得部と、
前記変位情報及び前記接合位置情報に基づいて、前記構造体を構成する複数の部品の接合面の要素を各々抽出する抽出部と、
前記接合面で接合される2つの部品のうち第1の部品の前記接合面の要素の各節点に対応する対応点を、前記第1の部品と前記接合面で接合される第2の部品の前記接合面の要素上に設定する設定部と、
前記対応点に対する前記節点の相対変位を算出する算出部と、
前記相対変位のうち前記接合面に対して平行方向の相対変位を出力する出力部と、
を備えた相対変位算出装置。
Displacement information of nodes of the plurality of elements obtained by performing structural analysis on a structure model in which the structure is represented by a plurality of elements, and joints of joints of a plurality of parts constituting the structure. An acquisition unit that acquires joint position information related to the position, and
An extraction unit that extracts elements of the joint surface of a plurality of parts constituting the structure based on the displacement information and the joint position information.
Of the two parts to be joined at the joint surface, the corresponding points corresponding to the nodes of the elements of the joint surface of the first part are set to the corresponding points of the second part to be joined to the first part at the joint surface. A setting unit set on the element of the joint surface and
A calculation unit that calculates the relative displacement of the node with respect to the corresponding point,
An output unit that outputs the relative displacement in the direction parallel to the joint surface among the relative displacements,
Relative displacement calculation device equipped with.
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