JP4952485B2 - Deformation simulation method for flexible tube - Google Patents

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Description

本発明は、可撓管の変形シミュレーション方法に関する。   The present invention relates to a deformation simulation method for a flexible tube.

自動車のエンジンルームには、流体を輸送するためのホース(以下可撓管という)、例えば、空調装置に対する空気の輸送を行う可撓管、あるいは、パワーステアリング装置に対する油圧供給用の可撓管が組み込まれている。
近年、エンジンルームの高密度化が進み、可撓管と他の部品や構造物との間のクリアランスが狭くなる傾向にあることから、可撓管をエンジンルームに組み付けた状態での可撓管の軌跡、すなわち、変形挙動を設計段階で正確に把握することが重要となっている。
そのため、CADソフトを用いることによって可撓管の軌跡をスプライン曲線、直線、円弧などの単純化された幾何学形状の組み合わせに基づいて作図している。
ところが、このような幾何学形状の組み合わせによって再現された可撓管の軌跡は、その再現にあたって可撓管の材料特性などが考慮されていないことから、実際にエンジンルームに組み付けた可撓管の軌跡と異なることが多く、可撓管が他の部材や構造物に干渉してしまうおそれがあった。
そこで、可撓管の軌跡を有限要素法を用いて解析する技術が提案されている(特許文献1、2参照)。
特開平3−108070 特開平5−216920
In an engine room of an automobile, a hose (hereinafter referred to as a flexible tube) for transporting fluid, for example, a flexible tube for transporting air to an air conditioner, or a flexible tube for supplying hydraulic pressure to a power steering device is provided. It has been incorporated.
In recent years, the density of the engine room has been increased, and the clearance between the flexible pipe and other parts and structures tends to be narrowed. Therefore, the flexible pipe in a state where the flexible pipe is assembled in the engine room. It is important to accurately grasp the trajectory, that is, the deformation behavior at the design stage.
Therefore, by using CAD software, the trajectory of the flexible tube is drawn based on a combination of simplified geometric shapes such as spline curves, straight lines, and arcs.
However, the trajectory of the flexible tube reproduced by such a combination of geometric shapes does not take into account the material characteristics of the flexible tube in the reproduction, so the flexible tube actually assembled in the engine room is not considered. The trajectory is often different, and the flexible tube may interfere with other members and structures.
Therefore, techniques for analyzing the trajectory of the flexible tube using a finite element method have been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
JP-A-3-108070 JP-A-5-216920

しかしながら、上述した従来技術では、実際に製造された可撓管を用いてねじり剛性や曲げ剛性の実測データを得るとともに、それら実測データを用いて解析を行うため、予め可撓管の現物が必要となり、設計の効率化や低コスト化を図る上で不利があった。
また、可撓管を中実のソリッド要素、あるいは、梁要素として要素分解して解析しているため、可撓管内部に流体の圧力が作用することで生じる可撓管の伸びや振れを含む変形挙動を解析結果に反映することができず、使用状態における可撓管の変形挙動を正確に得ることができない不利があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計効率の向上、設計コストの低減を図りつつ、可撓管の変形挙動を正確に再現する上で有利な可撓管の変形シミュレーション方法を提供することにある。
However, in the above-described prior art, actual torsional rigidity and bending rigidity are obtained using an actually manufactured flexible tube, and analysis is performed using the actual measurement data. Therefore, there is a disadvantage in improving the efficiency of design and reducing the cost.
In addition, since the flexible tube is analyzed as a solid solid element or a beam element, the flexible tube is expanded and shaken due to the fluid pressure acting inside the flexible tube. The deformation behavior cannot be reflected in the analysis result, and there is a disadvantage that the deformation behavior of the flexible tube in the use state cannot be obtained accurately.
The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to improve the design efficiency and reduce the design cost, and is advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube. It is to provide a deformation simulation method of a flexible tube.

上記目的を達成するために本発明は、可撓管の両端が構造物に取り付けられた状態における前記可撓管の変形挙動を有限要素法によりコンピュータを用いて解析する可撓管の変形シミュレーション方法であって、前記コンピュータは、操作者による操作入力を受け付ける入力手段と、有限要素法による解析処理を行う解析手段と、データの出力を行う出力手段とを備え、操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の形状を示す形状データを前記解析手段に与える形状データ入力ステップと、前記解析手段が前記形状データに基づいて前記可撓管を要素分割し複数の要素と複数の節点を設定することで構造データを生成する構造データ生成ステップと、操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の材料特性を示す材料特性データを前記解析手段に設定する材料特性設定ステップと、操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の拘束条件を示す拘束条件データを前記解析手段に設定する拘束条件設定ステップと、操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の両端を前記構造物に取り付ける際の前記両端の移動量および位置を定義する境界条件を示す境界条件データを前記解析手段に設定する境界条件設定ステップと、前記解析手段が、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データと前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データと前記境界条件設定ステップで設定された境界条件データとに基づいて有限要素法による計算を行い、前記可撓管の両端が前記構造物に取り付けられた状態で前記可撓管の内周面に前記圧力が作用しない無負荷状態での変形挙動を示す第1のデータを出力する第1のデータ出力ステップと、操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の内周面に作用する圧力を示す圧力データを前記解析手段に設定する圧力設定ステップと、前記解析手段が、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データと前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データと前記境界条件設定ステップで設定された境界条件データと前記圧力設定ステップで設定された圧力に基づいて有限要素法による計算を行い、前記可撓管の両端が前記構造物に取り付けられた状態で前記可撓管の内周面に前記圧力が作用した負荷状態での変形挙動を示す第2のデータを出力する第2のデータ出力ステップとを含むことを特徴とする。   To achieve the above object, the present invention provides a deformation simulation method for a flexible tube, wherein the deformation behavior of the flexible tube in a state where both ends of the flexible tube are attached to a structure is analyzed by a finite element method using a computer. The computer includes an input unit that receives an operation input by an operator, an analysis unit that performs an analysis process using a finite element method, and an output unit that outputs data. A shape data input step for giving shape data indicating the shape of the flexible tube to the analysis means by performing operation input, and the analysis means divides the flexible tube into elements based on the shape data, and a plurality of elements A structure data generation step for generating structure data by setting a plurality of nodes, and the operator can perform the operation by performing an operation input to the input means. A material property setting step for setting material property data indicating a material property of a tube in the analysis unit; and constraint condition data indicating a constraint condition of the flexible tube by an operator performing an operation input on the input unit. A constraint condition setting step set in the analysis means, and an amount of movement and a position of the both ends when the operator attaches both ends of the flexible tube to the structure by performing an operation input to the input means. A boundary condition setting step for setting boundary condition data indicating boundary conditions to be set in the analysis means; and the structure data generated by the analysis means in the structure data generation step and the material characteristic data set in the material characteristic setting step. And the constraint condition data set in the constraint condition setting step and the boundary condition data set in the boundary condition setting step First data showing a deformation behavior in a no-load state in which the pressure does not act on the inner peripheral surface of the flexible tube in a state where both ends of the flexible tube are attached to the structure by performing calculation by an elementary method And a pressure for setting pressure data indicating pressure acting on the inner peripheral surface of the flexible tube when the operator performs an operation input to the input means in the analysis means. A setting step; and the analysis means includes the structure data generated in the structure data generation step, the material property data set in the material property setting step, the constraint condition data set in the constraint condition setting step, and the boundary condition Based on the boundary condition data set in the setting step and the pressure set in the pressure setting step, calculation is performed by a finite element method, and both ends of the flexible tube are attached to the structure. And a second data output step of outputting second data indicating a deformation behavior in a loaded state in which the pressure is applied to the inner peripheral surface of the flexible tube in a cut state.

