JP3558231B2 - 骨組構造物の応答シミュレーション表示システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、研究者や設計者等を支援するのに好適な骨組構造物の動的応答解析結果を可視化する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムに関し、より詳しくは、骨組構造物の揺れの状態（動画）と、同時刻における骨組構造物の各要素（部材）や各節点（部材端点）の物理量を表わすグラフとを同期させ、リアルタイムにアニメーション表示できる骨組構造物の応答シミュレーション表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の応答シミュレーション表示システムとしては、本願出願人等によって開発され、既に出願済みである（特開平３−２２３３２６号）。
この応答シミュレーション表示システムは、骨組構造物の時間と共に変化する変形データ（変位時刻歴データ）を用いて骨組構造物の揺れを動画にし、加えて、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量（変位、速度、加速度など）や骨組構造物の要素に関する物理量（モーメント力、剪断力、捩り力、軸力などの応力や相対変位など）のグラフあるいは設計段階で最も必要となる層剪断力、層間変位等の高さ方向に関する図形をその骨組構造物の揺れる動画に同期させ、同時性を確保した状態で、同一画面上にリアルタイムにアニメーション表示するものである。
なお、柱、梁等の線材と線材の組み合わせにより構成されている構造を骨組構造物と称し、各線材を要素と云い、線材間の接合点を節点と云う。
【０００３】
このようなシステムによれば、骨組構造物の動的応答解析結果を、研究者や設計者がより正確に理解できるように、コンピュータ・グラフィックスを利用してシミュレーションすることにより、骨組構造物全体のグローバルな力学的挙動及び節点、要素のローカルな力学的挙動を容易に把握することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＲＴ画面上に骨組構造物の揺れる動画に同期して各節点や各要素の物理量等をグラフ表示する場合、節点に関する物理量には、各方向成分の変位、速度、加速度や温度などがあり、また、要素に関する物理量には、軸力、軸変形、要素両端の各強軸と弱軸の曲げ力，剪断力，捩り力あるいは部材の情報などがあり、さらに面要素（耐震壁）に関しては、剪断力、剪断変形などがある。これに加えて、１つの骨組構造物を構成する節点、要素及び面要素の各数が１００〜１００００単位の数になり、しかも、これら節点、要素及び面要素の解析結果は０．００２〜０．０１秒刻みの２０〜６０秒までの時系列データであるため、これらの物理量をグラフ化するためのデータ群は膨大な量となる。
従って、研究者や設計者が任意に節点、要素及び面要素の任意の物理情報を表示画面上の指定場所に即座にグラフ表示したり、動画内に表示させるには、必要とするデータ群の選択において全データ群の内容を把握していなければならず、これらの膨大なデータ群の力学的挙動を的確に把握するのは益々難しくなってきている。
【０００５】
そこで、上記特開平３−２２３３２６号に示す表示システムでは、表示装置のＣＲＴ画面上アニメーションの「開始」、「リセット」、「停止」、「節点系グラフ」、「要素系グラフ」、「相関係グラフ」等の機能ボタンを表示するメニューパネルと、骨組構造物の変形状態を表示する動画表示部と、節点の変位，絶対加速度または要素の相対変位，応力等を個別に表示する表示部を設け、メニューパネル上の「開始」の機能ボタンをクリックすることにより、動画表示部に骨組構造物の地震応答現象をアニメーション表示するとともに、メニューパネル上の「節点系グラフ」または「要素系グラフ」、「相関係グラフ」等の機能ボタンをクリックすることにより、同時刻における節点または要素等の物理量のグラフあるいは図形を骨組構造物の動画に同期させて対応する表示部にそれぞれ表示させるようにしている。
【０００６】
しかしながら、上述のような従来の表示方式では、節点系グラフまたは要素系グラフ、相関係グラフの表示画面上における各物理量のグラフ表示位置は予め決められ、その表示内容も限定されたシステム構成になっているため、物理量グラフの表示数及び表示内容が拘束されて、ユーザの希望するグラフが表示できなくなってしまうほか、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握できなくなり、研究者や設計者の支援可視化システムとして不満足なものであった。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握し、解析結果を構造物設計に容易に反映できる骨組構造物の応答シミュレーション表示システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量や骨組構造物の要素に関する物理量のグラフ、要素の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物の揺れの動画に同期させて表示装置にリアルタイムに表示する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムであって、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する節点系データ記憶手段と、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する要素系データ記憶手段と、層認識のある前記骨組構造物の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイル化して格納する層データ記憶手段と、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを前記表示装置に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるメインメニュー表示制御手段と、前記メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを前記表示装置に表示する選択メニュー表示制御手段と、前記表示装置に選択表示された前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより前記節点系データ記憶手段、前記要素系データ記憶手段または前記層データ記憶手段から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して前記表示装置に前記骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するグラフ表示制御手段とを備えてなるものである。
【０００９】
また、本発明の前記節点系データ記憶手段は、各節点の絶対加速度、相対速度及び相対変位に関する各物理量データをファイル化して格納し、この各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルムを含むものである。
さらに、本発明の前記要素系データ記憶手段は、各要素の軸力と軸変形及び捩れ力と捩れ角に関する物理量データ、各要素量端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメント及び回転角に関する物理量データ、耐震壁である面要素の剪断力と剪断変形に関する物理量データをファイル化して格納するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記骨組構造物の解析条件や解析結果データのメモをファイル化して格納するとともにアニメーション表示に関する線材の太さや色及びグラフ表示の線の太さや色を指定するデータを格納するシステム設定データ記憶手段を更に備えてなるものである。
さらに、本発明は、前記骨組構造物の形状を認識するための節点座標値、要素構成節点番号、要素の持つ降伏曲面指定番号及び降伏曲面を作成するためのデータをファイル化して格納する形状確認データ記憶手段を更に備えてなるものである。
【００１１】
【作用】
本発明においては、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の揺れの状態（動画）と、同時刻における各節点や各要素の物理量を表示するグラフとを同期させて表示装置にリアルタイムに表示する場合、節点系グラフ、要素系グラフ及び相関系グラフ毎にそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを作成しておき、そして、マンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置に表示し、このメインメニュー上の選択表示項目である節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフをマウスでクリックすることにより、節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフの選択メニューを表示装置の表示画面に表示させ、この選択メニュー上の物理量成分を表わす表示項目をマウスで選択的にクリックすることにより、節点、要素に関する物理量の時系列データを対応するデータ記憶部等から順次読み出して、表示画面の各グラフ表示部に１つまたは２つの物理量を任意に選択してグラフ表示する。
【００１２】
従って、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示きるとともに、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、解析結果を構造物設計に容易に反映し得る。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による高層建築物等の骨組構造物における応答シミュレーション表示システムの構成を示すブロック図、図２は骨組構造物の概略図である。
【００１４】
図２において、骨組構造物１０は多数の線材１１を組み合わせにより構成され、この各線材１１を要素と云い、各線材１１間の接合点１２を節点と云う。また、１３は耐震壁を構成する面要素である。
なお、骨組構造物１０の地震、風力による外力応答解析結果から得られる力学情報（物理量）は上記各要素と節点、及び面要素に有する。
【００１５】
節点の力学情報である節点系データの種類には、変位，加速度，速度，温度，入力外力などがある。
また、要素の力学情報である要素系データの種類には、軸力，軸変形，ｉ端の強軸方向曲げ力，ｉ端の強軸方向回転角，ｉ端の弱軸方向曲げ力，ｉ端の弱軸方向回転角，ｊ端の強軸方向曲げ力，ｊ端の強軸方向回転角，ｊ端の弱軸方向曲げ力，ｊ端の弱軸方向回転角，強軸方向の剪断力，強軸方向の剪断変形，弱軸方向の剪断力，弱軸方向の剪断変形などがある。
さらに、面要素の力学情報である面要素データの種類には、剪断力，剪断変形などがある。
【００１６】
次に、図１の構成について説明する。
図１において、２０はエンジニアリングワークステーション等から構成される制御装置であり、この制御装置２０は形状認識データ、外力データ、解析結果データ、システム設定データ等に基づいて骨組構造物１０のアニメーション作成処理を行うと共に、システム全体を制御し管理する機能を備えている。
上記制御装置２０には、キーボード２１ａ及びマウス２１ｂ等からなる入力装置２１が接続され、さらに、制御装置２０には、ここで処理されたアニメーション画像データ等を格納するハードディスク等の記憶装置２２が接続され、また、ＣＲＴ等の表示装置２３が主表示制御部２４を介して接続されている。
【００１７】
また、制御装置２０には、節点系データ記憶部２５、要素系データ記憶部２６、層データ記憶部２７、システム設定データ記憶部２８、形状認識データ記憶部２９及び外力データ記憶部３０がそれぞれ接続され、さらに、制御装置２０には、メインメニュー表示制御部３１、選択メニュー表示制御部３２及びグラフ表示制御部３３がそれぞれ接続されている。
【００１８】
上記節点系データ記憶部２５は、骨組構造物１０の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点１２の物理量をファイルとして格納するもので、各節点に関する物理量のファイルは、各々相対変位データを構築するファイル「＊．ｄｉｓ」，相対速度データを構築するファイル「＊．ｖｅｌ」，絶対加速度データを構築するファイル「＊．ａｃｃ」を備える。なお、節点の各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルム（絶対値）を持っている。
【００１９】
