JP3190697B2 - 有限要素法による構造解析システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有限要素法による構造解
析システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、有限要素法による構造解析システ
ムは、解析問題に対応した処理フローが固定していて、
使用者はこれを入力情報により規定あるいは選択してい
る。すなわち、連立１次方程式等の解法に関するアルゴ
リズムは、使用者が経験から問題の特性を判断して選択
する必要があるし、さらに、一度解析した問題の結果を
検討した結果、境界条件のみを変更して再度解析したい
場合でも、処理は最初から実行せざるをえない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の構造解
析システムは、使用者が、経験や知識から問題の特性を
判断して解法を選択する必要があるため、不適当な解法
となる可能性があり、従って、求解の処理速度や収束
性、あるいは解の精度等が劣化するという欠点がある。

【０００４】また、境界条件のみを変更して再度解析す
る場合も、処理フローの最初から処理が始まるために、
解析処理全体の時間が必要となってしまうという欠点が
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の有限要素法によ
る構造解析システムは、解析の処理フローを規定する制
御コマンドを作成する制御コマンド作成部と、前記制御
コマンドを解読し処理を制御する実行制御部と、有限要
素法による構造解析を行う解析モジュール部と、前記構
造解析に関係するデータを格納するデータベース部と、
前記データベースに対して、前記データのレコードをブ
ロック化して入出力を行うブロッキングＩ／Ｏ部と、前
記制御コマンドとして定型的な解析フローに対応する制
御コマンドと処理フローを選択して実行できるように組
み立てた制御コマンドと入力された制御コマンドを格納
したコマンドファイルとを有し、前記解析モジュール部
は、入力情報を前記データベース部のテーブルデータ形
式または流通ソフトウエアの形式に変換し、前記テーブ
ルデータをもとに剛性要素マトリクスを作成し、境界条
件の処理を行い、固有値の条件と剛性マトリクスの次元
と密度、およびコンピュータ資源の状況から解法を選択
し固有値を算出し結果の印字と図化表示を行い、前記制
御コマンド作成部が前記入力情報を受け取り問題の内容
を確認した後、前記コマンドファイルにすでに格納され
ている処理ならば前記コマンドファイルから前記制御コ
マンドを選択し、前記実行制御部が前記制御コマンドに
より起動される前記解析部の各モジュールを動作させる
ことにより構造解析を行う。

【０００６】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【０００７】（構成）本発明の有限要素法による構造解
析システムは、図１に示すように、解析の処理フローを
規定する制御コマンド作成部１−１と、制御コマンドを
解読し処理を制御する実行制御部１−２と、有限要素法
による構造解析を行う解析モジュール部１−３と、解析
に関係する大量のデータを格納するデータベース部１−
４と、このデータベースに対し、データレコードをブロ
ック化して入出力を行うブロックキングＩ／Ｏ部１−５
から構成されている。

【０００８】（各部の機能）制御コマンド作成部１−１
は、入力情報（解析の種類・形状・材質など）を読み込
み、本システムの実行制御を行うための制御コマンドを
作成する。ここでは、入力情報をマン−マシンインタフ
ェースとして会話的に入力可能とするために、会話制御
を行う会話制御部も含まれている。

【０００９】作成した制御コマンドは、メモリを介して
実行制御部１−２に渡される。この処理は、バックグラ
ウンドで子プロセスとして即時実行される。ただし、い
くつかの定形的な解析の処理フローについては、それに
対応する制御コマンド列がコマンドファイルに用意して
あるため、解析の種類を確認した時点で、本システムが
自動的に選択することになる。

【００１０】このコマンドファイルは、使用者の経験や
知識を基に、適切な処理フローを選択して実行できるよ
う組み立てた制御コマンド列を、保存しておくことがで
きる。これは、本システムの大きな利点でもあり、知識
ベースとしての機能を有している。図２に制御コマンド
作成部１−１の処理を、また図３に制御コマンドの概要
を示す。

【００１１】実行制御部１−２は、制御コマンドを解読
する制御コマンド解読部を含み、解析モジュール部１−
３の実行を制御する。制御コマンドの解読は、コマンド
記述ファイルのコマンド記述を参照することによって行
われるインタプリタ的な言語処理系である。図４に実行
制御部１−２の処理概要を、また、図５にコマンド記述
の例を示す。

【００１２】解析モジュール部１−３は、有限要素法に
よる構造解析を行い、数個のモジュールから成ってい
る。図６にこれらのモジュールの例を示す。

【００１３】データベース部１−４は、解析に関係する
大量のデータを格納し、テーブル・データファイル，マ
トリクス・データファイル，メッセージファイル，解析
結果ファイル，プロット・ファイルなどを含んでいる。
図７にデータベース部の概要を、また図８にレコード形
式の例を示す。

【００１４】ブロッキングＩ／Ｏ部１−５は、ＦＯＲＴ
ＲＡＮのＩ／Ｏ命令（ＲＥＡＤ，ＷＲＩＴＥ等）に伴う
データレコードを、バッファに蓄積しておき、このバッ
ファがいっぱいになった時にはじめて外部記憶装置に出
力、あるいは、バッファ上に必要なレコードが無い時に
はじめて外部記憶装置から入力するといった方式で、デ
ータレコードをブロック化することにより、高速なＩ／
Ｏ処理を行う。図９に、ブロッキングＩ／Ｏ部１−５の
処理概要を示す。