本発明によれば、可撓管の両端が構造物に取り付けられた状態で可撓管の内周面に圧力が作用しない無負荷状態での変形挙動を示す第1のデータと、可撓管の内周面に圧力が作用した負荷状態での変形挙動を示す第2のデータとを得るようにしたので、可撓管内部に流体の圧力が作用することで生じる可撓管の変形挙動を解析結果に反映することができ、使用状態における可撓管の変形挙動を正確に得ることができる。   According to the present invention, the first data indicating the deformation behavior in the no-load state in which the pressure does not act on the inner peripheral surface of the flexible tube when both ends of the flexible tube are attached to the structure, and the flexible tube Since the second data indicating the deformation behavior in a load state where pressure is applied to the inner peripheral surface of the flexible tube is obtained, the deformation behavior of the flexible tube caused by the fluid pressure acting on the inside of the flexible tube is obtained. This can be reflected in the analysis result, and the deformation behavior of the flexible tube in the use state can be obtained accurately.

次に、本発明の実施の形態による可撓管の変形シミュレーション方法について図面を参照して説明する。
図1は本発明方法を実行するために使用されるコンピュータ10の構成を示すブロック図、図2はコンピュータ10の機能ブロック図である。
まず、本発明方法を実行するコンピュータコンピュータ10について説明する。
図1に示すように、コンピュータ10は、CPU12と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたROM14、RAM16、ハードディスク装置18、ディスク装置20、キーボード22、マウス24、ディスプレイ26、プリンタ28などを有している。
ROM14は制御プログラムなどを格納し、RAM16はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置18は本発明に係る可撓管の変形シミュレーション方法を実現するための解析プログラムを格納している。
ディスク装置20はCDやDVDなどの記録媒体に対してデータの記録および/または再生を行うものである。
キーボード22およびマウス24は、操作者による操作入力を受け付けるものであり、入力手段10A(図2)を構成するものである。
ディスプレイ26はデータを表示出力するものであり、プリンタ28はデータを印刷出力するものであり、ディスプレイ26およびプリンタ28によってデータを出力する出力手段10C(図2)が構成されている。
Next, a flexible tube deformation simulation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a computer 10 used for executing the method of the present invention, and FIG. 2 is a functional block diagram of the computer 10.
First, the computer 10 that executes the method of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, a computer 10 includes a CPU 12, a ROM 14, a RAM 16, a hard disk device 18, a disk device 20, a keyboard 22, a mouse 24, a display 26, and a printer connected via an interface circuit (not shown) and a bus line. 28 and so on.
The ROM 14 stores a control program and the like, and the RAM 16 provides a working area.
The hard disk device 18 stores an analysis program for realizing the flexible tube deformation simulation method according to the present invention.
The disk device 20 records and / or reproduces data on a recording medium such as a CD or a DVD.
The keyboard 22 and the mouse 24 receive an operation input by the operator, and constitute the input means 10A (FIG. 2).
The display 26 displays and outputs data, and the printer 28 prints and outputs data. The display 26 and the printer 28 constitute output means 10C (FIG. 2).

図2に示すように、コンピュータ10は、機能的には、入力手段10A、解析手段10B、出力手段10Cを含んで構成されている。
入力手段10Aは、操作者による操作入力を受け付けることにより、可撓管を有限要素法によって解析するにあたって必要なデータを入力するものであり、それらデータについては後述する。
解析手段10Bは、入力手段10Aによって入力されたデータに基づいて有限要素法による解析処理を行うものであり、図1に示すハードディスク装置18に格納されている解析プログラムがRAM16にロードされ、CPU12が解析プログラムに基づいて動作することで実現される。
出力手段10Cは、解析手段10Bによる計算結果から構成されるデータを出力するものである。
As shown in FIG. 2, the computer 10 functionally includes an input means 10A, an analysis means 10B, and an output means 10C.
The input unit 10A receives operation input by an operator and inputs data necessary for analyzing the flexible tube by the finite element method, which will be described later.
The analysis means 10B performs analysis processing by the finite element method based on the data input by the input means 10A. The analysis program stored in the hard disk device 18 shown in FIG. This is realized by operating based on an analysis program.
The output means 10C outputs data composed of the calculation results by the analysis means 10B.

次に、本発明方法によって解析される可撓管について説明する。
図3(A)は可撓管40の正面図、(B)は可撓管40の側面図である。
なお、本実施の形態では、可撓管40が、自動車のエンジンルームに組み付けられ流体を輸送するものである場合について説明する。
図3(A)、(B)に示すように、可撓管40は、可撓性を有する材料によって筒状に構成され、内部に流体を輸送するための内部空間Sが形成されており、本実施の形態では、可撓管40は円筒状を呈している。
可撓管40は長手方向の両端40A、40Bがそれぞれエンジンルーム内の取り付け箇所にそれぞれ取り付けられることでエンジンルームに組み付けられる。
本実施の形態では、図3(A)に示すように、可撓管40は、チューブ層42と、補強部材44と、カバー層46とを備えている。
チューブ層42は内部空間Sに臨んで円筒壁状に形成され、内部空間Sを輸送される流体をチューブ層42の外側に漏らさない材料、例えば、ゴムなどで形成されている。
補強部材44は、チューブ層42の強度を補強するためにチューブ層42に設けられている。本実施の形態では、補強部材44は、図中二点鎖線で示すように、チューブ層42の厚さ方向(半径方向)の内部において可撓管40の長手方向および周方向にわたって円筒状をなすように埋め込まれている。
カバー層46は、チューブ層42の外周面を覆うように円筒壁状に設けられ、チューブ層42を保護している。
言い換えると、可撓管40は、管状に形成されたチューブ層42およびカバー層46からなる母材と、この母材を補強するために該母材に設けられた補強部材44とを含んで構成された複合材料で構成されている。
補強部材44としては、例えば、繊維材料あるいは金属材料が採用可能であり、一層あるいは複数層設けられている。
Next, the flexible tube analyzed by the method of the present invention will be described.
3A is a front view of the flexible tube 40, and FIG. 3B is a side view of the flexible tube 40.
In the present embodiment, the case where the flexible tube 40 is assembled in an engine room of an automobile and transports fluid will be described.
As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), the flexible tube 40 is formed into a cylindrical shape by a flexible material, and an internal space S for transporting a fluid is formed therein. In the present embodiment, the flexible tube 40 has a cylindrical shape.
The flexible tube 40 is assembled in the engine room by attaching both ends 40A and 40B in the longitudinal direction to the attachment locations in the engine room.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the flexible tube 40 includes a tube layer 42, a reinforcing member 44, and a cover layer 46.
The tube layer 42 is formed in a cylindrical wall shape facing the internal space S, and is formed of a material that does not leak the fluid transported through the internal space S to the outside of the tube layer 42, such as rubber.
The reinforcing member 44 is provided on the tube layer 42 in order to reinforce the strength of the tube layer 42. In the present embodiment, the reinforcing member 44 has a cylindrical shape over the longitudinal direction and the circumferential direction of the flexible tube 40 inside the tube layer 42 in the thickness direction (radial direction), as indicated by a two-dot chain line in the figure. Is embedded as such.
The cover layer 46 is provided in a cylindrical wall shape so as to cover the outer peripheral surface of the tube layer 42, and protects the tube layer 42.
In other words, the flexible tube 40 includes a base material composed of a tube layer 42 and a cover layer 46 formed in a tubular shape, and a reinforcing member 44 provided on the base material to reinforce the base material. Made of composite material.
As the reinforcing member 44, for example, a fiber material or a metal material can be adopted, and one layer or a plurality of layers are provided.