上記要素系データ記憶部２６は、骨組構造物１０の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素１１の物理量をファイルして格納するもので、各要素に関する物理量のファイルは、梁・柱要素の軸力Ｎと軸変形ｄｘ及び捩れ力Ｍｘと捩れ角θｘのデータを構築するファイル「＊．ｎｊ」，要素両端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメントＭｙ，Ｍｚ及び回転角θｙ，θｚのデータを構築するファイル「＊．ｍｉ」と「＊．ｍｊ」，要素の強軸と弱軸方向の剪断力Ｆｙ，Ｆｚと剪断変形ｄｙ，ｄｚに関するデータを構築するファイル「＊．ｑｄ」，耐震壁の面要素に関する剪断力Ｑと剪断変形Ｓのデータを構築するファイル「＊．ｍｋｗ」を備える。
【００２０】
上記層データ記憶部２７は、層認識のある骨組構造物１０の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイルとして格納するもので、層剪断力と層間変位のデータを各層毎に構築するファイル「＊．ｒｅｌ」を備える。
【００２１】
上記システム設定データ記憶部２８のデータは、ファイル「＊．ｉｎｆ」及びファイルＲＵＮ−ＦＩＬＥで構成され、ファイル「＊．ｉｎｆ」には解析条件や解析結果データのメモが記憶されており、このデータ内容はシステム起動中に表示装置のＣＧ画面上に表示される。なお、この表示内容はキーボード２１ａからの入力によって自由に書き換えられ、そしてファイルの内容は表示内容に書き換えられる。
また、ＲＵＮ−ＦＩＬＥは、アニメーション表示の設定に関するデータ、例えば線材の太さや色の指定、グラフの線の太さや色の指定等で構築される。
【００２２】
上記形状確認データ記憶部２９は、骨組構造物の形状を確認させる節点座標値、要素構成節点番号及び要素の持つ降伏曲面を指定する番号データを構築するファイル「＊．ｄａｔ」と、ファイル「＊．ｄａｔ」内の降伏曲線番号に対応して保管され、降伏曲面を放物線や楕円によって近似的に作成するためのデータで構築される「ファイル＊．ｎｍｍ」とから構成される。
【００２３】
上記外力データ記憶部３０は、ファイル「＊．ｉｎｐ」から構成され、このファイル「＊．ｉｎｐ」には、想定する動的応答解析に必要な地震と風に相当する外力データが時系列データで記録されている。
【００２４】
上記メインメニュー表示制御部３１は、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置２３に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるためのものであり、このメインメニューデータは記憶装置２２に格納される。
図３は、メインメニューの表示例を示す。
【００２５】
上記選択メニュー表示制御部３２は、メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数のデータファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを表示装置２３に表示するためのものであり、これらの選択メニューデータは記憶装置２２に格納されている。また、この各選択メニューデータは選択メニュー表示制御部３２で処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力される。
各選択メニューの表示例を図４〜図６に示す。図４は節点系グラフの選択メニューであり、図５は要素系グラフの選択メニューであり、また、図６は相関系グラフの選択メニューである。
【００２６】
上記グラフ表示制御部３３は、表示装置２３に選択表示された節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより節点系データ記憶部２５、要素系データ記憶部２６、層データ記憶部２７、システム設定データ記憶部２８、形状認識データ記憶部２９及び外力データ記憶部３０から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して表示装置２３に骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するためのものであり、このグラフ表示制御部３３で処理されたグラフ表示信号は主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力される。
【００２７】
次に、上記のように構成された本実施例の骨組構造物の応答シミュレーション表示動作について説明する。
まず、骨組構造物の非線形動的応答解析結果を追跡するアニメーション表示画面の基本構成について、図７〜図１０を参照して述べる。
図７は節点系の表示画面を、図８は要素系の表示画面を、図９は要素の相関系表示画面を、図１０は層の相関系表示画面をそれぞれ示している。
【００２８】
この図７〜図１０において、各表示画面２３１は、左側上方位置にアニメーション内容である解析条件リストを表示する表示部２３２を、右側上方位置に骨組構造物の変形状態を表示するアニメーション表示部２３３を、右側位置にマンマシンインタフェースを構成するメインメニュー表示部２３４を共通に有し、そして、節点系と要素系の表示画面２３１は、図７及び図８に示すように、時刻歴データをグラフ表示する３つのグラフ表示部２３５〜２３７を更に備える。また要素と層の相関系表示画面２３１は、図９及び図１０に示すように、要素または層の相関関係グラフを表示する２つの相関系表示部２３８、２３９と、時刻歴データをグラフ表示する１つのグラフ表示部２４０を更に備える。
【００２９】
骨組構造物の応答シミュレーション表示に際し、節点系グラフを表示する場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「節点系グラフ」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図７に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から節点系グラフの選択メニューデータを読み出して、図４に示す選択メニューを解析条件表示部２３２及びアニメーション表示部２３３と重らないように表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００３０】
節点系グラフの選択メニューが表示画面２３１に選択表示されると、解析条件表示部２３３にシステム設定データ記憶部２８から読み出された解析／解析コード、入力地震波形名等の各データが表示される。
【００３１】
次に、節点系グラフ選択メニューの表示画面２３１上において、指定する節点数が１つか、２つかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。この実施例では節点数「１つ」が選択された場合であり、この選択された項目箇所の表示は網目がかかった状態に変化する。
次いで、どの節点の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の節点１２をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された節点１２の番号が読み出され、この節点番号が選択メニュー上の「節点番号」の欄に記入表示される。なお、この節点番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００３２】
次に、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５、グラフ表示部（Ｂグラフ）２３６、グラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に節点の物理量をグラフ表示するか否かを選択する。グラフ表示する場合は、図４に示す選択メニュー画面において、「する」をマウス２１ｂによりクリックし、「する」の表示を網目がかかった状態に変化させる。その後、各グラフ表示部にファイル「＊．ｄｉｓ」、「＊．ｖｅｌ」、「＊．ａｃｃ」、「＊．ｉｎｐ」のどの成分を表示するかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。
【００３３】
例えば、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５に上記指定節点番号の節点１２の相対変位をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ａグラフ）２３５に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＡグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＡ１では、ファイル「＊．ｄｉｓ」のＸ成分を選択し、Ａグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＡ２では、ファイル「＊．ｄｉｓ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３４】
また、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｂグラフ）２３６に上記指定節点番号の節点１２の相対速度をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｂグラフ）２３６に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＢグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＢ１では、ファイル「＊．ｖｅｌ」のＸ成分を選択し、Ｂグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＢ２では、ファイル「＊．ｖｅｌ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３５】
同様にして、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に上記指定節点番号の節点１２の絶対加速度をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＣグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＣ１では、ファイル「＊．ａｃｃ」のＸ成分を選択し、Ｃグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＣ２では、ファイル「＊．ａｃｃ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３６】
このようにして、上記指定節点番号の節点１２に対するＡグラフ〜Ｃグラフ表示用のデータ選択が終了したならば、図４に示す選択メニュー画面上の「データ設定」をマウス２１ｂでクリックすることにより、グラフ表示のためのデータを設定する。その後、図３に示すメインメニュー上の「開始」をマウス２１ｂでクリックして、地震または風の外力データに対する外力応答シミュレーション表示を開始する。
【００３７】
メインメニュー上の「開始」がマウス２１ｂでクリックされると、解析条件に応じて求められた骨組構造物１０の時間的に変化する変形データ（変位時刻歴データ）は主表示制御部２４によりＣＧ画像に処理され、このＣＧ画像信号を表示装置２３に出力することにより、骨組構造物の揺れる動画がアニメーション表示部２３３に表示される。また、この揺れる骨組構造物の動画４０には、前記指定された節点１２の位置を示すマーク４０ａが表示される。
【００３８】
一方、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された相対変位に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ｄｉｓ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５には、前記指定節点１２の物理量である相対変位のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の相対変位を示し、横軸は時刻を示す。
【００３９】
また、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された相対速度に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ｖｅｌ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｂグラフ）２３６には、前記指定節点１２の物理量である相対速度のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の相対速度を示し、横軸は時刻を示す。
【００４０】
さらに、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された絶対加速度に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ａｃｃ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｃグラフ）２３７には、前記指定節点１２の物理量である絶対加速度のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示する。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の絶対加速度を示し、横軸は時刻を示す。
