JP3807911B2 - 解析装置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、解析（シミュレーション）を実行する際に使用される解析プリミティブの生成技術に関し、特に、解析精度を向上させるようにメッシュ要素の疎密制御を行なって解析を行なう解析装置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノート型パソコンと略す）等のように製品開発のサイクルが短縮化され、その信頼性を迅速に確認するために解析（シミュレーション）が広く利用されている。一般に、解析対象となる製品は複数の部品が積み重なった階層構造を有し、各部品の力学的特性等を把握する必要があるため、部品毎にその材質や境界条件を設定して作成された解析プリミティブを用いた解析装置が使用されている。
【０００３】
図１５は、従来の解析プリミティブを用いた解析装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、解析対象となる製品の各部品毎に形状が入力される（Ｓ４１）。そして、部品毎の材質や境界条件が設定されて（Ｓ４２）、解析プリミティブが作成される（Ｓ４０）。複数部品によって構成される製品全体の解析を行なうために、部品毎に形状、材質および境界条件が設定されて解析プリミティブが作成され、それらの解析プリミティブが組合されて製品全体の解析プリミティブが作成される。
【０００４】
次に、生成された解析プリミティブが実際の製品と等価となるように配置され、解析プリミティブが小さなエレメントに分割されて、メッシュ要素（メッシュモデル）が生成される（Ｓ４３）。そして、解析に必要な熱伝達係数、発熱量等の解析条件がメッシュ要素に設定されて、解析処理が実行される（Ｓ４４）。最後に、解析結果が表示画面に表示されて処理が終了する。
【０００５】
メッシュモデルには、汎用的な有限要素モデルや差分格子モデル、境界要素モデルなどがあり、たとえば製品の発熱状態に応じた温度分布を解析する３次元熱流体シミュレーション手法においては、物体の周囲に流れる熱の挙動を３次元の格子を用いて解析するのが一般的である。
【０００６】
この３次元格子の作成方法として、各物体の頂点をキーポイントとして直交格子を自動的に発生させた後、設計者が要素分割数を指定したり、注目すべき部分を指示することにより、直交格子を細分化する。逆に、発熱源の影響をほとんど受けないと判断される部分や、注目する必要のない部分を指定して、その部分については計算に必要な格子を発生させない等のメッシュ要素の疎密制御が行なわれる。また、複数部品からなる製品の解析を行なう場合には、個々の部品のメッシュサイズをそれら部品が接する面（接合面）で同じ大きさに調整される。
【０００７】
現在、これらメッシュ要素を効率よく生成することによって、計算速度および計算精度の向上が図られているが、個々の部品が重要であるか否か、直交格子を細分化するか無視するか等の判断は、設計者の経験に頼られていた。
【０００８】
また、ノート型パソコンに代表されるように、コンパクト化が要求される製品の場合、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようにサイズが小さく発熱量が大きい部品などは、その部品自体の要素サイズのみでなく、近傍の部品の要素サイズについても整合をとる必要がある。すなわち、各部品の接合面に対してのみ要素サイズが小さい方のメッシュに合わせ込む処理を行なうと、解析精度に不具合が生じる場合がある。たとえば、放熱解析においては、発熱体の接触面から他の物体へ放射状に伝搬される熱の流れを考慮する必要があり、接合している部分のみではなく、その接合面を含む水平方向および垂直方向の近傍まで影響を受けるため、メッシュ要素を細かくして計算精度を上げる必要がある。
【０００９】
この問題点を解決する技術として、たとえば特開平７−１２９６３４号公報に開示された発明がある。この発明は、形状モデルの形状要素に対して、形状要素からの距離と接点の密度分布との関数（メッシュ疎密分布関数）を入力し、この関数に基づいて形状モデルに接点を発生させ、この接点に基づいて有限要素メッシュモデルを生成する。そして、メッシュ疎密分布関数が指定された複数の形状モデルを重ね合せて、メッシュの疎密分布の制御が行なわれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術において説明した解析方法においては、複数の部品を含んだ製品を解析する場合、メッシュ要素分割の疎密制御は単に幾何的なメッシュ要素サイズおよび分割数の整合をとる方法で行なわれ、各部品に設定された解析条件が考慮されていない。そのため、解析上重要な部分にメッシュ分割がなされていない、メッシュ要素サイズが極端に変化して微妙な温度の変化が評価できない等の不具合が生じるという問題点があった。
【００１１】
また、２つの隣接する解析プリミティブのメッシュ要素サイズが極端に異なる場合に、接合面のみのメッシュ要素サイズの整合処理を行なうと、その部分の計算精度が低下するとともに、解析結果を表示する際にメッシュノード単位でしか表示されないため、注目すべき部品の近傍の詳細な結果が得られないという問題点があった。
【００１２】
