JP5383370B2 - 解析用モデル作成装置及び解析用モデル作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、解析用モデル作成装置及び解析用モデル作成方法に関する。

従来、設計に関する業務において、設計された製品に対して計算機により数値解析を行い、解析の結果から設計の内容を検討することが行われている。
近年、樹脂、板金等の一定の厚み（いわゆる薄肉部）を基本として有する部品の構造解析、振動解析等をするときには、計算に要する時間、記憶容量等の観点を考慮した解析用モデルが用いられている。解析用モデルにおいては、部品モデルの中立面（シェル要素）を用いる技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
ただし、「ボス」のようにシェル要素でモデル化できない厚肉部は、ソリッド要素でモデル化しないと解析の結果の精度が悪くなる。
故に、薄肉部を基本としながらも、厚肉部を有する部品に対しては、薄肉部はシェル要素でモデル化し、厚肉部はソリッド要素でモデル化し、シェル要素でモデル化した部分とソリッド要素でモデル化した部分とを結合した解析用モデルを作成することが行われる。

特開２００４−２８７７０１号公報

しかしながら、薄肉部と厚肉部とを含んで構成される部品を解析するための解析用モデルの作成において、シェル要素でモデル化した部分とソリッド要素でモデル化した部分とを容易に結合できないため、解析用モデルの作成にかかる工数が大きくなる問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、薄肉部と厚肉部とを含んで構成される部品モデルを解析するための解析用モデルの作成にかかる工数を低減することを目的とする。

そこで、本発明は、薄肉部と厚肉部とにより構成される３次元の部品モデルに対して複数のソリッド要素を生成するソリッド要素生成手段と、前記ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点の位置に基づいて、前記ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定する判定手段と、前記判定手段で前記薄肉部に位置すると判定されたソリッド要素についてシェル要素を生成するシェル要素生成手段と、一方が前記薄肉部に位置し、他方が前記厚肉部に位置する隣接するソリッド要素に対して、前記一方のソリッド要素について生成されたシェル要素と、前記他方のソリッド要素とを接続する接続要素を生成する接続要素生成手段と、前記シェル要素生成手段で生成されたシェル要素と前記厚肉部に位置するソリッド要素と前記接続要素生成手段で生成された接続要素とを組み合わせて前記部品モデルの解析用モデルを作成する作成手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、薄肉部と厚肉部とを含んで構成される部品モデルを解析するための解析用モデルの作成にかかる工数を低減することができる。

解析用モデル作成装置のハードウェア構成を示す図である。 メインルーチンの一例を示す図である。 ３次元の部品モデルと四面体ソリッド要素とを平面に表した図である。 隣接する四面体ソリッド要素の一例を示す図である。 要素−節点対応テーブルの一例を示す図である。 節点−要素対応テーブルの一例を示す図である。 三角形シェル要素の一例を示す図である。 四角形シェル要素の一例を示す図である。 接続要素の一例を示す図である。 各四面体ソリッド要素の位置を判定する処理の一例を示す図である。 解析用モデル作成装置により作成される解析用モデルの一例を示す図である。 解析用モデル作成装置により作成される解析用モデルの一例を示す図である。 解析用モデル作成装置により作成される解析用モデルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る解析用モデル作成装置のハードウェア構成の好適な一例を示す図である。
本解析用モデル作成装置は、部品の部品モデル（ＣＡＤモデル）から、構造解析、振動解析等に利用される、シェル要素とソリッド要素とが混在した有限要素法（FEM：Finite Element Method）用の解析用モデルを作成する。
解析用モデル作成装置は、バス１、ＣＰＵ２、第１の記憶装置（ＲＯＭ）３、第２の記憶装置（ＲＡＭ）４、入力インターフェース５、入力装置６、出力インターフェース７、出力装置８、外部記憶装置インターフェース９、及び第３の記憶装置１０を有する。
バス１は、解析用モデル作成装置内のデータのやり取り、及びネットワーク上にある他の機器とのデータのやり取りを行なう。ＣＰＵ２は、演算処理を行なう。例えば、ＣＰＵ２は、ＲＯＭ３に格納された処理プログラム３ａの手順に従って処理を行なう。ＲＯＭ３は、処理を行なう手順が規定された処理プログラム３ａを格納する。なお、ＲＯＭ３は、各種のデータを記憶する記憶手段の一例である。ＲＡＭ４は、処理の対象とするデータを格納する領域（例えば、図形要素格納領域４ａ、属性情報格納領域４ｂ、検索条件格納領域４ｃ）を有する。なお、ＲＡＭ４は、各種のデータを一時的に記憶する一時記憶手段の一例である。
入力インターフェース５は、バス１と入力装置６とを接続し、データのやり取りを行う。入力装置６は、キーボード、マウス等により構成される。なお、入力装置６は、各種の指示を入力する指示入力手段の一例である。出力インターフェース７は、バス１と出力装置８とを接続し、データのやり取りを行う。出力装置８は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等の表示装置８ａ、プリンタ等の印刷機、プロッタ等の描画装置８ｂ等を含んで構成される。なお、出力装置８は、各種の情報を出力する出力手段の一例である。外部記憶装置インターフェース９は、バス１と第３の記憶装置１０とを接続し、データのやり取りを行う。第３の記憶装置１０は、処理の対象及び結果となるデータを格納するハードディスクデバイス（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク装置（ＦＤＤ）、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤＲＯＭ）、ミニディスク（ＭＤ）、光磁気記憶装置（ＭＯ）等を含んで構成される。