【００４１】
また、図４に示す選択メニューにおいて、Ａグラフ、ＢグラフまたはＣグラフ用の左及び右側の選択マトリクステーブル上における「＊．ｉｎｐ」欄のＸ、ＹまたはＺの箇所をマウスでクリックすれば、グラフ表示部２３５〜２３７の１つに地震または風の時刻歴を骨組構造物の揺れる動画に同期してグラフ表示することができる。
【００４２】
このように選択メニュー上の節点１つを指定すると、各グラフ表示部２３５〜２３７には、１つの節点の異なる２つの物理量の比較グラフを表示させることができ、また、節点２つを指定すると、異なった節点での同一物理量の比較グラフを各グラフ表示部２３５〜２３７に表示させることができる。
【００４３】
次に、要素系グラフを表示する場合について説明する。
この場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「要素系グラフ」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図８に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から要素系グラフの選択メニューデータを読み出して、図５に示す選択メニューを解析条件表示部２３２及びアニメーション表示部２３３と重らないように表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００４４】
要素系グラフの選択メニューが表示画面２３１に選択表示されると、解析条件表示部２３３にシステム設定データ記憶部２８から読み出された解析／解析コード、入力地震波形名等の各データが表示される。
【００４５】
次に、要素系グラフ選択メニューの表示画面２３１上において、指定する要素数が１つか、２つかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。ここで、マウス指定の要素が梁である場合は、「マウス指定要素」項目の「梁」の表示が網目状に変化し、マウス指定の要素が壁の場合は「壁」の表示が網目状に変化する。また、梁要素を指定した場合は、ファイル「＊．ｍｋｗ」の成分が指定できなくなり、壁要素を指定した場合は、ファイル「＊．ｎｊ」、「＊．ｍｉ」、「＊．ｍｊ」、「＊．ｑｄ」の各成分が選択できなくなる構成になっている。
この実施例では、柱要素１つが選択された場合について述べる。この場合、「指定要素数」項目の「１つ」の表示が網目状に変化する。
【００４６】
次いで、どの柱要素の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の柱要素１１をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された柱要素１１の番号が読み出され、この要素番号が選択メニュー上の「要素番号」の欄に記入表示される。なお、この柱要素番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００４７】
次に、図８に示す表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５、グラフ表示部（Ｅグラフ）２３６、グラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に柱要素の物理量をグラフ表示するか否かを選択する。グラフ表示する場合は、図５に示す選択メニュー画面において、「する」をマウス２１ｂによりクリックし、「する」の表示を網目状に変化させる。その後、各グラフ表示部にファイル「＊．ｎｊ」、「＊．ｍｉ」、「＊．ｍｊ」、「＊．ｑｄ」、「＊．ｍｋｗ」のどの成分を表示するかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。
【００４８】
例えば、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５に上記指定柱要素番号の柱要素１１のｉ端（柱頭）での曲げモーメントＭをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｄグラフ）２３５に２本のグラフを同時に描けるので、図５に示す選択メニュー画面におけるＤグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＤ１では、ファイル「＊．ｍｉ」の強軸回り成分Ｍｙを選択し、Ｄグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＤ２では、ファイル「＊．ｍｉ」の弱軸回り成分Ｍｚを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００４９】
また、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｅグラフ）２３６に上記指定柱要素番号の柱要素１１のｊ端（柱脚）での曲げモーメントＭをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｅグラフ）２３６に２本のグラフを同時に描けるので、図５に示す選択メニュー画面におけるＥグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＥ１では、ファイル「＊．ｍｊ」の強軸回り成分Ｍｙを選択し、Ｅグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＥ２では、ファイル「＊．ｍｊ」の弱軸回り成分Ｍｚを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００５０】
同様にして、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に上記指定柱要素番号の柱要素１１軸力Ｎをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に２本のグラフを同時に描けるので（この実施例では１本のみを描いている）、図５に示す選択メニュー画面におけるＦグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＦ１では、ファイル「＊．ｎｊ」のＮを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００５１】
このようにして、上記指定柱要素番号の柱要素１１に対するＤグラフ〜Ｆグラフ表示用のデータ選択が終了したならば、図５に示す選択メニュー画面上の「データ設定」をマウス２１ｂでクリックすることにより、グラフ表示のためのデータを設定する。その後、図３に示すメインメニュー上の「開始」をマウス２１ｂでクリックして、地震または風の外力データに対する外力応答シミュレーション表示を開始する。
【００５２】
メインメニュー上の「開始」がマウス２１ｂでクリックされると、解析条件に応じて求められた骨組構造物１０の時間的に変化する変形データ（変位時刻歴データ）は主表示制御部２４によりＣＧ画像に処理され、このＣＧ画像信号を表示装置２３に出力することにより、骨組構造物の揺れる動画がアニメーション表示部２３３に表示される。また、この揺れる骨組構造物の動画４１には、前記指定された柱要素１１の位置を示すマーク４１ａが表示される。
【００５３】
一方、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択されたｉ端の曲げモーメントＭに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５には、前記指定柱要素１１のｉ端の物理量である強軸回りの曲げモーメントＭｙ及び弱軸回りの曲げモーメントＭｚが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸は曲げモーメントを示し、横軸は時刻を示す。
【００５４】
また、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択されたｊ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｊ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｅグラフ）２３６には、前記指定柱要素１１のｊ端の物理量である強軸回りの曲げモーメントＭｙ及び弱軸回りの曲げモーメントＭｚが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸は曲げモーメントを示し、横軸は時刻を示す。
【００５５】
さらに、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択された軸力の時系列データが節点系データ記憶部２６のファイル「＊．ｎｊ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｆグラフ）２３７には、前記指定柱要素１１の物理量である軸力Ｎが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示する。このグラフの縦軸は軸力を示し、横軸は時刻を示す。
【００５６】
このように選択メニュー上の柱要素１つを指定すると、Ｄグラフ〜Ｆグラフの各グラフ表示部２３５〜２３７には、１つの柱要素の異なる２つの物理量の比較グラフを表示させることができ、また、柱要素２つを指定すると、異なった柱要素での同一物理量の比較グラフを各グラフ表示部２３５〜２３７に表示させることができる。さらに、Ｄグラフ〜Ｆグラフには、各選択マトリクステーブル内の選択項目１つをマウスで任意に指定することにより、梁・柱要素の軸力、軸変形、捩れ力、捩れ角、強軸と弱軸方向の曲げモーメント及び回転角、強軸と弱軸方向の剪断力と剪断変形、耐震壁の面要素に関する剪断力と剪断変形等を任意にグラフ表示させることができる。
【００５７】
次に、要素の持つ２つの物理量の相関関係を描く相関系グラフを表示する場合について説明する。
要素の持つ２つの物理量の相関関係を描く場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「相関系グラフ１（要素）」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図９に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から相関系グラフ１の選択メニューデータを読み出して、図６に示す選択メニューを表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００５８】
次に、表示画面２３１に表示された図６の選択メニューにおいて、マウスで指定される要素には梁と壁の２種類があり、このうちの何れかをマウスでクリックすることにより選択する。この実施例では、梁を選択する。
次いで、どの梁要素の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の梁要素をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された梁要素の番号が読み出され、この要素番号が選択メニュー上の「要素番号」の欄に記入表示される。なお、この梁要素番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００５９】
かかる状態において、選択メニューに表示されているＧ１グラフの選択マトリクステーブルＧ１１内のファイル「＊．ｍｉ」に対応する選択項目Ｍｙ，Ｍｚをマウスでクリックして選択すると、要素ｉ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、この各時系列データをグラフ表示制御部３３及び主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｇ１グラフ）２３８には、指定要素のｉ端における強軸回りの曲げモーメントＭｙ（縦軸）と弱軸回りの曲げモーメントＭｚとの相関関係を表わすグラフが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図９に示すように表示される。
【００６０】
また、選択メニューに表示されているＨ１グラフの選択マトリクステーブルＨ１１において、ファイル「＊．ｍｉ」に対応する選択項目Ｍｙ，Ｍｚをマウスでクリックして選択すると、要素ｉ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、先に読み出された軸力Ｎの時系列データと共に主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｈ１グラフ）２３９には、指定要素のｉ端における指定方向の曲げモーメントＭ（横軸）と軸力Ｎとの相関関係を表わすグラフが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図９に示すように表示される。なお、Ｇ１及びＨ１グラフにおいて、エンドレスの曲線５１、５２は降伏曲面の断面を意味する補助線である。
