JP4947298B2 - 有限要素モデルの作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、裏面に構造物のある部品の有限要素モデルの作成方法に関するものである。

従来、この種の技術としては特許文献１に記載のものがあった。
これは、意匠部の２次元断面形状の外形ラインを作成し、次に、リブピッチに基づきリブ部の節点を作成すると共にその節点を用いて要素を作成し、その後、上記外形ラインとリブ要素とを組合わせ、リブ部の要素サイズに合わせて意匠部を要素に分解して有限要素モデルを作成する、というものである。

特開平５−１５９０２７号公報

しかしながら上記従来技術では、リブ間のピッチ等を人的に入力する等、多くの人的作業が発生するもので、裏面に構造物のある部品の有限要素モデルを効率よく作成することは不可能であった。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、裏面に構造物のある部品の有限要素モデルを効率よく作成できる有限要素モデルの作成方法を提供することを課題とする。

上記課題は、有限要素モデルの作成方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に対応する発明であり、（２）項が請求項２に対応する発明である。

（１）金型を用いて成形される、裏面に構造物のある部品の形状データに基づいてその部品の有限要素モデルをコンピュータがプログラムを実行して作成する方法であって、前記プログラムの実行により、前記金型からの抜き角度と方向が予め前記コンピュータにその入力部から指定された前記部品を前記プログラムの実行による平面に投影し、この平面に投影できた面を第１の面群と定義してマスキングし、投影できなかった面を第２の面群として定義し、前記第２の面群の角度が前記抜き角度と同じであれば前記第２の面群の、第１の面群との接続線を定義し、この接続線が定義された第２の面群に要素を生成し、前記接続線を拘束線として前記第１の面群に要素を生成する、ことを特徴とする有限要素モデルの作成方法。
金型を用いて成形される、裏面に構造物のある部品としては、射出成形部品が典型例として挙げられる。
部品の形状データは、部品の３次元形状が得られるデータであればそのいずれでもよく、ＣＡＤ（Computer Aided Design）による形状データが適例である。様々な形式（フォーマット等）の形状データに即時に対応できるように、部品を平面に投影する前にデータ形式の変換を行ってもよい。
第２の面群、第１の面群への要素の生成は、公知の方法によってなされる。
なお、金型からの抜き角度と角度が同じでなかった第２の面群については、本発明方法で得られた有限要素モデルに対して手動で要素を生成する。同上抜き角度と同じでなかった第２の面群が複数ある場合には、それら個々の第２の面群について同様に手動で要素を生成する。
（２）前記投影が前記部品の裏面側からなされた場合には、前記プログラムの実行により、前記第１の面群は前記部品の厚みがオフセット値として与えられて定義されることを特徴とする（１）項に記載の有限要素モデルの作成方法。
部品の厚みは、部品の投影方向の寸法（裏面の構造物部分を除く）を指す。

本発明によれば、金型からの抜き角度、方向を指定するだけで、自動的に部品の第１の面群を取り出せ、かつ、取り出した第１の面群と裏面の構造物（第２の面群）との連続性を確保できるので、裏面に構造物のある部品の有限要素モデルを効率よく作成できる。
なお、金型からの抜き角度と角度が同じでない第２の面群については手動でその要素を生成するので、有限要素モデルの作成を全自動で行うものではないが、そのような第２の面群を除いては有限要素モデルの作成を自動的に行う。したがって、様々な部品の有限要素モデルの作成につき、従来方法に比べてその効率を著しく高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による有限要素モデルの作成方法の一実施形態を示すフローチャートである。
本発明は、金型を用いて成形される、裏面に構造物のある部品の形状データに基づいて、その部品の有限要素モデルを作成する方法であり、本実施形態では、部品は射出成形部品であって、その形状データは予め用意されている。
部品としては、板厚が概ね一定で、かつ、板厚に比べて全体サイズが大きい、自由曲面で構成された意匠部品、例えば自動車のインパネやバンパ等が適例である。このような部品は、取付けや剛性確保のためのリブやボス等が裏面に設定されている。