ここで、解析用モデル作成装置は、第３の記憶装置を、内蔵してもよいし、外部記憶装置インターフェース９を介して外部装置として接続してもよい。なお、作業者による指示は、入力装置６を用いて入力され、途中の処理状況、最終的な結果等は、出力装置８を通じて出力される。解析用モデル作成装置が処理を行う上での必要なデータは、例えば、バス１を介して、入力装置６、第３の記憶装置１０等から入力インターフェース５、外部記憶装置インターフェース９等を通じて、又はネットワークを介して、ＲＡＭ４に格納される。
また、解析用モデル作成装置は、基本的には、一時的に必要なデータについてはＲＡＭ４に格納し、保存の必要なデータについては第３の記憶装置１０に格納し、最終的な出力データについてはバス１を通じてネットワーク上のサーバ（図示せず。）に格納する。なお、本実施形態では、ＣＰＵ２が、ＲＯＭ３に格納された処理プログラム３ａの手順に従って処理を行うことによって、解析用モデル作成装置の機能及び後述するフローチャートに係る処理が実現される。

ここで、図２に示されるフローチャートに沿って、本解析用モデル作成装置に係る処理を説明する前に、解析用モデル作成装置での処理の対象となる部品の部品モデル（形状モデル）の構成について説明する。
解析用モデル作成装置での処理の対象となる部品の部品モデルの情報は、ＣＡＤシステム等で作成されるＣＡＤ情報であり、バス１を通じて、ＲＡＭ４又は第３の記憶装置１０に格納されているものとする。解析用モデル作成装置は、ＲＡＭ４又は第３の記憶装置１０に格納されているＣＡＤ情報を基に、外部記憶装置インターフェース９及び出力インターフェース７を通して、作業者がわかりやすいようにＣＡＤ情報を図等として表示装置８ａに表示する。
ここで、本解析用モデル作成装置が扱うＣＡＤ情報は、各部品の形状情報の集合であり、多くの市販のＣＡＤソフトと同様に、部品モデルを構成する形状要素である面、稜線、頂点等の幾何情報及び各形状要素間の隣接関係を表す位相情報を有する。ＣＰＵ２は、各形状要素を、全体のＣＡＤ情報の中で、各形状要素を識別するためのＩＤによって管理し、ＩＤを指定することによって、各形状要素の幾何情報を抽出することができる。