【００６１】
さらに、選択メニューに表示されているＩグラフの選択マトリクステーブルＩ１、Ｉ２は、グラフ表示部（Ｉグラフ）２４０に表示されるグラフを選択するもので、図８に示す要素系グラフと同様の時刻歴データ描画用の選択機能を有するほか、入力外力であるファイル「＊．ｒｅｌ」の成分をグラフとして選択表示できる機能を有している。
【００６２】
また、図６に示す選択メニューのＧ１及びＨ１グラフの選択マトリクステーブルＧ１１、Ｈ１１において、「降伏曲面」という項目の「なし」をマウスにより選択すると、図５に示す選択メニューのＤグラフ、Ｅグラフ及びＦグラフと同様の表示となる。また、表示選択項目「ＭＭ」をマウスにより選択すると、Ｇ１グラフ用選択マトリクステーブルＧ１１の右側には、同図に示す如き２軸曲げモーメント間の相関データが表示され、そのグラフが降伏曲面の断面と共に作成される。そして、表示選択項目「ＮＭ」をマウスにより選択すると、Ｈ１グラフ用選択マトリクステーブルＨ１１の右側には、同図に示す如き軸力と曲げモーメントとの相関データが表示され、そのグラフが降伏曲面の断面と共に作成される。
この場合、グラフのＸ軸及びＹ軸に選ばれる物理量が特定されるので、要素のいずれの端部でのデータかを決定すればよい。指定された要素の降伏曲面の断面を補助線として描くための各パラメータの値もファイル「＊．ｎｍｍ」を参照して自動的に表示される。
【００６３】
図１０は、骨組構造物である建築物の層レベルで持っているデータをグラフ化する場合の相関系グラフ（層）の表示画面を示す。
図１０に示す相関系グラフにおいて、グラフ表示部２３８には、層データ記憶部２７に格納されているファイル「＊．ｒｅｌ」の層剪断力と層間変位のデータに基づいて１階の層剪断力（縦軸）と層間変位（横軸）の関係がグラフ表示される。また、グラフ表示部２３９には、１階から最上階までの層剪断力がグラフ表示される。このグラフにおいて、曲線６１は動画と同期した現時刻での層剪断力を表わし、曲線６２は過去の履歴の最大値を表わしている。
また、グラフ表示部２４０には、１階の層剪断力の時刻歴がグラフ表示される。
【００６４】
このように本実施例においては、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物１０の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物１０の節点１２に関する物理量や骨組構造物１０の要素１１に関する物理量のグラフ、要素１１の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物１０の揺れの動画に同期させて表示装置２３にリアルタイムに表示する場合、節点系グラフ、要素系グラフ及び相関系グラフ毎にそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数のデータファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを作成しておき、そして、マンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置２３に表示し、このメインメニュー上の選択表示項目である節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフをマウスでクリックすることにより、節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフの選択メニューを表示装置２３の表示画面２３１に表示させ、この選択メニュー上の物理量成分を表わす表示項目をマウスで選択的にクリックすることにより、節点、要素に関する物理量の時系列データを対応するデータ記憶部２５、２６または２７等から順次読み出して、表示画面２３１の各グラフ表示部２３５〜２４０に１つまたは２つの物理量を任意に選択してグラフ表示できる構成にした。
【００６５】
従って、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、ユーザの解析結果データを含む応答シミュレーション表示に必要な各種のデータ管理の負担が大きく軽減され、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、かつ解析結果を構造物設計に容易に反映することができる。
【００６６】
また、本実施例によれば、メインメニュー上で節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフを選択すると、それぞれ図４〜図６に示すようなマトリクス形式の選択メニューが表示されるから、この選択メニューを利用して応答シミュレーション表示システムとのマンマシンインタフェースを充実でき、操作内容も豊富になって、構造物設計者がハード・ソフトの中に入り込んだ操作上の煩わしさが除去され、真に設計支援となる可視化システムを提供できる。さらに、全節点及び全要素の持つ各種物理量の時系列データが膨大な量になっても、これらのデータ内容を整理してファイルとして各種のデータ記憶部に格納しておくことにより、効率よく利用することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、種々の変形、変更が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
上述したように本発明は、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量や骨組構造物の要素に関する物理量のグラフ、要素の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物の揺れの動画に同期させて表示装置にリアルタイムに表示する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムであって、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する節点系データ記憶手段と、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する要素系データ記憶手段と、層認識のある前記骨組構造物の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイル化して格納する層データ記憶手段と、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを前記表示装置に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるメインメニュー表示制御手段と、前記メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係を表に構成した選択メニューを前記表示装置に表示する選択メニュー表示制御手段と、前記表示装置に選択表示された前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより前記節点系データ記憶手段、前記要素系データ記憶手段または前記層データ記憶手段から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して前記表示装置に前記骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するグラフ表示制御手段とを備える構成にした。
【００６９】
また、本発明の前記節点系データ記憶手段は、各節点の絶対加速度、相対速度及び相対変位に関する各物理量データをファイル化して格納し、この各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルムを含むものである。
さらに、本発明の前記要素系データ記憶手段は、各要素の軸力と軸変形及び捩れ力と捩れ角に関する物理量データ、各要素両端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメント及び回転角に関する物理量データ、耐震壁である面要素の剪断力と剪断変形に関する物理量データをファイル化して格納するものである。
【００７０】
従って、本発明によれば、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、ユーザの解析結果データを含む応答シミュレーション表示に必要な各種のデータ管理の負担が大きく軽減され、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、かつ解析結果を構造物設計に容易に反映することができる。
【００７１】
また、本発明よれば、システム設定データ記憶手段を備えることにより、骨組構造物の解析条件や解析結果データのメモをファイルとして記録しておくことができるとともに、アニメーション表示に関する線材の太さや色及びグラフ表示の線の太さや色の指定、あるいは画像の背景色を設定することができ、かつプレゼンテーション性を向上できるほか、画面のコントラストを調整するのに好都合となる。
さらに、本発明によれば、骨組構造物の形状確認データ記憶手段を備えることにより、骨組構造物の節点座標値、要素構成節点番号、要素の持つ降伏曲面指定番号を自動的に表示できるとともに、要素の降伏曲面の断面を補助線として自動的に描くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による骨組構造物の応答シミュレーション表示システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の応答シミュレーション表示システムにてシミュレーションを行う骨組構造物の説明図である。
【図３】本実施例におけるメインメニューの一例を示す説明図である。
【図４】本実施例における節点系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図５】本実施例における要素系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図６】本実施例における相関系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図７】本実施例における節点系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図８】本実施例における要素系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図９】本実施例における要素用相関系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図１０】本実施例における層用相関系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 骨組構造物
１１ 要素
１２ 節点
２０ 制御装置
２１ 入力装置
２１ａ キーボード
２１ｂ マウス
２２ 記憶装置
２３ 表示装置
２４ 主表示制御部
２５ 節点系データ記憶部
２６ 要素系データ記憶部
２７ 層データ記憶部
２８ システム設定データ記憶部
２９ 形状認識データ記憶部
３０ 外力データ記憶部
３１ メインメニュー表示制御部
３２ 選択メニュー表示制御部
３３ グラフ表示制御部
２３１ 表示画面
２３２ 解析条件表示部
２３３ アニメーション表示部
２３４ メインメニュー表示部
２３５〜２４０ グラフ表示部
【産業上の利用分野】
本発明は、研究者や設計者等を支援するのに好適な骨組構造物の動的応答解析結果を可視化する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムに関し、より詳しくは、骨組構造物の揺れの状態（動画）と、同時刻における骨組構造物の各要素（部材）や各節点（部材端点）の物理量を表わすグラフとを同期させ、リアルタイムにアニメーション表示できる骨組構造物の応答シミュレーション表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の応答シミュレーション表示システムとしては、本願出願人等によって開発され、既に出願済みである（特開平３−２２３３２６号）。
この応答シミュレーション表示システムは、骨組構造物の時間と共に変化する変形データ（変位時刻歴データ）を用いて骨組構造物の揺れを動画にし、加えて、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量（変位、速度、加速度など）や骨組構造物の要素に関する物理量（モーメント力、剪断力、捩り力、軸力などの応力や相対変位など）のグラフあるいは設計段階で最も必要となる層剪断力、層間変位等の高さ方向に関する図形をその骨組構造物の揺れる動画に同期させ、同時性を確保した状態で、同一画面上にリアルタイムにアニメーション表示するものである。
なお、柱、梁等の線材と線材の組み合わせにより構成されている構造を骨組構造物と称し、各線材を要素と云い、線材間の接合点を節点と云う。
