JP3176745B2 - Finite element model generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はＣＡＥ（Computer Aided
Engineering）の中核をなす計算機を利用したＦＥＭ
（Finite Element Method ）の生成を自動的に行なう有
限要素モデル生成装置に関する。This invention relates to CAE (Computer Aided)
Engineering) FEM using the core computer
The present invention relates to a finite element model generation device that automatically generates a (Finite Element Method).
【０００２】近年、製品のライフサイクルの短期化に伴
い、設計の品質向上によるコストダウン、生産性の向上
を目的としてＣＡＥの導入が進んでおり、より短時間で
数値シミュレーションが行なえるように確実な有限要素
モデルを生成できる装置が望まれている。In recent years, with the shortening of the life cycle of products, CAE has been introduced for the purpose of cost reduction and improvement of productivity by improving design quality, and it has been ensured that numerical simulations can be performed in a shorter time. There is a demand for an apparatus that can generate a simple finite element model.
【０００３】[0003]
【従来の技術】まず、有限要素モデルについて説明す
る。有限要素モデルは要素（element ）、節点（node）
から構成されている。有限要素モデルを構成する要素と
しては、図５に示すように固体要素ＣＨＥＸＡ、ＣＰＥ
ＮＴＡ、板要素ＣＱＵＡＤ４、ＣＴＲＩＡ３、棒要素Ｃ
ＢＡＲ等がある。2. Description of the Related Art First, a finite element model will be described. A finite element model is an element, a node
It is composed of Elements constituting the finite element model include solid elements CHEXA and CPE as shown in FIG.
NTA, plate element CQUAD4, CTRIA3, rod element C
BAR and the like.
【０００４】ここで各要素について説明する。固体要素
ＣＨＥＸＡは、８節点を有し、各節点は３自由度（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）を有している。Here, each element will be described. The solid element CHEXA has eight nodes, each node having three degrees of freedom (X,
Y, Z).
【０００５】固体要素ＣＰＥＮＴＡは、６節点を有し、
各節点は３自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有している。板要素
ＣＱＵＡＤ４は、４節点を有し、各節点は５自由度
（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θx、θy ）を有している。[0005] The solid element CPENTA has six nodes,
Each node has three degrees of freedom (X, Y, Z). Plate element CQUAD4 has four nodes, each node has five degrees of freedom (X, Y, Z, θ x, θ y).
【０００６】板要素ＣＴＲＩＡ３は、３節点を有し、各
節点は５自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θx、θy ）を有してい
る。棒要素ＣＢＡＲは、２節点を有し、各節点は６自由
度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θx 、θ y 、θz ）を有している。The plate element CTRIA3 has three nodes.
The nodes have 5 degrees of freedom (X, Y, Z, θx, Θy)
You. Bar element CBAR has 2 nodes, each node has 6 free
Degree (X, Y, Z, θx, Θ y, Θz)have.
【０００７】ところで、上述したような要素を用いて有
限要素モデルを生成し、マトリックス計算を行なうよう
な場合、自由度の異なる要素が一の節点あるいは節点群
を共有する場合が有り、この様な場合にはマトリックス
計算を行なえなくなってしまう。In the case where a finite element model is generated using the above-described elements and a matrix calculation is performed, elements having different degrees of freedom may share one node or a group of nodes. In this case, the matrix calculation cannot be performed.
【０００８】より具体的には、図６（ａ）に示すＬＳＩ
モデルの場合、破線円内で示す固体要素Ｅ１と板要素Ｅ
２において、図６（ｂ）の拡大図に示すように、節点Ｎ
2 及び節点Ｎ4 を共有しているが、固体要素Ｅ１を構成
する節点の自由度は３自由度であり、板要素Ｅ２を構成
する節点の自由度は５自由度であるので、マトリックス
演算を行なうとエラーが生じて計算が行なえなくなって
しまう。More specifically, the LSI shown in FIG.
In the case of the model, the solid element E1 and the plate element
2, as shown in the enlarged view of FIG.
2 and the node N4 are shared, but the nodes constituting the solid element E1 have three degrees of freedom, and the nodes constituting the plate element E2 have five degrees of freedom. Error occurs and calculation cannot be performed.