また、各形状情報は、各部品の形状要素である面、稜線、頂点のＩＤのリストを保持するとともに、以下のような幾何情報及び位相情報を含んで構成される。
面の幾何情報は、平面、円筒面、球面、円錐面、NURBS曲面等の面の種別を表す情報及び面の種別に応じた幾何情報を含んで構成される。面の種別に応じた幾何情報の例としては、以下のようなものがある。
形状要素が平面の場合の幾何情報の例としては、平面を通る任意の一点の座標値及び法線ベクトルの各成分がある。形状要素が球面の場合の幾何情報の例としては、球面の中心の座標値及び半径がある。形状要素が円筒面の場合の幾何情報の例としては、円筒面の軸の方向ベクトル及び軸が通る任意の一点の座標値がある。

稜線の幾何情報は、線分、円、円弧、楕円弧、NURBUS曲線等の稜線の種別を表す情報及び稜線の種類に応じた幾何情報を含んで構成される。稜線の種類に応じた幾何情報の例としては、以下のようなものがある。
形状要素が線分の場合の幾何情報としては、始点、終点の座標値がある。形状要素が円の場合の幾何情報としては、円の中心点の座標値、半径、円の存在する平面の法線ベクトルがある。形状要素が円弧の場合の幾何情報としては、円と同様の情報、始点、終点の座標値、円弧の中心点の座標値がある。
また、頂点の幾何情報は、頂点の座標値により表現される。なお、本実施形態では、形状要素の幾何情報としては、面は平面を扱い、稜線は線分を扱うが、他の幾何要素を有する形状（円筒面、円弧等）に対しても容易に拡張することができる。

次に、形状要素間の隣接関係を表す位相情報について説明する。
部品を構成する各面は、境界情報として、複数の境界ループを有する。境界ループは、順番に並んだ稜線の列であり、隣接する稜線及び最初と最後の稜線は、頂点の一つを共有する。境界ループの一つは、外側ループであり、面の外側の境界を示す。すなわち、全ての面が必ず一つの外側ループを有する。また、各面は、外側ループ以外に内側ループを有することがある。内側ループは、各面にある穴の境界を示すものである。各ループは、順番に並んだ稜線の集合よりなり、隣接する稜線及び最初と最後の稜線は、頂点の一つを共有する。ループには回り向きがあり、例えば、回り向きに従って左側に部品の実体側があるように稜線を並べることで部品を表現できる。すなわち、部品の実体の外側から面をみた場合に、外側ループは反時計回りの向きを有し、内側ループは時計回りの向きを有する。
したがって、ＣＰＵ２は、上記データ構造により、各境界ループの向きに従って順番に稜線及び頂点を取り出すことが可能となる。また、ＣＰＵ２は、各面から面を構成する稜線、各稜線に接している面を取り出すことも可能となる。

本解析用モデル作成装置に入力する部品モデルは、多くの市販のＣＡＤソフトと同様に、上記で説明した各面の幾何情報に加え、ソリッド要素を表現するための隣接情報を位相情報として有する。なお、ソリッド要素は、コンピュータ上で３次元グラフィックスを扱う場合に使われる立体表現方法の１つである。
また、本解析用モデル作成装置により出力される解析用モデル（より狭義には、有限要素モデル）は、メッシュデータと称され、ノード又は節点と称される頂点の情報とノードを頂点とするエレメント又は要素と称される情報とにより構成される。ノードの情報は、点の座標値及び各ノードが有する自由度として表現される。
各自由度は、シェル要素の場合、並進の自由度が３つ、回転の自由度が３つの計６つあり、ソリッド要素の場合、並進の自由度が３つあり、各ノードの情報には、各自由度が有効かどうかの情報が含まれる。要素の情報は、要素の種別及び各種別に必要な情報により構成される。
本実施形態で扱う要素は、シェル要素、ソリッド要素、及び拘束要素である。シェル要素は、面を表現するための要素であり、三角形シェル要素、四角形シェル要素等である。なお、シェル要素は、さらに厚み情報を有する。ソリッド要素は、立体を表現するための要素であり、四面体ソリッド要素、六面体ソリッド要素等である。拘束要素は、シェル要素とソリッド要素とのノード間の拘束関係を表現するもの（ＲＢＥ２、ＭＰＣ等）である。本実施形態では、ＣＰＵ２は、薄肉部に位置すると判定したソリッド要素をシェル要素に変換し、変換したシェル要素のうち厚肉部に位置すると判定したソリッド要素に隣接するシェル要素と、隣接する当該ソリッド要素とを拘束要素で連結する。