【０００３】
このようなシステムによれば、骨組構造物の動的応答解析結果を、研究者や設計者がより正確に理解できるように、コンピュータ・グラフィックスを利用してシミュレーションすることにより、骨組構造物全体のグローバルな力学的挙動及び節点、要素のローカルな力学的挙動を容易に把握することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＲＴ画面上に骨組構造物の揺れる動画に同期して各節点や各要素の物理量等をグラフ表示する場合、節点に関する物理量には、各方向成分の変位、速度、加速度や温度などがあり、また、要素に関する物理量には、軸力、軸変形、要素両端の各強軸と弱軸の曲げ力，剪断力，捩り力あるいは部材の情報などがあり、さらに面要素（耐震壁）に関しては、剪断力、剪断変形などがある。これに加えて、１つの骨組構造物を構成する節点、要素及び面要素の各数が１００〜１００００単位の数になり、しかも、これら節点、要素及び面要素の解析結果は０．００２〜０．０１秒刻みの２０〜６０秒までの時系列データであるため、これらの物理量をグラフ化するためのデータ群は膨大な量となる。
従って、研究者や設計者が任意に節点、要素及び面要素の任意の物理情報を表示画面上の指定場所に即座にグラフ表示したり、動画内に表示させるには、必要とするデータ群の選択において全データ群の内容を把握していなければならず、これらの膨大なデータ群の力学的挙動を的確に把握するのは益々難しくなってきている。
【０００５】
そこで、上記特開平３−２２３３２６号に示す表示システムでは、表示装置のＣＲＴ画面上アニメーションの「開始」、「リセット」、「停止」、「節点系グラフ」、「要素系グラフ」、「相関係グラフ」等の機能ボタンを表示するメニューパネルと、骨組構造物の変形状態を表示する動画表示部と、節点の変位，絶対加速度または要素の相対変位，応力等を個別に表示する表示部を設け、メニューパネル上の「開始」の機能ボタンをクリックすることにより、動画表示部に骨組構造物の地震応答現象をアニメーション表示するとともに、メニューパネル上の「節点系グラフ」または「要素系グラフ」、「相関係グラフ」等の機能ボタンをクリックすることにより、同時刻における節点または要素等の物理量のグラフあるいは図形を骨組構造物の動画に同期させて対応する表示部にそれぞれ表示させるようにしている。
【０００６】
しかしながら、上述のような従来の表示方式では、節点系グラフまたは要素系グラフ、相関係グラフの表示画面上における各物理量のグラフ表示位置は予め決められ、その表示内容も限定されたシステム構成になっているため、物理量グラフの表示数及び表示内容が拘束されて、ユーザの希望するグラフが表示できなくなってしまうほか、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握できなくなり、研究者や設計者の支援可視化システムとして不満足なものであった。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握し、解析結果を構造物設計に容易に反映できる骨組構造物の応答シミュレーション表示システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量や骨組構造物の要素に関する物理量のグラフ、要素の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物の揺れの動画に同期させて表示装置にリアルタイムに表示する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムであって、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する節点系データ記憶手段と、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する要素系データ記憶手段と、層認識のある前記骨組構造物の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイル化して格納する層データ記憶手段と、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを前記表示装置に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるメインメニュー表示制御手段と、前記メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを前記表示装置に表示する選択メニュー表示制御手段と、前記表示装置に選択表示された前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより前記節点系データ記憶手段、前記要素系データ記憶手段または前記層データ記憶手段から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して前記表示装置に前記骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するグラフ表示制御手段とを備えてなるものである。
【０００９】
また、本発明の前記節点系データ記憶手段は、各節点の絶対加速度、相対速度及び相対変位に関する各物理量データをファイル化して格納し、この各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルムを含むものである。
さらに、本発明の前記要素系データ記憶手段は、各要素の軸力と軸変形及び捩れ力と捩れ角に関する物理量データ、各要素量端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメント及び回転角に関する物理量データ、耐震壁である面要素の剪断力と剪断変形に関する物理量データをファイル化して格納するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記骨組構造物の解析条件や解析結果データのメモをファイル化して格納するとともにアニメーション表示に関する線材の太さや色及びグラフ表示の線の太さや色を指定するデータを格納するシステム設定データ記憶手段を更に備えてなるものである。
さらに、本発明は、前記骨組構造物の形状を認識するための節点座標値、要素構成節点番号、要素の持つ降伏曲面指定番号及び降伏曲面を作成するためのデータをファイル化して格納する形状確認データ記憶手段を更に備えてなるものである。
【００１１】
【作用】
本発明においては、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の揺れの状態（動画）と、同時刻における各節点や各要素の物理量を表示するグラフとを同期させて表示装置にリアルタイムに表示する場合、節点系グラフ、要素系グラフ及び相関系グラフ毎にそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを作成しておき、そして、マンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置に表示し、このメインメニュー上の選択表示項目である節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフをマウスでクリックすることにより、節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフの選択メニューを表示装置の表示画面に表示させ、この選択メニュー上の物理量成分を表わす表示項目をマウスで選択的にクリックすることにより、節点、要素に関する物理量の時系列データを対応するデータ記憶部等から順次読み出して、表示画面の各グラフ表示部に１つまたは２つの物理量を任意に選択してグラフ表示する。
【００１２】
従って、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示きるとともに、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、解析結果を構造物設計に容易に反映し得る。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による高層建築物等の骨組構造物における応答シミュレーション表示システムの構成を示すブロック図、図２は骨組構造物の概略図である。
【００１４】
図２において、骨組構造物１０は多数の線材１１を組み合わせにより構成され、この各線材１１を要素と云い、各線材１１間の接合点１２を節点と云う。また、１３は耐震壁を構成する面要素である。
なお、骨組構造物１０の地震、風力による外力応答解析結果から得られる力学情報（物理量）は上記各要素と節点、及び面要素に有する。
【００１５】
節点の力学情報である節点系データの種類には、変位，加速度，速度，温度，入力外力などがある。
また、要素の力学情報である要素系データの種類には、軸力，軸変形，ｉ端の強軸方向曲げ力，ｉ端の強軸方向回転角，ｉ端の弱軸方向曲げ力，ｉ端の弱軸方向回転角，ｊ端の強軸方向曲げ力，ｊ端の強軸方向回転角，ｊ端の弱軸方向曲げ力，ｊ端の弱軸方向回転角，強軸方向の剪断力，強軸方向の剪断変形，弱軸方向の剪断力，弱軸方向の剪断変形などがある。
さらに、面要素の力学情報である面要素データの種類には、剪断力，剪断変形などがある。
【００１６】
次に、図１の構成について説明する。
図１において、２０はエンジニアリングワークステーション等から構成される制御装置であり、この制御装置２０は形状認識データ、外力データ、解析結果データ、システム設定データ等に基づいて骨組構造物１０のアニメーション作成処理を行うと共に、システム全体を制御し管理する機能を備えている。
上記制御装置２０には、キーボード２１ａ及びマウス２１ｂ等からなる入力装置２１が接続され、さらに、制御装置２０には、ここで処理されたアニメーション画像データ等を格納するハードディスク等の記憶装置２２が接続され、また、ＣＲＴ等の表示装置２３が主表示制御部２４を介して接続されている。
【００１７】
また、制御装置２０には、節点系データ記憶部２５、要素系データ記憶部２６、層データ記憶部２７、システム設定データ記憶部２８、形状認識データ記憶部２９及び外力データ記憶部３０がそれぞれ接続され、さらに、制御装置２０には、メインメニュー表示制御部３１、選択メニュー表示制御部３２及びグラフ表示制御部３３がそれぞれ接続されている。
【００１８】
上記節点系データ記憶部２５は、骨組構造物１０の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点１２の物理量をファイルとして格納するもので、各節点に関する物理量のファイルは、各々相対変位データを構築するファイル「＊．ｄｉｓ」，相対速度データを構築するファイル「＊．ｖｅｌ」，絶対加速度データを構築するファイル「＊．ａｃｃ」を備える。なお、節点の各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルム（絶対値）を持っている。
【００１９】
上記要素系データ記憶部２６は、骨組構造物１０の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素１１の物理量をファイルして格納するもので、各要素に関する物理量のファイルは、梁・柱要素の軸力Ｎと軸変形ｄｘ及び捩れ力Ｍｘと捩れ角θｘのデータを構築するファイル「＊．ｎｊ」，要素両端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメントＭｙ，Ｍｚ及び回転角θｙ，θｚのデータを構築するファイル「＊．ｍｉ」と「＊．ｍｊ」，要素の強軸と弱軸方向の剪断力Ｆｙ，Ｆｚと剪断変形ｄｙ，ｄｚに関するデータを構築するファイル「＊．ｑｄ」，耐震壁の面要素に関する剪断力Ｑと剪断変形Ｓのデータを構築するファイル「＊．ｍｋｗ」を備える。
【００２０】
上記層データ記憶部２７は、層認識のある骨組構造物１０の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイルとして格納するもので、層剪断力と層間変位のデータを各層毎に構築するファイル「＊．ｒｅｌ」を備える。
【００２１】
上記システム設定データ記憶部２８のデータは、ファイル「＊．ｉｎｆ」及びファイルＲＵＮ−ＦＩＬＥで構成され、ファイル「＊．ｉｎｆ」には解析条件や解析結果データのメモが記憶されており、このデータ内容はシステム起動中に表示装置のＣＧ画面上に表示される。なお、この表示内容はキーボード２１ａからの入力によって自由に書き換えられ、そしてファイルの内容は表示内容に書き換えられる。
また、ＲＵＮ−ＦＩＬＥは、アニメーション表示の設定に関するデータ、例えば線材の太さや色の指定、グラフの線の太さや色の指定等で構築される。
【００２２】
上記形状確認データ記憶部２９は、骨組構造物の形状を確認させる節点座標値、要素構成節点番号及び要素の持つ降伏曲面を指定する番号データを構築するファイル「＊．ｄａｔ」と、ファイル「＊．ｄａｔ」内の降伏曲線番号に対応して保管され、降伏曲面を放物線や楕円によって近似的に作成するためのデータで構築される「ファイル＊．ｎｍｍ」とから構成される。