たとえば、放熱解析を行なう場合、他物体への熱の伝播は接合面の垂直方向のみではなく面方向にも放射状に伝わるため、解析に重要となる範囲は接合面を含む近傍であり、その部分の計算精度を上げるためにメッシュ要素サイズを小さくする必要がある。また、放熱解析等の流体を扱う解析の場合、物体どうしの関係に限らず、物体外部への影響を計算する必要がある。そのため、空気層も同様にメッシュ要素に分割する必要があり、物体間のメッシュ要素サイズの整合をとるだけでは十分な解析精度を得ることができない。
【００１３】
また、解析上注目すべき部分を指定してメッシュ要素の分割を制御する方法においては、設計者の経験知識によってメッシュ要素の分割指示が行なわれるため、初心者にはその判断が難しいという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行なうことにより、解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能な解析装置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【００１５】
第２の目的は、設計者の経験知識に頼ることなく、メッシュ要素分割の疎密制御を自動的に行なうことが可能な解析装置、解析方法および解析プログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従えば、解析装置は、複数の部品を含む製品を解析する解析装置であって、部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するための解析プリミティブ生成手段と、部品の形状データおよび影響属性に基づいて、解析プリミティブ生成手段によって生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するためのメッシュ要素生成手段と、メッシュ要素生成手段によってメッシュ分割された解析プリミティブを配置し、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうためのメッシュ要素疎密制御手段と、メッシュ要素疎密制御手段によって疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するための解析手段とを含む。
【００１７】
メッシュ要素疎密制御手段は、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行なうことができ、そのメッシュ要素を用いて解析することにより解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能となる。また、メッシュ要素疎密制御手段は、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなくメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となる。
【００１８】
好ましくは、解析プリミティブ生成手段は、部品の形状データを入力するための形状入力手段と、解析条件を入力するための解析条件入力手段と、解析条件入力手段によって入力された解析条件に基づいて、部品ごとの重要度を認識するための重要度認識手段と、解析条件入力手段によって入力された解析条件に基づいて、影響属性を生成するための影響属性生成手段と、部品の形状データ、解析条件および影響属性を解析プリミティブとして格納するための解析プリミティブ格納手段とを含む。
【００１９】
部品の形状データ、解析条件および影響属性が解析プリミティブとして格納されるので、任意の解析においてこの解析プリミティブを利用することができる。
【００２０】
さらに好ましくは、重要度認識手段は、解析の種類に対応する解析条件に応じて重要度が定められた重要度決定ルールを参照して、重要度を認識する。
【００２１】
したがって、重要度決定ルールが予め作成されていれば、経験の浅い設計者であっても、解析を行なうことが可能となる。
【００２２】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、形状データの形状要素毎に、他部品に影響を与える範囲を表わす影響範囲および影響を与える度合いを表わす影響度が定められた影響属性生成ルールを参照して、影響属性を生成する。
【００２３】
したがって、影響属性生成ルールが予め作成されていれば、経験の浅い設計者であっても、解析を行なうことが可能となる。
【００２４】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、影響属性ルールを参照して、立体、面、稜線、頂点またはそれらの組合せに対して影響範囲および影響度を設定する。
【００２５】
したがって、解析の種類に応じたメッシュ要素の疎密制御を行なうことができ、解析精度をさらに向上させることが可能となる。
【００２６】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、形状データの形状要素を含む最大矩形の相似立体を影響範囲に設定する。
【００２７】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、最大矩形からのオフセット量の関数を影響度に設定する。
【００２８】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、形状データの形状要素を含む外接球を影響範囲に設定する。
【００２９】
さらに好ましくは、影響属性生成手段は、外接球の半径の関数を影響度に設定する。
【００３０】
