JP4374227B2 - Shape optimization processor - Google Patents

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Description

本発明は、例えば機械装置やその部品などの構造物を設計する際に、その設計形状をコンピュータ上での有限要素法による解析により最適化する形状最適化法とその装置に関する。   The present invention relates to a shape optimization method and apparatus for optimizing a design shape by analysis on a computer using a finite element method when designing a structure such as a mechanical device or its parts.

例えば機械構造物の設計においては、与えられた設計仕様の範囲内で設計変数値を選択することで機械構造物の設計形状を様々に変化させ、それぞれの形状での性能を測定するとともにその測定で得られた性能の感度などを分析することにより、設計仕様を満たす最適形状を見出すようにしている。すなわち、数多くのパラメータサーベイを実行することで最適形状についての設計解を求めている。このような設計作業においては、コンピュータ上で構造物の形状を作図するCAD(Computer Aided Design)や同じくコンピュータ上で数値解析などを行うCAE(Computer Aided Engineering)に代表されるディジタルエンジニアリング技術の支援を受けて設計解導出の効率化を図ることが広く行われている。ただ、CAEを利用するについては、得られるコンピュータ上での数値解析の結果が実際の結果に十分に近い値でなくてはならない。すなわち数値解析で例えば応力値を求める場合であれば、そのコンピュータ上での結果は、設計に基づいて作製した実物における実際の応力値に十分に近い値でなくてはならない。そしてそのような解析のためには、CAEでの数値解析で用いられる有限要素法における有限要素メッシュを十分に細かくして解析精度を向上させる必要がある。   For example, in designing a mechanical structure, the design shape of the mechanical structure is changed in various ways by selecting design variable values within a given design specification, and the performance of each shape is measured and measured. By analyzing the sensitivity of the performance obtained in step 1, the optimum shape that meets the design specifications is found. That is, a design solution for the optimum shape is obtained by executing a number of parameter surveys. In such design work, support for digital engineering technology represented by CAD (Computer Aided Design) that draws the shape of a structure on a computer and CAE (Computer Aided Engineering) that performs numerical analysis on the same computer. Accordingly, it is widely performed to improve the efficiency of design solution derivation. However, when using CAE, the obtained numerical analysis result on the computer must be sufficiently close to the actual result. That is, for example, when obtaining a stress value by numerical analysis, the result on the computer must be a value sufficiently close to an actual stress value in an actual product produced based on the design. For such analysis, it is necessary to improve the analysis accuracy by sufficiently finening the finite element mesh in the finite element method used in the numerical analysis in CAE.

ディジタルエンジニアリングを利用して設計を効率よく支援する従来技術としては、例えば特許文献1に開示の技術が知られている。この従来技術では、解析対象に基いて設定された設計要因と水準に関するデータを上記設計要因と水準に応じて選択された直交表の列と行に配置する直交表割り付けステップと、上記直交表に配置された各行ごとのデータについて構造解析を行う構造解析ステップと、構造解析ステップの結果に基いて分散解析を行う分散解析ステップと、上記分散解析に基いて解析対象の性質を表わす特性値に対し効果の大きい設計要因と次数成分を抽出するとともにそれらに基いて直交関数による推定式を作成する推定式作成ステップと、この推定式作成ステップを実施したのちに数理的最適化計算方法に基づいて目的とする最適化計算を行う最適化設計プロセスを含むものとされている。   As a conventional technique for efficiently supporting a design using digital engineering, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is known. In this prior art, an orthogonal table allocating step for arranging data related to design factors and levels set based on the analysis target in columns and rows of the orthogonal table selected according to the design factors and levels, and the orthogonal table A structural analysis step for performing structural analysis on the data of each arranged row, a dispersion analysis step for performing dispersion analysis based on the result of the structural analysis step, and a characteristic value representing the property to be analyzed based on the above dispersion analysis Extraction of design factors and order components with large effects and creation of an estimation formula using orthogonal functions based on them, and the objective based on the mathematical optimization calculation method after executing this estimation formula creation step It includes an optimization design process that performs optimization calculation.

特開平10−207926号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-207926

上記のように従来のディジタルエンジニアリングを利用した設計支援技術では、CAEと最適化計算技術とを組み合わせることで設計の効率化を図っている。そしてその最適化計算にパラメータサーベイが必要となり、その実行には数多くの繰返し計算が伴う。したがって1回の計算時間に繰返しの回数を乗じた時間がかかることになり、しかも信頼できる数値解析解を得られるようにするためには上記のように有限要素メッシュを十分に細かくする必要があることから1回の計算時間が長くなり、多大な計算時間が費やされることになる。   As described above, in the design support technology using the conventional digital engineering, the design efficiency is improved by combining the CAE and the optimization calculation technology. A parameter survey is required for the optimization calculation, and the execution involves many iterative calculations. Therefore, it takes time to multiply one calculation time by the number of iterations, and in order to obtain a reliable numerical analysis solution, it is necessary to make the finite element mesh sufficiently fine as described above. As a result, one calculation time becomes long, and a lot of calculation time is consumed.

すなわち従来にあっては、最適形状を導出するために最適化計算技術を用いるについて、信頼性の高い解析解を得るには多大な処理時間を要し、処理時間を短くしようとすると解析解の信頼性が低下するという関係にあった。このような処理時間の問題について、特許文献1の技術では、パラメータサーベイによって性能を表わす特性値を算出し、それらの推定式を算出することで、設計解導出の時間短縮を図っている。しかしこの特許文献1の技術では解析の精度については必ずしも十分に考慮されていない。   In other words, in the past, using an optimization calculation technique to derive an optimal shape requires a large amount of processing time to obtain a highly reliable analytical solution. There was a relationship that the reliability decreased. With respect to such a problem of processing time, in the technique of Patent Document 1, characteristic values representing performance are calculated by a parameter survey, and the estimation formulas are calculated to reduce the time for deriving the design solution. However, the technique of Patent Document 1 does not always sufficiently consider the accuracy of analysis.

本発明は、上記のような従来の事情を背景になされたものであり、高精度な解析を行え、しかも処理時間を大幅に短縮することを可能とする形状最適化処理装置の提供を目的としている。 The present invention has been made against the background of the above-described conventional circumstances, and an object thereof is to provide a shape optimization processing apparatus that can perform high-accuracy analysis and can significantly reduce processing time. Yes.