次に可撓管40の変形シミュレーション方法について図4のフローチャートを参照して説明する。
図5(A)、(B)は可撓管40の取り付け時の動きを模式的に示す説明図である。
可撓管40をエンジンルームに取り付けるに際しては、図5(A)の位置(イ)に示すように、直線状に延在する可撓管40の一端40Aをエンジンルームの取り付け位置gに固定し、次いで、位置(ロ)に示すように、可撓管40の他端40Bを当初の位置eから中間位置e′まで変位させる。
次いで、図4(B)に位置(ハ)で示すように、可撓管40の他端40Bを中間位置e′から取付位置e″まで変位させ、他端40Bを取付位置e″で固定する。
このような可撓管40の動きを有限要素法を用いて解析して再現するにあたって、可撓管40の各部分の位置をエンジンルームを示す図面上の3次元座標を基準として表現すると、図面上の3次元座標の原点や座標軸は可撓管40の動きとは無関係に定義されていることから解析時の計算が複雑になる不都合がある。
そのため、エンジンルームの3次元空間を示す座標を図面上の3次元座標から、解析時の計算が簡素となるように有限要素法解析用の3次元座標に変換する(ステップS10)。
すなわち、図5(A)、(B)を用いて説明すると、有限要素法解析用の3次元座標は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸上の座標で定義される。
そして、図5(A)に示すように、位置(イ)で示す直線状に延在する可撓管40の一端40Aの位置をX軸およびY軸の原点に定め、他端40BをX軸上の座標eとし、可撓管40がX軸上に延在しているものとする。
このように、可撓管40の両端40A、40Bや取り付け箇所、あるいは、可撓管40の中間箇所がX軸、Y軸、Z軸、XY平面、YZ平面、XZ平面の何れかに位置するように有限要素法解析用の3次元座標への変換を行うことで解析時の計算の単純化を図っている。
なお、このような座標の変換処理は必須ではないが、本実施の形態のように変換処理を行うことで解析時の計算の単純化を図れ、解析時間の短縮を図る上で有利となる。
Next, a deformation simulation method of the flexible tube 40 will be described with reference to the flowchart of FIG.
5 (A) and 5 (B) are explanatory views schematically showing the movement when the flexible tube 40 is attached.
When the flexible tube 40 is attached to the engine room, one end 40A of the flexible tube 40 extending linearly is fixed to the attachment position g of the engine room, as shown in the position (A) of FIG. Next, as shown in the position (b), the other end 40B of the flexible tube 40 is displaced from the initial position e to the intermediate position e ′.
4B, the other end 40B of the flexible tube 40 is displaced from the intermediate position e ′ to the attachment position e ″, and the other end 40B is fixed at the attachment position e ″. .
In analyzing and reproducing the movement of the flexible tube 40 using the finite element method, the position of each part of the flexible tube 40 is expressed with reference to the three-dimensional coordinates on the drawing showing the engine room. Since the origin and coordinate axes of the upper three-dimensional coordinates are defined regardless of the movement of the flexible tube 40, there is a disadvantage that the calculation at the time of analysis becomes complicated.
Therefore, the coordinates indicating the three-dimensional space of the engine room are converted from the three-dimensional coordinates on the drawing to the three-dimensional coordinates for finite element method analysis so that the calculation at the time of analysis is simplified (step S10).
5A and 5B, three-dimensional coordinates for finite element analysis are defined by coordinates on the X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other.
Then, as shown in FIG. 5A, the position of one end 40A of the flexible tube 40 extending in a straight line indicated by the position (A) is set as the origin of the X axis and the Y axis, and the other end 40B is set as the X axis. It is assumed that the upper coordinate is e and the flexible tube 40 extends on the X axis.
As described above, both ends 40A and 40B of the flexible tube 40, the attachment location, or the intermediate location of the flexible tube 40 is located on any of the X axis, Y axis, Z axis, XY plane, YZ plane, and XZ plane. In this way, the calculation at the time of analysis is simplified by performing conversion to three-dimensional coordinates for the finite element method analysis.
Note that such coordinate conversion processing is not essential, but performing conversion processing as in the present embodiment is advantageous in simplifying calculation during analysis and shortening analysis time.

次に、可撓管40の両端40A、40Bを取り付け箇所に取り付ける際の両端40A、40Bの移動量および位置を定義する境界条件を算出する(ステップS12)。
境界条件は、図5(A)、(B)に示すように、位置(イ)、位置(ロ)、位置(ハ)の順番で可撓管40を動かした際における両端40A、40Bの位置、移動量を示すものである。
図5の例では、可撓管40を位置(イ)から位置(ロ)に動かす際には、まず、可撓管40の他端40BをX軸に対してφ度傾斜させて位置e′に移動させ、次いで可撓管40の角度φを保ちつつ位置e″に移動させている。したがって、図5の例では、境界条件を示す位置や移動量は、上述した角度φや他端40Bの座標の移動量(図中lx、lyで示されている)で表現されることになる。
Next, a boundary condition that defines the amount of movement and the position of both ends 40A and 40B when attaching both ends 40A and 40B of the flexible tube 40 to the attachment location is calculated (step S12).
As shown in FIGS. 5A and 5B, the boundary conditions are positions of both ends 40A and 40B when the flexible tube 40 is moved in the order of position (A), position (B), and position (C). Indicates the amount of movement.
In the example of FIG. 5, when moving the flexible tube 40 from the position (A) to the position (B), first, the other end 40B of the flexible tube 40 is inclined by φ degrees with respect to the X axis, and the position e ′. And then moved to the position e ″ while maintaining the angle φ of the flexible tube 40. Therefore, in the example of FIG. 5, the position and the movement amount indicating the boundary condition are the angle φ and the other end 40B described above. This is expressed by the amount of movement of the coordinates (indicated by lx and ly in the figure).