【００２３】
上記外力データ記憶部３０は、ファイル「＊．ｉｎｐ」から構成され、このファイル「＊．ｉｎｐ」には、想定する動的応答解析に必要な地震と風に相当する外力データが時系列データで記録されている。
【００２４】
上記メインメニュー表示制御部３１は、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置２３に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるためのものであり、このメインメニューデータは記憶装置２２に格納される。
図３は、メインメニューの表示例を示す。
【００２５】
上記選択メニュー表示制御部３２は、メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数のデータファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを表示装置２３に表示するためのものであり、これらの選択メニューデータは記憶装置２２に格納されている。また、この各選択メニューデータは選択メニュー表示制御部３２で処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力される。
各選択メニューの表示例を図４〜図６に示す。図４は節点系グラフの選択メニューであり、図５は要素系グラフの選択メニューであり、また、図６は相関系グラフの選択メニューである。
【００２６】
上記グラフ表示制御部３３は、表示装置２３に選択表示された節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより節点系データ記憶部２５、要素系データ記憶部２６、層データ記憶部２７、システム設定データ記憶部２８、形状認識データ記憶部２９及び外力データ記憶部３０から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して表示装置２３に骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するためのものであり、このグラフ表示制御部３３で処理されたグラフ表示信号は主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力される。
【００２７】
次に、上記のように構成された本実施例の骨組構造物の応答シミュレーション表示動作について説明する。
まず、骨組構造物の非線形動的応答解析結果を追跡するアニメーション表示画面の基本構成について、図７〜図１０を参照して述べる。
図７は節点系の表示画面を、図８は要素系の表示画面を、図９は要素の相関系表示画面を、図１０は層の相関系表示画面をそれぞれ示している。
【００２８】
この図７〜図１０において、各表示画面２３１は、左側上方位置にアニメーション内容である解析条件リストを表示する表示部２３２を、右側上方位置に骨組構造物の変形状態を表示するアニメーション表示部２３３を、右側位置にマンマシンインタフェースを構成するメインメニュー表示部２３４を共通に有し、そして、節点系と要素系の表示画面２３１は、図７及び図８に示すように、時刻歴データをグラフ表示する３つのグラフ表示部２３５〜２３７を更に備える。また要素と層の相関系表示画面２３１は、図９及び図１０に示すように、要素または層の相関関係グラフを表示する２つの相関系表示部２３８、２３９と、時刻歴データをグラフ表示する１つのグラフ表示部２４０を更に備える。
【００２９】
骨組構造物の応答シミュレーション表示に際し、節点系グラフを表示する場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「節点系グラフ」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図７に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から節点系グラフの選択メニューデータを読み出して、図４に示す選択メニューを解析条件表示部２３２及びアニメーション表示部２３３と重らないように表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００３０】
節点系グラフの選択メニューが表示画面２３１に選択表示されると、解析条件表示部２３３にシステム設定データ記憶部２８から読み出された解析／解析コード、入力地震波形名等の各データが表示される。
【００３１】
次に、節点系グラフ選択メニューの表示画面２３１上において、指定する節点数が１つか、２つかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。この実施例では節点数「１つ」が選択された場合であり、この選択された項目箇所の表示は網目がかかった状態に変化する。
次いで、どの節点の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の節点１２をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された節点１２の番号が読み出され、この節点番号が選択メニュー上の「節点番号」の欄に記入表示される。なお、この節点番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００３２】
次に、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５、グラフ表示部（Ｂグラフ）２３６、グラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に節点の物理量をグラフ表示するか否かを選択する。グラフ表示する場合は、図４に示す選択メニュー画面において、「する」をマウス２１ｂによりクリックし、「する」の表示を網目がかかった状態に変化させる。その後、各グラフ表示部にファイル「＊．ｄｉｓ」、「＊．ｖｅｌ」、「＊．ａｃｃ」、「＊．ｉｎｐ」のどの成分を表示するかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。
【００３３】
例えば、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５に上記指定節点番号の節点１２の相対変位をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ａグラフ）２３５に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＡグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＡ１では、ファイル「＊．ｄｉｓ」のＸ成分を選択し、Ａグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＡ２では、ファイル「＊．ｄｉｓ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３４】
また、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｂグラフ）２３６に上記指定節点番号の節点１２の相対速度をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｂグラフ）２３６に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＢグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＢ１では、ファイル「＊．ｖｅｌ」のＸ成分を選択し、Ｂグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＢ２では、ファイル「＊．ｖｅｌ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３５】
同様にして、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に上記指定節点番号の節点１２の絶対加速度をグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｃグラフ）２３７に２本のグラフを同時に描けるので、図４に示す選択メニュー画面におけるＣグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＣ１では、ファイル「＊．ａｃｃ」のＸ成分を選択し、Ｃグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＣ２では、ファイル「＊．ａｃｃ」のＹ成分を選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状態に変化する。
【００３６】
このようにして、上記指定節点番号の節点１２に対するＡグラフ〜Ｃグラフ表示用のデータ選択が終了したならば、図４に示す選択メニュー画面上の「データ設定」をマウス２１ｂでクリックすることにより、グラフ表示のためのデータを設定する。その後、図３に示すメインメニュー上の「開始」をマウス２１ｂでクリックして、地震または風の外力データに対する外力応答シミュレーション表示を開始する。
【００３７】
メインメニュー上の「開始」がマウス２１ｂでクリックされると、解析条件に応じて求められた骨組構造物１０の時間的に変化する変形データ（変位時刻歴データ）は主表示制御部２４によりＣＧ画像に処理され、このＣＧ画像信号を表示装置２３に出力することにより、骨組構造物の揺れる動画がアニメーション表示部２３３に表示される。また、この揺れる骨組構造物の動画４０には、前記指定された節点１２の位置を示すマーク４０ａが表示される。
【００３８】
一方、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された相対変位に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ｄｉｓ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ａグラフ）２３５には、前記指定節点１２の物理量である相対変位のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の相対変位を示し、横軸は時刻を示す。
【００３９】
また、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された相対速度に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ｖｅｌ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｂグラフ）２３６には、前記指定節点１２の物理量である相対速度のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の相対速度を示し、横軸は時刻を示す。
【００４０】
さらに、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定節点１２の前記選択メニューで選択された絶対加速度に関するＸ成分及びＹ成分の時系列データが節点系データ記憶部２５のファイル「＊．ａｃｃ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｃグラフ）２３７には、前記指定節点１２の物理量である絶対加速度のＸ成分及びＹ成分が骨組構造物の揺れる動画に同期して、図７に示すようにグラフ表示する。このグラフの縦軸はＸ、Ｙ軸方向の絶対加速度を示し、横軸は時刻を示す。
【００４１】
また、図４に示す選択メニューにおいて、Ａグラフ、ＢグラフまたはＣグラフ用の左及び右側の選択マトリクステーブル上における「＊．ｉｎｐ」欄のＸ、ＹまたはＺの箇所をマウスでクリックすれば、グラフ表示部２３５〜２３７の１つに地震または風の時刻歴を骨組構造物の揺れる動画に同期してグラフ表示することができる。
【００４２】
このように選択メニュー上の節点１つを指定すると、各グラフ表示部２３５〜２３７には、１つの節点の異なる２つの物理量の比較グラフを表示させることができ、また、節点２つを指定すると、異なった節点での同一物理量の比較グラフを各グラフ表示部２３５〜２３７に表示させることができる。
【００４３】
次に、要素系グラフを表示する場合について説明する。
この場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「要素系グラフ」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図８に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から要素系グラフの選択メニューデータを読み出して、図５に示す選択メニューを解析条件表示部２３２及びアニメーション表示部２３３と重らないように表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００４４】
