JP4540702B2 - データ変換器、流動解析器、構造解析器、データ変換プログラム、流動解析プログラム、構造解析プログラム及びデータ変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂材料を用いた射出成型品の形状予測に適用されるデータ変換器、流動解析器、構造解析器、データ変換プログラム、流動解析プログラム、構造解析プログラム及びデータ変換方法に関する。

今日、カメラ、携帯電話等の筐体には樹脂素材が多く用いられている。樹脂成型方法としては、射出成型が一般的である。

射出成型では、溶融樹脂を金型に充填し、適正な圧力環境下で冷却した後、型抜きして成型品を得る、というプロセスをたどる。この成型プロセスには、材料の物性、金型の特性、樹脂の充填口(ゲート)の数と位置、圧力、温度等の様々な要因が作用するため、必ずしも設計時に意図した形状精度が得られるとは限らない。

製品の開発過程では成型品の品質確認のために試作が行われるが、試作は開発コストに関連しており、試作工程の削減は製品のコストダウンに繋がる。そこで、製品開発の段階で形状精度を確認するため、成型品の形状予測(又は変形予測)シミュレーションが行われる。

形状予測シミュレーションには、ＣＡＤによる構造解析が多く用いられている。構造解析の手法としては有限要素法等が用いられる。また、金型内の溶融樹脂の流動状態が成型品の形状精度に大きく影響することが知られており、樹脂流動解析が行われる。

従来、金型内で起こる構造上の解析行う技術として、流動解析システムと構造解析システムとをリンクすることにより、成型状態での金型の流動挙動、変形量、温度分布等を容易に且つ精度良く予測できる金型の統合解析システムが公知である(例えば、特許文献１参照)。

また、流動解析手段と、構造解析手段と、金型の温度及び成型品の圧力算出手段とを備え、金型と成型品との型拘束、樹脂の粘弾性特性を考慮した構造解析を行うものが公知である(例えば、特許文献２参照)。
特許第５４０２３２号公報 特開２００４−１６０７００号公報

しかしながら、上記特許文献１、２はいずれも通常の樹脂素材を用いた成型品の構造解析を行う構成となっており、強度向上のために繊維素材を混入した樹脂の成型品については考慮されていない。

繊維強化樹脂を材料に用いた成型品の品質を評価する場合、一般に用いられる構造解析の手法では実製品の評価と一致しないことが起こる。それは、一般の構造解析では、境界条件の設定に際し、樹脂の材料特性を成型品全体に対して一様に与えるのが通常であり、繊維強化樹脂内の繊維配向による影響を考慮していないからである。

一方、品質評価を行う場合、樹脂の流動解析を合わせて行うことにより予測精度の向上が期待できる。樹脂流動解析においては、樹脂の充填位置とそれに伴う樹脂の流れ(繊維配向)を材料特性として評価することが樹脂の不均一性を把握する上で重要である。

しかし、繊維配向を評価するためには、繊維配向状態が異方性を示すため、構造解析を行う上で要素分割(メッシュ分割)を細かな規模で行うことが必要となる。要素分割を細かく行うことは解析結果データの数の増大を招来し、データの数増大はコンピュータでの解析処理に要する時間が長くなり、開発／設計効率の悪化を招くことになる。

本発明の課題は、繊維強化樹脂を用いた射出成型品の形状予測精度を高度に保ち、且つ効率的な構造解析の実施に使用されるデータ変換器、流動解析器、構造解析器、データ変換プログラム、流動解析プログラム、構造解析プログラム及びデータ変換方法を提供することにある。

本データ変換器は、与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは第２解析に適用し得るように変換する場合、各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する手段と、前記特定された第１要素群を構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定手段とを備える。

また、本データ変換器は必要に応じて、前記設定手段は、当該第２要素に対応する第１要素群及び当該第２要素に隣接する１又は複数の他の第２要素に対応する第１要素群をそれぞれ構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定するようになしてある。

更に、本データ変換器は必要に応じて、前記設定手段は、前記各繊維配向データから、各第１要素ごとに繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する手段と、当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める手段と、得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する手段と、隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する手段とを具備する。

一方、本流動解析器は、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う場合、各繊維配向データを対応する第１要素にそれぞれ設定する手段と、前述したいずれかのデータ変換器とを備える。