次に、操作者が入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより、可撓管40の形状を示す形状データD1(図2)を解析手段10Bに与える(ステップS14:形状データ入力ステップ)。
形状データD1としては、例えば、可撓管40の長さ、外径、内径、および、可撓管40を構成するチューブ層42、補強部材44、カバー層46の形状や構造を含む。より詳細には、補強部材44の層数や補強部材44を構成する繊維部材の配向方向などを含む。
次に、解析手段10Bは形状データD1に基づいて可撓管40を要素分割し複数の要素と複数の節点を設定することで構造データを生成する(ステップS16:構造データ生成ステップ)。
この構造データ生成ステップによる要素分割は、可撓管40の母材であるチューブ層42およびカバー層46をシェル要素またはソリッド要素でモデル化するとともに、補強部材44を補強材要素でモデル化することでなされる。
すなわち、可撓管40のモデル化に際して、シェル要素またはソリッド要素を用いて可撓管40を中空の管体として厳密にモデル化するとともに、補強材要素を用いて補強部材44の特性を厳密に反映してモデル化する。
なお、補強材要素は、市販されている有限要素法解析プログラムにおいて既に使用されており、例えば、ダッソーシステムズ社の有限要素法解析プログラムであるABAQUS(登録商標)では、補強材要素がリバー要素という名称で使用されている。
Next, when the operator inputs an operation to the input unit 10A, the shape data D1 (FIG. 2) indicating the shape of the flexible tube 40 is given to the analysis unit 10B (step S14: shape data input step).
The shape data D1 includes, for example, the length, outer diameter, and inner diameter of the flexible tube 40, and the shapes and structures of the tube layer 42, the reinforcing member 44, and the cover layer 46 that constitute the flexible tube 40. More specifically, it includes the number of layers of the reinforcing member 44 and the orientation direction of the fiber member constituting the reinforcing member 44.
Next, the analysis means 10B generates structure data by dividing the flexible tube 40 into elements based on the shape data D1 and setting a plurality of elements and a plurality of nodes (step S16: structure data generation step).
In the element division by this structural data generation step, the tube layer 42 and the cover layer 46 which are the base materials of the flexible tube 40 are modeled by shell elements or solid elements, and the reinforcing member 44 is modeled by reinforcing element. Made in
That is, when modeling the flexible tube 40, the flexible tube 40 is strictly modeled as a hollow tube body using a shell element or a solid element, and the characteristics of the reinforcing member 44 are strictly defined using a reinforcing material element. Reflect and model.
The reinforcing element is already used in a commercially available finite element method analysis program. For example, in ABAQUS (registered trademark), which is a finite element method analyzing program of Dassault Systèmes, the reinforcing element is called a river element. Used in the name.

次に、操作者は、入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより可撓管40の材料特性を示す材料特性データD2(図2)を解析手段10Bに設定する(ステップS18:材料特性設定ステップ)。
本実施の形態では、チューブ層42、補強部材44、カバー層46の材料特性データD2を設定する。
材料特性としては、例えば、ヤング率、ポアソン比、密度(質量密度)などが挙げられる。
Next, the operator sets the material property data D2 (FIG. 2) indicating the material properties of the flexible tube 40 in the analysis unit 10B by performing an operation input on the input unit 10A (step S18: material property setting). Step).
In the present embodiment, the material property data D2 of the tube layer 42, the reinforcing member 44, and the cover layer 46 is set.
Examples of material properties include Young's modulus, Poisson's ratio, density (mass density), and the like.

次に、操作者は、入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより可撓管40の構造データの各節点を拘束する拘束条件を示す拘束条件データD3(図2)を解析手段10Bに設定する(ステップS20:拘束条件設定ステップ)。
拘束条件は、各節点に対して該節点の持つ各自由度(6自由度)の固定あるいは自由を設定するものであり、従来公知の有限要素法の手法に基づいて設定される。
Next, the operator sets constraint condition data D3 (FIG. 2) indicating constraint conditions for restraining each node of the structure data of the flexible tube 40 to the analysis unit 10B by performing an operation input on the input unit 10A. (Step S20: constraint condition setting step).
The constraint condition is to set a fixed or free degree of freedom (6 degrees of freedom) of each node for each node, and is set based on a conventionally known finite element method.

次に、操作者は、入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより、ステップS12で計算された前記境界条件を示す境界条件データD4を解析手段10Bに設定する(ステップS22:境界条件データ設定ステップ)。
すなわち、可撓管40の両端40A、40Bを構造物などに取り付ける際の両端40A、40Bの移動量および位置を定義する境界条件を示す境界条件データD4が解析手段10Bに設定される。
Next, the operator sets the boundary condition data D4 indicating the boundary condition calculated in step S12 in the analysis means 10B by performing an operation input on the input means 10A (step S22: boundary condition data setting). Step).
That is, the boundary condition data D4 indicating the boundary conditions that define the movement amounts and positions of the both ends 40A, 40B when the both ends 40A, 40B of the flexible tube 40 are attached to a structure or the like is set in the analysis means 10B.

次に、解析手段10Bは、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データD2と前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データD3と境界条件データ設定ステップで設定された境界条件データD4とに基づいて有限要素法による計算を行い、可撓管40の両端が構造物に取り付けられた状態で可撓管40の内周面に圧力が作用しない無負荷状態での変形挙動(可撓管40の軌跡)を示す第1のデータD10(図2)を出力手段10Cを介して出力する(ステップS24:第1のデータ出力ステップ)。
本実施の形態では、出力手段10Cから出力されるデータD10は節点の変位量を示す変位量データD10として得られる。
この変位量データD10は、例えば、可撓管40を3次元的に示した画像などによって表現されるが、変位量データD10をどのような形態で出力し、表現するかは任意である。
Next, the analysis means 10B includes the structure data generated in the structure data generation step, the material property data D2 set in the material property setting step, the constraint condition data D3 set in the constraint condition setting step, and the boundary condition. Calculation is performed by the finite element method based on the boundary condition data D4 set in the data setting step, and pressure is applied to the inner peripheral surface of the flexible tube 40 with both ends of the flexible tube 40 being attached to the structure. The first data D10 (FIG. 2) indicating the deformation behavior (the trajectory of the flexible tube 40) in the unloaded state is output via the output means 10C (step S24: first data output step).
In the present embodiment, the data D10 output from the output means 10C is obtained as the displacement amount data D10 indicating the displacement amount of the node.
The displacement amount data D10 is expressed by, for example, an image showing the flexible tube 40 three-dimensionally, but it is arbitrary in what form the displacement amount data D10 is output and expressed.