また、本実施形態では、ＲＡＭ４又は第３の記憶装置１０に格納されているＣＡＤ情報に基づいて表示装置８aに部品モデルの一覧が表示され、作業者が入力装置６を操作して所望する部品モデルを選択することでＣＰＵ２により各種の処理が実行される。そして、処理の結果となる解析用モデルデータがＲＡＭ４又は第３の記憶装置１０に格納されるとともに、表示装置８aに結果が表示される。また、解析用モデル作成装置は、処理の過程で適宜、表示装置８aによる途中結果を表示し、作業者への入力の指示を受け付けるとともに、入力装置６による作業者の入力値を取得して、ＲＡＭ４又は第３の記憶装置１０に格納する。

それでは、図２を参照して、本解析用モデル作成装置に係る処理について説明する。図２は、解析用モデル作成装置における処理に係るフローチャートの一例を示す図である。
まず、ＣＰＵ２は、入力装置６を介して作業者による最大の肉厚値t0の入力を受け付け、肉厚値t0をＲＡＭ４に保存する（ステップＳ１）。その際、作業者は、シェル要素でモデルを作成したい薄肉部の肉厚値をt0と設定する。また、作業者は、部品モデルの中に薄肉部が複数あり、各々の肉厚値が異なる場合はその中で最も大きい値を肉厚値t0と設定する。入力の方法については、入力装置６の操作に応じてＧＵＩを介して値が直接入力されてもよいし、出力装置８に表示された部品モデルにおける最大の肉厚値を有する稜線が入力装置６により指示（ピック）されてもよい。稜線が指示された場合には、解析用モデル作成装置は、その稜線の長さをＣＰＵ２が算出し、算出された値を肉厚値t0として用いる。

次に、ソリッド要素生成手段の一例であるＣＰＵ２は、部品モデルに対し、四面体ソリッド要素を生成する（ステップＳ２）。ここで、図３を参照して、ＣＰＵ２が生成する四面体ソリッド要素について説明する。その際、図３は、四面体ソリッド要素の一例を示す図である。四面体ソリッド要素の最大サイズが肉厚値t0である（換言するならば、四面体ソリッド要素一辺の長さが最大でも肉厚値t0である）ので、薄肉部の肉厚が肉厚値t0以下の部分には、ＣＰＵ２は、厚さ方向に対して１層のメッシュを切る。なお、ＣＰＵ２は、厚肉部では厚さ方向で複数の層となるように四面体ソリッド要素を生成する。
このとき、ＣＰＵ２は、作成するメッシュデータについて、各四面体ソリッド要素を示すＩＤに対して、その四面体ソリッド要素を構成する節点のＩＤを格納する要素−節点対応テーブルを作成する。例えば、図４に示すメッシュデータが作成された場合、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素Ｅ１に対してその節点のＩＤ（この例では、Ｎ１、Ｎ２，Ｎ３、Ｎ４）を格納する要素−節点対応テーブルを作成する（図５を参照のこと。）。

次に、ＣＰＵ２は、要素−節点対応テーブルを参照して、作成した四面体ソリッド要素の面、稜線、及び節点が部品モデルの表面にあるか否かの判定を行い、判定値を格納したテーブルを作成する（ステップＳ３）。
まず、ＣＰＵ２は、要素−節点対応テーブルを参照し、各節点のＩＤに対して、その節点を頂点として有する四面体ソリッド要素のＩＤを格納する節点−要素対応テーブルを作成する（例えば、図６を参照のこと）。より具体的に説明すると、ＣＰＵ２は、要素−節点対応テーブルの各行を上から順番に走査して、節点−要素対応テーブルの各節点ＩＤに対して対応する各要素ＩＤを登録する処理を繰り返す。例えば、ＣＰＵ２は、図５に示す要素−節点対応テーブルの一番目の行の情報から、図６に示す節点−要素対応テーブルの節点（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４）の各行に対して、要素ＩＤの欄に「Ｅ１」を登録する。