また、本構造解析器は、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器から出力された各繊維配向データを用いて、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について構造解析を行う場合、前述したいずれかのデータ変換器を備え、該データ変換器が所要の繊維配向データを用いて当該第２要素に設定した合成ベクトルを加えて、当該第２要素の構造解析を行うようになしてある。

更に、本データ変換プログラムは、コンピュータを、与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは異なる第２解析に適用し得るように変換するデータ変換器として機能させる場合、前記コンピュータを、各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する手段、前記特定された第１要素群を構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定手段として機能させる。

また、本データ変換プログラムは必要に応じて、前記設定手段は、前記コンピュータを、前記各繊維配向データから、各第１要素ごとに繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する手段、当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める手段、得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する手段、隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する手段として機能させる。

また、本流動解析プログラムは、コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器として機能させる場合、前記コンピュータを、各繊維配向データを対応する第１要素にそれぞれ設定する手段として機能させ、前述したいずれかのデータ変換プログラムを備える。

また、本構造解析プログラムは、コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器から出力された各繊維配向データを用いて、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について構造解析を行う構造解析器として機能させる場合、前述したいずれかのデータ変換プログラムを備え、前記コンピュータが、前記データ変換プログラムによって所要の繊維配向データを用いて当該第２要素に設定した合成ベクトルを加えて、当該第２要素の構造解析を行うようになしてある。

ところで、本データ変換方法は、与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは異なる第２解析に適用し得るように変換する場合、各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する工程と、当該第２要素に対応する第１要素群及び当該第２要素に隣接する１又は複数の他の第２要素に対応する第１要素群をそれぞれ構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定工程とを実施する。

また、本データ変換方法は必要に応じて、前記設定工程は、前記各繊維配向データから、各第１要素ごとに繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する工程と、当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める工程と、得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する工程と、隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する工程とを実施する。

このように、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換するので、この構造解析用に変換された繊維配向データを用いて構造解析を行うことができる。その結果、繊維強化樹脂を考慮した構造解析が可能となるので、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の形状予測の精度を向上し得る。また、データ量の多い繊維配向データを構造解析用のデータに適合させるので、データ処理時間を構造解析に要する時間に合わせて短縮することができ、開発設計効率が向上するという効果を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。まず、形状予測装置１００の構成について説明する。図１に、形状予測装置１００のブロック図を示す。

形状予測装置１００は、ＣＰＵ１と、ＲＯＭ２と、ＲＡＭ３と、データ格納手段４、５及び６と、入力装置７と、出力装置８を備え、それぞれシステムバス９に接続されている。ＣＰＵ１は、中央処理装置である。ＣＰＵ１は、ＲＯＭ２に格納された基本動作プログラムに従ってデータ格納手段４に格納された構造解析プログラムＰ１、樹脂流動解析プログラムＰ２、データ変換プログラムＰ３を実行し、形状予測動作を統括的に制御する。

なお、形状予測装置１００は後述するように、ＣＰＵ１がデータ格納手段４に格納されたデータ変換プログラムＰ３を実行している場合、実質的にデータ変換器として動作しており、また、ＣＰＵ１が樹脂流動解析プログラムＰ２及びデータ変換プログラムＰ３を実行している場合、実質的に流動解析器として動作しており、更に、ＣＰＵ１がデータ変換プログラムＰ３及び構造解析プログラムＰ１を実行している場合、実質的に構造解析器として動作している。

また、樹脂流動解析プログラムＰ２及びデータ変換プログラムＰ３は後述するように、両者を合わせて、コンピュータに、構造解析に適用可能な繊維配向データを生成させる流動解析プログラムとして機能しており、また、データ変換プログラムＰ３及び構造解析プログラムＰ１は両者を合わせて、コンピュータに、樹脂流動解析プログラムＰ２の実行によって生成された繊維配向データを構造解析に適用可能な繊維配向データに変換させ、この繊維配向データを用いて構造解析を行わせる構造解析プログラムとして機能している。

ＲＯＭ２は読み出し専用メモリであり、ＥＥＰＲＯＭ等の電気的に書き換え可能なメモリを用いてもよい。ＲＡＭ３としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等を用いることができる。ＲＡＭ３は、ＲＯＭ２に格納された基本動作プログラム、データ格納手段４に格納された構造解析プログラムＰ１、樹脂流動解析プログラムＰ２、データ変換プログラムＰ３を一時的に展開して記憶するメモリである。