さらに好ましくは、影響属性ルールはさらに変化率を含み、影響属性生成手段は、変化率に基づいて影響度を変化させる。
【００３１】
したがって、影響度が解析プリミティブからの距離等によって変化する場合であっても、精度の高い解析が行なえるようになる。
【００３２】
さらに好ましくは、メッシュ要素疎密制御手段は、影響範囲の重なる部品の重要度を比較し、重要度の高い部品の影響を重要度の低い部品のメッシュ要素サイズに反映させるようにメッシュ要素分割を制御する。
【００３３】
したがって、注目すべき部分のみメッシュ要素を細かく分割することができ、解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３４】
本発明の別の局面に従えば、複数の部品を含む製品を解析する解析方法であって、部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するステップと、部品の形状データおよび影響属性に基づいて、生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するステップと、メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうステップと、疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するステップとを含む。
【００３５】
部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行なうことができ、そのメッシュ要素を用いて解析することにより解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能となる。また、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなくメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となる。
【００３６】
本発明のさらに別の局面に従えば、複数の部品を含む製品を解析する解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体であって、解析方法は、部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するステップと、部品の形状データおよび影響属性に基づいて、生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するステップと、メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうステップと、疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するステップとを含む。
【００３７】
部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行なうことができ、そのメッシュ要素を用いて解析することにより解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能となる。また、部品ごとの重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなくメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態における解析装置の概略構成を示すブロック図である。この解析装置は、キーボードやマウス等によって構成される入力部２０と、ディスプレイやプリンタ等によって構成される出力部２２と、入力部２０および出力部２２との間でデータの入出力を行なうＩ／Ｏ（Input/Output）デバイス２１と、ＦＤ（Floppy Disk）やＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等の記録媒体２３と、記録媒体２３が着脱自在に装着され、記録媒体２３に対するデータの書込みおよび読出しを行なう外部記憶ドライバ２４と、解析装置全体の制御を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）２５と、各種プログラムおよび各種データが格納されるＲＯＭ（Read Only Memory）２６、インターネット等の外部の通信ネットワーク２９との間の通信接続を行なう通信デバイス２７と、処理に必要となるデータが一時的に格納されるＲＡＭ（Random Access Memory）２８と、ハードディスク３０とを含む。
【００３９】
解析プリミティブ生成および解析処理のためのプログラム（以下、解析プログラムと呼ぶ。）は、記録媒体２３によって供給される。この記録媒体２３に記録された解析プログラムは、ＣＰＵ２５によって外部記憶ドライバ２４を介して一旦ハードディスク３０に格納される。ＣＰＵ２５は、ハードディスク３０から適宜解析プログラムをＲＡＭ２８にロードして実行することによって解析プリミティブ生成および解析処理を行なう。また、解析プログラムは他のコンピュータより通信ネットワーク２９を経由して供給されてもよい。
【００４０】
図２は、本発明の実施の形態における解析装置の機能的構成を説明するための図である。解析装置は、解析装置の全体的な制御を行なう制御部１と、解析プリミティブ生成部２と、メッシュ要素生成部７と、メッシュ要素疎密制御部８と、解析処理部９と、表示部１０と、解析プリミティブデータ格納部１１と、重要度決定ルール１２と、影響属性生成ルール１３とを含む。また、解析プリミティブ生成部２は、形状入力部３と、解析条件入力部４と、部品重要度認識部５と、影響属性生成部６とを含む。