上記一つの目的のために本発明では、設計対象品の形状に関する解析モデルを設定する解析モデル定義部と、前記解析モデルの最適化条件を設定する最適化条件定義部と、前記解析モデルから有限要素メッシュを作成し、第一の分割密度による前記有限要素メッシュでの解析を第一の繰返し数で繰り返して行う予備的細解析と、前記第一の分割密度より粗い第二の分割密度による前記有限要素メッシュでの解析を前記第一の繰返し数又は前記第一の繰返し数と異なる第二の繰返し数で繰り返して行う予備的粗解析とを行う解析部と、前記予備的細解析の結果と前記予備的粗解析の結果との差に基づいて、補正関数を作成する補正関数作成部と、第二の分割密度による有限要素メッシュでの解析の各結果を前記補正関数で補正して制約条件値とする制約条件値補正部と、前記制約条件値補正部による第1の繰返し数と第2の繰返し数より大きな第3の繰返し数だけ補正した後の制約条件値が、前記最適化条件を満たしているか否かを判定する最適計算制御部とを備えたことを特徴としている。 For the above-described purpose, in the present invention, an analysis model definition unit that sets an analysis model related to the shape of a design target product, an optimization condition definition unit that sets optimization conditions for the analysis model, and a finite number from the analysis model. Create an element mesh and perform a preliminary fine analysis by repeating the analysis with the first division density at the first finite element mesh at a first iteration number, and the second division density coarser than the first division density. An analysis unit for performing a preliminary rough analysis in which the analysis with a finite element mesh is repeated at the second iteration number different from the first iteration number or the first iteration number; and the result of the preliminary fine analysis; Based on the difference from the result of the preliminary rough analysis, a correction function creating unit for creating a correction function, and a constraint condition by correcting each result of the analysis in the finite element mesh by the second division density with the correction function Value and That the constraint value correcting section, the constraint value first number of iterations and the constraints value after corrected by a large third number of iterations than the second repetition rate by the correction unit, satisfies the optimization condition And an optimal calculation control unit for determining whether or not there is.

また本発明では上記のような形状最適化処理装置について、前記解析部は、前記前記第二の分割密度よりも細かい第三の分割密度による有限要素メッシュで解析する検証解析を行い、前記最適計算制御部は、前記検証解析の結果が前記最適化条件を満たしているか否かを判定するものとしている。 Further, in the present invention, for the shape optimization processing apparatus as described above, the analysis unit performs a verification analysis to analyze with a finite element mesh having a third division density smaller than the second division density, and performs the optimum calculation. The control unit determines whether or not the result of the verification analysis satisfies the optimization condition .

また本発明では上記のような形状最適化処理装置について、前記最適計算制御部が、前記最適化条件を満たしていないと判定した場合には、その旨を画面に表示させる最適化条件変更表示部を備えている。 Further, in the present invention, for the shape optimization processing apparatus as described above, when the optimization calculation control unit determines that the optimization condition is not satisfied, an optimization condition change display unit that displays the fact on the screen It is equipped with a.

また本発明では上記のような形状最適化処理装置について、前記予備的細解析と前記予備的粗解析それぞれにおける繰返し解析を同時並行的処理で行うようにしている。 Further, in the present invention, the shape optimization processing apparatus as described above is configured so that iterative analysis in each of the preliminary fine analysis and the preliminary rough analysis is performed by simultaneous processing.

上記のように本発明では、設計解導出のための解析(本解析)を粗い有限要素メッシュで行うようにしているので、処理時間の大幅な短縮を図ることができる。そしてその一方で、本解析での繰返し数より少ない繰返し数による予備的細解析と予備的粗解析をなして補正関数を作成し、この補正関数で本解析における繰返し解析の各結果を補正するようにしているので、十分に信頼できる解析精度を確保することも可能となる。すなわち本発明によれば、高精度な数値解析を行え、しかも処理時間を大幅に短縮することが可能となる。 As described above, in the present invention, the analysis for deriving the design solution (the main analysis) is performed with a coarse finite element mesh, so that the processing time can be greatly shortened. On the other hand, a correction function is created by performing preliminary fine analysis and preliminary rough analysis with fewer iterations than the number of iterations in this analysis, and each correction result in this analysis is corrected with this correction function. Therefore, it is possible to ensure sufficiently reliable analysis accuracy. That is, according to the present invention, highly accurate numerical analysis can be performed, and the processing time can be greatly shortened.

図1に、一実施形態による形状最適化処理装置の全体構成をブロック図の形態で示す。この形状最適化処理装置は、計算機110とデータベース用の記憶装置109をハードウエア的要素として含んでなる。そしてその計算機110には、それぞれコンピュータプログラムによる処理手段として形成される、解析モデル定義部101、最適化条件定義部102、解析部103、補正関数作成部104、制約条件値補正部105、最適計算制御部106、補正情報出力部107、最適化条件変更表示部108が搭載されている。 FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a shape optimization processing apparatus according to an embodiment. This shape optimization processing apparatus includes a computer 110 and a database storage device 109 as hardware elements. In the computer 110, an analysis model definition unit 101, an optimization condition definition unit 102, an analysis unit 103, a correction function creation unit 104, a constraint value correction unit 105, an optimal calculation, which are formed as processing means based on a computer program, respectively. A control unit 106, a correction information output unit 107, and an optimization condition change display unit 108 are mounted.

解析モデル定義部101では、形状最適化の対象となる設計対象品の解析モデル(3次元モデル)を作成する。最適化条件定義部102では最適計算(最適化計算)における条件を定義する。最適計算は、設計仕様として与えられる制約条件の下で目的関数を最小化または最大化する解を求めるものである。したがって最適計算における条件には、数値解析に必要な境界条件などの計算条件があり、また形状最適化に必要な目的関数、設計変数および制約条件などがある。また最適化条件定義部102では、最適計算で最終的に得られたモデル(設計解としての形状)が正しく制約条件を満たしているかどうかの判定基準となる許容値も入力する。   The analysis model definition unit 101 creates an analysis model (three-dimensional model) of a design target product that is a shape optimization target. The optimization condition definition unit 102 defines conditions for optimal calculation (optimization calculation). The optimal calculation is to find a solution that minimizes or maximizes the objective function under the constraints given as design specifications. Accordingly, the conditions in the optimum calculation include calculation conditions such as boundary conditions necessary for numerical analysis, and objective functions, design variables, and constraint conditions necessary for shape optimization. Further, the optimization condition definition unit 102 also inputs an allowable value that is a criterion for determining whether or not the model (shape as a design solution) finally obtained by the optimal calculation correctly satisfies the constraint condition.