図6は第1のデータ出力ステップによって出力される変位量データD10に基づいて描かれた可撓管40の無負荷状態での変形挙動を示す説明図である。なお、図6乃至図8は可撓管40の変形挙動を2次元平面上で示した場合について示す。
すなわち、位置(イ)で示すように一端40Aが固定された状態で直線状に延在する可撓管40を位置(ロ)まで動かし、次いで、可撓管40を位置(ハ)まで動かして他端40Bを取り付け位置にまで動かした状態を示している。
なお、図中、符号(ニ)で示す太実線は、スプライン曲線、直線、円弧などの単純化された幾何学形状の組み合わせに基づいて求められた可撓管40の変形挙動(軌跡)を示すものであり、解析手段10Bで得られた変位量データD10で示される可撓管40の変形挙動(軌跡)に比較して可撓管40の中間部の湾曲が反映されていないことがわかる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the deformation behavior of the flexible tube 40 in the no-load state drawn based on the displacement amount data D10 output in the first data output step. 6 to 8 show a case where the deformation behavior of the flexible tube 40 is shown on a two-dimensional plane.
That is, as shown by the position (A), the flexible tube 40 extending linearly with the one end 40A fixed is moved to the position (B), and then the flexible tube 40 is moved to the position (C). The state which moved the other end 40B to the attachment position is shown.
In the drawing, a thick solid line indicated by a symbol (d) indicates a deformation behavior (trajectory) of the flexible tube 40 obtained based on a combination of simplified geometric shapes such as a spline curve, a straight line, and an arc. Therefore, it can be seen that the bending of the intermediate portion of the flexible tube 40 is not reflected in comparison with the deformation behavior (trajectory) of the flexible tube 40 indicated by the displacement amount data D10 obtained by the analyzing means 10B.

そして、得られた解析結果(可撓管40の変形挙動を示すデータ)に基づいて、可撓管40と他の部材や構造物との距離の接近度合い、干渉の有無などを確認することにより、可撓管40の設計評価を行い(ステップS26:評価ステップ)、設計が不適と評価されたならば、設計変更を行い(ステップS34)、ステップS14から処理を繰り返す。
図7は、可撓管40の全長を2種類に変更した場合を示している。
すなわち、可撓管40の全長をL1と、L2(L2>L1)との2種類に変更した場合、可撓管40の全長がL1、L2の場合の変形挙動をそれぞれ位置(ホ)、位置(へ)で示す。
可撓管40の全長がL1の場合に比較して全長がL2と長くなると、可撓管40の中間部の湾曲がより大きくなっていることがわかる。
And based on the obtained analysis result (data indicating the deformation behavior of the flexible tube 40), by confirming the proximity of the distance between the flexible tube 40 and other members or structures, the presence or absence of interference, etc. Then, the design evaluation of the flexible tube 40 is performed (step S26: evaluation step). If the design is evaluated as inappropriate, the design is changed (step S34), and the processing is repeated from step S14.
FIG. 7 shows a case where the total length of the flexible tube 40 is changed to two types.
That is, when the total length of the flexible tube 40 is changed to two types of L1 and L2 (L2> L1), the deformation behavior when the total length of the flexible tube 40 is L1 and L2 is the position (e) and the position, respectively. (To)
It can be seen that the bending of the intermediate portion of the flexible tube 40 is larger when the total length of the flexible tube 40 is longer than L1 as compared to the case of L1.

ステップS26による評価が適当であれば、操作者が入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより可撓管40の内周面に作用する圧力を示す圧力データD5(図2)を解析手段10Bに設定する(ステップS28:圧力データ設定ステップ)。
圧力設定ステップによる圧力データD5の設定は、前記圧力が時間経過によらず一定となるように、言い換えると静的な圧力が作用するものとしてもよいし、あるいは、前記圧力が時間経過とともに変化するように、言い換えると動的な圧力が作用するものとしてもよい。
If the evaluation in step S26 is appropriate, the pressure data D5 (FIG. 2) indicating the pressure acting on the inner peripheral surface of the flexible tube 40 when the operator inputs the operation to the input means 10A is analyzed 10B. (Step S28: Pressure data setting step).
The setting of the pressure data D5 by the pressure setting step may be such that a static pressure acts so that the pressure becomes constant regardless of the passage of time, or the pressure changes with the passage of time. In other words, in other words, dynamic pressure may be applied.

次に、解析手段10Bは、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データD2と前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データD3と境界条件データ設定ステップで設定された境界条件データD4と圧力データ設定ステップで設定された圧力データD5とに基づいて有限要素法による計算を行い、可撓管40の両端が構造物に取り付けられた状態で可撓管40の内周面に前記圧力が作用した負荷状態での変形挙動を示す第2のデータD12(図2)を出力手段10Cを介して出力する(ステップS30:第2のデータ出力ステップ)。
本実施の形態では、出力手段10Cから出力される第2のデータD12も節点の変位量を示す変位量データD12として得られる。すなわち、この変位量データD12は可撓管40に圧力が加わることで発生する可撓管40の伸びや振れを反映したものとなる。
変位量データD12も可撓管40を3次元的に示した画像などによって表現されるが、どのような形態で出力し、表現するかは任意である。
Next, the analysis means 10B includes the structure data generated in the structure data generation step, the material property data D2 set in the material property setting step, the constraint condition data D3 set in the constraint condition setting step, and the boundary condition. Based on the boundary condition data D4 set in the data setting step and the pressure data D5 set in the pressure data setting step, calculation is performed by the finite element method, and both ends of the flexible tube 40 are attached to the structure. 2nd data D12 (FIG. 2) which shows the deformation | transformation behavior in the load state which the said pressure acted on the internal peripheral surface of the flexible tube 40 is output via the output means 10C (step S30: 2nd data output step) ).
In the present embodiment, the second data D12 output from the output means 10C is also obtained as the displacement amount data D12 indicating the displacement amount of the node. That is, the displacement amount data D12 reflects the expansion and vibration of the flexible tube 40 that is generated when pressure is applied to the flexible tube 40.
The displacement amount data D12 is also expressed by an image or the like showing the flexible tube 40 three-dimensionally, but it is arbitrary in what form it is output and expressed.

そして、得られた解析結果(可撓管40の変形挙動を示すデータ)に基づいて、可撓管40と他の部材や構造物との距離の接近度合い、干渉の有無などを確認することにより、可撓管40の設計評価を行い(ステップS32:評価ステップ)、設計が不適と評価されたならば、設計変更を行い(ステップS34)、ステップS14から処理を繰り返す。
ステップS32によって設計が適当であると評価されたならば、一連の処理を終了する。
And based on the obtained analysis result (data indicating the deformation behavior of the flexible tube 40), by confirming the proximity of the distance between the flexible tube 40 and other members or structures, the presence or absence of interference, etc. Then, the design evaluation of the flexible tube 40 is performed (step S32: evaluation step). If the design is evaluated as inappropriate, the design is changed (step S34), and the processing is repeated from step S14.
If it is determined in step S32 that the design is appropriate, the series of processing ends.