【００４１】
図３は、図２に示す解析装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、オペレータは形状入力部３に解析対象物の形状を入力する（Ｓ３１）。解析対象物は、形状データとして形状要素を用いて定義されている。形状要素とは、解析対象物の形状を表現する頂点、稜線、面およびそれらからなる立体を意味している。次に、オペレータは、形状入力部３に入力された形状データの形状要素に対して、材質を定義し、解析計算に必要な境界条件を設定する（Ｓ３２）。
【００４２】
従来の解析装置においては、形状データと解析条件とのみが解析プリミティブとして定義されていた。本実施の形態における解析装置においては、解析プリミティブの属性として形状データおよび解析条件の他に、他部品へ与える影響を考慮した影響属性が設定される。ステップＳ３３およびＳ３４において、この影響属性が設定される。
【００４３】
解析重要度認識部５は、各部品の重要度を認識する（Ｓ３３）。この重要度とは、目的の解析に重要な役割を持つ解析条件が設定された場合に、放熱解析、応力解析等、解析の種類に応じて、その部品に設定される値であり、部品重要度認識部５が、重要度が定義された重要度決定ルール１２を用いて決定する。
【００４４】
図４は、重要度決定ルール１２の一例を示す図である。この重要度決定ルール１２は、解析種類５１と、重要部品候補５２と、解析条件５３と、主要部品例５４と、設定形状要素５５と、重要度５６とを含む。
【００４５】
解析種類５１は、解析目的毎に注目すべき部品や解析条件が異なるため、それぞれの目的に応じて判断するための分類を示すものである。たとえば、放熱解析においては各部品の温度分布の計算が重要な目的であるため、発熱部品や放熱部品に着目する必要があり、応力解析においては部品の応力やひずみが重要であるため、荷重を与える部品とその荷重による影響に着目する必要がある。
【００４６】
重要部品候補５２は、各解析目的にとって注目すべき現象の発生源となる部品を機能で分類したものであり、たとえば放熱解析においては注目すべき機能部品は発熱部品と放熱部品とである。解析条件５３は、注目すべき部品を自動的に認識するための条件であり、たとえば発熱量設定されている部品は発熱部品であると判断される。
【００４７】
主要部品５４は、各注目部品の代表的な部品例を挙げたものである。たとえば、ノート型パソコンの放熱解析の場合、主な発熱部品としてＣＰＵ、電源、メモリ等が挙げられ、放熱対策部品である放熱部品としてヒートパイプ、放熱板、ファン等が挙げられる。設定形状要素５５は、解析条件５３が設定される形状要素とその影響が及ぶ範囲とを設定するための形状が記述される。
【００４８】
これらの解析部品は、解析の目的に応じて解析条件に対する重要度５６が設定されている。たとえば、放熱解析においては発熱部品が放熱部品よりも重要度が高く設定されており、重要度決定ルール１２に記述されていない筐体部品等は重要度が最も低く設定されている。
【００４９】
図４に示す項目のうち、解析種類５１、解析条件５３および重要度５６が部品重要度認識部５によって用いられる。また、重要度５６は、後述する各部品のメッシュ要素分割や解析プリミティブの組合せ配置による各部品間で影響を受ける順位、または影響を与える順位を決定するために用いられる。図４においては、重要度の高い順に１，２とするが、このテーブルに出現する順序で重要度を表わすようにしても良い。また、各解析プリミティブに簡易的な解析計算を行なって、各解析プリミティブの重要度を決定するようにしても良い。
【００５０】
２つ以上の解析プリミティブ間の影響順位を決定する重要度は、他の解析プリミティブのメッシュ要素疎密制御や物性値に影響を与える解析プリミティブに高い重要度が設定されるが、逆に解析の種類および解析条件によっては他物体から影響を全く受けないと判断される場合には、重要度が最高レベルに設定され、他物体からの影響を受けないようにされる。
【００５１】
また、解析の種類によっては、異なる解析条件に対して同じレベルの重要度が設定される場合があるが、同じ重要度の部品どうしの場合にはメッシュ要素サイズの小さい方のモデルの重要度が高いと判断され、メッシュ要素サイズの大きい方のモデルが小さい方のモデルから影響を受けるように処理される。
【００５２】
次に、影響属性生成部６は、影響属性生成ルール１３を参照して影響属性を生成する（Ｓ３４）。図５は、影響属性生成ルール１３の一例を示す図である。影響属性生成ルール１３は、形状要素６１と、影響範囲６２と、影響度の強さ６３と、変化率６４とを含む。形状要素６１は、立体、面、稜線、頂点およびそれらの組合せを含む。
【００５３】
影響属性生成部６によって生成される影響属性とは、各解析プリミティブの形状要素に対して設定される属性であり、設定された部品の重要度と解析条件とから自動的に生成される。影響範囲６２は、各形状要素６１が影響を及ぼす領域を表わし、各形状要素６１を用いて表わされる。たとえば、形状要素６１が“立体”の場合には、影響範囲を表わす形状がその立体を含む「最大矩形の相似立体」となる。そして、影響度の強さは、その立体からの拡大距離（拡大量）で表わされる。なお、拡大距離を含む影響範囲そのものが、強度を含む影響属性として設定されても良い。