解析部103では、解析モデルを基にした3次元形状から有限要素メッシュを作成して数値解析を行う。解析部103で行う数値解析には、補正関数を作成するための予備的解析、最終的な解析結果つまり設計解を導出するための本解析、および本解析の結果を検証するための検証解析がある。補正関数作成のための予備的解析では、第1の分割密度による有限要素メッシュでの予備的細解析を第1の繰返し数で繰り返し、また第1の分割密度より粗い第2の分割密度による有限要素メッシュでの予備的粗解析を第1の繰返し数または第1の繰返し数とは異なる第2の繰返し数で繰り返す。そしてこの両解析の結果の差に基づいて補正関数作成部104が補正関数を作成する。設計解導出のための本解析では、前記第2の分割密度による有限要素メッシュでの解析を第1の繰返し数や第2の繰返し数より大きな第3の繰返し数で繰り返すとともにその繰返し解析の各結果を補正関数で補正しながら最終的な解析結果を導出する。検証解析では、最終的な解析結果による形状について第2の分割密度よりも細かい第3の分割密度による有限要素メッシュで解析し、その解析結果が設計仕様を満たしているか否かを判定する。 The analysis unit 103 performs numerical analysis by creating a finite element mesh from a three-dimensional shape based on the analysis model. In the numerical analysis performed by the analysis unit 103, a preliminary analysis to create a correction function, the final analysis result that is present analysis to derive design solutions, and validation analysis for verifying the results of the analysis There is. In the preliminary analysis for creating the correction function, the preliminary fine analysis on the finite element mesh by the first division density is repeated at the first iteration number, and the finite by the second division density which is coarser than the first division density. The preliminary coarse analysis on the element mesh is repeated with a first iteration number or a second iteration number different from the first iteration number. The correction function creation unit 104 creates a correction function based on the difference between the two analysis results. In the present analysis for deriving the design solution, the analysis with the finite element mesh with the second division density is repeated at the first iteration number or the third iteration number larger than the second iteration number, and each of the iteration analysis is performed. The final analysis result is derived while correcting the result with the correction function. In the verification analysis, the shape based on the final analysis result is analyzed with a finite element mesh having a third division density smaller than the second division density, and it is determined whether or not the analysis result satisfies the design specification.

補正関数作成部104は、上記のように解析部103による予備的解析解に基づいて補正関数を作成する。この補正関数は後述する例のような近似多項式の形態をとる。制約条件値補正部105は、最適計算の結果を補正する。具体的には、最適計算実行の際に制約条件に関して得られる数値解析結果に対して、補正関数作成部104で得られた補正関数を用いて補正を加え、その補正された新たな値を最終的な制約条件値とする。最適計算制御部106は、制約条件を満たしつつ、目的関数が最小または最大になるように設計変数を変更し、解が収束しなければ解析を再実行し、収束すれば計算を終了するように最適化計算を制御する。補正情報出力部107は、補正関数作成部104で作成した補正関数の可視化表示を行ったり、最適計算の結果の推移や検証解析の結果を表示したりする。最適化条件変更表示部108は、最適計算の実行で得られたモデルが検証解析で正しく制約条件を満たしていないと判定された場合に、最適化条件(最適計算条件)の見直しなどを促すメッセージを操作者に表示する。記憶装置109に格納のデータベースは、解析モデルや最適化条件、補正関数など、本装置が必要とする情報を管理する。   The correction function creation unit 104 creates a correction function based on the preliminary analytical solution by the analysis unit 103 as described above. This correction function takes the form of an approximate polynomial as will be described later. The constraint condition value correcting unit 105 corrects the result of the optimal calculation. Specifically, the numerical analysis result obtained with respect to the constraint condition at the time of execution of the optimal calculation is corrected using the correction function obtained by the correction function creation unit 104, and the corrected new value is finalized. Limit value. The optimal calculation control unit 106 changes the design variable so that the objective function is minimized or maximized while satisfying the constraint condition, and re-executes the analysis if the solution does not converge, and ends the calculation if the solution converges. Control optimization calculations. The correction information output unit 107 visualizes and displays the correction function created by the correction function creation unit 104, displays the transition of the result of optimal calculation, and the result of verification analysis. The optimization condition change display unit 108 prompts the user to review the optimization condition (optimal calculation condition) when it is determined that the model obtained by executing the optimal calculation does not correctly satisfy the constraint condition in the verification analysis. Is displayed to the operator. The database stored in the storage device 109 manages information required by the present apparatus, such as analysis models, optimization conditions, and correction functions.

以上のような構成の形状最適化処理装置で実行される形状最適化処理について以下に説明する。図2は、図1の形状最適化処理装置でなされる形状最適化処理の流を示すフローチャートである。この図に見られるように、本発明における形状最適化処理は大きく三つのフェーズに分けられる。一つ目のフェーズ1は、解析モデルの入力や最適化計算に必要な条件などの入力をなすフェーズある。二つ目のフェーズ2は、補正関数を作成するフェーズであり、補正関数作成ステップである。三つ目のフェーズ3は、本解析である最適計算などを実行するフェーズである。そしてその最適計算では、上記のように、計算中に得られた制約条件に関する数値解析結果をフェーズ2で作成の補正関数を用いて補正しながら解析を進める。 It described below shape optimization Kasho management executed by the configuration of the shape optimization processing apparatus as described above. Figure 2 is a flowchart illustrating the flow of shape optimization process performed by the shape optimization processing apparatus of FIG. As seen in this figure, the shape optimization process in the present invention is roughly divided into three phases. The first phase 1 is a phase for inputting an analysis model and conditions necessary for optimization calculation. The second phase 2 is a phase for creating a correction function, which is a correction function creation step. The third phase 3 is a phase for executing the optimal calculation which is the main analysis. In the optimum calculation, as described above, the analysis proceeds while correcting the numerical analysis result regarding the constraint condition obtained during the calculation using the correction function created in the phase 2.

図3に示すのは設計対象品である機械部品の例である。以下ではこの設計対象品について最適計算を行う場合を例にとってフェーズごとに説明を進める。ここで、図3に示す機械部品は単一部品であるが、複数の部品から構成される組み立て体においても本発明を適用できることはいうまでもない。   FIG. 3 shows an example of a machine part that is a design target product. In the following, description will be made on a phase-by-phase basis, taking as an example the case where optimal calculation is performed for the design target product. Here, although the machine part shown in FIG. 3 is a single part, it is needless to say that the present invention can be applied to an assembly including a plurality of parts.

フェーズ1はステップS1とステップS2を含む。まずステップS1として形状最適化の対象となる解析モデルを作成(定義)する。具体的には図3に示す機械部品の形状を作成することになる。この解析モデルの作成は解析モデル定義部101を用いてなされるが、その解析モデル定義部101には3次元CADやCAEのプリプロセッサを用いるのが通常である。   Phase 1 includes step S1 and step S2. First, in step S1, an analysis model to be subjected to shape optimization is created (defined). Specifically, the shape of the machine part shown in FIG. 3 is created. The analysis model is created by using the analysis model definition unit 101. The analysis model definition unit 101 normally uses a three-dimensional CAD or CAE preprocessor.