【０００９】そこで従来においては、自由度数の異なる
要素が一の節点あるいは節点群を共有する場合には、オ
ペレータがマニュアルで当該共有されている節点あるい
は節点群を特定し、自由度の大きい節点を有する要素の
自由度を拘束したり、自由度の小さい要素に対して解析
結果に影響の少ないような要素であって自由度数が自由
度数の大きな要素と同じ要素を追加したりして、マトリ
ックス計算にエラーが発生しないようにする必要があっ
た。Therefore, conventionally, when elements having different degrees of freedom share one node or a group of nodes, the operator manually specifies the shared node or the group of nodes, and specifies a node having a large degree of freedom. Matrix calculation by constraining the degrees of freedom of the elements that have it, or adding elements that have a small number of degrees of freedom and do not affect the analysis results but have the same number of degrees of freedom as the elements with a large number of degrees of freedom Needed to avoid errors.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】より具体的には、図７
（ａ）に示すように、要素の自由度を拘束する方法にお
いては、固体要素Ｅ１と板要素Ｅ２は節点Ｎ1 、Ｎ2 で
接合しているため、この節点Ｎ1 、Ｎ2 の板要素Ｅ２か
らみた自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θx 、θy ）のうち自由度
（θx 、θy ）を拘束して、固体要素Ｅ１の自由度数に
合せることとなる。More specifically, FIG.
As shown in (a), in the method of restricting the degrees of freedom of the elements, since the solid element E1 and the plate element E2 are joined at the nodes N1 and N2, the freedom as viewed from the plate element E2 at the nodes N1 and N2. degrees constraining (X, Y, Z, θ x, θ y) degrees of freedom of the (θ x, θ y), so that the match in the number of degrees of freedom solid elements E1.
【００１１】ところで、有限要素法では図８（ａ）に示
すように、空間における節点の場所を指定してモデルの
形状を定義する全体座標系と、図８（ｂ）に示すよう
に、要素を構成する節点座標値を用いてモデルの形状を
定義するローカル座標系と、の２種類があり、本来ロー
カル座標系で拘束すべき自由度を、全体座標系で拘束し
てしまうこととなり、自由度数の拘束状況が現実と対応
しないため、解析結果に誤差を生じてしまうという問題
点があった。By the way, in the finite element method, as shown in FIG. 8A, a general coordinate system for defining the shape of a model by designating the location of a node in a space, and as shown in FIG. And the local coordinate system that defines the shape of the model using the nodal coordinate values that constitute the node. The degrees of freedom that should be constrained in the local coordinate system are constrained in the global coordinate system. There is a problem that an error occurs in the analysis result because the frequency constraint situation does not correspond to reality.
【００１２】また、図７（ｂ）に示すように、自由度の
小さい要素（固体要素Ｅ１）に対し、解析結果に影響の
少ないようなダミー要素Ｅ３を追加する方法において
は、要素数が多い場合には自由度の異なる部分の節点と
要素をマニュアルで特定することが非常に困難であり、
特に初心者のオペレータにとっては分りにくく、エラー
を発生する原因となっていた。さらにこの様に要素を追
加する方法を知らずに有限要素法モデルを作成してしま
った場合に、後から自由度数の多い要素を追加すること
は非常に手数がかかってしまうという問題点があった。In addition, as shown in FIG. 7B, in a method of adding a dummy element E3 having little effect on the analysis result to an element having a small degree of freedom (solid element E1), the number of elements is large. In some cases, it is very difficult to manually identify nodes and elements at different degrees of freedom,
Particularly, it is difficult for a novice operator to understand, which has caused an error. Furthermore, if a finite element method model is created without knowing how to add elements in this way, there is a problem that adding an element with a large number of degrees of freedom later is very troublesome. .
【００１３】そこで、本発明の目的は、マトリックス演
算を行なう際にエラーが発生しない有限要素モデルを容
易かつ迅速に生成する有限要素モデル生成装置を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a finite element model generating apparatus for easily and quickly generating a finite element model in which no error occurs when performing a matrix operation.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、自由度数が異なる要素が混在する有限要
素モデルを生成する有限要素モデル生成装置において、
外部から入力されたデータに基づいて有限要素モデルを
生成するモデル生成手段と、生成された有限要素モデル
を構成する複数の要素の節点のうち、自由度の異なる複
数の要素に共有されている節点あるいは節点群を判別す
る共有節点判別手段と、前記判別された節点毎あるいは
節点群毎に当該節点あるいは当該節点群を共有する要素
の自由度のうち最大自由度を判別する自由度判別手段
と、前記共有されている節点あるいは節点群を含み、前
記最大自由度と等しい自由度を有する要素を前記生成さ
れた有限要素モデルに追加する要素追加手段と、を備え
て構成する。According to the present invention, there is provided a finite element model generating apparatus for generating a finite element model in which elements having different degrees of freedom are mixed.
