JP4747794B2 - Automatic analysis apparatus and automatic analysis method - Google Patents
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本発明は、FEM(Finite Element Method、有限要素法)によって、構造解析を行う自動解析装置及び自動解析方法に関する。 The present invention relates to an automatic analysis apparatus and an automatic analysis method for performing structural analysis by FEM (Finite Element Method).
従来より、例えば車両部品を設計するに際して、当該車両部品が車両に搭載されて、車両が走行した時に加えられる応力等を想定して、当該車両部品の固有振動数、剛性、曲がり特性等を解析することが行われている。 Conventionally, for example, when designing a vehicle part, the natural frequency, rigidity, bending characteristics, etc. of the vehicle part are analyzed assuming the stress applied when the vehicle part is mounted on the vehicle and the vehicle travels. To be done.
この解析処理は、CAD(computer aided design)データを取り込み、当該車両部品の応力の入力点と、固定点と、当該入力点に応力を入力した時の状態を検出する読取点とを指定する。その後、車両部品の3Dデータをメッシュに分割して、境界条件を付加して、読取点での変位量などの解析結果を得る。 In this analysis process, CAD (computer aided design) data is taken in, and a stress input point of the vehicle part, a fixed point, and a reading point for detecting a state when stress is input to the input point are designated. Thereafter, the 3D data of the vehicle part is divided into meshes, boundary conditions are added, and an analysis result such as a displacement amount at the reading point is obtained.
このような解析処理においては、CADデータで表現された車両部品に対して入力点、固定点、読取点と境界条件とを入力していたために、車両部品における寸法を変更した場合には、入力点と固定点と読取点との相対的な関係をそのまま保持した状態となってしまう。これは、車両部品における部位に、当該部位の動作等に基づいた応力の入力点や入力方向等の一定のルールが付加されているためである。また、この一定のルールは、車両部品における寸法を変更する度に、再度設定し直す必要がある。更に、例えばクランクシャフトの設計時において、クランクピンを表す円筒面、クランクジャーナルを表す円筒面、応力入力方向を画面上で指定して、一定のルールが適用される箇所を指定する必要がある。 In such an analysis process, input points, fixed points, reading points, and boundary conditions are input to the vehicle part represented by CAD data. The relative relationship among the point, the fixed point, and the reading point is maintained as it is. This is because certain rules such as an input point and an input direction of stress based on the operation of the part are added to the part in the vehicle part. Further, this certain rule needs to be set again every time the dimensions of the vehicle parts are changed. Furthermore, for example, when designing a crankshaft, it is necessary to designate a cylindrical surface representing a crankpin, a cylindrical surface representing a crank journal, and a stress input direction on the screen, and specify a location where a certain rule is applied.
更に、車両部品の寸法を変更した場合には、入力点にメッシュの節点を設定して入力条件を与える作業と、固定点にメッシュの節点を設定して拘束条件を与える作業と、読取点にメッシュの節点を設定する必要がある。 Furthermore, when the dimensions of the vehicle parts are changed, an operation for setting the mesh node at the input point and giving the input condition, an operation for setting the mesh node at the fixed point and giving the constraint condition, and a reading point It is necessary to set the nodes of the mesh.
ところで、上述した従来の有限要素法を使用した車両部品の解析作業において、設計者によって部品の寸法を変更して、様々な寸法での固有振動数や剛性を得たい場合がある。しかしながら、従来の有限要素法を使用したソフトウェアでは、一部の車両部品の寸法を変更しても、入力点や固定点、読取点等の相対的な位置関係を保持して変更されてしまうため、上述のように新たに入力点、固定点、読取点の指定や条件の付加等の煩雑な作業を行う必要があった。 By the way, in the vehicle component analysis work using the above-described conventional finite element method, there are cases where the designer wants to obtain the natural frequency and rigidity at various dimensions by changing the dimensions of the component. However, in the software using the conventional finite element method, even if the dimensions of some vehicle parts are changed, the relative positional relationship such as the input point, the fixed point, and the reading point is changed and changed. As described above, it is necessary to newly perform complicated operations such as designation of input points, fixed points, reading points, and addition of conditions.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、構造解析対象の寸法を変更した場合であっても、当該構造解析対象の解析結果を簡単に得ることができる自動解析装置及び自動解析方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an automatic analyzer that can easily obtain the analysis result of the structural analysis target even when the dimensions of the structural analysis target are changed. And it aims at providing an automatic analysis method.