図１から分かるように、本実施形態では、実際の処理（コンピュータによる自動処理：ステップ１０２〜１０７）に先立って、部品の金型からの抜き角度と方向が人的作業によって指定される（ステップ１０１）。
本実施形態のモデル作成の対象は、金型に樹脂を注入して成形される部品であるので、脱型を考慮して抜き方向が規定されており、その抜き角度と方向が予め指定される。

ステップ１０２では、前ステップ１０１で指定した角度と方向に部品を平面上に投影する。
図２は本ステップ１０２における部品（一部のみ図示）の投影の様子を示す斜視図で、部品２１は矢印アで示す角度、方向で平面２２に投影される。図中２３は投影された部品面を示す。なお、図２中の２４〜２６は部品２１の裏面の構造物（リブやボス等）である。構造物２４は起立部２４ａと折曲部２４ｂとからなる。
ステップ１０３では、投影できた面（部品面２３）を意匠面（第１の面群）と定義してマスキングする。
ステップ１０４では、投影できなかった面（リブやボス等の構造物２４〜２６）を構造面（第２の面群）として定義する。
ステップ１０５では、構造面の角度と上記抜き角度とを比較し、それらが同角度であれば構造面の、意匠面との接続線を定義する。
図３中、３１は上記意匠面、３４〜３６は本ステップ１０５において定義された接続線を示す。

ステップ１０６では、該当する構造面（接続線が定義された個々の構造面）に要素を生成、つまりメッシュを作成する。
図４中の４４ａ，４５，４６は、上掲ステップ１０４において定義された上記構造物（起立部）２４ａ、構造物２５，２６についての構造面を示す。図４において、構造面４４ａ，４５，４６には、本ステップ１０６において生成された要素（メッシュで示す）が描画されている。なお、図２に示す構造物（折曲部）２４ｂは、上記抜き角度と同角度ではないので、その要素は本ステップ１０６において生成されない。
ステップ１０７では、構造面４４ａ，４５，４６の、意匠面３１との接続線３４〜３６を拘束線として、すなわちメッシュが必ず接続線３４〜３６と重なるように、意匠面３１に要素を生成（メッシュを作成）する。図５に、本ステップ１０７において意匠面３１に要素が生成された様子を示す。

ここで、構造物（起立部）２４ａ、構造物２５，２６についての構造面４４ａ，４５，４６に対しては、ステップ１０６において要素の生成が済んでいる。したがって、本ステップ１０７の処理後においては、図５に図４が重ねられた形態の要素の生成、換言すれば、上記抜き角度と同角度でなかった構造面（本実施形態では構造面４４ｂ）に対する要素の生成を除く全ての面について、要素の生成が終了したことになる。これは、本実施形態に係る有限要素モデルの作成方法の終了を意味する。
なお、ステップ１０６，１０７におけるメッシュの作成は、公知の方法、例えばアルテアエンジニアリング社製、有限要素解析プリポストシステム「ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ」（商品名）における自動メッシュ作成機能（方法）等によってなされる。

ステップ１０８では、抜き角度と同角度でなかった構造面の各々、本実施形態では構造面４４ｂのみ、について、人的作業によって個別に要素を生成し、有限要素モデルの作成の全手順を終了する。

なお図２に示す例では、投影を部品２１の裏面側から行い、これにより投影できた面を便宜上、意匠面と定義している（上掲ステップ１０２，１０３参照）。意匠面自体の形状（投影形状）は、投影を部品２１の裏面側から行っても表面側から行っても同様であるが、真の意匠面は、部品２１の表面側の面である。したがって、ステップ１０２における投影を部品２１の裏面側から行った場合には、ステップ１０３における意匠面３１（図３参照）は部品２１の厚み、つまり部品２１の投影方向の寸法（裏面の構造物２４〜２６部分を除く）がオフセット値として与えられて定義（真の意匠面が定義）される。