Model generation means for generating a finite element model based on data input from the outside, and nodes shared by a plurality of elements having different degrees of freedom among nodes of a plurality of elements constituting the generated finite element model Or shared node determining means for determining a node group, and a degree of freedom determining means for determining the maximum degree of freedom among the degrees of freedom of elements sharing the node or the node group for each of the determined nodes or for each node group, Element adding means for adding an element including the shared node or node group and having a degree of freedom equal to the maximum degree of freedom to the generated finite element model.
【００１５】[0015]
【作用】本発明によれば、モデル生成手段は、外部から
入力されたデータに基づいて有限要素モデルを生成す
る。According to the present invention, the model generating means generates a finite element model based on externally input data.
【００１６】次に共有節点判別手段は、生成された有限
要素モデルを構成する複数の要素の節点のうち、自由度
の異なる複数の要素に共有されている節点あるいは節点
群を判別し、自由度判別手段は、判別された節点毎ある
いは節点群毎に当該節点あるいは当該節点群を共有する
要素の自由度のうち最大自由度を判別する。Next, the shared node determining means determines a node or a group of nodes shared by a plurality of elements having different degrees of freedom among the nodes of the plurality of elements constituting the generated finite element model. The determining means determines the maximum degree of freedom among the degrees of freedom of the node or the element sharing the node group for each determined node or node group.
【００１７】この結果、要素追加手段は、共有されてい
る節点あるいは節点群を含み、判別された最大自由度の
自由度を有する要素を生成された有限要素モデルに追加
する。As a result, the element adding means adds an element including the shared node or node group and having the determined maximum degree of freedom to the generated finite element model.
【００１８】従って、自由度の異なる要素に共有されて
いる節点あるいは節点群は存在しなくなるため、マトリ
ックス計算においてこれに起因するエラーが発生しな
い。Therefore, no node or node group shared by elements having different degrees of freedom does not exist, and no error due to this occurs in the matrix calculation.
【００１９】[0019]
【実施例】次に図面を参照して、本発明の好適な実施例
を説明する。まず図１を参照して有限要素モデルを構成
する要素のバルクデータ形式を説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the bulk data format of the elements constituting the finite element model will be described with reference to FIG.
【００２０】有限要素モデルを構成する要素としては、
図１に示すように固体要素ＣＨＥＸＡ、ＣＰＥＮＴＡ、
板要素ＣＱＵＡＤ４、ＣＴＲＩＡ３、棒要素ＣＢＡＲ等
がある。The elements constituting the finite element model include:
As shown in FIG. 1, the solid elements CHEXA, CPENTA,
There are a plate element CQUAD4, a CTRIA3, a bar element CBAR, and the like.
【００２１】固体要素ＣＨＥＸＡは、８節点を有し、当
該要素を特定するための要素番号ＥＩＤ、当該要素の解
析対象を示す形状特性番号ＰＩＤ、当該要素を構成する
節点の節点番号Ｎ1 、Ｎ2 、…、Ｎ8 の１０個のデータ
から構成される。The solid element CHEXA has eight nodes, an element number EID for specifying the element, a shape characteristic number PID indicating an analysis target of the element, node numbers N1 and N2 of the nodes constituting the element. .., N8.
【００２２】固体要素ＣＰＥＮＴＡは、６節点を有し、
要素番号ＥＩＤ、形状特性番号ＰＩＤ、節点番号Ｎ1 、
Ｎ2 、…、Ｎ6 の８個のデータから構成される。板要素
ＣＱＵＡＤ４は、４節点を有し、要素番号ＥＩＤ、形状
特性番号ＰＩＤ、節点番号Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 、Ｎ4 の６
個のデータから構成される。The solid element CPENTA has six nodes,
Element number EID, shape characteristic number PID, node number N1,
.., N6. The plate element CQUAD4 has four nodes, and includes element number EID, shape characteristic number PID, and node numbers N1, N2, N3, and N4.
Data.