本発明は、有限要素法に従って構造解析を行う自動解析装置及び自動解析方法であって、上述の課題を解決するために、構造解析対象の3次元データを取得し、予め入力点、固定点、読取点が設定された3次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法を変更する設計者による操作入力を受け付け、受け付けた構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す3次元データにおける形状を連動して変更し、変更された形状の3次元データから、構造解析対象を表すメッシュを作成し、変更された形状に基づいて予め決定された入力点のルールに従って新たな入力点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された固定点のルールに従って新たな固定点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された読取点のルールに従って新たな読取点の位置を設定し、入力点に印加される応力の設定ルールに従って新たな入力点に印加する応力を設定し、前記構造解析対象の入力点の位置と、前記構造解析対象の固定点の位置と、前記構造解析対象の読取点の位置と、前記入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更し、解析条件に従って、新たな入力点に応力が入力された時の新たな読取点の状態を有限要素法によって解析する。 The present invention is an automatic analysis apparatus and an automatic analysis method for performing structural analysis according to a finite element method, and in order to solve the above-described problems, three-dimensional data to be structurally analyzed is acquired in advance, input points, fixed points, accepting an operation input by a designer to change the size of the site in which is represented by three-dimensional data reading point is set structure analyzed, according to change of size of the site in the accepted structure analyzed, three-dimensional representing the site The shape in the data and the shape in the three-dimensional data representing the part other than the relevant part are changed in conjunction, a mesh representing the structural analysis target is created from the three-dimensional data of the changed shape, and predetermined based on the changed shape new fixed point according to setting the position of the new input points according to the rules of the input point, the modified fixed point rule which is previously determined based on the shape Position Set, to set the position of a new reading point according to the changed shape Based on predetermined reading point rule is applied to a new input point in accordance stress setting rules applied to the input point stress set the analysis conditions including the position of the input point of the structure analyzed, and the position of the structural analysis target fixed point, the position of the reading point of the structure analyzed, and a stress applied to the input point And according to the analysis conditions, the state of the new reading point when the stress is input to the new input point is analyzed by the finite element method.
本発明に係る自動解析装置及び自動解析方法によれば、構造解析対象における部位の寸法が変更された場合には、当該寸法変更に連動して当該部位のみならず他の部位の3次元データも自動的に変更することができると共に、解析条件も自動的に設定し直して、解析結果を簡単に提供することができる。 According to the automatic analysis apparatus and the automatic analysis method of the present invention, when the size of a part in the structural analysis target is changed, not only the part but also three-dimensional data of other parts are linked in conjunction with the change in dimension. In addition to being able to change automatically, the analysis conditions can also be automatically reset to easily provide the analysis results.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明は、例えば図1に示すように構成され、図2に示す処理手順に従って動作する自動解析装置に適用される。この図1に示す自動解析装置は、FEM(Finite Element Method、有限要素法)処理を行って構造解析対象の固有振動数や剛性等の結果を求める自動解析処理部1に、構造解析対象の3次元データであるCAD(computer aided design)データを取得するCADデータ入力部2と、自動解析処理部1による解析結果を出力する結果出力部3と、設計者によって操作される操作入力部4とが接続されている。
The present invention is applied, for example, to an automatic analyzer configured as shown in FIG. 1 and operating according to the processing procedure shown in FIG. The automatic analysis apparatus shown in FIG. 1 performs an FEM (Finite Element Method) process to obtain a result such as a natural frequency or a rigidity of a structural analysis target, and an automatic analysis processing unit 1 for obtaining a structural analysis target 3 A CAD
この自動解析装置は、先ず、構造解析対象となるCADデータが操作入力部4に対する設計者の操作入力によって指定されると、CADデータ入力部2によって該当するCADデータを取得して、自動解析処理部1に供給する。そして、自動解析処理部1は、図示しないディスプレイ等に、CADデータを表示させる。
In this automatic analysis device, first, when CAD data to be subjected to structural analysis is designated by a designer's operation input to the operation input unit 4, the CAD
このCADデータは、設計用のテンプレートデータであって、FEM解析に必要な位置情報等の情報が組み込まれている。これによって、自動解析装置は、CADデータを記憶したサーバ装置等から、CADデータと、当該CADデータに含まれる解析必要情報を入力して自動解析処理部1に供給する。 This CAD data is template data for design and incorporates information such as position information necessary for FEM analysis. As a result, the automatic analysis apparatus inputs CAD data and necessary analysis information included in the CAD data from a server apparatus or the like that stores the CAD data, and supplies the CAD data to the automatic analysis processing unit 1.