【００５４】
また、影響範囲を表わす形状、たとえば立体の場合には、その立体を含む「最大矩形の相似立体」以外に、「立体の外接球」、または「立体のオフセット立体」としても良く、影響範囲を表わす形状を部品形状の特徴、解析の種類、発熱体などの部品の機能等に対応して自動的に選択したり、オペレータが選択するようにしても良い。
【００５５】
形状要素６１が“面”の場合には、影響範囲を表わす形状が「面の法線方向」を高さとする立体となり、影響度の強さは面からの距離で表わされる。形状要素６１が“稜線”の場合には、影響範囲を表わす形状が「稜線を中心軸とする円柱」となり、稜線からの距離で影響度の強さが表わされる。また、形状要素６１が“頂点”の場合には、影響範囲を表わす形状が「頂点を中心とする球」となり、頂点からの距離で影響度の強さが表わされる。
【００５６】
１つの部品が複数の部品が組合されて構成される、いわゆる組部品（アセンブリ）として定義される場合には、組部品全体を１つの解析プリミティブとして扱い、組部品を１つの立体として各立体、面、稜線および頂点に対して影響属性が設定される。
【００５７】
変化率６４は、影響範囲内の影響度の変化を表わす値である。たとえば、放熱解析の場合には、発熱体の影響は距離に応じて変化することが知られており、変化率６４は発熱体からの距離の関数で表わされる。以上の定義を行なったものを解析プリミティブと呼ぶ。
【００５８】
解析プリミティブ生成部２は、生成した解析プリミティブデータを一旦解析プリミティブデータ格納部１１に格納する（Ｓ３５）。解析プリミティブデータ格納部１１に格納された解析プリミティブは、別の解析時において読出されて利用されても良い。
【００５９】
次に、メッシュ要素生成部７は、解析プリミティブのメッシュ要素分割を行なう（Ｓ３６）。メッシュ要素生成部７は、解析プリミティブの各形状要素に設定された解析条件から判断された重要度と影響属性とを考慮してメッシュ分割を行なう。一般的な３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）システムにおいては、ソリッドモデルを自動分割する機能が搭載されており、それを利用して予めメッシュ分割した後、形状要素に設定された影響属性から後述する解析プリミティブ内のメッシュ要素疎密制御を行なうようにしても良い。
【００６０】
次に、製品全体として解析を行なうために、メッシュ分割された解析プリミティブの部品配置が行なわれる。
【００６１】
次に、メッシュ要素疎密制御部８は、解析プリミティブの形状要素に設定された影響範囲どうしが重なる部品が存在する場合、それらの解析プリミティブの重要度を比較し、重要度の高い解析プリミティブの影響範囲内に存在する重要度の低い解析プリミティブのメッシュ要素に対して疎密制御を行なう（Ｓ３７）。
【００６２】
次に、解析処理部９は、解析条件入力部４に入力された形状要素の材質および境界条件から、解析に必要な熱伝達係数、発熱量等の条件を抽出し、メッシュ要素疎密制御部８によって疎密制御された後のメッシュ要素に設定して解析（シミュレーション）を実行する（Ｓ３８）。最後に、表示部１０は、解析処理部９によって行なわれた解析結果を表示して（Ｓ３９）、処理を終了する。オペレータは、この表示された解析結果を確認し、必要に応じて再度メッシュ要素の疎密制御を繰返し行なう。
【００６３】
図６〜図１４は、解析処理の一例として、２つの解析プリミティブを配置して、放熱解析を行なう場合のメッシュ要素疎密制御処理の手順を説明するための図である。図６は、解析対象となる２つの解析プリミティブを示す図である。解析プリミティブＡ７１の形状データには、立体全体に対する発熱量と熱伝導率とが設定されている。また、解析プリミティブＢ７２には、立体全体に対する熱伝導率のみが設定されている。
【００６４】
解析プリミティブＡ７１には発熱量が設定されているので、図４に示す重要度決定ルールによって発熱体であると判断され、解析プリミティブＡ７１に重要度“１”が設定される。解析プリミティブＢ７２には熱伝導率のみが設定されており、図４に示す重要度決定ルールに重要部品として登録されていないため、重要度として最も低い値が設定される。なお、解析プリミティブＢ７２と、熱伝導率のみが設定された他部品とが比較される場合は、熱伝導率の値が比較されて値の大きい解析プリミティブの方が重要度が高いと判断される。
【００６５】
上述したように、重要度決定ルール１２は、解析種類５１とその物性値または境界条件等の解析条件５３との組合せによって、重要度５６を決定するために予め定められたルールである。たとえば、放熱解析の場合には、発熱体が最も重要度が高く、放熱部品がその次に重要な部品として定義されている。その他の解析、たとえば応力解析、熱応力解析、圧縮解析、落下衝撃解析等についても各解析の目的によって重要部品が定義され、重要度の決定の際にその重要度決定ルールが利用される。
【００６６】
この重要度決定ルール１２は、経験者が事前に設定することも可能であるが、重要度が不明の場合には従来の解析方法で簡易解析を行ない、その解析結果に基づいて注目すべき部品に対して重要度を設定するようにしても良い。
【００６７】
次に、影響属性生成部６は、解析プリミティブＡ７１の影響属性を生成する。解析プリミティブＡ７１については、立体に解析条件として発熱量および熱伝導率が設定されているため、影響範囲は立体を含む最大矩形の相似形状となり、影響度の強さは、たとえば拡大距離をｄとすると、ｄ＝Ｆ（ｑ，ｓ１）で表わされる。すなわち、ｑを発熱量、ｓ１を形状データサイズとすると、ｄはｑとｓ１との関数Ｆで表わされる。ここで、変化率ｒ１＝ｋ１、ｋ１は定数とする。