【００１５】（動作例）動作例を図を参照しながら以下
に示す。

【００１６】有限要素法による構造解析では、図１０に
示すように、解析問題に対応した標準的な処理フローが
決まっている。

【００１７】たとえば、下記のような入力情報があった
とすると、本システムの処理は次のようになる。

【００１８】入力情報 −解析の種類（固有値問題） −固有値の条件（出力固有値数など） −形状データ（節点座標値など） −境界条件データ（拘束条件など） −要素データ（タイプ，要素構成節点，質量など） −材質データ（ヤング率など） −その他の条件（データベースの保存など） まず、制御コマンド作成部１−１が起動コマンドを起動
し、入力情報を読み込んで問題の内容を確認した後、図
１１に例示するような制御コマンド列をコマンドファイ
ルから選択する。

【００１９】次に、実行制御部１−２がこの制御コマン
ドを解読し、コマンドに対応する各モジュールを起動す
る。このとき、最初に前処理モジュールが、入力情報の
各データを、データベース部１−４のテーブル・データ
の形式に変換する。続いて、このテーブル・データを基
に要素剛性マトリクス作成モジュールが、要素剛性マト
リクスを、全体剛性マトリクル作成モジュールが、全体
剛性マトリクスを作成する。また、質量マトリクスにつ
いても同様に作成する。

【００２０】固有値解析のために、まず、境界条件の処
理を拘束処理モジュールで行う。そして、固有値計算モ
ジュールが、種々の固有値の条件や剛性マトリクスの特
性（次元，密度など）、あるいはコンピュータ資源の状
況などから、これに適した解法を自動的に選択して固有
値を算出する。

【００２１】例えば、次元が９０００で、９０００個全
ての固有値を得たい場合は、反復法の逆べき乗法よりも
変換法のギブンス法を採用する。メモリスペースが不十
分で、メモリにのる範囲のみを取り出して、他は外部記
憶装置に保存しつつ計算を進めすサブスペース法を採用
する。

【００２２】最後に、後処理モジュールで結果の印字や
図化表示を行う。

【００２３】ここでは、データベースの保存が指定され
ているので、流通ソフトウェア等の他システムと連動さ
せることもできる。この処理は、入力情報に対応するデ
ータを、前述の前処理モジュールで当該流通ソフトウェ
アのデータ形式に変換した後、ＬＭ起動モジュールにて
該当する流通ソフトウェアのＬＭを起動することによっ
て実現できる。

【００２４】数ある流通ソフトウェアの特徴を知り、解
析ごとに使いわけしたいような場合は、コマンドファイ
ルに制御コマンドを追加して自動選択できるように、本
システムを拡張して用いることも容易である。

【００２５】また、次（別ジョブ）の解析として境界条
件のみを変更した問題を与える場合、剛性マトリクスや
質量マトリクスを最初から組立てる必要は無く、その処
理をスキップして境界条件に対応したマトリクス成分
（行／列）の処理（マトリクスの分解／縮小処理）から
実行すればよい。

【００２６】有限要素法では、要素剛性マトリクスや全
体剛性マトリクスの作成に全処理時間の多くを費やすた
め、これにより処理効率は非常に向上することになる。
当処理は、前処理モジュールにてテーブルデータやマト
リクスデータをチェックした後、実行制御部で要素剛性
マトリクス作成モジュールや全体剛性マトリクス作成モ
ジュールをスキップするよう制御している。あるいは、
次（別ジョブ）の解析で他問題（周波数応答問題など）
を行うとすれば、処理時間の浪費する固有値解析そのも
のをスキップして、即時に応答解析の処理に入ることが
できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、解析問題
に対する使用者の知識や経験、さらには、コンピュータ
資源の状況等に依存せずに、問題の特性を判断して自動
的に最適な解法を選択することにより、求解の処理速度
や収束性、解の精度等を安定的に向上させることができ
るという効果がある。

【００２８】また、境界条件のみを変更して、再度解析
したり、前の解析結果を評価して他の問題を解析するよ
うな場合でも、入力データのチェック後に、自動的に不
用な処理をスキップして解析全体の処理時間を短縮でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構造解析システムの構成図。

【図２】制御コマンド作成部の処理図。

【図３】制御コマンドの概要図。

【図４】実行制御部の処理概要図。

【図５】コマンド記述の例を示す図。

【図６】解析モジュールのモジュール例を示す図。

【図７】データベース部の概要図。

【図８】レコード形式の例を示す。

【図９】ブロックキングＩ／Ｏ部の処理概要図。

【図１０】有限要素法による構造解析の標準的な処理フ
ロー。

【図１１】制御コマンドの例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−151927（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145723（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 17/11 G06F 17/60 G06F 19/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 解析の処理フローを規定する制御コマン
   ドを作成する制御コマンド作成部と、前記制御コマンド
   を解読し処理を制御する実行制御部と、有限要素法によ
   る構造解析を行う解析モジュール部と、前記構造解析に
   関係するデータを格納するデータベース部と、前記デー
   タベースに対して、前記データのレコードをブロック化
   して入出力を行うブロッキングＩ／Ｏ部と、前記制御コ
   マンドとして定型的な解析フローに対応する制御コマン
   ドと処理フローを選択して実行できるように組み立てた
   制御コマンドと入力された制御コマンドを格納したコマ
   ンドファイルとを有し、 前記解析モジュール部は、入力情報を前記データベース
   部のテーブルデータ形式または流通ソフトウエアの形式
   に変換し、前記テーブルデータをもとに剛性要素マトリ
   クスを作成し、境界条件の処理を行い、固有値の条件と
   剛性マトリクスの次元と密度、およびコンピュータ資源
   の状況から解法を選択し固有値を算出し結果の印字と図
   化表示を行い、 前記制御コマンド作成部が前記入力情報を受け取り問題
   の内容を確認した後、前記コマンドファイルにすでに格
   納されている処理ならば前記コマンドファイルから前記
   制御コマンドを選択し、 前記実行制御部が前記制御コマンドにより起動される前
   記解析部の各モジュールを動作させることにより構造解
   析を行う ことを特徴とする有限要素法による構造解析シ
   ステム。