JP2544492B2 - メッシュ分割制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 有限要素法で解析用モデルを有限個の要素にメッシュ
分割するときの分割数を設定する制御方式に関し、 分割数設定の手間がかからず、短時間で均一なメッシ
ュ分割を行ない、解析入力データ生成のターンアラウン
ドを短縮することを目的とし、 解析用モデルを単純化して分割した複数のブロックの
各辺について一要素当りの辺長が同程度となるよう各辺
の分割数を設定する分割数設定手段と、ブロック形状に
応じた分割数条件により該複数のブロック夫々が該分割
数条件を満足するかどうかを判定する分割数条件判定手
段と、該複数のブロック夫々について他のブロックとの
結合の数に対応した階層を検出するブロック結合階層検
出手段と、該複数のブロックのうち分割数条件を満足し
ていないブロックを階層の大きな順に選択しブロック形
状に応じた分割数条件を満足するよう各辺の分割数を補
正する分割数補正手段とを有し、該解析用モデルを有限
個の要素にメッシュ分割するための該複数のブロックの
各辺の分割数を得るよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はメッシュ分割制御方式に関し、有限要素法で
解析用モデルを有限個の要素にメッシュ分割するときの
分割数を設定する制御方式に関する。

近年、構造解析シミュレーション技術が向上されて行
く中で、解析入力データの生成作業は、解析作業全体の
時間に比較し半分以上を占めている。更に、有限要素法
による解析結果の精度は、メッシュ分割要素の数、およ
びメッシュの粗密に非常に影響される事から、利用者は
精度を追求するため膨大な時間を費やし、メッシュ分割
数の修正、および解が収束するまでの繰り返しによる解
析を行っている。

従って、メッシュ分割数の設定や均一なメッシュの生
成をより早く行う方法が要求されている。

〔従来の技術〕

第７図は従来の解析入力データ生成作業のフローチャ
ートを示す。

同図中、ステップ10で解析用モデルを作成し、次にこ
のモデルをブロック分割し（ステップ11）、拘束、荷
重、材料等の条件を設定する（ステップ12）。次に各ブ
ロックについてブロック各辺の分割数を設定し（ステッ
プ13）、対辺の分割数が同一であるか等の分割条件のチ
ェックを行なう（ステップ14）。条件を満足していなけ
れば（NG）ステップ13を繰返し、条件を満足していれば
ステップ13の設定分割数を用いてメッシュ分割を行なう
（ステップ15）。

〔発明が解決しようとする課題〕

各ブロックの辺毎の分割数の設定は分割条件の制約や
解析精度を考慮したメッシュの粗密条件の制約があるこ
とから自動化されておらず、ステップ13,14を繰返すこ
とにより、第８図（Ａ）に示す如き解析用モデルを同図
（Ｂ）の如くメッシュ分割を行ない、更に縦横比を考慮
して同図（Ｃ）の如くメッシュ分割し、更に解析結果が
収束するまで細分化して同図（Ｄ）の如くメッシュ分割
を行なう。

従って、解析モデルが複雑な形状の場合はブロック数
も多くなり、辺毎に分割数を指示設定するのは非常に効
率が悪く、解析入力データ生成のターンアラウンドが非
常に長いという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、分割数設定
の手段がかからず、短時間で均一なメッシュ分割を行な
い、解析入力データ生成のターンアラウンドを短縮する
メッシュ分割方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図を示す。

同図中、分割数設定手段１はブロック形状データ５と
して与えられる解析用モデルを単純化して分割した複数
のブロックの各辺について一要素当りの辺長が同程度と
なるよう各辺の分割数を設定する。

分割数条件判定手段２は、ブロック形状に応じた分割
数条件により複数のブロック夫々が分割数条件を満足す
るかどうかを判定する。

ブロック結合階層検出手段３は、複数のブロック夫々
について他のブロックとの結合の数に対応した階層を検
出する。

分割数補正手段４は、複数のブロックのうち分割数条
件を満足していないブロック階層の大きな順に選択しブ
ロック形状に応じた分割数条件を満足するよう各辺の分
割数を補正する。

〔作用〕

本発明においては、初めに各ブロックの各辺の分割数
を設定し、分割数条件を満足しない場合に階層が大なる
順、即ち解析モデルの内側のブロックから順に分割数を
補正する。これによって分割数設定を自動化でき、その
手間がかからず均一なメッシュ分割が可能となり、階層
順に補正を行なうため、１回の補正で全ブロックの補正
が完了し、補正に要する時間が短かくて済む。

〔実施例〕

第２図は本発明方式の一実施例の構成図を示す。

同図中、形状データ読込部21はファイル22に格納され
たブロック形状データを読込む。また分割数指示部23に
より特定の一辺の分割数が指示される。ブロック辺長算
出部24は全ブロックの各辺の辺長を算出し、分割数設定
部25は特定の一辺を分割した一要素の辺長を基準として
各辺の分割数を設定する。