要素系グラフの選択メニューが表示画面２３１に選択表示されると、解析条件表示部２３３にシステム設定データ記憶部２８から読み出された解析／解析コード、入力地震波形名等の各データが表示される。
【００４５】
次に、要素系グラフ選択メニューの表示画面２３１上において、指定する要素数が１つか、２つかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。ここで、マウス指定の要素が梁である場合は、「マウス指定要素」項目の「梁」の表示が網目状に変化し、マウス指定の要素が壁の場合は「壁」の表示が網目状に変化する。また、梁要素を指定した場合は、ファイル「＊．ｍｋｗ」の成分が指定できなくなり、壁要素を指定した場合は、ファイル「＊．ｎｊ」、「＊．ｍｉ」、「＊．ｍｊ」、「＊．ｑｄ」の各成分が選択できなくなる構成になっている。
この実施例では、柱要素１つが選択された場合について述べる。この場合、「指定要素数」項目の「１つ」の表示が網目状に変化する。
【００４６】
次いで、どの柱要素の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の柱要素１１をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された柱要素１１の番号が読み出され、この要素番号が選択メニュー上の「要素番号」の欄に記入表示される。なお、この柱要素番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００４７】
次に、図８に示す表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５、グラフ表示部（Ｅグラフ）２３６、グラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に柱要素の物理量をグラフ表示するか否かを選択する。グラフ表示する場合は、図５に示す選択メニュー画面において、「する」をマウス２１ｂによりクリックし、「する」の表示を網目状に変化させる。その後、各グラフ表示部にファイル「＊．ｎｊ」、「＊．ｍｉ」、「＊．ｍｊ」、「＊．ｑｄ」、「＊．ｍｋｗ」のどの成分を表示するかをマウス２１ｂでクリックすることにより選択する。
【００４８】
例えば、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５に上記指定柱要素番号の柱要素１１のｉ端（柱頭）での曲げモーメントＭをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｄグラフ）２３５に２本のグラフを同時に描けるので、図５に示す選択メニュー画面におけるＤグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＤ１では、ファイル「＊．ｍｉ」の強軸回り成分Ｍｙを選択し、Ｄグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＤ２では、ファイル「＊．ｍｉ」の弱軸回り成分Ｍｚを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００４９】
また、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｅグラフ）２３６に上記指定柱要素番号の柱要素１１のｊ端（柱脚）での曲げモーメントＭをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｅグラフ）２３６に２本のグラフを同時に描けるので、図５に示す選択メニュー画面におけるＥグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＥ１では、ファイル「＊．ｍｊ」の強軸回り成分Ｍｙを選択し、Ｅグラフ用の右側の選択マトリクステーブルＥ２では、ファイル「＊．ｍｊ」の弱軸回り成分Ｍｚを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００５０】
同様にして、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に上記指定柱要素番号の柱要素１１軸力Ｎをグラフ表示する場合は、グラフ表示部（Ｆグラフ）２３７に２本のグラフを同時に描けるので（この実施例では１本のみを描いている）、図５に示す選択メニュー画面におけるＦグラフ用の左側の選択マトリクステーブルＦ１では、ファイル「＊．ｎｊ」のＮを選択する。選択されると、その選択箇所の表示は網目状に変化する。
【００５１】
このようにして、上記指定柱要素番号の柱要素１１に対するＤグラフ〜Ｆグラフ表示用のデータ選択が終了したならば、図５に示す選択メニュー画面上の「データ設定」をマウス２１ｂでクリックすることにより、グラフ表示のためのデータを設定する。その後、図３に示すメインメニュー上の「開始」をマウス２１ｂでクリックして、地震または風の外力データに対する外力応答シミュレーション表示を開始する。
【００５２】
メインメニュー上の「開始」がマウス２１ｂでクリックされると、解析条件に応じて求められた骨組構造物１０の時間的に変化する変形データ（変位時刻歴データ）は主表示制御部２４によりＣＧ画像に処理され、このＣＧ画像信号を表示装置２３に出力することにより、骨組構造物の揺れる動画がアニメーション表示部２３３に表示される。また、この揺れる骨組構造物の動画４１には、前記指定された柱要素１１の位置を示すマーク４１ａが表示される。
【００５３】
一方、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択されたｉ端の曲げモーメントＭに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｄグラフ）２３５には、前記指定柱要素１１のｉ端の物理量である強軸回りの曲げモーメントＭｙ及び弱軸回りの曲げモーメントＭｚが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸は曲げモーメントを示し、横軸は時刻を示す。
【００５４】
また、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択されたｊ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｊ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｅグラフ）２３６には、前記指定柱要素１１のｊ端の物理量である強軸回りの曲げモーメントＭｙ及び弱軸回りの曲げモーメントＭｚが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示される。このグラフの縦軸は曲げモーメントを示し、横軸は時刻を示す。
【００５５】
さらに、前記骨組構造物の揺れる動画の処理と同時刻における前記指定柱要素１１の前記選択メニューで選択された軸力の時系列データが節点系データ記憶部２６のファイル「＊．ｎｊ」から順次読み出され、この各時系列データはグラフ表示制御部３３でグラフ表示用のＣＧ画像に処理された後、主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｆグラフ）２３７には、前記指定柱要素１１の物理量である軸力Ｎが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図８に示すようにグラフ表示する。このグラフの縦軸は軸力を示し、横軸は時刻を示す。
【００５６】
このように選択メニュー上の柱要素１つを指定すると、Ｄグラフ〜Ｆグラフの各グラフ表示部２３５〜２３７には、１つの柱要素の異なる２つの物理量の比較グラフを表示させることができ、また、柱要素２つを指定すると、異なった柱要素での同一物理量の比較グラフを各グラフ表示部２３５〜２３７に表示させることができる。さらに、Ｄグラフ〜Ｆグラフには、各選択マトリクステーブル内の選択項目１つをマウスで任意に指定することにより、梁・柱要素の軸力、軸変形、捩れ力、捩れ角、強軸と弱軸方向の曲げモーメント及び回転角、強軸と弱軸方向の剪断力と剪断変形、耐震壁の面要素に関する剪断力と剪断変形等を任意にグラフ表示させることができる。
【００５７】
次に、要素の持つ２つの物理量の相関関係を描く相関系グラフを表示する場合について説明する。
要素の持つ２つの物理量の相関関係を描く場合は、まず、表示画面２３１のメインメニュー表示部２３４に表示されている、図３に示すメインメニュー上の表示項目「相関系グラフ１（要素）」をマウス２１ｂ（またはキーボード２１ａ）の操作でクリックする。この指令を受けた主表示制御部２４は、骨組構造物のＣＧ画像のみがアニメーション表示部２３３に表示された図９に示す表示画面２３１を表示装置２３に表示させるとともに、記憶装置２２から相関系グラフ１の選択メニューデータを読み出して、図６に示す選択メニューを表示画面２３１上の任意の位置にウインド表示する。
【００５８】
次に、表示画面２３１に表示された図６の選択メニューにおいて、マウスで指定される要素には梁と壁の２種類があり、このうちの何れかをマウスでクリックすることにより選択する。この実施例では、梁を選択する。
次いで、どの梁要素の物理量をグラフ化するかを、アニメーション表示部２３３に表示されている図２に示すような構造物ＣＧ画像上の任意の梁要素をマウス２１ｂでクリックして指定する。これに伴い形状認識データ記憶部２９から指定された梁要素の番号が読み出され、この要素番号が選択メニュー上の「要素番号」の欄に記入表示される。なお、この梁要素番号はキーボード２１ａから直接入力することもできる。
【００５９】
かかる状態において、選択メニューに表示されているＧ１グラフの選択マトリクステーブルＧ１１内のファイル「＊．ｍｉ」に対応する選択項目Ｍｙ，Ｍｚをマウスでクリックして選択すると、要素ｉ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、この各時系列データをグラフ表示制御部３３及び主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｇ１グラフ）２３８には、指定要素のｉ端における強軸回りの曲げモーメントＭｙ（縦軸）と弱軸回りの曲げモーメントＭｚとの相関関係を表わすグラフが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図９に示すように表示される。
【００６０】
また、選択メニューに表示されているＨ１グラフの選択マトリクステーブルＨ１１において、ファイル「＊．ｍｉ」に対応する選択項目Ｍｙ，Ｍｚをマウスでクリックして選択すると、要素ｉ端の曲げモーメントに関するＭｙ，Ｍｚ成分の時系列データが要素系データ記憶部２６のファイル「＊．ｍｉ」から順次読み出され、先に読み出された軸力Ｎの時系列データと共に主表示制御部２４を通して表示装置２３に出力することにより、表示画面２３１のグラフ表示部（Ｈ１グラフ）２３９には、指定要素のｉ端における指定方向の曲げモーメントＭ（横軸）と軸力Ｎとの相関関係を表わすグラフが骨組構造物の揺れる動画に同期して、図９に示すように表示される。なお、Ｇ１及びＨ１グラフにおいて、エンドレスの曲線５１、５２は降伏曲面の断面を意味する補助線である。
【００６１】
さらに、選択メニューに表示されているＩグラフの選択マトリクステーブルＩ１、Ｉ２は、グラフ表示部（Ｉグラフ）２４０に表示されるグラフを選択するもので、図８に示す要素系グラフと同様の時刻歴データ描画用の選択機能を有するほか、入力外力であるファイル「＊．ｒｅｌ」の成分をグラフとして選択表示できる機能を有している。
【００６２】
また、図６に示す選択メニューのＧ１及びＨ１グラフの選択マトリクステーブルＧ１１、Ｈ１１において、「降伏曲面」という項目の「なし」をマウスにより選択すると、図５に示す選択メニューのＤグラフ、Ｅグラフ及びＦグラフと同様の表示となる。また、表示選択項目「ＭＭ」をマウスにより選択すると、Ｇ１グラフ用選択マトリクステーブルＧ１１の右側には、同図に示す如き２軸曲げモーメント間の相関データが表示され、そのグラフが降伏曲面の断面と共に作成される。そして、表示選択項目「ＮＭ」をマウスにより選択すると、Ｈ１グラフ用選択マトリクステーブルＨ１１の右側には、同図に示す如き軸力と曲げモーメントとの相関データが表示され、そのグラフが降伏曲面の断面と共に作成される。
この場合、グラフのＸ軸及びＹ軸に選ばれる物理量が特定されるので、要素のいずれの端部でのデータかを決定すればよい。指定された要素の降伏曲面の断面を補助線として描くための各パラメータの値もファイル「＊．ｎｍｍ」を参照して自動的に表示される。
【００６３】
図１０は、骨組構造物である建築物の層レベルで持っているデータをグラフ化する場合の相関系グラフ（層）の表示画面を示す。
図１０に示す相関系グラフにおいて、グラフ表示部２３８には、層データ記憶部２７に格納されているファイル「＊．ｒｅｌ」の層剪断力と層間変位のデータに基づいて１階の層剪断力（縦軸）と層間変位（横軸）の関係がグラフ表示される。また、グラフ表示部２３９には、１階から最上階までの層剪断力がグラフ表示される。このグラフにおいて、曲線６１は動画と同期した現時刻での層剪断力を表わし、曲線６２は過去の履歴の最大値を表わしている。