データ格納手段４は、ハードディスクドライブ等の大容量メモリである。データ格納手段４には、構造解析プログラムＰ１、樹脂流動解析プログラムＰ２、データ変換プログラムＰ３が格納されている。構造解析プログラムＰ１、樹脂流動解析プログラムＰ２及びデータ変換プログラムＰ３は、有限要素法を用いた演算プログラムである。有限要素法を用いて応力解析等を行う手法は、一般に良く知られているので、詳細な説明は省略する。

データ格納手段５は、ハードディスクドライブ等の大容量メモリである。データ格納手段５には、構造解析プログラムＰ１の実行により得られた解析結果データファイルが格納される。データ格納手段６は、ハードディスクドライブ等の大容量メモリである。データ格納手段６には、樹脂流動解析プログラムＰ２の実行によりより得られた解析結果データ(繊維配向データを含む)ファイルが格納される。

入力装置７は、入力キーボード、マウスあるいはその他のスキャナー等の入力手段である。出力装置８は、ディスプレイ装置、プリンタ等の可視化手段である。なお、図示しないが、他のコンピュータと連動させるため、あるいはデータ転送を行うための入出力インタフェース(Ｉ／Ｏポート)を備えるものとする。

次に、形状予測方法について説明する。図２に、形状予測装置１００により実行される形状予測方法のフローチャートを示す。
形状予測方法は、大別して、樹脂流動解析処理Ａ(第１解析)、データ変換処理Ｂ及び構造解析処理Ｃ（第２解析）からなる。樹脂流動解析処理Ａは、前処理Ａ１、解析処理Ａ２、解析結果出力Ａ３の順序で実行される。

まず、樹脂流動解析処理Ａにおける前処理Ａ１では、射出成型の対象となる成型品の形状(図３参照)が特定され、その特定された形状に対応する樹脂流動解析モデルが入力される(ステップＳ１)。

図３（Ａ）に示すように、入力された樹脂流動解析モデルは、ステップＳ２において有限個の要素に分割される。この要素分割に際し、成型品の素材にガラス繊維等の繊維で強化された樹脂を用いる場合、樹脂内に混入された繊維配向(図３（Ａ）矢印参照)が樹脂の流れに与える影響を細かく知る必要がある。そのため、要素分割は、計算処理上において許される誤差の範囲において、極力細かく行うことが好ましい。要素分割数を増大させると、樹脂流動解析では、後述する構造解析の場合よりも多量のデータ数となる。例えば、樹脂流動解析では数百万要素となり、構造解析のそれは数十万要素である。

従って、樹脂流動解析の解析結果を構造解析に組み込むためには、形状予測精度を適度な水準に維持しつつ、樹脂流動解析結果の要素数(データ数)を間引いて構造解析の要素数(データ数)と同じ要素数に変換する必要がある。この変換処理については、ステップＳ６で詳述する。

次に、境界条件の設定を行う(ステップＳ３)。境界条件の設定は、分割された各要素の節点に物理量を与えることである(ステップＳ３)。物理量の付与としては、材料特性の入力、樹脂流動ゲートの指定を行う。

次に、樹脂流動解析処理Ａの解析処理Ａ２・解析結果出力Ａ３については、上記設定された境界条件下で、樹脂流動解析プログラムＰ２が起動され、樹脂流動解析が実行され(ステップＳ５)、その解析結果が出力される(ステップＳ５)。その解析結果は繊維配向データであり、データ格納手段６に格納される。

次に、データ変換処理Ｂについては、処理はステップＳ６に進み、得られた繊維配向データは構造解析用要素に変換される。この変換の必要性については、先に述べた。
繊維配向データの変換処理(ステップＳ６)は、マッチング処理により行われる。

マッチング処理は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、繊維配向データに含まれる構造解析要素の１要素Ｅと等価なサイズ(範囲)の繊維配向データに含まれる複数の樹脂流動解析要素(繊維配向データ) Ｅf１〜Ｅf４の合成ベクトルを求め、求めた樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４の合成ベクトルを構造解析要素Ｅｓの節点に振り分けることにより、処理すべき樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４の数を間引く処理である。なお、図３(Ａ)、（Ｂ）において、矢印は繊維強化樹脂の流動方向を示し、Ｇは樹脂の充填用ゲートである。

図４、５を参照して、マッチング処理について詳述する。説明を間単位するため、樹脂流動解析要素はＥf１〜Ｅf４の４個であり、これと等価な構造解析要素Ｅは１個であるとして説明する。