分割数条件判定部26は三角形ブロック判別部27で判別
した各三角形ブロックの各辺の分割数が同一かどうか、
及び四角形ブロック判別部28で判別した各四角形ブロッ
クの対辺の分割数が同一かどうかを用いて各ブロックの
分割数条件が満足されているかどうかを判別する。

ブロック結合階層検出部29は各ブロックの結合状態の
検出により他ブロックとの結合数が小さい程小さな値と
なる階層付けを行ない、分割数補正部20は階層の高いブ
ロックから特に分割数条件を満足していないブロックの
分割数を補正して上記条件を満足させる。なお、テーブ
ル31は分割数設定部25〜分割数補正部30で使用する各種
テーブルが格納される。

第３図は本発明方式の一実施例のフローチャートを示
す。

第３図（Ａ）において、まずステップ40で特定の一辺
の分割数を読込み、続いてテーブル31の全領域をクリア
する（ステップ41）。次にファイル22より各ブロックの
ブロック形状データを１ブロック毎に読込む（ステップ
42）。ブロック形状データは第４図示す如く、各ブロッ
ク毎にブロック番号とその構成辺数と各端点のXYZ座標
とより構成されている。

ステップ43でブロック形状データの読込みが判別され
ると、そのブロックが分割数の指示された辺を持つブロ
ックかどうかを判別し（ステップ44）、そうであれば分
割数の指示された辺の辺長（ブロック辺長）を算出し
（ステップ45）、指示された分割数を用いて一要素当り
の辺長を算出する（ステップ46）。

この後、ブロック形状データの各端点の座標より各端
点に端点識別番号を付与し（ステップ47）、この際にXY
Z座標が同一であるときには同一の端点識別番号とし、
端点識別番号毎に第５図（Ａ）に示す端点座標テーブル
にXYZ座標値をセットする（ステップ48）。また第５図
（Ｂ）に示すテーブルエレメントでブロック毎の端点識
別番号テーブルに各辺を構成する端点の端点識別番号を
セットし（ステップ49）、第５図（Ｃ）に示すテーブル
エレメントでブロック毎の構成辺数テーブルにブロック
を構成する辺数をセットする（ステップ50）。

ブロック形状データの読込みを終了すると第３図
（Ｂ）のステップ55に進み、端点識別番号テーブルから
ブロック識別番号順に各辺の端点識別番号を読出す（ス
テップ55）。ステップ56で各辺の端点識別番号の読出し
が判別されるとこの辺の端点識別番号が他の辺の端点識
別番号と同一であるか照合して他ブロックの辺との結合
チェックを行ない（ステップ57）、結合辺があれば第５
図（Ｄ）に示すテーブルエレメントがブロック識別番号
毎の結合ブロック識別番号テーブルに各辺に結合される
ブロック番号をセットし（ステップ59）、第５図（Ｅ）
に示す結合ブロック数テーブルに各辺の結合ブロック数
を累計する（ステップ60）。なお、結合ブロック識別番
号テーブルは各辺の結合ブロック数を例えば「20」まで
としている。

この後、ステップ55で読出した対象の辺の辺長（ブロ
ック辺長）を算出し（ステップ61）、一要素当りの辺長
で除してその辺の分割数を算出し（ステップ62）、この
分割数を第５図（Ｆ）に示すテーブルエレメントがブロ
ック識別番号毎の分割数テーブルにセットする。

次に構成辺数テーブルから対象のブロックのブロック
形状が三角形か四角形かを判別し（ステップ64）、三角
形の場合全辺の分割数が同一で分割数条件が満足されて
いるかどうかを判別し（ステップ65）、四角形の場合２
組の対辺夫々の分割数が同一で分割数条件が満足されて
いるかどうかを判別する（ステップ66）。ステップ65,6
6で満足されていない場合には第５図（Ｇ）に示す分割
数条件テーブルに「−１」をセットし（ステップ67）、
満足されていればステップ67をバイパスしてステップ55
に戻る。

ステップ56で端点識別番号テーブルの全ての辺の端点
識別番号の読出しを終了すると第３図（Ｃ）のステップ
70に進み、階層番号の値を「１」にセットする。次に結
合ブロック識別番号テーブルの各テーブルエレメントを
読出し（ステップ71）、テーブルエレメントが存在する
とき（ステップ72）、結合ブロック数テーブルを参照し
てブロック内の全辺について結合ブロックが存在するか
どうかを判別する（ステップ73）。全辺に結合ブロック
が存在しなければ第５図（Ｈ）に示す結合ブロック階層
番号テーブルに階層番号の値をセットし（ステップ7
4）、最大階層番号に階層番号の値をセットし（ステッ
プ75）、結合ブロック数番号テーブル上におけるステッ
プ71で読出したテーブルエレメントのブロック識別番号
に対応する辺の結合ブロックを「１」だけデクリメント
し（ステップ76）、ステップ71に戻る。結合ブロック識
別番号テーブルの全テーブルエレメントを読出しを終了
すると階層番号セットが終了したかどうかを判別し（ス
テップ77）、終了していなければ階層番号の値を「１」
だけインクリメントし（ステップ78）、結合ブロック識
別番号テーブルを参照するブロック識別番号を「１」に
初期化してステップ71に進む。