次にステップS2では最適化条件を定義(入力)する。最適化条件の定義は最適化条件定義部102を用いて行う。図4に最適化条件定義部102による最適化条件入力画面の一例を示す。この例の最適化条件入力画面には、形状最適化対象の解析モデルを入力する画面も含まれている。したがってステップS1とステップS2の処理はこの最適化条件入力画面を起動した状態で行い、ステップS2での最適化条件の定義では、境界条件などの数値解析に必要な計算条件と目的関数、制約条件や設計変数などの最適化計算に必要な条件とを定義する。また最適化条件の定義では、最適計算で最終的に得られたモデルが正しく制約条件を満たしているかどうかの判定基準となる許容値、つまり最終形状(これは最適計算による設計解として得られる形状)について最適計算の結果を補正関数で補正して得られた制約条件値と検証解析で得られる制約条件値との差についての許容量である許容値も入力する。図4の画面例では、形状最適化対象となる図3の機械部品が入力され、また数値解析に必要な境界条件が定義され、さらに最適計算ための設計変数も定義されている。また、目的関数として質量が指定され、最適化の目的としての最小化が選択されている。制約条件としては応力が指定され、その制約範囲(許容領域)が入力されている。具体的には、応力の下限値に−5×9.8MPa、上限値に5×9.8MPaが入力されている。なおこの応力値は、マイナス側が圧縮応力であり、プラス側が引張り応力である。また、設計変数に機械部品の「寸法A」と「角度A」が定義され、その制約範囲が入力されている。具体的には、「寸法A」には下限値に10mm、初期値に13mm、上限値に16mmがそれぞれ入力され、「角度A」には下限値に0.01度、初期値に4度、上限値に8度がそれぞれ入力されている。また許容値として10%が入力されている。以上がフェーズ1である。   In step S2, optimization conditions are defined (input). The optimization condition is defined using the optimization condition definition unit 102. FIG. 4 shows an example of an optimization condition input screen by the optimization condition definition unit 102. The optimization condition input screen in this example includes a screen for inputting an analysis model to be optimized for shape. Therefore, the processing in step S1 and step S2 is performed with this optimization condition input screen activated. In the definition of the optimization condition in step S2, calculation conditions, objective functions, and constraint conditions necessary for numerical analysis such as boundary conditions are performed. And conditions necessary for optimization calculations such as design variables. Also, in the definition of optimization conditions, the tolerance value, which is the criterion for determining whether the model finally obtained by the optimization calculation correctly satisfies the constraint conditions, that is, the final shape (this is the shape obtained as the design solution by the optimization calculation) Also, an allowable value that is an allowable amount for the difference between the constraint condition value obtained by correcting the result of the optimal calculation with the correction function and the constraint condition value obtained by the verification analysis is input. In the screen example of FIG. 4, the machine part of FIG. 3 to be optimized is input, boundary conditions necessary for numerical analysis are defined, and design variables for optimal calculation are also defined. Also, mass is specified as the objective function, and minimization is selected as the objective of optimization. Stress is specified as the constraint condition, and the constraint range (allowable region) is input. Specifically, −5 × 9.8 MPa is input as the lower limit value of stress, and 5 × 9.8 MPa is input as the upper limit value. In this stress value, the minus side is compressive stress and the plus side is tensile stress. In addition, “dimension A” and “angle A” of the machine part are defined as design variables, and the constraint range is input. Specifically, “dimension A” is input with a lower limit value of 10 mm, an initial value of 13 mm, and an upper limit value of 16 mm, and “angle A” with a lower limit value of 0.01 degrees, an initial value of 4 degrees, 8 degrees is input as the upper limit value. Further, 10% is input as an allowable value. This is Phase 1.

次のフェーズ2は、補正関数を作成するフェーズであり、ステップS3〜ステップS5を含む。このフェーズ2では補正関数を作成するために予備的解析を行う。予備的解析は予備的細解析のセットと予備的粗解析のセットからなる。したがって予備的解析では合計2セットの数値解析が実行される。予備的細解析は、十分に信頼できる数値解析結果を得られるような細かな第1の分割密度による有限要素メッシュで行う。一方、予備的粗解析は、誤差は大きいが計算時間が短くて済む数値解析とし、第1の分割密度より粗い第2の分割密度による有限要素メッシュで行う。そしてこれらの両解析では、それぞれ、第1の繰返し数ないし第2の繰返し数で解析を繰り返す。   The next phase 2 is a phase for creating a correction function, and includes steps S3 to S5. In phase 2, a preliminary analysis is performed to create a correction function. Preliminary analysis consists of a set of preliminary fine analysis and a set of preliminary coarse analysis. Therefore, a total of two sets of numerical analyzes are performed in the preliminary analysis. The preliminary fine analysis is performed with a finite element mesh having a fine first division density so as to obtain a sufficiently reliable numerical analysis result. On the other hand, the preliminary rough analysis is a numerical analysis with a large error but a short calculation time, and is performed with a finite element mesh having a second division density coarser than the first division density. In both of these analyses, the analysis is repeated with the first iteration number or the second iteration number, respectively.

予備的細解析と予備的粗解析はそれぞれ、図4の例の場合であれば、設計変数である「寸法A」と「角度A」それぞれの上限値と下限値の間から後述の条件を満たす範囲で任意に値を選択しながら繰り返されるもので、選択した設計変数値についての3次元形状の作成(ステップS3)とその3次元形状についての数値解析の実行(ステップS4)を順次なすことを繰り返すことで行われる。そしてこの繰返し解析の結果に基づいてステップS5で補正関数の作成がなされる。   In the case of the example of FIG. 4, each of the preliminary fine analysis and the preliminary rough analysis satisfies the conditions described later from between the upper limit value and the lower limit value of each of the design variables “dimension A” and “angle A”. It is repeated while arbitrarily selecting values in the range, and the creation of a three-dimensional shape for the selected design variable value (step S3) and the execution of numerical analysis for the three-dimensional shape (step S4) are sequentially performed. It is done by repeating. Based on the result of this repeated analysis, a correction function is created in step S5.

ステップS3の3次元形状の作成では、解析モデルの作成と同様に3次元CADやCAEのプリプロセッサを用いて3次元形状の作成する。その3次元形状は、図4の例における設計変数の上限値と下限値の間から任意に選択した値による形状をステップS1で定義の解析モデルに基づいて作成する。   In the creation of the three-dimensional shape in step S3, a three-dimensional shape is created using a three-dimensional CAD or CAE preprocessor in the same manner as the creation of the analysis model. The three-dimensional shape is created based on the analysis model defined in step S1 by using a value arbitrarily selected from the upper limit value and the lower limit value of the design variables in the example of FIG.

ステップS4の数値解析の実行では、ステップS3で作成の3次元形状から第1の分割密度による細かい有限要素メッシュを作成して予備的細解析を実行し、また同じくステップS3で作成の3次元形状から第2の分割密度による粗い有限要素メッシュを作成して予備的粗解析を実行する。   In the execution of numerical analysis in step S4, a preliminary fine analysis is performed by creating a fine finite element mesh with the first division density from the three-dimensional shape created in step S3, and the three-dimensional shape also created in step S3. A rough finite element mesh with the second division density is created from the above, and preliminary coarse analysis is executed.