また、グラフ表示部２４０には、１階の層剪断力の時刻歴がグラフ表示される。
【００６４】
このように本実施例においては、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物１０の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物１０の節点１２に関する物理量や骨組構造物１０の要素１１に関する物理量のグラフ、要素１１の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物１０の揺れの動画に同期させて表示装置２３にリアルタイムに表示する場合、節点系グラフ、要素系グラフ及び相関系グラフ毎にそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数のデータファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを作成しておき、そして、マンマシンインタフェース用のメインメニューを表示装置２３に表示し、このメインメニュー上の選択表示項目である節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフをマウスでクリックすることにより、節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフの選択メニューを表示装置２３の表示画面２３１に表示させ、この選択メニュー上の物理量成分を表わす表示項目をマウスで選択的にクリックすることにより、節点、要素に関する物理量の時系列データを対応するデータ記憶部２５、２６または２７等から順次読み出して、表示画面２３１の各グラフ表示部２３５〜２４０に１つまたは２つの物理量を任意に選択してグラフ表示できる構成にした。
【００６５】
従って、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、ユーザの解析結果データを含む応答シミュレーション表示に必要な各種のデータ管理の負担が大きく軽減され、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、かつ解析結果を構造物設計に容易に反映することができる。
【００６６】
また、本実施例によれば、メインメニュー上で節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフを選択すると、それぞれ図４〜図６に示すようなマトリクス形式の選択メニューが表示されるから、この選択メニューを利用して応答シミュレーション表示システムとのマンマシンインタフェースを充実でき、操作内容も豊富になって、構造物設計者がハード・ソフトの中に入り込んだ操作上の煩わしさが除去され、真に設計支援となる可視化システムを提供できる。さらに、全節点及び全要素の持つ各種物理量の時系列データが膨大な量になっても、これらのデータ内容を整理してファイルとして各種のデータ記憶部に格納しておくことにより、効率よく利用することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、種々の変形、変更が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
上述したように本発明は、地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量や骨組構造物の要素に関する物理量のグラフ、要素の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物の揺れの動画に同期させて表示装置にリアルタイムに表示する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムであって、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する節点系データ記憶手段と、前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する要素系データ記憶手段と、層認識のある前記骨組構造物の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイル化して格納する層データ記憶手段と、システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを前記表示装置に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるメインメニュー表示制御手段と、前記メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係を表に構成した選択メニューを前記表示装置に表示する選択メニュー表示制御手段と、前記表示装置に選択表示された前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより前記節点系データ記憶手段、前記要素系データ記憶手段または前記層データ記憶手段から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して前記表示装置に前記骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するグラフ表示制御手段とを備える構成にした。
【００６９】
また、本発明の前記節点系データ記憶手段は、各節点の絶対加速度、相対速度及び相対変位に関する各物理量データをファイル化して格納し、この各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルムを含むものである。
さらに、本発明の前記要素系データ記憶手段は、各要素の軸力と軸変形及び捩れ力と捩れ角に関する物理量データ、各要素両端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメント及び回転角に関する物理量データ、耐震壁である面要素の剪断力と剪断変形に関する物理量データをファイル化して格納するものである。
【００７０】
従って、本発明によれば、骨組構造物の外力応答解析結果データから得られる節点や要素等に関する各種の物理量データ群からユーザの希望する任意のデータ群を容易に選択して、目的とするグラフを表示画面上に任意に選択表示できるとともに、ユーザの解析結果データを含む応答シミュレーション表示に必要な各種のデータ管理の負担が大きく軽減され、骨組構造物の複雑な物理現象を正しく把握でき、かつ解析結果を構造物設計に容易に反映することができる。
【００７１】
また、本発明よれば、システム設定データ記憶手段を備えることにより、骨組構造物の解析条件や解析結果データのメモをファイルとして記録しておくことができるとともに、アニメーション表示に関する線材の太さや色及びグラフ表示の線の太さや色の指定、あるいは画像の背景色を設定することができ、かつプレゼンテーション性を向上できるほか、画面のコントラストを調整するのに好都合となる。
さらに、本発明によれば、骨組構造物の形状確認データ記憶手段を備えることにより、骨組構造物の節点座標値、要素構成節点番号、要素の持つ降伏曲面指定番号を自動的に表示できるとともに、要素の降伏曲面の断面を補助線として自動的に描くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による骨組構造物の応答シミュレーション表示システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の応答シミュレーション表示システムにてシミュレーションを行う骨組構造物の説明図である。
【図３】本実施例におけるメインメニューの一例を示す説明図である。
【図４】本実施例における節点系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図５】本実施例における要素系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図６】本実施例における相関系グラフの選択メニューの一例を示す説明図である。
【図７】本実施例における節点系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図８】本実施例における要素系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図９】本実施例における要素用相関系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【図１０】本実施例における層用相関系グラフの表示画面の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 骨組構造物
１１ 要素
１２ 節点
２０ 制御装置
２１ 入力装置
２１ａ キーボード
２１ｂ マウス
２２ 記憶装置
２３ 表示装置
２４ 主表示制御部
２５ 節点系データ記憶部
２６ 要素系データ記憶部
２７ 層データ記憶部
２８ システム設定データ記憶部
２９ 形状認識データ記憶部
３０ 外力データ記憶部
３１ メインメニュー表示制御部
３２ 選択メニュー表示制御部
３３ グラフ表示制御部
２３１ 表示画面
２３２ 解析条件表示部
２３３ アニメーション表示部
２３４ メインメニュー表示部
２３５〜２４０ グラフ表示部
Claims (5)
- 地震等の時間と共に変化する外力の応答解析結果である骨組構造物の時間と共に変化する変形データを用いて骨組構造物の揺れを動画にし、同時刻における骨組構造物の節点に関する物理量や骨組構造物の要素に関する物理量のグラフ、要素の相関系グラフまたは骨組構造物層レベルの相関系グラフを骨組構造物の揺れの動画に同期させて表示装置にリアルタイムに表示する骨組構造物の応答シミュレーション表示システムであって、
前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各節点の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する節点系データ記憶手段と、
前記骨組構造物の外力応答解析結果から時系列データとして得られる各要素の種類の異なる複数の物理量を個別にファイル化して格納する要素系データ記憶手段と、
層認識のある前記骨組構造物の解析結果に存在する各層の層剪断力と層間変位データをファイル化して格納する層データ記憶手段と、
システム全体を操作するマンマシンインタフェース用のメインメニューを前記表示装置に表示するとともに該メインメニュー上の表示項目の１つをクリックすることにより、該クリックされた表示項目に相当する表示処理を実行させるメインメニュー表示制御手段と、
前記メインメニュー上の表示項目をクリックすることにより選択される前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフのそれぞれの物理量に関する種類の異なる複数の前記データファイルと物理量成分との関係をマトリクステーブルに構成した選択メニューを前記表示装置に表示する選択メニュー表示制御手段と、
前記表示装置に選択表示された前記節点系グラフ、要素系グラフまたは相関系グラフに関する選択メニュー上の任意の物理量成分箇所をクリックすることにより前記節点系データ記憶手段、前記要素系データ記憶手段または前記層データ記憶手段から前記クリックされた物理量成分箇所に対応する時系列データ群を読み出して前記表示装置に前記骨組構造物のアニメーション表示と同期してグラフ表示するグラフ表示制御手段と、
を備えてなる骨組構造物の応答シミュレーション表示システム。 - 前記節点系データ記憶手段は、各節点の絶対加速度、相対速度及び相対変位に関する各各物理量データをファイル化して格納し、この各物理量データは全体座標系におけるＸ，Ｙ，Ｚ成分とノルムを含む請求項１記載の骨組構造物の応答シミュレーション表示システム。
- 前記要素系データ記憶手段は、各要素の軸力と軸変形及び捩れ力と捩れ角に関する物理量データ、各要素量端部での強軸と弱軸回りの曲げモーメント及び回転角に関する物理量データ、耐震壁である面要素の剪断力と剪断変形に関する物理量データをファイル化して格納する請求項１記載の骨組構造物の応答シミュレーション表示システム。
- 前記骨組構造物の解析条件や解析結果データのメモをファイル化して格納するとともに、アニメーション表示に関する線材の太さや色及びグラフ表示の線の太さや色を指定するデータを格納するシステム設定データ記憶手段を更に備える請求項１記載の骨組構造物の応答シミュレーション表示システム。
- 前記骨組構造物の形状を認識するための節点座標値、要素構成節点番号、要素の持つ降伏曲面指定番号及び降伏曲面を作成するためのデータをファイル化して格納する形状確認データ記憶手段を更に備える請求項１または４記載の骨組構造物の応答シミュレーション表示システム。
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