自動解析処理部1は、CADデータと、解析必要情報とを取得すると、FEM解析処理を行って、構造解析対象の固有振動数や剛性等を求めて、結果出力部3で表示等をさせる。このFEM解析処理は、操作入力部4の操作に応じて、構造解析対象の入力点、固定点及び読取点が設定されると共に、当該各点が設定された構造解析対象を有限個のメッシュに分割し、境界条件が設定されると、当該入力点に応力が印加された時の読取点での応力、変位等を求める処理である。このとき、各メッシュには、構造解析対象の板厚、ヤング率、質量、密度等の材料特性が設定されているものとする。これにより、構造解析対象の剛性等を求めることができるものである。また、このFEM解析処理は、構造解析対象の入力点に、応力及び振動数が印加されることが操作入力部4の操作によって指定されたときに、読取点で振動数を求めることもできる。
When the automatic analysis processing unit 1 acquires CAD data and analysis necessary information, the automatic analysis processing unit 1 performs FEM analysis processing, obtains the natural frequency, rigidity, and the like of the structural analysis target, and causes the
ところで、構造解析対象の設計時においては、同じ種類の構造解析対象であっても、要求性能等を実現するための最適な寸法を求める必要がある。このためには、様々な寸法ごとにFEM解析をして、比較する作業が必要となる。これに対し、自動解析処理部1は、設計者が操作入力部4を操作して構造解析対象の寸法変更を指示した場合に、当該指示を反映したFEM解析の処理結果を自動で求めて提示するものである。 By the way, at the time of designing the structural analysis target, it is necessary to obtain an optimum dimension for realizing the required performance even if the structural analysis target is the same type. For this purpose, it is necessary to perform an FEM analysis for each of various dimensions for comparison. On the other hand, when the designer operates the operation input unit 4 to instruct the dimensional change of the structural analysis target, the automatic analysis processing unit 1 automatically obtains and presents the processing result of the FEM analysis reflecting the instruction. To do.
自動解析処理部1は、設計者がFEM解析を行う構造解析対象の寸法を変更するときに、図2に示すような処理を行う。以下、自動解析処理部1の処理について説明するが、この処理は、図3(A)に示すように、構造解析対象を、クランクピン101とクランクアーム102A、102Bとクランクジャーナル103A、103Bとからなるクランクシャフトとし、当該クランクシャフトの曲げ剛性をFEM解析によって求める場合について説明する。また、この処理は、当該クランクシャフトを表すCADデータ内であって、クランクピン101の図中縦方向の上端に入力点11が設定され、クランクジャーナル103A、103Bの図中縦方向の下端に固定点12A、12Bがそれぞれ設定され、クランクピン101の図中縦方向の下端に読取点13が設定されている状態で、クランクシャフトの寸法変更が行われた場合について説明する。
The automatic analysis processing unit 1 performs processing as shown in FIG. 2 when the designer changes the dimension of the structural analysis target for FEM analysis. Hereinafter, the processing of the automatic analysis processing unit 1 will be described. In this processing, as shown in FIG. 3A, the structural analysis target is divided into the
自動解析処理部1は、図2のステップS1において、クランクシャフトの寸法を変更する操作入力信号を入力する。例えば、自動解析処理部1は、操作入力部4から、図3(A)のようにクランクピン101の横幅寸法がAである状態から、図3(B)のようにクランクピン101の横幅寸法をBに変更することを示す操作入力信号を入力する。
The automatic analysis processing unit 1 inputs an operation input signal for changing the dimensions of the crankshaft in step S1 of FIG. For example, the automatic analysis processing unit 1 starts from the operation input unit 4 in a state where the lateral width dimension of the
次に、自動解析処理部1は、ステップS2において、ステップS1で入力した操作入力信号に従って、CADデータで表現されているクランクピン101の形状を、横幅寸法BとなるようにCADデータを変更する。
Next, in step S2, the automatic analysis processing unit 1 changes the CAD data so that the shape of the
このとき、自動解析処理部1は、CADデータの解析必要情報のうち、クランクピン101の位置情報をIDによって識別し、当該識別された位置情報を、変更された寸法の位置情報に変更する。これによって、クランクピン101の横幅寸法をAからBに変更すると共に、クランクピン101の縦寸法を小さくし、且つクランクピン101の縦寸法を小さくする。このとき、自動解析処理部1は、クランクピン101の横幅寸法に対するクランクピン101の縦寸法との関係(寸法比率)を定義したルールと、クランクピン101の横幅寸法に対するクランクジャーナル103A、103Bの縦寸法との関係(寸法比率)を定義したルールとに従って、クランクピン101の横幅寸法の変更に連動して、クランクピン101及びクランクジャーナル103A、103Bの縦寸法を変更する。
At this time, the automatic analysis processing unit 1 identifies the position information of the
このように、自動解析処理部1は、操作入力部4の操作による寸法変更と連動して、クランクピン101の3次元形状を自動的に定義する。
As described above, the automatic analysis processing unit 1 automatically defines the three-dimensional shape of the
次に自動解析処理部1は、ステップS3において、ステップS2で寸法変更されたCADデータを、メッシュに分割する処理を行う。ここで、寸法変更がされた後のメッシュには、寸法変更前の材料特性等をそのまま適用する。 Next, in step S3, the automatic analysis processing unit 1 performs processing for dividing the CAD data whose dimensions have been changed in step S2 into meshes. Here, the material characteristics before the dimension change and the like are applied to the mesh after the dimension change.