図8は、可撓管40の無負荷状態および負荷状態での変形挙動を示す説明図である。
すなわち、可撓管40の無負荷状態での変形挙動を実線(位置(ハ))で、負荷状態での変形挙動を破線(位置(ト))で示す。
可撓管40に圧力による負荷がかかることで、可撓管40に伸びや振れが生じることにより、無負荷状態の可撓管40に比較して可撓管40の中間部の湾曲が若干大きくなっていることがわかる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing deformation behavior of the flexible tube 40 in an unloaded state and a loaded state.
That is, the deformation behavior of the flexible tube 40 in an unloaded state is indicated by a solid line (position (c)), and the deformation behavior in a loaded state is indicated by a broken line (position (g)).
When a load due to pressure is applied to the flexible tube 40, the flexible tube 40 is stretched or shaken, so that the middle portion of the flexible tube 40 is slightly larger than the unloaded flexible tube 40. You can see that

なお、図6乃至図8は可撓管40の変形挙動を2次元平面上で示した場合について示したが、可撓管40の変形挙動を3次元平面上で示すことも可能である。
図9は可撓管40の無負荷状態での変形挙動を3次元的に示す説明図であり、(A)は可撓管40の正面図、(B)は(A)のB矢視図、(C)は(B)のC矢視図である。また、図10は可撓管40の負荷状態での変形挙動を3次元的に示す説明図であり、(A)は可撓管40の正面図、(B)は(A)のB矢視図、(C)は(B)のC矢視図である。
この場合も可撓管40に圧力による負荷がかかることで、無負荷状態の可撓管40に比較して可撓管40の中間部の湾曲度合いが変化(増大)していることがわかる。
6 to 8 show the case where the deformation behavior of the flexible tube 40 is shown on a two-dimensional plane, it is also possible to show the deformation behavior of the flexible tube 40 on a three-dimensional plane.
FIG. 9 is an explanatory view three-dimensionally showing the deformation behavior of the flexible tube 40 in an unloaded state. FIG. 9A is a front view of the flexible tube 40, and FIG. (C) is a C arrow view of (B). FIG. 10 is an explanatory view three-dimensionally showing the deformation behavior of the flexible tube 40 under load. FIG. 10A is a front view of the flexible tube 40, and FIG. The figure and (C) are C arrow line views of (B).
Also in this case, it is understood that the bending degree of the intermediate portion of the flexible tube 40 is changed (increased) as compared with the unloaded flexible tube 40 due to the pressure applied to the flexible tube 40.

以上説明したように、本実施の形態によれば、可撓管40の両端が構造物に取り付けられた状態で可撓管40の内周面に圧力が作用しない無負荷状態での変形挙動を示す第1のデータD10と、可撓管40の両端が構造物に取り付けられた状態で可撓管40の内周面に圧力が作用した負荷状態での変形挙動を示す第2のデータD12とを得るようにしたので、可撓管40内部に流体の圧力が作用することで生じる可撓管40の変形挙動を解析結果に反映することができ、使用状態における可撓管40の変形挙動を正確に得ることができる。
また、従来のように、実際に製造された可撓管を用いてねじり剛性や曲げ剛性の実測データを得るとともに、それら実測データを用いて解析を行う必要が無いため、可撓管の現物を用いることなく、可撓管の変形挙動を得ることができる。
したがって、設計効率の向上、設計コストの低減を図りつつ、可撓管の変形挙動を正確に再現する上で有利となる。
As described above, according to the present embodiment, the deformation behavior in the no-load state in which the pressure does not act on the inner peripheral surface of the flexible tube 40 with both ends of the flexible tube 40 attached to the structure. First data D10 to be shown, and second data D12 to show deformation behavior in a load state in which pressure is applied to the inner peripheral surface of the flexible tube 40 with both ends of the flexible tube 40 being attached to the structure. Therefore, the deformation behavior of the flexible tube 40 caused by the fluid pressure acting inside the flexible tube 40 can be reflected in the analysis result, and the deformation behavior of the flexible tube 40 in the use state can be reflected. Can be obtained accurately.
In addition, as in the prior art, it is not necessary to obtain actual measurement data of torsional rigidity and bending rigidity using an actually manufactured flexible pipe, and there is no need to perform analysis using these actual measurement data. The deformation behavior of the flexible tube can be obtained without using it.
Therefore, it is advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube while improving the design efficiency and reducing the design cost.

なお、本実施の形態では、可撓管40のモデル化に際して、シェル要素またはソリッド要素を用いて可撓管40を中空の管体として厳密にモデル化した。
したがって、従来のように可撓管40を中実のソリッド要素あるいは梁要素でモデル化する場合に比較して、可撓管40の変形挙動を正確に再現する上でより有利となる。
また、本実施の形態では、補強材要素を用いて補強部材44の特性を厳密に反映してモデル化した。
したがって、可撓管40が補強部材44を有したものである場合において可撓管40の変形挙動を正確に再現する上でより一層有利となる。
また、このような補強材要素を用いる代わりに、材料特性設定ステップによって設定される可撓管40の材料特性データに、補強部材44の材料特性を示す材料特性データを含ませるようにすることで補強部材44の特性を反映して可撓管40をモデル化してもよく、この場合にも、可撓管40が補強部材44を有したものである場合において可撓管40の変形挙動を正確に再現する上で有利となる。
なお、補強部材44が強度について異方性を有している場合、補強部材44の材料特性データとして補強部材44の異方性を示す材料特性データが含まれていれば、補強部材44の異方性を反映して可撓管40をモデル化でき、可撓管40の変形挙動を正確に再現する上でより有利となる。
In the present embodiment, when modeling the flexible tube 40, the flexible tube 40 is strictly modeled as a hollow tube body using a shell element or a solid element.
Therefore, it is more advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube 40 than when the flexible tube 40 is modeled by a solid solid element or a beam element as in the prior art.
Further, in the present embodiment, modeling is performed by strictly reflecting the characteristics of the reinforcing member 44 using the reinforcing element.
Therefore, in the case where the flexible tube 40 has the reinforcing member 44, it is even more advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube 40.
Further, instead of using such a reinforcing material element, the material property data indicating the material property of the reinforcing member 44 is included in the material property data of the flexible tube 40 set by the material property setting step. The flexible tube 40 may be modeled by reflecting the characteristics of the reinforcing member 44. In this case as well, when the flexible tube 40 has the reinforcing member 44, the deformation behavior of the flexible tube 40 is accurately determined. This is advantageous for reproduction.
In the case where the reinforcing member 44 has anisotropy in strength, if the material characteristic data indicating the anisotropy of the reinforcing member 44 is included as the material characteristic data of the reinforcing member 44, the reinforcing member 44 is different. The flexible tube 40 can be modeled by reflecting the directionality, which is more advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube 40.