ステップS5の補正関数の作成では、繰返し解析の結果から補正関数作成部104を用いて補正関数を作成する。補正関数は、予備的細解析と予備的粗解析それぞれの結果の差Δを従属変数とし、設計変数(具体的例では寸法Aと角度A)を独立変数とする近似多項式として作成する。ここで、Δの下付き添字iはインデックスを表す。上記のような繰返し解析の中で選ばれた各設計変数値間の距離を、XMAX=Max|X−X|により定義し、XMAX≦εであれば、取り込んだ解析結果の差に関する近似多項式を最小自乗法によって作成する。一方、XMAX≦εでなければ、まだ補正関数の作成にとって解析の繰返し数が不足しているので、そのインデックスでの解析結果の差と設計変数値を計算機110に記憶させて補正関数の作成が可能となるまで保持させるとともに、さらに新たな設計変数値を選択しながら解析を繰り返す。その設計変数値を選択は、設計変数に関する制約条件(図4の例では設計変数の上限値と下限値)の領域内で、ε−e≦XMAXとなるようにランダムに行う。 In the creation of the correction function in step S5, a correction function is created from the result of the repeated analysis using the correction function creation unit 104. The correction function is created as an approximate polynomial having a difference Δ i between the results of the preliminary fine analysis and the preliminary rough analysis as a dependent variable and design variables (specifically, dimension A and angle A) as independent variables. Here, the subscript i of Δ i represents an index. The distance between the design variable values selected in the above iterative analysis is defined by X MAX = Max | X i −X |. If X MAX ≦ ε, the distance between the taken analysis results is related. Create an approximate polynomial by the method of least squares. On the other hand, if X MAX ≦ ε, the number of iterations of the analysis is still insufficient for the creation of the correction function, so the difference between the analysis results at that index and the design variable value are stored in the computer 110 and the correction function is created. The analysis is repeated until a new design variable value is selected. The design variable value is selected at random so that ε−e ≦ X MAX in the region of the constraint condition related to the design variable (in the example of FIG. 4, the upper limit value and the lower limit value of the design variable).

ここで、eは調整パラメータであり、εに対して十分に小さい値が用いられる。すなわちε−e≦XMAXは、選択する設計変数の値が互いに近くなりすぎないように調整するものである。このことから、XMAX≦εが予備的細解析や予備的粗解析の繰返し数の下限を与えるのに対し、ε−e≦XMAXは予備的細解析や予備的粗解析の繰返し数の上限を与えるといえる。Xは、そのインデックスで選択された設計変数値であり、Xは、過去に選択された設計変数値全てを意味する。すなわちXMAXは、過去に選択された全ての設計変数に対し、それぞれの距離の最大値をとることを意味する。したがって設計変数の選択領域においてε以内に選択点がちりばめられることになる。このεは任意に設定するものであるが、好ましい一つの例では設計変数の選択領域の20%をとるものとする。寸法Aを例にとると、上限値が16mm、下限値が10mmであるので、εは1.2mmとなる。 Here, e is an adjustment parameter, and a sufficiently small value is used for ε. That is, ε−e ≦ X MAX is adjusted so that the values of the selected design variables do not become too close to each other. From this, X MAX ≦ ε gives the lower limit of the number of iterations of preliminary fine analysis and preliminary coarse analysis, whereas ε-e ≦ X MAX gives the upper limit of the number of iterations of preliminary fine analysis and preliminary coarse analysis. It can be said that X i is a design variable value selected by the index, and X means all design variable values selected in the past. That is, X MAX means that the maximum value of each distance is taken with respect to all design variables selected in the past. Accordingly, the selection points are scattered within ε in the design variable selection region. This ε is arbitrarily set, but in a preferred example, it takes 20% of the design variable selection area. Taking dimension A as an example, since the upper limit is 16 mm and the lower limit is 10 mm, ε is 1.2 mm.

以上では、図4の例について寸法Aと角度Aという設計変数値を一組ずつ選択してステップS3とステップS4の処理を繰り返す場合を説明したが、この他にも以下のように処理する形態も可能である。すなわちXMAX≦εとなる少なくとも1個以上(一組以上)の設計変数値をまとめて算出しておき、ステップS3において、それぞれの設計変数値での3次元形状をまとめて作成し、ステップS4において、この複数の3次元形状それぞれについて同時並行的に数値解析を行うようにする形態も可能である。このような同時並行的な処理をなす場合にはコンピュータネットワークを利用して分散環境で作業することになる。また、以上では設計変数値の選択をランダムにするものとしていたが、直交表などの実験計画法に基づく方法を用いて設計変数の値を決定することも可能である。 In the above, a case has been described in which the design variable values of the dimension A and the angle A are selected one by one for the example of FIG. 4 and the processing of step S3 and step S4 is repeated. Is also possible. That is, at least one or more (one or more sets) of design variable values satisfying X MAX ≦ ε are calculated together, and in step S3, three-dimensional shapes with the respective design variable values are collectively generated, and step S4 is performed. In this case, it is also possible to perform a numerical analysis on each of the plurality of three-dimensional shapes in parallel. When such concurrent processing is performed, a computer network is used to work in a distributed environment. In the above description, the selection of the design variable value is random. However, the value of the design variable can be determined using a method based on an experimental design method such as an orthogonal table.

補正関数の多項式には特に制約はないが、下記のような2次多項式を用いるのが一つの好ましい例である。   There is no particular restriction on the polynomial of the correction function, but one preferred example is to use the following second-order polynomial.

Figure 0004374227
ここで、X1,X2はそれぞれ寸法Aと角度Aを表わす。またa〜fは多項式の係数を意味し、これら各係数は最小2乗法を利用することにより求めることが可能である。また、f(X1,X2)は、細かい有限要素メッシュを用いた場合と粗い有限要素メッシュを用いた場合の、二つの制約条件に関する解析結果の差の関数である。
Figure 0004374227
Here, X 1 and X 2 represent the dimension A and the angle A, respectively. Further, a to f mean polynomial coefficients, and these coefficients can be obtained by using the least square method. Further, f (X 1 , X 2 ) is a function of the difference between the analysis results regarding the two constraints when the fine finite element mesh is used and when the coarse finite element mesh is used.