次に自動解析処理部1は、ステップS4において、ステップS3で作成されたメッシュに対して、境界条件を設定する。このとき、自動解析処理部1は、クランクシャフトを構成するクランクピン101に設定される入力点のルールと、クランクジャーナル103A、103Bに設定される固定点のルールと、クランクピン101に設定される読取点のルールとに従って、クランクピン101の幅方向における中心位置であってクランクピン101の上端に新たな入力点11’を設定すると共に、クランクピン101の幅方向における中心位置であってクランクピン101の下端に新たな固定点12A’、12B’を設定する。
Next, in step S4, the automatic analysis processing unit 1 sets boundary conditions for the mesh created in step S3. At this time, the automatic analysis processing unit 1 is set to the input point rule set to the
クランクシャフトの場合、入力点を設定するルールは、クランクピン101の上端であって幅方向の中心位置に設定することであり、固定点を設定するルールは、クランクジャーナル103A、103Bの下端であって幅方向の中心位置に設定することであり、読取点を設定するルールは、クランクピン101の下端であって幅方向の中心位置に設定することである。
In the case of a crankshaft, the rule for setting the input point is to set the upper end of the
また、このステップS4において、自動解析処理部1は、入力点11’に印加する応力又は変位量を設定する。この応力の設定ルールは、図4(A)示すように設定された入力点11’に、図4(B)に示すように、寸法変更前において設定されていた入力点11と同じ応力又は変位量を設定するものである。
In step S4, the automatic analysis processing unit 1 sets the stress or displacement applied to the input point 11 '. The stress setting rule is that the
次に自動解析処理部1は、ステップS5において、入力点11’に、応力又は変位量が印加された場合の、読取点13’における応力又は変位量を求めるFEM解析を行い、ステップS6において、FEM解析の解析結果を結果出力部3で表示等できる。
Next, in step S5, the automatic analysis processing unit 1 performs FEM analysis to obtain the stress or displacement amount at the reading point 13 ′ when the stress or displacement amount is applied to the
以上詳細に説明したように、本発明を適用した自動解析装置によれば、設計者によってクランクシャフトの部位のうち、クランクピン101の横幅寸法が変更された場合であっても、当該寸法変更に連動してクランクピン101のみならずクランクジャーナル103A、103BのCADデータも自動的に変更することができると共に、境界条件も自動的に設定し直して、FEM解析結果を提供することができる。
As described in detail above, according to the automatic analyzer to which the present invention is applied, even if the width of the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 自動解析処理部
2 CADデータ入力部
3 結果出力部
4 操作入力部
11 入力点
12 固定点
13 読取点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic
Claims (2)
構造解析対象の3次元データを取得する手段と、
前記3次元データで表現され、予め入力点、固定点、読取点が設定された構造解析対象における部位の寸法を変更する設計者による操作入力を受け付ける手段と、
前記受け付けた構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す3次元データにおける形状を連動して変更する手段と、
前記変更された形状の3次元データから、前記構造解析対象を表すメッシュを作成する手段と、
変更された形状に基づいて予め決定された入力点のルールに従って新たな入力点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された固定点のルールに従って新たな固定点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された読取点のルールに従って新たな読取点の位置を設定し、前記入力点に印加される応力の設定ルールに従って新たな入力点に印加する応力を設定し、前記構造解析対象の入力点の位置と、前記構造解析対象の固定点の位置と、前記構造解析対象の読取点の位置と、前記入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更する手段と、
前記解析条件に従って、前記新たな入力点に応力が入力された時の前記新たな読取点の状態を有限要素法によって解析する手段と
を備えることを特徴とする自動解析装置。 An automatic analyzer that performs structural analysis according to the finite element method,
Means for obtaining three-dimensional data to be analyzed;
Means for receiving an operation input by a designer that is expressed by the three-dimensional data and changes the size of a part in a structural analysis target in which an input point, a fixed point, and a reading point are set in advance ;
Means for interlockingly changing the shape in the three-dimensional data representing the part and the shape in the three-dimensional data representing other than the part according to the change in the dimension of the part in the received structural analysis target;
Means for creating a mesh representing the structural analysis object from the three-dimensional data of the changed shape;