また、本実施の形態では、可撓管40の内部を通る流体の質量を考慮していない場合について説明したが、流体が液体のように質量を考慮する必要がある場合には、操作者が入力手段10Aに対して操作入力を行うことにより可撓管40の内部を通る流体の質量密度を示す流体密度データを解析手段10Bに設定する流体密度設定ステップを更に付加し、解析手段10Bによる第1、第2のデータD10、D12の出力ステップS24、S30を、流体密度設定ステップで設定された流体密度データから求められる可撓管40内部の流体の質量が可撓管40に作用する荷重を反映して行うようにしてもよい。
この場合には、可撓管40内部の流体の質量が反映されるため、可撓管40の変形挙動を正確に再現する上でより一層有利となる。
In the present embodiment, the case where the mass of the fluid passing through the inside of the flexible tube 40 is not considered has been described. However, when the fluid needs to be considered like the liquid, the operator must A fluid density setting step for setting fluid density data indicating the mass density of the fluid passing through the inside of the flexible tube 40 by performing an operation input to the input means 10A is further added to the analysis means 10B. The output steps S24 and S30 of the first and second data D10 and D12 are calculated based on the load applied to the flexible tube 40 by the mass of the fluid inside the flexible tube 40 obtained from the fluid density data set in the fluid density setting step. You may make it reflect.
In this case, since the mass of the fluid in the flexible tube 40 is reflected, it is even more advantageous in accurately reproducing the deformation behavior of the flexible tube 40.

また、本実施の形態では、1台のコンピュータ10を使用して本発明方法を実行する場合について説明したが、図11に示すように、コンピュータ10にネットワーク32を介してデータ通信を行うための通信デバイス30を設けるとともに、2台以上のコンピュータ10を、LANあるいはインターネットなどのネットワーク32を介してデータ通信可能に接続した通信システムを構成し、このような通信システムを用いて本発明方法を実行してもよい。
すなわち、入力手段10Aおよび出力手段10Cを構成する第1のコンピュータと、解析手段10Bを構成する第2のコンピュータとを別々のコンピュータ10で構成し、各手段の間でのデータのやり取りをネットワーク32経由で行うことで本発明方法を実現してもよい。
また、解析手段10Bで得られた解析結果を格納する第3のコンピュータをネットワーク32に接続して設け、第3のコンピュータに格納されている解析結果をネットワーク32経由で第3のコンピュータ以外のコンピュータから読み出すようにするなど任意である。
In the present embodiment, the case where the method of the present invention is executed using one computer 10 has been described. However, as shown in FIG. 11, data communication with the computer 10 via the network 32 is performed. A communication device 30 is provided, and a communication system in which two or more computers 10 are connected so as to be able to perform data communication via a network 32 such as a LAN or the Internet, and the method of the present invention is executed using such a communication system. May be.
That is, the first computer that constitutes the input means 10A and the output means 10C and the second computer that constitutes the analysis means 10B are constituted by separate computers 10, and the exchange of data between the means is performed on the network 32. You may implement | achieve the method of this invention by performing via.
Further, a third computer for storing the analysis result obtained by the analyzing means 10B is provided connected to the network 32, and the analysis result stored in the third computer is transmitted to the computer other than the third computer via the network 32. It is arbitrary such as reading from.

なお、本実施の形態では、可撓管が自動車のエンジンルームに組み付けられ流体を輸送するものである場合について説明したが、本発明方法によって解析対象とされる可撓管はこれに限定されるものではなく、例えば、重機を駆動するための油圧を供給するための可撓管、あるいは、石油や食品を輸送するための可撓管、あるいは、化学工場などにおいて種々の液体あるいは気体(ガス)を輸送するための可撓管など従来公知のさまざまな可撓管が含まれる。   In the present embodiment, the case where the flexible tube is assembled in the engine room of the automobile and transports the fluid has been described. However, the flexible tube to be analyzed by the method of the present invention is limited to this. For example, a flexible tube for supplying hydraulic pressure for driving heavy machinery, a flexible tube for transporting oil or food, or various liquids or gases (gas) in a chemical factory, etc. Various types of conventionally known flexible tubes such as a flexible tube for transporting the liquid are included.

本発明方法を実行するために使用されるコンピュータ10の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the computer 10 used in order to perform the method of this invention. コンピュータ10の機能ブロック図である。2 is a functional block diagram of a computer 10. FIG. (A)は可撓管40の正面図、(B)は可撓管40の側面図である。(A) is a front view of the flexible tube 40, and (B) is a side view of the flexible tube 40. 可撓管40の変形シミュレーション方法の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation of a deformation simulation method for a flexible tube 40; (A)、(B)は可撓管40の取り付け時の動きを模式的に示す説明図である。(A), (B) is explanatory drawing which shows typically the motion at the time of the attachment of the flexible tube 40. FIG. 可撓管40の無負荷状態での変形挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the deformation | transformation behavior in the unloaded state of the flexible tube. 可撓管40の全長を2種類に変更した場合の可撓管40の変形挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the deformation | transformation behavior of the flexible tube 40 at the time of changing the full length of the flexible tube 40 into two types. 可撓管40の無負荷状態および負荷状態での変形挙動を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the deformation | transformation behavior in the unloaded state and load state of the flexible tube. 可撓管40の無負荷状態での変形挙動を3次元的に示す説明図であり、(A)は可撓管40の正面図、(B)は(A)のB矢視図、(C)は(B)のC矢視図である。It is explanatory drawing which shows three-dimensionally the deformation | transformation behavior in the unloaded state of the flexible tube 40, (A) is a front view of the flexible tube 40, (B) is a B arrow view of (A), (C ) Is a C arrow view of (B). 可撓管40の負荷状態での変形挙動を3次元的に示す説明図であり、(A)は可撓管40の正面図、(B)は(A)のB矢視図、(C)は(B)のC矢視図である。It is explanatory drawing which shows the deformation | transformation behavior in the load state of the flexible tube 40, (A) is a front view of the flexible tube 40, (B) is a B arrow view of (A), (C). FIG. 6 is a view as viewed from the arrow C in (B). 複数のコンピュータ10をネットワーク32を介して接続した例を示す説明図である。2 is an explanatory diagram showing an example in which a plurality of computers 10 are connected via a network 32. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10……コンピュータ、10A……入力手段、10B……解析手段、10C……出力手段、40……可撓管、D1……形状データ、D2……材料特性データ、D3……拘束条件データ、D4……境界条件データ、D5……圧力データ、D10……第1のデータ、D12……第2のデータ。   10: Computer, 10A: Input means, 10B: Analysis means, 10C: Output means, 40: Flexible tube, D1: Shape data, D2: Material property data, D3: Restriction condition data, D4: Boundary condition data, D5: Pressure data, D10: First data, D12: Second data.