本実施形態では式1のような補正関数を補正関数作成部104で作成して記憶装置109に登録し、その補正関数を操作者の要求に応じて表示装置に表示できるようにしている。図5に補正関数の表示画面の一例を示す。補正関数の表示には様々な方法が考えられるが、図の例では角度Aについて任意に選択した一つの値を固定とし、寸法Aを横軸、最大応力を縦軸としたときの、予備的細解析つまり細かい有限要素メッシュによる数値解析の結果と予備的粗解析つまり粗い有限要素メッシュによる数値解析の結果とを並べて表示したものを図の上段に示し、予備的細解析の結果と予備的粗解析の結果の差として得られる補正関数を図の下段に示している。図の上段に見られるように、細かい有限要素メッシュと粗い有限要素メッシュでは、数値解析で得られる最大応力に大きな差(図中にハッチングを付した部分)がある。このような細かい有限要素メッシュによる解析結果に対する粗い有限要素メッシュによる解析結果の差を図の下段における補正関数として予め求め、その補正関数を利用して後述のような補正をなせるようにすることにより、設計解を導出するための本解析を処理時間が短くて済む粗い有限要素メッシュで行っても精度の高い解析結果を得ることが可能となる。以上がフェーズ2である。 In this embodiment, a correction function such as Equation 1 is created by the correction function creation unit 104 and registered in the storage device 109 so that the correction function can be displayed on the display device in response to an operator's request. FIG. 5 shows an example of a correction function display screen. Various methods can be considered to display the correction function. In the example shown in the figure, a preliminary value is obtained when one value arbitrarily selected for the angle A is fixed, the dimension A is the horizontal axis, and the maximum stress is the vertical axis. The fine analysis, that is, the result of numerical analysis by fine finite element mesh and the result of preliminary rough analysis, that is, numerical analysis by coarse finite element mesh, are shown in the upper part of the figure, and the result of preliminary fine analysis and preliminary rough analysis are shown. The correction function obtained as the difference between the analysis results is shown in the lower part of the figure. As seen in the upper part of the figure, there is a large difference (the hatched part in the figure) in the maximum stress obtained by numerical analysis between the fine finite element mesh and the coarse finite element mesh. The difference between the analysis result of the coarse finite element mesh and the analysis result of the fine finite element mesh is obtained in advance as a correction function in the lower part of the figure, and the correction function described below can be performed using the correction function. makes it possible to obtain a high analysis results accuracy performed by the coarse finite element meshes requires only a short processing time of this analysis to derive design solution. This is Phase 2.

最後のフェーズ3は、設計解を導出するための本解析やその結果を検証する検証解析などを行うフェーズであり、ステップS6〜ステップS10を含む。ステップS6はステップS2で定義の最適化条件に基づいて最適計算を実行する本解析ステップである。本実施形態で例としている最適化問題は、
最小化:質量
条 件:10mm≦X≦16mm
0.01度≦X≦8度
−5×9.8MPa≦σ+f(X1,X2)≦5×9.8MPa
となる。ここで、σは最適計算で得られる応力値を表わす。このような最適化問題は、ペナルティ法などの数理的手法やシミュレーテッドアニーリング法などの探索的手法など、一般に知られている最適化手法を用いることにより求解可能である。最適計算では、許容領域内で設計変数値を順次変えながら個々に応力値を求めるという計算を反復して行う。その計算の繰返し数は、予備的細解析や予備的粗解析における第1の繰返し数や第2の繰返し数より大きな第3の繰返し数となる。本発明ではこのような最適計算について、予備的粗解析で用いた有限要素メッシュと同じ第2の分割密度である粗い有限要素メッシュを用いる。また反復される各解析で得られる制約条件としての応力値σを補正関数f(X1,X2)によりσ+f(X1,X2)として補正し、この補正されたσ+f(X1,X2)という値を各解析での実際の制約条件値とする。
The final phase 3 is a phase in which the main analysis for deriving the design solution, the verification analysis for verifying the result, and the like include steps S6 to S10. Step S6 is a main analysis step for executing the optimum calculation based on the optimization condition defined in step S2. The optimization problem exemplified in this embodiment is
Minimization: Mass Condition: 10 mm ≦ X 1 ≦ 16 mm
0.01 degree ≦ X 2 ≦ 8 degree
−5 × 9.8 MPa ≦ σ + f (X 1 , X 2 ) ≦ 5 × 9.8 MPa
It becomes. Here, sigma represents the stress values obtained by the optimal calculations. Such optimization problems can be solved by using generally known optimization methods such as mathematical methods such as penalty methods and exploratory methods such as simulated annealing methods. In the optimal calculation, the calculation of obtaining the stress value individually while sequentially changing the design variable value within the allowable region is repeatedly performed. The number of repetitions of the calculation is a third number of repetitions larger than the first number of repetitions and the second number of repetitions in the preliminary fine analysis and preliminary rough analysis. In the present invention, for such an optimal calculation, a coarse finite element mesh having the same second division density as the finite element mesh used in the preliminary coarse analysis is used. The corrected stress value sigma as constraints obtained in each analysis to be repeated as the correction function f (X 1, X 2) by σ + f (X 1, X 2), the corrected σ + f (X 1, X The value 2 ) is the actual constraint value in each analysis.

ここで、補正関数は、上で説明したように、設計変数の許容領域内から所定の条件により適切な間隔で設計変数値を選択してその設計変数値の選択数により定まる繰返し数(第1の繰返し数または第2の繰返し数)で解析を繰り返してなされる予備的細解析と予備的粗解析それぞれの結果の差に関する多項式を最小自乗法によって近似して作成することで得られたものであり、設計変数の許容領域全域、つまり最適計算で用いられる設計変数値の全てをカバーしている。したがってこのような補正関数で補正することにより、粗い有限要素メッシュを用いる最適計算の結果を細かい有限要素メッシュによる場合と同等の精度のものとすることができる。すなわち有限要素メッシュには粗いものを用いることで処理時間を大幅に短縮でき、しかも補正関数での補正により解析結果は信頼性の高いものとすることができる。   Here, as described above, the correction function selects the design variable value at an appropriate interval from the allowable range of the design variable at an appropriate interval and determines the number of iterations (the first number determined by the selected number of the design variable value). Obtained by approximating the polynomial of the difference between the results of the preliminary fine analysis and preliminary coarse analysis by repeating the analysis at the number of iterations of (2) or the second number of iterations) using the method of least squares. Yes, it covers the entire allowable range of design variables, that is, all the design variable values used in the optimal calculation. Therefore, by correcting with such a correction function, the result of the optimum calculation using the coarse finite element mesh can be made to have the same accuracy as the case using the fine finite element mesh. That is, by using a coarse finite element mesh, the processing time can be significantly shortened, and the analysis result can be made highly reliable by correction with a correction function.