【００６８】
解析プリミティブＢ７２については、同様に立体に解析条件として熱伝導率が設定されているため、影響範囲は立体を含む最大矩形の相似形状となり、影響度の強さは、たとえば拡大距離をｄ２とすると、ｄ２＝Ｆ２（ｔ，ｓ２）で表わさる。すなわち、ｔを熱伝達係数、ｓ２を形状データサイズとすると、ｄ２はｔとｓ２との関数Ｆ２で表わされる。ここで、変化率ｒ２＝ｋ２、ｋ２は定数とする。
【００６９】
関数ＦおよびＦ２は、設計者によって適切な関数が定義される。
次に、メッシュ要素生成部７は、解析プリミティブＡ７１およびＢ７２をそれぞれメッシュ要素に分割する。ここでは、放熱解析を目的としているため、差分法によって解析プリミティブを矩形にメッシュ要素分割する場合を示す。なお、メッシュ要素分割された後の解析プリミティブをそれぞれ解析プリミティブＡ８１およびＢ８２とする。
【００７０】
図７は、メッシュ要素に分割された解析プリミティブが配置されるところを示す図である。解析プリミティブＢ８２が既に配置されており、その上に接するように解析プリミティブＡ８１が配置される。解析プリミティブＡ８１は、解析プリミティブＢ８２よりも重要度が高いと判断されており、解析プリミティブＢ８２よりも形状要素サイズが小さいため、配置前の解析プリミティブＡ８１のメッシュ要素サイズは、解析プリミティブＢ８２のメッシュ要素サイズよりも小さくなっている。なお、配置の順番として解析プリミティブＢ８２を配置した後その上に解析プリミティブＡ８１を配置した場合について説明しているが、本実施の形態における解析処理は配置の順番には依存しない。
【００７１】
従来の解析装置、すなわち解析プリミティブの属性として影響属性が設定されていない装置の場合、図８に示すように解析プリミティブ９１と解析プリミティブ９２との接合面９３においてのみメッシュ要素サイズの整合がとられる。
【００７２】
一方、本実施の形態における解析装置によって影響属性が設定される場合、図９（ａ）に示すように重要度が高い解析プリミティブ１５１を配置する際、それよりも重要度が低い解析プリミティブ１５２は解析プリミティブ１５１の影響を受けて、たとえば頂点１５３に設定された影響属性によって、図９（ｂ）に示すように影響範囲１５４に含まれるメッシュ要素の疎密制御が行なわれる。このように、注目すべき部分のみのメッシュ要素を細かく制御することができ、解析に要する時間の増大を抑えることができるとともに、解析精度を上げることが可能となる。
【００７３】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、解析プリミティブＡ１０３の立体全体に対して影響属性が設定されているところを示す図である。図１０（ａ）は、影響範囲を示す形状１０１を解析プリミティブＡ１０３の最大矩形１０２の相似形とし、影響度の強さを拡大距離ｄで定義した場合における解析プリミティブＢ１０４のメッシュ要素サイズに与える影響を示している。図１０（ｂ）は、影響範囲を示す形状を解析プリミティブＡ１０３の外接球１０５とし、影響度の強さを半径の長さｄで定義した場合における解析プリミティブＢ１０４のメッシュ要素サイズに与える影響を示している。
【００７４】
たとえば放熱解析の場合、発熱体から発せられた熱は放射上に伝達されることが知られているので、影響範囲を球状に設定する方が実モデルに近いモデルとなる。このように、解析の種類によって影響範囲を設定する形状を選択することが可能である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）のいずれの場合においても、解析プリミティブＡ１０３の影響範囲内に含まれる解析プリミティブＢ１０４のメッシュ要素が影響を受け、その部分のメッシュ要素サイズが細分化される。
【００７５】
また、変化率ｒが一定ではなく中心からの距離の関数で与えられる場合、メッシュ要素サイズに与える影響は、影響範囲内で中心から遠くなる程影響が小さくなる。図１１は、変化率が形状要素（頂点）からの距離の関数で与えられたとき、２つの解析プリミティブを配置した後のメッシュ要素を示す図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、解析プリミティブＡ１４１の頂点に影響属性が設定されており、影響度１４３および変化率１４４が設定されている。この解析プリミティブＡ１４１が解析プリミティブＢ１４２上に接するように配置されると、影響範囲内で中心から遠くなる程影響が小さくなる。中心からの距離をｄとし、影響変化率をｒとすると、次式が成り立つ。なお、Ｋは変更可能な係数であるか、ｄの関数である。
【００７６】
ｒ＝Ｋ×ｄ …（１）
また、解析プリミティブＡのメッシュ要素サイズをＬＡとすると、解析プリミティブＢのメッシュ要素サイズＬＢは次式によって算出される。
【００７７】
ＬＢ＝ＬＡ×ｒ …（２）
図１２は、形状要素の面に対して影響属性が設定された場合を示す図である。解析プリミティブＡ１１３の面１１１に影響属性が設定されており、影響範囲は面１１１の法線方向と距離ｄで表わされる範囲１１２で表わされる。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。解析プリミティブＡ１１３を配置した後、影響範囲１１２に含まれる解析プリミティブＢ１１４のメッシュ要素に対して疎密制御が行なわれる。また、解析プリミティブＡ１１３とＢ１１４との接合面内に中心を持ち、その接合面に接する外接球を影響範囲とし、影響度の強さを半径ｒによって表わしても良い。