図４（Ａ）に示すように、樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４の各節点Ｎｆ１〜Ｎｆ９には、ステップＳ３で設定された材料物性データ(物理量)が付与されている。

まず、図５、ステップＳ１０で、樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４の各要素ごとに節点Ｎｆ (Ｘ−Ｙ)の総和Σを求め、各樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４毎のベクトルＶ１〜Ｖ４を求める。一般に、Ｘ−Ｙ座標で表すベクトルは、
Ｖｎ(Ｘ−Ｙ)＝Σｎｎ(Ｘ−Ｙ) ・・・(１)
で与えられる。例えば、要素Ｅf１の場合、ベクトルは
Ｖ１(Ｘ−Ｙ)＝Ｎｆ１，２，３，４(Ｘ−Ｙ) ・・・(２)
である。
以下同様にして各要素Ｅf２〜Ｅf４について算出することで、全要素Ｅf１〜Ｅf４の各ベクトルＶ１〜Ｖ４が求められる（図４（Ｂ）)。

次に、図５、ステップＳ１１で、４個の樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４と１個の構造解析要素Ｅｓとのマッチングを行う。
次いで、ステップＳ１２において、各要素Ｅf１〜Ｅf４(構造解析要素Ｅ０の１要素のサイズ)における各ベクトルＶ１〜Ｖ４の平均値Ｎｎを求める。平均値Ｎｎは、樹脂流動解析要素Ｅf１〜Ｅf４の各ベクトルＶ１〜Ｖ４の総和を節点の数ｎで除算した値であるから
Ｎｆｎ＝ΣＥfｎ・Ｎｆ(Ｘ−Ｙ)／ｎ ・・・(３)
で与えられる。そのベクトルＶ０は構造解析要素Ｅ０の重心に位置する(図４（Ｃ）)。そして、ベクトルＶ０を構造解析要素Ｅ０の各節点節点Ｎ１〜Ｎ４のそれぞれに分配する(図４（Ｄ）)。

次いで、ステップＳ１３により、処理対象要素Ｅ０に隣接する要素が存在するか否かを判断する。隣接要素が存在する場合は、ステップＳ１４により隣り合う要素で共有する節点Ｎｃｏｍ上の合成ベクトルを求め、求めたベクトルを各共有節点Ｎｃｏｍに付与して処理が終了する。

Ｎｃｏｍ＝Σ(Ｅfｎ、Ｎｃｏｍ(Ｘ−Ｙ)) ・・・(４)
で与えられる。隣接要素が存在しない場合は、処理は終了する。

以上の説明では、メッシュタイプ（すなわち、樹脂流動解析要素Ｅｆ及び構造解析要素ＥｓがＸ−Ｙ座標で表される２次元要素の場合）を例にして説明したが、図６に示すように、立体の解析要素を用いることができ、処理手順は上記同様とする。図６において、図４と同等の部分には同様の符号を付して詳細な説明は省略する。

再び、図２に戻って、処理はステップＳ７に進み、上述のようにして構造解析用要素Ｎｓと等価に変換された繊維配向データが構造解析用の入力フォーマットに加工される。なお、この構造解析用の入力フォーマットに加工された繊維配向データは、一時的にＲＡＭ３に記憶保持される。

次に、構造解析処理Ｃは、前処理Ｃ１、解析処理Ｃ２、解析結果出力Ｃ３の順序で実行される。まず、構造解析処理Ｃのうち前処理Ｃ１において、構造解析モデルが入力されると(ステップＳ８)、構造解析モデルは構造解析に必要な要素数に分割される。

次いで、境界条件の設定が行われる(ステップＳ１０)。境界条件の設定において、樹脂流動解析Ａで求められ、構造解析用に変換された要素数の繊維配向データ(図４(ｄ)参照)がＲＡＭ３から読み出され、材料物性データとして設定される。その他の境界条件は、荷重条件、拘束条件である。ここで前処理Ｃ１が終了し、処理はステップＳ１１に移る。

次に、構造解析処理Ｃのうち解析処理Ｃ２・解析結果出力Ｃ３について、ステップＳ１１で構造解析Ｃが実行されて、その解析結果には、樹脂流動解析Ａで求められた繊維配向項データが反映されることになる。その解析結果はデータ格納手段５に送られ、保存される。
以上の形状予測処理を行う際の一連の操作手順及びそれに伴う動作を図７、８を参照して以下説明する。