【００２３】板要素ＣＴＲＩＡ３は、３節点を有し、要
素番号ＥＩＤ、形状特性番号ＰＩＤ、節点番号Ｎ1 、Ｎ
2 、Ｎ3 の５個のデータから構成される。棒要素ＢＡＲ
は、２節点を有し、要素番号ＥＩＤ、形状特性番号ＰＩ
Ｄ、節点番号Ｎ1 、Ｎ2 の４個のデータから構成され
る。The plate element CTRIA3 has three nodes, an element number EID, a shape characteristic number PID, and node numbers N1 and N.
2 and N3. Bar element BAR
Has two nodes, element number EID, shape characteristic number PI
D and node numbers N1 and N2.
【００２４】次に有限要素モデル作成時における要素の
追加処理について図２乃至図４を参照して説明する。ま
ず有限要素モデル生成装置１の処理装置２は、内部の図
示しないメモリや、外部記憶装置３に記憶されたデータ
及びプログラムによりキーボード４、フロッピーディス
ク５等により入力されたデータに基づいて、有限要素モ
デルを作成する（ステップＳ１）。作成された有限要素
モデルはＣＲＴ等のディスプレイ６や、プリンタ７に出
力することができる。Next, the process of adding an element when a finite element model is created will be described with reference to FIGS. First, the processing device 2 of the finite element model generation device 1 performs finite element modeling based on data input from the keyboard 4, the floppy disk 5, and the like based on data and programs stored in an internal memory (not shown) and the external storage device 3. A model is created (Step S1). The created finite element model can be output to a display 6 such as a CRT or a printer 7.
【００２５】次に処理装置２は、生成した有限要素モデ
ルの全ての節点を調査し、複数の要素に共有される節点
を特定し（ステップＳ２）、さらに当該節点を共有する
要素を対応づけ特定する（ステップＳ３）。Next, the processing unit 2 investigates all nodes of the generated finite element model, identifies nodes shared by a plurality of elements (step S2), and further associates and identifies elements sharing the nodes. (Step S3).
【００２６】次に処理装置は特定された要素の中で、節
点の自由度数の異なる要素と一の節点を共有している要
素を抽出する（ステップＳ４）つづいて処理装置は、ス
テップＳ４の処理において、抽出された要素（群）につ
いて、ダミー要素を追加し（ステップＳ５）、有限要素
モデルを完成させる。Next, the processing unit extracts, from the specified elements, an element sharing one node with an element having a different degree of freedom of the node (step S4). The processing unit then proceeds to step S4. In, a dummy element is added to the extracted element (group) (step S5) to complete a finite element model.
【００２７】ダミー要素の追加するためには、まず、一
の節点を共有している要素のうち、最大の自由度を当該
ダミー要素の自由度とする。次に、ダミー要素の節点と
しては、ステップＳ４の処理に用いた自由度の異なる節
点と、この節点を共有する自由度の小さいほうの要素の
一の辺（棒要素の場合）又は一の面（板要素の場合）を
任意に選択して、当該辺あるいは当該面を構成する節点
と、を用いる。To add a dummy element, first, among the elements sharing one node, the maximum degree of freedom is set as the degree of freedom of the dummy element. Next, as a node of the dummy element, a node having different degrees of freedom used in the processing in step S4 and one side (in the case of a bar element) or one surface of the element having the smaller degree of freedom sharing this node are used. (In the case of a plate element) is arbitrarily selected, and the node forming the side or the surface is used.
【００２８】より具体的には、共有状態が図４に示すよ
うな場合であり、共有節点がＮ1 、Ｎ2 である場合に
は、ダミー要素として、板要素を用いて、その節点を
（Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 、Ｎ4 ）としてもよいし、節点を
（Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ6 、Ｎ7 ）としてもよいということで
ある。More specifically, in the case where the shared state is as shown in FIG. 4 and the shared nodes are N1 and N2, a plate element is used as a dummy element, and the node is set to (N1, N2, N3, N4) or the nodes may be (N1, N2, N6, N7).
【００２９】以上の説明のように、本実施例によれば、
自由度数の異なる要素が一の節点あるいは節点群を共有
した場合をも考慮して有限要素モデルをチェックするこ
とができるため、有限要素モデルのチェックを要素個別
に留める場合と比較して、オペレータがＦＥＭ解析メッ
シュデータの作成に未熟であるような場合にも、適切な
有限要素モデルを迅速かつ容易に作成することができ、
正確なマトリックス計算を行ない、効率良くＦＥＭ解析
を行なうことができる。As described above, according to this embodiment,
The finite element model can be checked in consideration of the case where elements having different degrees of freedom share one node or a group of nodes. Even in the case of inexperience in creating FEM analysis mesh data, an appropriate finite element model can be created quickly and easily.