【００７８】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、形状要素の稜線に対して影響属性が設定された場合を示す図である。解析プリミティブＡ１２１の稜線１２４に影響属性が設定されており、図１３（ａ）に示すように影響範囲は稜線１２４を中心軸とした角柱１２３で表わされる。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。また、図１３（ｂ）に示すように影響範囲が稜線１２４を中心軸とした円柱１２５で表わされるようにしても良い。解析プリミティブＡ１２１を配置した後、影響範囲１２３または１２５に含まれる解析プリミティブＢ１２２のメッシュ要素に対して疎密制御が行なわれる。
【００７９】
解析対象が放熱部品の場合、解析プリミティブの解析条件として形状要素の面に熱流束条件が与えられ、面の法線方向への熱の流れが計算される。そのとき、メッシュ要素サイズは面の法線方向のみではなく、面を含む近傍のメッシュ要素サイズを小さくする必要がある。そのため、面とその面を構成する稜線との組合せに影響属性が設定され、メッシュ要素の疎密制御が行なわれる。
【００８０】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、形状要素の頂点に対して影響属性が設定された場合を示す図である。解析プリミティブＡ１３１の頂点１３３に影響属性が設定されており、図１４（ａ）に示すように影響範囲は頂点１３３を中心とした立方体１３４で表わされる。影響度の強さは距離ｄによって表わされる。また、図１４（ｂ）に示すように影響範囲が頂点１３３を中心とした球１３５で表わされるようにしても良い。解析プリミティブＡ１３１を配置した後、影響範囲１３４または１３５に含まれる解析プリミティブＢ１３２のメッシュ要素に対して疎密制御が行なわれる。
【００８１】
応力解析などの場合、解析条件設定によって、荷重条件が与えられた部品の稜線または頂点の近傍についてメッシュ要素サイズを小さくすることが解析精度を向上させる上で有効であることが知られており、稜線または頂点に影響属性が設定される。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態における解析装置によれば、メッシュ要素疎密制御部８が、部品の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうようにしたので、解析条件を考慮したメッシュ要素分割を行なうことが可能となった。また、解析処理部９がそのメッシュ要素を用いて解析することにより、解析精度の向上および解析時間の短縮を図ることが可能となった。
【００８３】
また、メッシュ要素疎密制御部８は、部品の重要度および影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうので、設計者の経験知識に頼ることなくメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となった。したがって、経験の浅い設計者であっても、解析精度の向上を図れるメッシュモデルを作成することが可能となった。さらには、形状要素の接触面のみではなく、その近傍に対して影響度が設定されるため、形状要素の近傍に対してもメッシュ要素の疎密制御を行なうことが可能となった。
【００８４】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における解析装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態における解析装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態における解析装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】 重要度決定ルール１２の一例を示す図である。
【図５】 影響属性生成ルール１３の一例を示す図である。
【図６】 解析対象となる２つの解析プリミティブを示す図である。
【図７】 メッシュ要素に分割された解析プリミティブが配置されるところを示す図である。
【図８】 影響属性を考慮せずに疎密制御が行なわれた解析プリミティブを示す図である。
【図９】 影響属性を考慮して疎密制御が行なわれた解析プリミティブを示す図である。
【図１０】 解析プリミティブの立体全体に対して影響属性が設定されているところを示す図である。
【図１１】 変化率ｒが設定された解析プリミティブの疎密制御を説明するための図である。
【図１２】 解析プリミティブの面に対して影響属性が設定されているところを示す図である。
【図１３】 解析プリミティブの稜線に対して影響属性が設定されているところを示す図である。
【図１４】 解析プリミティブの頂点に対して影響属性が設定されているところを示す図である。
【図１５】 従来の解析装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 制御部、２ 解析プリミティブ生成部、３ 形状入力部、４ 解析条件入力部、５ 部品重要度認識部、６ 影響属性生成部、７ メッシュ要素生成部、８ メッシュ要素疎密制御部、９ 解析処理部、１０ 表示部、１１ 解析プリミティブデータ格納部、１２ 重要度決定ルール、１３ 影響属性生成ルール、２０ 入力部、２１ Ｉ／Ｏデバイス、２２ 出力部、２３ 記録媒体、２４ 外部記憶ドライバ、２５ ＣＰＵ、２６ ＲＯＭ、２７ 通信デバイス、２８ ＲＡＭ、２９ 通信ネットワーク、３０ ハードディスク。