本実施形態の場合であれば、フェーズ2の補正関数の算出には、εが20%であり、設計変数が寸法Aと角度Aの2個であることから、25個の設計変数値でXMAX=Max|X−X|を満たす。すなわち、予備的細解析と予備的粗解析細ではそれぞれ数値解析を25回ずつ行えばよい。第1の分割密度による細かい有限要素メッシュを用いる予備的細解析の場合の計算時間は、1回当たり1時間程度であるのが一般的であり、仮に1回当たり1時間とすると、合計で25時間となる。一方、第2の分割密度による粗い有限要素メッシュを用いる予備的粗解析細での計算は、細かい有限要素メッシュに比べて10倍以上高速にすることが可能である。つまり第2の分割密度は第1の分割密度に対して、処理時間に関し1/10以下となるような関係にある。そこで、1回当たり6分とすると、予備的粗解析細の計算時間は合計で2時間30分となる。したがって補正関数を作成するための予備的解析には合計27時間30分を要することになる。一方、フェーズ3での最適計算は、その反復計算の繰返し数が数十回から数百回になるのが通常である。ここでは仮に反復計算の回数を50回とすると、本発明では最適計算に粗い有限要素メッシュを用いるので、最適計算における計算時間は5時間となる。したがって補正関数の作成から最適計算の終了までに要する時間は合計で32時間30分となり、これに後述の検証解析に要する時間1時間を加えても33時間30分となる。これに対して、従来の方法では、本発明における補正関数導出のための処理はないものの、最適計算を細かい有限要素メッシュで行うために、その処理に50時間を要することになる。このことから本発明によれば、最適計算での計算の繰返し数を比較的少ない50回とした場合でも、30%近い16時間30分という処理時間短縮効果を得られることが分る。またこの処理時間短縮効果は最適計算における計算の繰返し数が多くなるほど高くなることも分る。
In the case of the present embodiment, in the calculation of the correction function of the phase 2, since ε is 20% and the design variables are two of the dimension A and the angle A, X is obtained with 25 design variable values. MAX = Max | X i −X | is satisfied. That is, the preliminary fine analysis and the preliminary coarse analysis fine may be performed 25 times each. The calculation time in the case of the preliminary fine analysis using the fine finite element mesh with the first division density is generally about 1 hour per time. If it is 1 hour per time, the calculation time is 25 in total. It will be time. On the other hand, the preliminary coarse analysis calculation using the coarse finite element mesh with the second division density can be 10 times or more faster than the fine finite element mesh. That is, the second division density is in a relationship of 1/10 or less with respect to the processing time with respect to the first division density. Therefore, if it is 6 minutes per time, the total calculation time for the preliminary coarse analysis will be 2 hours 30 minutes. Therefore, the preliminary analysis for creating the correction function requires a total of 27 hours 30 minutes. On the other hand, the optimal calculations in Phase 3, the repetition number of the iterations is several hundred times from several tens of times is usual. Here, assuming that the number of iterations is 50, a coarse finite element mesh is used for the optimum calculation in the present invention, so the calculation time for the optimum calculation is 5 hours. Therefore, the time required from the creation of the correction function to the end of the optimum calculation is 32 hours and 30 minutes in total, and even if the time required for verification analysis described later is added to this, it is 33 hours and 30 minutes. On the other hand, in the conventional method, although there is no processing for deriving the correction function in the present invention, it takes 50 hours to perform the optimal calculation with a fine finite element mesh. From this, according to the present invention, it can be understood that even when the number of repetitions of the calculation in the optimum calculation is 50, which is relatively small, it is possible to obtain a processing time shortening effect of 16 hours and 30 minutes, which is close to 30%. It can also be seen that the effect of shortening the processing time becomes higher as the number of iterations in the optimum calculation increases.

以上の評価は予備的細解析と予備的粗解析細それぞれにおける繰返し解析を順次的に行う場合についてのものである。本発明においては上述したように、予備的細解析と予備的粗解析細それぞれにおける繰返し解析を同時並行的に行うようにすることも可能で、そのようにした場合には、上記の例であれば1時間6分の解析時間で補正関数を作成することができ、補正関数の作成から最適計算の終了とその検証までに要する時間を合計7時間6分で済ませることができるようになり、さらに処理時間短縮効果を高めることができる。   The above evaluation is for the case where the repeated analysis in the preliminary fine analysis and the preliminary coarse analysis is performed sequentially. In the present invention, as described above, it is possible to simultaneously perform the repeated analysis in each of the preliminary fine analysis and the preliminary coarse analysis fine. In such a case, the above example may be used. For example, a correction function can be created with an analysis time of 1 hour and 6 minutes, and the time required from the creation of the correction function to the completion of the optimal calculation and its verification can be completed in a total of 7 hours and 6 minutes. The processing time shortening effect can be enhanced.

ステップS7では、ステップS6での最適計算で得られた最終結果(設計解)における形状が実際に制約条件を満たしているかどうかの判定を行う。具体的には、ステップS6で最終結果として得られた形状について、第3の分割密度(これは第1の分割密度と同じであってもよい)による細かい有限要素メッシュを用いて検証解析を行い、その検証解析で得られる制約条件値(具体的な例では応力値)が制約条件(具体的な例では―5×9.8MPa≦σ+f(X1,X2)≦5×9.8MPa)を満たしているかどうか判定する。この判定において制約条件を満たしていれば、そのままステップS10で最適計算の推移の結果を表示して処理を終了し、満たしていない場合には、ステップS9で最適計算の推移を表示するとともに、補正関数の精度を上げるためにεを小さくするとか、許容値を大きくするとかなどの最適化条件の変更を促すメッセージを表示する。図6にメッセージ表示画面の一例を示す。図の例は、縦軸に目的関数と制約条件をとり、最適計算の反復回数を横軸にとったものである。ここで、実線が反復計算で得られた目的関数、破線が反復計算で得られた制約条件値を表わしている。また、図中の横軸に平行な破線は制約条件値の境界線を表わし、制約条件値が横軸に平行破線より上部にある場合は、制約条件を満たしていないことを表わしている。また、×印は検証解析で得られた制約条件の数値解析結果である。図に見られるように、粗い有限要素メッシュを用いた計算では最終解において制約条件を満たしているが、精度の高い検証解析では制約条件を満たしていないことが分る。このような場合にはεを小さくして補正関数の精度を上げるなどの対応をとることになる。なお、ステップS10では同様のグラフを表示すが、その際に警告を促す文章は表示しない。 In step S7, it is determined whether the shape in the final result (design solution) obtained by the optimal calculation in step S6 actually satisfies the constraint conditions. Specifically, the shape obtained as the final result in step S6 is subjected to verification analysis using a fine finite element mesh with a third division density (this may be the same as the first division density). The constraint condition value (stress value in the specific example) obtained by the verification analysis is the constraint condition (−5 × 9.8 MPa ≦ σ + f (X 1 , X 2 ) ≦ 5 × 9.8 MPa in the specific example) Determine whether or not If the constraint condition is satisfied in this determination, the result of the optimal calculation transition is displayed as it is in step S10 and the process is terminated. If not satisfied, the transition of the optimal calculation is displayed in step S9 and the correction is made. In order to increase the accuracy of the function, a message prompting the change of the optimization condition such as decreasing ε or increasing the allowable value is displayed. FIG. 6 shows an example of a message display screen. In the example of the figure, the vertical axis represents the objective function and the constraint condition, and the horizontal axis represents the number of iterations of the optimal calculation. Here, the solid line represents the objective function obtained by the iterative calculation, and the broken line represents the constraint condition value obtained by the iterative calculation. In addition, a broken line parallel to the horizontal axis in the drawing represents a boundary line of the constraint condition value, and when the constraint condition value is above the parallel broken line along the horizontal axis, it indicates that the constraint condition is not satisfied. In addition, a cross indicates a numerical analysis result of the constraint condition obtained by the verification analysis. As can be seen from the figure, the calculation using a coarse finite element mesh satisfies the constraint condition in the final solution, but the high-precision verification analysis does not satisfy the constraint condition. In such a case, countermeasures such as increasing the accuracy of the correction function by reducing ε are taken. In step S10, a similar graph is displayed, but no text prompting a warning is displayed.