階層番号セットが終了すると第３図（Ｄ）に示すステ
ップ81に進み、最大階層番号の値により結合ブロック階
層番号テーブルの各テーブルエレメントの階層番号を検
索する。テーブルの検索がなされると（ステップ82）、
検索で得られたブロック識別番号を用いて分割数条件判
定テーブルの判定フラグを読出し（ステップ83）、判定
フラグが「０」かどうかを判別する（ステップ84）。判
定フラグが「−１」で分割が不完全なブロックの場合に
は辺カウントに「０」をセットし（ステップ85）、辺カ
ウントを「１」だけインクリメントし（ステップ86）、
ブロック識別番号で構成辺数テーブルを参照して三角形
の場合辺カウントが３を越えたか、四角形の場合辺カウ
ントが４を越えたかを判別し（ステップ87）、越えてい
ない場合に結合ブロック識別番号テーブルを参照して辺
カウントの値に対応する辺との結合ブロックの階層が自
ブロックより上階層であるかどうかを判別して（ステッ
プ88）、自ブロックより上階層でなければ分割数テーブ
ルにおけるこの自ブロックの辺の分割数を補正する（ス
テップ89）。この場合に自ブロックが三角形ならば全辺
等分割、四角形ならば対辺等分割とする。

ステップ82でテーブルサーチを終了した場合にはステ
ップ89で最大階層番号を「１」だけデクリメントし、ス
テップ90でこの最大階層番号が「０」以下となるまで上
記のステップ81〜90を繰返す。

ここで、第６図（Ａ）に示す解析用モデルで階層番号
〜は内側のブロック程大きな値でも最も外側のブロ
ックは値「１」となる。また、斜線のブロックは分割数
条件の不完全ブロックを示している。まず、第６図
（Ｂ）に実線で示す階層番号「３」のブロックが検索さ
れ、次に第６図（Ｃ）に実線で示す階層番号「２」のブ
ロックが検索され、このとき不完全ブロックの矢印の矢
尻側にある辺の分割数を矢筈側にある辺の分割数で置換
えて補正する。更に第６図（Ｄ）に実線で示す階層番号
「１」のブロックが検索され、不完全ブロックの各辺の
分割数が上記と同様に矢印で表わす如く対辺の等分割補
正が行なわれ、これによって不完全ブロックがなくな
り、全ブロックが正常ブロックとなる。

このように階層順に補正を行なうため、１回の補正で
全ブロックの補正が完了して補正を繰返す必要がなく、
補正に要する時間が短かくて済み、分割数設定の処理を
全て自動化でき、その手間がかからず均一なメッシュ分
割が可能となる。

なお、上記実施例では、ブロック形状を三角形、四角
形としたが、各テーブルにおけるブロック構成辺の登録
エリアを増加することにより、三角柱、四角柱で形成さ
れた形状の解析用モデルにも適用でき、この場合、三角
柱、四角柱夫々の構成辺数は9,12夫々となる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明のメッシュ分割制御方式によれ
ば、分割数設定の手間がかからず、短時間で均一なメッ
シュ分割を行なうことができ、解析入力データ生成のタ
ーンアラウンドを短縮することができ、実用上きわめて
有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方式の原理図、 第２図は本発明方式の一実施例の構成図、 第３図は本発明方式の一実施例のフローチャート、 第４図はブロック形状データを示す図、 第５図は各テーブルを示す図、 第６図は分割数補正を説明するための図、 第７図は解析入力データ生成作業のフローチャート、 第８図は従来のメッシュ分割を説明するための図であ
る。 図において、 １は分割数設定手段、 ２は分割数条件判定手段、 ３はブロック結合階層検出手段、 ４は分割数補正手段、 ５はブロック形状データを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】解析用モデルを単純化して分割した複数の
   ブロックの各辺について一要素当りの辺長が同程度とな
   るよう各辺の分割数を設定する分割数設定手段（１）
   と、 ブロック形状に応じた分割数条件により該複数のブロッ
   ク夫々が該分割数条件を満足するかどうかを判定する分
   割数条件判定手段（２）と、 該複数のブロック夫々について他のブロックとの結合の
   数に対応した階層を検出するブロック結合階層検出手段
   （３）と、 該複数のブロックのうち分割数条件を満足していないブ
   ロックを階層の大きな順に選択しブロック形状に応じた
   分割数条件を満足するよう各辺の分割数を補正する分割
   数補正手段（４）とを有し、 該解析用モデルを有限個の要素にメッシュ分割するため
   の該複数のブロックの各辺の分割数を得ることを特徴と
   するメッシュ分割制御方式。