Accurate matrix calculation can be performed, and FEM analysis can be performed efficiently.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、有限要素モデル生成装
置は、ある節点或いはある節点群を共有する要素の自由
度が異なる場合には、当該節点或いは節点群を含む要素
を自動的に追加するので、自由度の異なる要素に共有さ
れている節点あるいは節点群は存在しなくなるため、マ
トリックス計算においてこれらに起因するエラーが発生
しない有限要素モデルを容易かつ迅速に生成することが
できる。According to the present invention, the finite element model generation apparatus automatically adds an element including a node or a node group when the degree of freedom of an element sharing a node or a node group is different. Therefore, there are no nodes or nodes shared by elements having different degrees of freedom, so that a finite element model free from errors due to these in a matrix calculation can be generated easily and quickly.
【図１】要素のバルクデータ形式を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a bulk data format of an element.
【図２】有限要素モデル生成装置の概要構成を示すブロ
ック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a finite element model generation device.
【図３】有限要素モデル生成処理フローチャートであ
る。FIG. 3 is a flowchart of a finite element model generation process.
【図４】ダミー要素の追加処理の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a process of adding a dummy element.
【図５】有限要素モデルを構成する要素を説明する図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating elements constituting a finite element model.
【図６】従来の問題点の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional problem.
【図７】従来の対処方法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional coping method.
【図８】全体座標系及びローカル座標系の説明図であ
る。FIG. 8 is an explanatory diagram of a global coordinate system and a local coordinate system.
１…有限要素モデル生成装置 ２…処理装置 ３…外部記憶装置 ４…キーボード ５…フロッピーディスク ６…ディスプレイ ７…プリンタ Ｎ1 〜Ｎ8 …節点（番号） ＣＨＥＸＡ、ＣＰＥＮＴＡ…固体要素 ＣＱＵＡＤ４、ＣＴＲＩＡ３…板要素 ＣＢＡＲ…棒要素 ＥＩＤ…要素番号 ＰＩＤ…形状特性番号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Finite element model generation apparatus 2 ... Processing apparatus 3 ... External storage device 4 ... Keyboard 5 ... Floppy disk 6 ... Display 7 ... Printer N1-N8 ... Node (number) CHEXA, CPENTA ... Solid element CQUAD4, CTRIA3 ... Board element CBAR ... Bar element EID ... Element number PID ... Shape characteristic number
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−67181（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−260874（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−231375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 17/50 612 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-67181 (JP, A) JP-A-3-260874 (JP, A) JP-A-3-231375 (JP, A) (58) Field (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 17/50 612
Claims (1)
素モデルを生成する有限要素モデル生成装置において、 外部から入力されたデータに基づいて有限要素モデルを
生成するモデル生成手段と、 生成された有限要素モデルを構成する複数の要素の節点
のうち、自由度の異なる複数の要素に共有されている節
点あるいは節点群を判別する共有節点判別手段と、 前記判別された節点毎あるいは節点群毎に当該節点ある
いは当該節点群を共有する要素の自由度のうち最大自由
度を判別する自由度判別手段と、 前記共有されている節点あるいは節点群を含み、前記最
大自由度と等しい自由度を有する要素を前記生成された
有限要素モデルに追加する要素追加手段と、 を備えることを特徴とする有限要素モデル生成装置。1. A finite element model generating apparatus for generating a finite element model in which elements having different degrees of freedom are mixed, a model generating means for generating a finite element model based on data input from the outside, Among the nodes of the plurality of elements constituting the element model, shared node determining means for determining a node or a group of nodes shared by a plurality of elements having different degrees of freedom; and for each of the determined nodes or each of the group of nodes, A degree-of-freedom discriminating means for determining the maximum degree of freedom among the degrees of freedom of the nodes or the elements sharing the node group; and an element having the degree of freedom equal to the maximum degree of freedom including the shared node or node group. A finite element model generating apparatus, comprising: an element adding unit for adding to the generated finite element model.
Priority Applications (1)
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| JP01334793A JP3176745B2 (en) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Finite element model generator |
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| JP01334793A JP3176745B2 (en) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Finite element model generator |
Publications (2)
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| JPH06231216A JPH06231216A (en) | 1994-08-19 |
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- 1993-01-29 JP JP01334793A patent/JP3176745B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH06231216A (en) | 1994-08-19 |
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