上述した実施形態によれば、ステップ１０１，１０８を除いて全て（ステップ１０２〜１０７）をコンピュータにより自動処理可能であるので、従来技術における人的作業の殆どが不要となる。したがって、裏面に構造物２４〜２６のある部品２１についても、その裏面の構造物２４〜２６との連続性を確保した有限要素モデルを高効率で作成できる。
また、抜き角度と同角度でなかった構造面の各々、すなわちステップ１０６で要素を生成できなかった構造面、本実施形態では図６中の構造面４４ｂ、については、人的作業によって個別に要素を生成（メッシュを作成）するようにしたので、本実施形態を汎用性の高い有限要素モデルの作成方法として提供できる。

図７は、上述実施形態が適用された装置の一例を示すブロック図である。
この図から分かるように、装置は、コンピュータを構成する演算処理部７１、入力部７２、表示部７３及び外部記憶部７４と、外部記憶部７４に格納された上述実施形態の実行用プログラムとを備えてなる。図示するように、入力部７２、表示部７３及び外部記憶部７４は、演算処理部７１に接続されている。

ここで、入力部７２は、操作者が手動で初期値等のデータを演算処理部７１に入力したり、演算処理部７１に指令を与えて上記プログラムを実行させる等、所望の処理をさせる装置部である。図１に示す実施形態において、入力部７２により手動で入力するデータとしては、ステップ１０１における抜き角度と方向や、ステップ１０８における要素の生成ためのデータ等が挙げられる。
表示部７３は、演算処理部７１によるプログラムの実行結果等、種々の処理結果を表示する装置部である。図１に示す実施形態においては、表示部７３は作成された有限要素モデル等を表示する。この表示部７３は、入力部７２によって入力したデータ、指令の入力確認用の表示も行う。
外部記憶部７４は、上記プログラムや処理対象となる部品２１（図２参照）の形状データ等が格納された装置部である。

このような構成において、演算処理部７１は、入力部７２からの指令により、同入力部７２により入力されたデータや外部記憶部７４に格納されたプログラム、データを読み込んで図１に示す処理を実行し、部品２１の有限要素モデルを表示部７３に表示させる。
なお、上記形状データはＣＡＤやＣＡＥからオンラインでコンピュータに与えるようにしてもよい。

本発明による有限要素モデルの作成方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図１中のステップ１０２における部品の投影の様子を示す斜視図である。 図１中のステップ１０５において定義された接続線を示す図である。 図１中のステップ１０４において定義された構造物についての構造面を示す図である。 図１中のステップ１０７において意匠面に要素が生成された様子を示す図である。 図１中のステップ１０８において人的作業によって要素が生成された様子を示す図である。 本発明方法が適用された装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

２１：部品、２２：平面、２３：部品面、２４〜２６：部品裏面の構造物、３１：意匠面（第１の面群）、３４〜３６：接続線（拘束線）、４４ａ，４４ｂ，４５，４６：構造面（第２の面群）。

Claims (2)

1. 金型を用いて成形される、裏面に構造物のある部品の形状データに基づいてその部品の有限要素モデルをコンピュータがプログラムを実行して作成する方法であって、
   前記プログラムの実行により、
   前記金型からの抜き角度と方向が予め前記コンピュータにその入力部から指定された前記部品を前記プログラムの実行による平面に投影し、この平面に投影できた面を第１の面群と定義してマスキングし、投影できなかった面を第２の面群として定義し、前記第２の面群の角度が前記抜き角度と同じであれば前記第２の面群の、第１の面群との接続線を定義し、この接続線が定義された第２の面群に要素を生成し、前記接続線を拘束線として前記第１の面群に要素を生成する、
   ことを特徴とする有限要素モデルの作成方法。
2. 前記投影が前記部品の裏面側からなされた場合には、
   前記プログラムの実行により、前記第１の面群は前記部品の厚みがオフセット値として与えられて定義されることを特徴とする請求項１に記載の有限要素モデルの作成方法。

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