以上の実施形態では設計変数が寸法Aと角度Aの2個の場合を例としていたが、設計変数の種類が2個以上である場合にも本発明を適用できることはいうまでもなく、設計変数の種類が多い場合にはそれに応じて上記のような例の補正関数の多項式における独立変数の数を増やすことで対応することができる。   In the above embodiment, the case where there are two design variables of the dimension A and the angle A has been described as an example. However, it goes without saying that the present invention can be applied even when the number of design variables is two or more. If there are many types, the number of independent variables in the polynomial of the correction function in the above example can be increased accordingly.

本発明では、繰返し数を少なくした予備的解析により補正関数を求め、そして設計解導出のための解析を粗い有限要素メッシュで行うようにするとともに、その解析での結果を補正関数により補正するようにしている。このため処理時間の大幅な短縮と高い解析精度の確保を両立させることができる。このような本発明は、CAEなどのディジタルエンジニアリング技術による支援を受ける設計技術分野に適用することができ、その設計技術分野での効率の向上に大きく寄与することができる。   In the present invention, the correction function is obtained by preliminary analysis with a reduced number of iterations, and the analysis for deriving the design solution is performed with a coarse finite element mesh, and the result of the analysis is corrected with the correction function. I have to. For this reason, it is possible to achieve both a significant reduction in processing time and high analysis accuracy. The present invention can be applied to a design technology field that receives support from digital engineering technology such as CAE, and can greatly contribute to an improvement in efficiency in the design technology field.

一実施形態による形状最適化処理装置の全体構成をブロック図の形態で示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the shape optimization processing apparatus by one Embodiment with the form of a block diagram. 図1の形状最適化処理装置で実行される形状最適化処理の流を示す図である。Is a diagram illustrating the flow of shape optimization process performed by the shape optimization processing apparatus of FIG. 形状最適化対象となる機械部品の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the machine component used as shape optimization object. 最適化条件の入力画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the input screen of optimization conditions. 補正関数の表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen of a correction function. 変更メッセージ表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a change message display screen.

符号の説明Explanation of symbols

101 解析モデル定義部
102 最適化条件定義部
103 解析部
104 補正関数作成部
105 制約条件値補正部
106 最適計算制御部
107 補正情報出力部
108 最適化条件変更表示部
109 データベース
110 計算機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Analysis model definition part 102 Optimization condition definition part 103 Analysis part 104 Correction function creation part 105 Restriction condition value correction part 106 Optimal calculation control part 107 Correction information output part 108 Optimization condition change display part 109 Database 110 Computer

Claims (4)

予備的解析を行った後に本解析を行う形状最適化処理装置であって、
設計対象品の形状に関する解析モデルを設定する解析モデル定義部と、
前記解析モデルの最適化条件を設定する最適化条件定義部と、
前記解析モデルから有限要素メッシュを作成し、第一の分割密度による前記有限要素メッシュでの解析を第一の繰返し数で繰り返して行う予備的細解析と、前記第一の分割密度より粗い第二の分割密度による前記有限要素メッシュでの解析を前記第一の繰返し数又は前記第一の繰返し数と異なる第二の繰返し数で繰り返して行う予備的粗解析とを行う解析部と、
前記予備的細解析の結果と前記予備的粗解析の結果との差に基づいて、補正関数を作成する補正関数作成部と、
第二の分割密度による有限要素メッシュでの解析の各結果を前記補正関数で補正して制約条件値とする制約条件値補正部と、
本解析において、前記制約条件値補正部による予備的解析での第一の繰返し数と第二の繰返し数より大きな第三の繰返し数だけ補正した後の制約条件値が、前記最適化条件を満たしているか否かを判定する最適計算制御部とを備えたことを特徴とする形状最適化処理装置。
A shape optimization processing apparatus that performs this analysis after performing a preliminary analysis,
An analysis model definition section for setting an analysis model related to the shape of the design target product;
An optimization condition definition section for setting optimization conditions for the analysis model;
A finite element mesh is created from the analysis model, a preliminary fine analysis is performed by repeating the analysis with the finite element mesh at a first division density at a first iteration number, and a second coarser than the first division density. An analysis unit for performing a preliminary rough analysis in which the analysis at the finite element mesh with the division density is repeated at the first iteration number or a second iteration number different from the first iteration number;
Based on the difference between the result of the preliminary fine analysis and the result of the preliminary rough analysis, a correction function creating unit that creates a correction function;
A constraint value correction unit that corrects each result of the analysis in the finite element mesh with the second division density with the correction function and sets the constraint condition value;
In this analysis, the constraint condition value after correcting the first iteration number and the third iteration number larger than the second iteration number in the preliminary analysis by the constraint value correction unit satisfies the optimization condition. A shape optimization processing apparatus comprising: an optimal calculation control unit that determines whether or not the
請求項1に記載の形状最適化処理装置であって、
前記解析部は、前記前記第二の分割密度よりも細かい第三の分割密度による有限要素メッシュで解析する検証解析を行い、
前記最適計算制御部は、前記検証解析の結果が前記最適化条件を満たしているか否かを判定することを特徴とする形状最適化処理装置。
The shape optimization processing apparatus according to claim 1,
The analysis unit performs verification analysis to analyze with a finite element mesh by a third division density finer than the second division density,
The shape optimization processing device, wherein the optimization calculation control unit determines whether or not a result of the verification analysis satisfies the optimization condition.
請求項1又は2に記載の形状最適化処理装置であって、
前記最適計算制御部が、前記最適化条件を満たしていないと判定した場合には、その旨を画面に表示させる最適化条件変更表示部を備えたことを特徴とする形状最適化処理装置。
The shape optimization processing apparatus according to claim 1 or 2,
A shape optimization processing apparatus, comprising: an optimization condition change display unit that displays on the screen when the optimization calculation control unit determines that the optimization condition is not satisfied.
請求項1から3のいずれかに記載の形状最適化処理装置であって、
前記解析部は、前記予備的細解析と前記予備的粗解析とを同時並行的処理で行うことを特徴とする形状最適化処理装置。
The shape optimization processing device according to any one of claims 1 to 3,
The shape optimization processing apparatus, wherein the analysis unit performs the preliminary fine analysis and the preliminary rough analysis by simultaneous processing.
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