Claims (8)

可撓管の両端が構造物に取り付けられた状態における前記可撓管の変形挙動を有限要素法によりコンピュータを用いて解析する可撓管の変形シミュレーション方法であって、
前記コンピュータは、操作者による操作入力を受け付ける入力手段と、有限要素法による解析処理を行う解析手段と、データの出力を行う出力手段とを備え、
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の形状を示す形状データを前記解析手段に与える形状データ入力ステップと、
前記解析手段が前記形状データに基づいて前記可撓管を要素分割し複数の要素と複数の節点を設定することで構造データを生成する構造データ生成ステップと、
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の材料特性を示す材料特性データを前記解析手段に設定する材料特性設定ステップと、
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の拘束条件を示す拘束条件データを前記解析手段に設定する拘束条件設定ステップと、
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の両端を前記構造物に取り付ける際の前記両端の移動量および位置を定義する境界条件を示す境界条件データを前記解析手段に設定する境界条件設定ステップと、
前記解析手段が、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データと前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データと前記境界条件設定ステップで設定された境界条件データとに基づいて有限要素法による計算を行い、前記可撓管の両端が前記構造物に取り付けられた状態で前記可撓管の内周面に前記圧力が作用しない無負荷状態での変形挙動を示す第1のデータを出力する第1のデータ出力ステップと、
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の内周面に作用する圧力を示す圧力データを前記解析手段に設定する圧力設定ステップと、
前記解析手段が、前記構造データ生成ステップで生成された構造データと前記材料特性設定ステップで設定された材料特性データと前記拘束条件設定ステップで設定された拘束条件データと前記境界条件設定ステップで設定された境界条件データと前記圧力設定ステップで設定された圧力に基づいて有限要素法による計算を行い、前記可撓管の両端が前記構造物に取り付けられた状態で前記可撓管の内周面に前記圧力が作用した負荷状態での変形挙動を示す第2のデータを出力する第2のデータ出力ステップとを含む、
ことを特徴とする可撓管の変形シミュレーション方法。
A deformation simulation method for a flexible tube, wherein the deformation behavior of the flexible tube in a state where both ends of the flexible tube are attached to a structure is analyzed using a computer by a finite element method,
The computer includes input means for receiving an operation input by an operator, analysis means for performing analysis processing by a finite element method, and output means for outputting data,
A shape data input step of giving shape data indicating the shape of the flexible tube to the analysis means by an operator performing an operation input on the input means;
A structure data generating step for generating structure data by dividing the flexible tube into elements based on the shape data and setting a plurality of elements and a plurality of nodes;
A material property setting step of setting material property data indicating the material property of the flexible tube in the analysis unit by performing an operation input to the input unit by an operator;
A constraint condition setting step of setting constraint condition data indicating a constraint condition of the flexible tube in the analysis unit by an operator performing an operation input on the input unit;
Boundary condition data indicating boundary conditions defining the amount and position of movement of both ends of the flexible tube when the operator attaches both ends of the flexible tube to the structure by performing an operation input to the input means. A boundary condition setting step to be set to
The analysis unit sets the structure data generated in the structure data generation step, the material property data set in the material property setting step, the constraint condition data set in the constraint condition setting step, and the boundary condition setting step. A non-load state in which the pressure does not act on the inner peripheral surface of the flexible tube in a state where both ends of the flexible tube are attached to the structure based on the boundary condition data A first data output step of outputting first data indicating the deformation behavior at
A pressure setting step for setting pressure data indicating pressure acting on the inner peripheral surface of the flexible tube by the operator performing an operation input on the input means in the analysis means;
The analysis unit sets the structure data generated in the structure data generation step, the material property data set in the material property setting step, the constraint condition data set in the constraint condition setting step, and the boundary condition setting step. Finite element method based on the set boundary condition data and the pressure set in the pressure setting step, the inner peripheral surface of the flexible tube with both ends of the flexible tube attached to the structure A second data output step of outputting second data indicating deformation behavior in a load state where the pressure is applied to
A method for simulating deformation of a flexible tube.
前記構造データ生成ステップによる要素分割は前記可撓管をシェル要素またはソリッド要素でモデル化することでなされる、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
The element division by the structure data generation step is performed by modeling the flexible tube with a shell element or a solid element.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
前記可撓管は、管状に形成された母材と、前記母材を補強するために該母材に設けられた補強部材とを含んで構成され、
前記構造データ生成ステップによる要素分割は、前記母材をシェル要素またはソリッド要素でモデル化するとともに、前記補強部材を補強材要素でモデル化することでなされる、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
The flexible tube includes a base material formed in a tubular shape and a reinforcing member provided on the base material to reinforce the base material.
The element division by the structural data generation step is performed by modeling the base material with a shell element or a solid element and modeling the reinforcing member with a reinforcing element.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
前記可撓管は、管状に形成された母材と、前記母材を補強するために該母材に設けられた補強部材とを含んで構成され、
前記構造データ生成ステップによる要素分割は、前記可撓管をシェル要素またはソリッド要素でモデル化することでなされ、
前記材料特性設定ステップによって設定される前記可撓管の材料特性データは、前記補強部材の材料特性を示す材料特性データを含む、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
The flexible tube includes a base material formed in a tubular shape and a reinforcing member provided on the base material to reinforce the base material.
The element division by the structure data generation step is performed by modeling the flexible tube with a shell element or a solid element,
The material property data of the flexible tube set by the material property setting step includes material property data indicating the material property of the reinforcing member,
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
前記補強部材はその強度が異方性を有し、
前記補強部材の材料特性を示す材料特性データは、前記補強部材の異方性を示す材料特性データを含む、
ことを特徴とする請求項4記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
The reinforcing member has anisotropy in strength,
The material property data indicating the material property of the reinforcing member includes material property data indicating the anisotropy of the reinforcing member.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 4, wherein:
操作者が前記入力手段に対して操作入力を行うことにより前記可撓管の内部を通る流体の質量密度を示す流体密度データを前記解析手段に設定する流体密度設定ステップを更に有し、
前記解析手段による前記計算は、前記流体密度設定ステップで設定された前記流体密度データから求められる前記可撓管内部の流体の質量が前記可撓管に作用する荷重を反映してなされる、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
A fluid density setting step of setting fluid density data indicating mass density of fluid passing through the inside of the flexible tube by the operator performing an operation input to the input means in the analysis means;
The calculation by the analyzing means reflects a load acting on the flexible tube due to the mass of the fluid inside the flexible tube obtained from the fluid density data set in the fluid density setting step.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
前記出力ステップによって出力される前記可撓管の変形挙動を示すデータは、前記複数の節点の変位量で示される、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
Data indicating the deformation behavior of the flexible tube output by the output step is indicated by displacement amounts of the plurality of nodes.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
前記圧力設定ステップによる圧力データの設定は、前記圧力が時間経過によらず一定となるように、あるいは、前記圧力が時間経過とともに変化するようになされる、
ことを特徴とする請求項1記載の可撓管の変形シミュレーション方法。
The setting of the pressure data in the pressure setting step is such that the pressure becomes constant regardless of the passage of time, or the pressure changes with the passage of time.
The deformation simulation method for a flexible tube according to claim 1.
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