図７に示す操作入力画面１０に、樹脂流動解析結果ファイルの指定窓１１に樹脂流動解析結果に指定入力を行う(ステップＳ２０)。この指定により、樹脂流動解析結果すなわち繊維配向データが選択され、データ格納手段6から読み出される(ステップＳ２０)。

次に、構造解析用変換メッシュタイプの指定窓１２において、変換メッシュタイプの指定を行う (ステップＳ２１)。これは、解析要素の選択であり、コンピュータの能力、処理時間、予測精度に応じてユーザが選択を行う。図では、方形状の立体要素を選択した例を示している。

次いで、解析要素の間引き（データ変換処理Ｂ）の設定を行う（ステップＳ２２）。間引きの設定は、チェックボックス１３により選択的に行うことを特徴とするができる。設定は、例えば％単位で設定可能であるし、自動設定も可能である。
間引き設定を行うと、その間引き率において解析に要する時間の予測値が自動計算され、画面上の解析時間予測表示部１４表示される（ステップＳ２３）。

次いで、表示された解析時間予測値がユーザの希望する時間と一致するか否かを判断する（ステップＳ２４）。

判断の結果、解析時間がユーザの希望する時間に適合する場合（ステップＳ２４：ＯＫ）、解析実行ボタン１５を押下することにより、構造解析が実行される（ステップＳ２５）。その解析結果は、表示部１６、１７に表示される（ステップＳ２６）。

判断の結果、解析時間がユーザの希望する時間に適合しない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、キャンセルボタン１８を押下することにより、再び間引き設定モード（ステップＳ２２）に戻り、再試行される。

上記実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた樹脂流動解析要素を用いて当該射出成型品の繊維配向データを求める樹脂流動解析工程と、前記樹脂流動解析工程で得られた繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換するデータ変換工程と、前記射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた構造解析要素及び前記データ変換工程で変換された構造解析用の繊維配向データを用いて前記射出成型品の構造解析を行う構造解析工程とを含むことを特徴とする射出成型品の形状予測方法。

（付記２） 付記１に記載の射出成型品の形状予測方法において、前記データ変換工程は前記繊維配向データの解析要素の数を間引くことにより前記構造解析要素の数に適合させるマッチング処理を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測方法。

（付記３） 付記２に記載の射出成型品の形状予測方法において、前記マッチング処理は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向ベクトルの合成ベクトルを求め、その求めた合成ベクトルを前記一つの構造解析要素の各節点に対応させて分配し、その分配ベクトル成分を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測方法。

（付記４） 付記２に記載の射出成型品の形状予測方法において、前記マッチング処理は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向データの値を当該複数の流動解析要素の前節点数で除算することにより、流動解析結果である繊維配向データの平均値を求め、求められた繊維配向データの平均値を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測方法。

（付記５） 繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた樹脂流動解析要素を用いて当該射出成型品の繊維配向データを求める樹脂流動解析手段と、前記樹脂流動解析工程で得られた繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換するデータ変換手段と、前記射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた構造解析要素及び前記データ変換工程で変換された構造解析用の繊維配向データを用いて前記射出成型品の構造解析を行う構造解析手段とを含むことを特徴とする射出成型品の形状予測装置。

（付記６） 付記５に記載の射出成型品の形状予測装置において、前記データ変換手段は、前記繊維配向データの解析要素の数を間引くことにより前記構造解析要素の数に適合させるマッチング処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測装置。
このような射出成型品の形状予測装置によれば、流動解析により繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の繊維配向データを求め、その繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換し、この構造解析用に変換された繊維配向データを用いて構造解析を行う射出成型品の形状予測装置を提供することができる。その結果、繊維強化樹脂を考慮した構造解析が可能となり、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の形状予測の精度を向上し得る。また、データ量の多い繊維配向データを構造解析用のデータに適合させるので、データ処理時間を構造解析に要する時間に合わせて短縮することができ、開発設計効率が向上するという効果を有する。

（付記７） 付記６に記載の射出成型品の形状予測装置において、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向ベクトルの合成ベクトルを求め、その求めた合成ベクトルを前記一つの構造解析要素の各節点に対応させて分配し、その分配ベクトル成分を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測装置。

（付記８） 付記６に記載の射出成型品の形状予測装置おいて、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向データの値を、当該複数の流動解析要素の前節点数で除算することにより、流動解析結果である繊維配向データの平均値を求め、求められた繊維配向データの平均値を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測装置。