Set the position of a new input point according to the rule of the input point predetermined based on the changed shape, and set the position of the new fixed point according to the rule of the fixed point predetermined based on the changed shape Then , the position of a new reading point is set according to the rule of the reading point determined in advance based on the changed shape, and the stress to be applied to the new input point is set according to the setting rule of the stress applied to the input point. And changing the analysis conditions including the position of the input point of the structural analysis target, the position of the fixed point of the structural analysis target, the position of the reading point of the structural analysis target, and the stress applied to the input point Means to
An automatic analysis apparatus comprising: means for analyzing, by a finite element method, the state of the new reading point when stress is input to the new input point according to the analysis condition.
データ入力部が、構造解析対象の3次元データを取得するステップと、
操作入力部が、予め入力点、固定点、読取点が設定された前記3次元データで表現された構造解析対象における部位の寸法を変更する設計者による操作入力を受け付けるステップと、
自動解析処理部が、前記操作入力部により受け付けた構造解析対象における部位の寸法の変更に従って、当該部位を表す三次元データにおける形状及び当該部位以外を表す3次元データにおける形状を連動して変更するステップと、
前記自動解析処理部が、前記変更された形状の3次元データから、前記構造解析対象を表すメッシュを作成するステップと、
前記自動解析処理部が、変更された形状に基づいて予め決定された入力点のルールに従って新たな入力点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された固定点のルールに従って新たな固定点の位置を設定し、変更された形状に基づいて予め決定された読取点のルールに従って新たな読取点の位置を設定し、前記入力点に印加される応力の設定ルールに従って新たな入力点に印加する応力を設定し、前記構造解析対象の入力点の位置と、前記構造解析対象の固定点の位置と、前記構造解析対象の読取点の位置と、前記入力点に印加される応力とを含む解析条件を変更するステップと、
前記自動解析処理部が、前記解析条件に従って、前記新たな入力点に応力が入力された時の前記新たな読取点の状態を有限要素法によって解析するステップと
を備えることを特徴とする自動解析方法。 An automatic analysis method for performing structural analysis according to the finite element method,
A data input unit acquiring three-dimensional data to be structurally analyzed;
Operation input section includes a step of accepting previously input point, fixed point, an operation input by a designer to change the size of the site in the reading point structure analyzed expressed in the three-dimensional data set,
The automatic analysis processing unit changes the shape in the three-dimensional data representing the part and the shape in the three-dimensional data representing the part other than the part according to the change in the size of the part in the structural analysis target received by the operation input unit. Steps,
The automatic analysis processing unit creating a mesh representing the structural analysis object from the three-dimensional data of the changed shape;
The automatic analysis processing unit sets a position of a new input point according to a rule of an input point determined in advance based on the changed shape, and newly sets in accordance with a rule of a fixed point determined in advance based on the changed shape. set the position of the Do fixed point, to set the position of a new reading point according to the changed shape based on predetermined reading point rules, the new input in accordance with the setting rules for the stress applied to the input point The stress applied to the point is set, the position of the input point of the structural analysis target, the position of the fixed point of the structural analysis target, the position of the reading point of the structural analysis target, and the stress applied to the input point Changing analysis conditions including: and
Automatic the automatic analyzing process unit, which according to the analysis conditions, characterized in that it comprises a steps of analyzing the state of the new read point when the stress is input to the new input point by the finite element method analysis method.
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