Claims (13)

1. 複数の部品を含む製品を解析する解析装置であって、
   部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するための解析プリミティブ生成手段と、
   部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記解析プリミティブ生成手段によって生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するためのメッシュ要素生成手段と、
   前記メッシュ要素生成手段によってメッシュ分割された解析プリミティブを配置し、前記部品ごとの重要度および前記影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうためのメッシュ要素疎密制御手段と、
   前記メッシュ要素疎密制御手段によって疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するための解析手段とを含む、解析装置。
2. 前記解析プリミティブ生成手段は、前記部品の形状データを入力するための形状入力手段と、
   前記解析条件を入力するための解析条件入力手段と、
   前記解析条件入力手段によって入力された解析条件に基づいて、前記部品ごとの重要度を認識するための重要度認識手段と、
   前記解析条件入力手段によって入力された解析条件に基づいて、前記影響属性を生成するための影響属性生成手段と、
   前記部品の形状データ、前記解析条件および前記影響属性を解析プリミティブとして格納するための解析プリミティブ格納手段とを含む、請求項１記載の解析装置。
3. 前記重要度認識手段は、解析の種類に対応する解析条件に応じて重要度が定められた重要度決定ルールを参照して、前記重要度を認識する、請求項２記載の解析装置。
4. 前記影響属性生成手段は、前記形状データの形状要素毎に、他部品に影響を与える範囲を表わす影響範囲および影響を与える度合いを表わす影響度が定められた影響属性生成ルールを参照して、前記影響属性を生成する、請求項２または３記載の解析装置。
5. 前記影響属性生成手段は、前記影響属性ルールを参照して、立体、面、稜線、頂点またはそれらの組合せに対して前記影響範囲および前記影響度を設定する、請求項４記載の解析装置。
6. 前記影響属性生成手段は、前記形状データの形状要素を含む最大矩形の相似立体を前記影響範囲に設定する、請求項４または５記載の解析装置。
7. 前記影響属性生成手段は、前記最大矩形からのオフセット量の関数を前記影響度に設定する、請求項６記載の解析装置。
8. 前記影響属性生成手段は、前記形状データの形状要素を含む外接球を前記影響範囲に設定する、請求項４または５記載の解析装置。
9. 前記影響属性生成手段は、前記外接球の半径の関数を前記影響度に設定する、請求項８記載の解析装置。
10. 前記影響属性ルールはさらに変化率を含み、
    前記影響属性生成手段は、前記変化率に基づいて前記影響度を変化させる、請求項７または９記載の解析装置。
11. 前記メッシュ要素疎密制御手段は、影響範囲の重なる部品の重要度を比較し、重要度の高い部品の影響を重要度の低い部品のメッシュ要素サイズに反映させるようにメッシュ要素分割を制御する、請求項４〜１０のいずれかに記載の解析装置。
12. 複数の部品を含む製品を解析する解析方法であって、
    部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するステップと、
    部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するステップと、
    前記メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、前記部品ごとの重要度および前記影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうステップと、
    前記疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するステップとを含む、解析方法。
13. 複数の部品を含む製品を解析する解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体であって、
    前記解析方法は、部品の境界条件を含んだ解析条件に基づいて、解析の種類に応じて設定された部品ごとの重要度と部品間の影響を表わす影響属性とを抽出し、解析プリミティブを生成するステップと、
    部品の形状データおよび前記影響属性に基づいて、前記生成された解析プリミティブを分割してメッシュ要素を生成するステップと、
    前記メッシュ分割された解析プリミティブを配置し、前記部品ごとの重要度および前記影響属性に基づいて、メッシュ要素の疎密制御を行なうステップと、
    前記疎密制御された後の解析プリミティブを用いて解析するステップとを含む、コンピュータで読取可能な記録媒体。

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