（付記９） コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた樹脂流動解析要素を用いて当該射出成型品の繊維配向データを求める樹脂流動解析手段と、前記樹脂流動解析工程で得られた繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換するデータ変換手段と、前記射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた構造解析要素及び前記データ変換工程で変換された構造解析用の繊維配向データを用いて前記射出成型品の構造解析を行う構造解析手段として機能させることを特徴とする射出成型品の形状予測プログラム。

（付記１０） 付記９に記載の射出成型品の形状予測プログラムおいて、前記データ変換手段は、前記繊維配向データの解析要素の数を間引くことにより前記構造解析要素の数に適合させるマッチング処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラム。

（付記１１） 付記９に記載の射出成型品の形状予測プログラムにおいて、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向ベクトルの合成ベクトルを求め、その求めた合成ベクトルを前記一つの構造解析要素の各節点に対応させて分配し、その分配ベクトル成分を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラム。

（付記１２） 付記９に記載の射出成型品の形状予測プログラムおいて、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向データの値を、当該複数の流動解析要素の前節点数で除算することにより、流動解析結果である繊維配向データの平均値を求め、求められた繊維配向データの平均値を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラム。

（付記１３） コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた樹脂流動解析要素を用いて当該射出成型品の繊維配向データを求める樹脂流動解析手段と、前記樹脂流動解析工程で得られた繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換するデータ変換手段と、前記射出成型品の解析モデルを要素分割して得られた構造解析要素及び前記データ変換工程で変換された構造解析用の繊維配向データを用いて前記射出成型品の構造解析を行う構造解析手段と、して機能させることを特徴とする射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
このような射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体によれば、コンピュータに、流動解析により繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の繊維配向データの算出を行わせ、その繊維配向データを構造解析用の繊維配向データに変換させ、この構造解析用に変換された繊維配向データを用いて構造解析を行わせる射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することができる。その結果、繊維強化樹脂を考慮した構造解析が可能となり、繊維強化樹脂を材料とする射出成型品の形状予測の精度を向上し得る。また、データ量の多い繊維配向データを構造解析用のデータに適合させるので、データ処理時間を構造解析に要する時間に合わせて短縮することができ、開発設計効率が向上するという効果を有する。

（付記１４） 付記１３に記載の射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体において、前記データ変換手段は、前記繊維配向データの解析要素の数を間引くことにより前記構造解析要素の数に適合させるマッチング処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。

（付記１５） 付記１３に記載の射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体において、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向ベクトルの合成ベクトルを求め、その求めた合成ベクトルを前記一つの構造解析要素の各節点に対応させて分配し、その分配ベクトル成分を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。

（付記１６） 付記１３に記載の射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体おいて、前記マッチング処理手段は、一つの構造解析要素と等価なサイズに含まれる複数の流動解析要素がもつ繊維配向データの値を、当該複数の流動解析要素の前節点数で除算することにより、流動解析結果である繊維配向データの平均値を求め、求められた繊維配向データの平均値を前記一つの構造解析要素の各節点に再度振分ける処理手段を含むことを特徴とする射出成型品の形状予測プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。

射出成型品の形状予測装置の構成を示すブロック図である。 射出成型品の形状予測方法示すフローチャートである。 繊維配向データのマッチング処理の概要を示す説明図である。 繊維配向データのマッチング処理を示す説明図である。 繊維配向データのマッチング処理を示すフローチャートである。 解析要素が立体である場合の繊維配向データのマッチング処理を示す説明図である。 射出成型品の形状予測装置の操作画面を示す説明図である。 射出成型品の形状予測装置の解析動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ ＲＯＭ
３ ＲＡＭ
４ データ格納手段
５ データ格納手段
６ データ格納手段
７ 入力装置
８ 出力装置
１０ 操作入力画面
１１ 樹脂流動解析結果ファイルの指定窓
１２ 構造解析用変換メッシュタイプの指定窓
１３ 間引き設定チェックボックス
１４ 解析時間予測表示部
１５ 解析実行ボタン
１６ 解析結果表示画面
１７ 解析結果表示画面
１８ キャンセルボタン
Ａ 樹脂流動解析
Ａ１ 前処理
Ａ２ 動解析
Ａ３ 解析結果出力
Ｂ データ変換
Ｃ 構造解析
Ｃ１ 前処理
Ｃ２ 解析処理
Ｃ３ 解析結果出力
Ｅｆ１〜Ｅｆ１５ 樹脂流動解析要素
Ｅｓ 構造解析要素
Ｎｆ１〜Ｎｆ９ 節点
Ｎｓ１〜Ｎｓ４ 節点
Ｐ１ 構造解析プログラム
Ｐ２ 樹脂流動解析プログラム
Ｐ３ データ変換プログラム

Claims (11)

1. 与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは異なる第２解析に適用し得るように変換するデータ変換器であって、
   各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する手段と、
   前記特定された第１要素群を構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定手段と
   を備えることを特徴とするデータ変換器。
2. 前記設定手段は、
   当該第２要素に対応する第１要素群及び当該第２要素に隣接する１又は複数の他の第２要素に対応する第１要素群をそれぞれ構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定するようになしてある
   請求項１記載のデータ変換器。
3. 前記設定手段は、
   前記各繊維配向データから、各第１要素に繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する手段と、
   当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める手段と、
   得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する手段と、
   隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する手段と
   を具備する請求項２記載のデータ変換器。
4. 繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器であって、
   各繊維配向データを対応する第１要素にそれぞれ設定する手段と、
   請求項１から３のいずれかに記載のデータ変換器と
   を備えることを特徴とする流動解析器。
5. 繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器から出力された各繊維配向データを用いて、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について構造解析を行う構造解析器であって、
   請求項１から３のいずれかに記載のデータ変換器を備え、
   該データ変換器が所要の繊維配向データを用いて当該第２要素に設定した合成ベクトルを加えて、当該第２要素の構造解析を行うようになしてある
   ことを特徴とする構造解析器。
6. コンピュータを、与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは異なる第２解析に適用し得るように変換するデータ変換器として機能させるデータ変換プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する手段、
   前記特定された第１要素群を構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定手段
   として機能させることを特徴とするデータ変換プログラム。
7. 前記設定手段は、前記コンピュータを、
   前記各繊維配向データから、各第１要素ごとに繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する手段、
   当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める手段、
   得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する手段、
   隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する手段
   として機能させる請求項６記載のデータ変換プログラム。
8. コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器として機能させる流動解析プログラムであって、
   前記コンピュータを、各繊維配向データを対応する第１要素にそれぞれ設定する手段として機能させ、
   請求項６又は７に記載のデータ変換プログラムを備える
   ことを特徴とする流動解析プログラム。
9. コンピュータを、繊維強化樹脂を材料とする射出成形品のモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素についてそれぞれ繊維配向データを求める流動解析を行う流動解析器から出力された各繊維配向データを用いて、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について構造解析を行う構造解析器として機能させる構造解析プログラムであって、
   請求項６又は７に記載のデータ変換プログラムを備え、
   前記コンピュータが、前記データ変換プログラムによって所要の繊維配向データを用いて当該第２要素に設定した合成ベクトルを加えて、当該第２要素の構造解析を行うようになしてある
   ことを特徴とする構造解析プログラム。
10. 与えられたモデルを所定サイズに分割してなる複数の第１要素について第１解析を行うことによって各第１要素にそれぞれ設定された繊維配向データを、前記モデルを前記サイズより大きいサイズに分割してなる複数の第２要素について前記第１解析とは異なる第２解析に適用し得るように変換するデータ変換方法であって、
    各第２要素と等価な領域それぞれに含まれる複数の第１要素にて構成される第１要素群をそれぞれ特定する工程と、
    当該第２要素に対応する第１要素群及び当該第２要素に隣接する１又は複数の他の第２要素に対応する第１要素群をそれぞれ構成する各第１要素に設定された各繊維配向データを用いて求めた合成ベクトルを当該第２要素に設定する設定工程と
    を実施することを特徴とするデータ変換方法。
11. 前記設定工程は、
    前記各繊維配向データから、各第１要素ごとに繊維配向のベクトルをそれぞれ取得する工程と、
    当該第１要素群を構成する複数の第１要素に係る前記ベクトルの平均のベクトルを求める工程と、
    得られた平均のベクトルを、当該第１要素群に対応する第２要素を構成する複数の節点にそれぞれ分配する工程と、
    隣接する第２要素にあって共通する節点に分配された複数の平均のベクトルを合成し、得られた合成ベクトルを当該節点に付与する工程と
    を実施する請求項１０記載のデータ変換方法。