続いて、ＣＰＵ２は、節点−要素対応テーブルを参照し、各四面体ソリッド要素の面に対して隣接する四面体ソリッド要素を以下の手順で求める。まず、ＣＰＵ２は、一の面を構成する節点（３節点）に対して、節点−要素対応テーブルを参照して、各節点を頂点として有する四面体ソリッド要素列を取り出す。例えば、節点Ｎ１を頂点として有する四面体ソリッド要素列は、｛Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３｝である。次に、ＣＰＵ２は、上記で３節点に対して取り出した夫々の四面体ソリッド要素列の積集合を求める。
例えば、四面体ソリッド要素Ｅ１の節点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３から構成される面Ｆ１で隣接する四面体ソリッド要素は、以下のように求められる。まず、ＣＰＵ２は、節点−要素対応テーブルを参照し、節点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に対する各四面体ソリッド要素列、｛Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３｝、｛Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４｝、｛Ｅ１，Ｅ２，Ｅ５，Ｅ６｝を取り出す。次に、ＣＰＵ２は、各四面体ソリッド要素列の積集合を取って｛Ｅ１，Ｅ２｝を算出し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３から構成される面Ｆ１を構成面として有する四面体ソリッド要素Ｅ１、四面体ソリッド要素Ｅ２を取り出す。このように、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素Ｅ１の構成面Ｆ１で隣接する四面体ソリッド要素が四面体ソリッド要素Ｅ２であることを検出する。
そして、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素を構成する面Ｆ１に対して、隣接する四面体ソリッド要素を検出したときは、面Ｆ１が部品モデルの表面にないと判定し、隣接する四面体ソリッド要素を検出しないときは、面Ｆ１が部品モデルの表面にあると判定する。また、ＣＰＵ２は、部品モデルの表面にある四面体ソリッド要素の面Ｆ１を構成する稜線及びその稜線を構成する節点を部品モデルの表面にあると判定する。

次に、ＣＰＵ２は、境界稜線を抽出する（ステップＳ４）。ここで、境界稜線とは、部品モデルにおいて連続する一枚の面として表現される領域に対応するメッシュデータの表面上の境界となる稜線列を構成する稜線のことである。ここでは、ＣＰＵ２は、作成された四面体ソリッド要素を利用して、以下のように境界稜線を抽出する。
まず、ＣＰＵ２は、ステップＳ３で作成したリストの中で部品モデルの表面にある面に対し、隣接している面の角度を計算し、その値が閾値より大きいか否かで境界稜線を識別する。なお、閾値は、第３の記憶装置１０に予め保存されており、ＣＰＵ２が随時取り出せるものとする。閾値より大きい場合は、ＣＰＵ２は、該当する２つの面が隣接している稜線のＩＤを境界稜線リストとして第３の記憶装置１０に保存する。なお、閾値は、予め決められている値に限られるものではなく、入力装置６を介して作業者により入力された値であってもよい。なお、この境界稜線を抽出する方法は、公知の方法であり、参考文献に記載されているものと同様の方法である。
参考文献：HEX-LAYER: LAYERED ALL-HEX MESH GENERATION ON THIN SECTION SOLIDS VIA CHORDAL SURFACE TRANSFORMATION, The 11th Inter National Meshing Roundtable, 2002

次に、ＣＰＵ２は、ステップＳ３で部品モデルの表面にあると分類された節点のうち、ステップＳ４で抽出した部品モデルの境界稜線の端点である節点に対して、境界上にあることを示す判定値情報を格納する（ステップＳ５）。
次に、判定手段の一例であるＣＰＵ２は、ステップＳ３及びステップＳ５で作成した各テーブルを基に、四面体ソリッド要素を分類する（ステップＳ６）。すなわち、ＣＰＵ２は、シェル要素でモデル化する薄肉部に位置する四面体ソリッド要素（以下、薄肉部ソリッド要素と称する。）であるかソリッド要素でモデル化する厚肉部に位置する四面体ソリッド要素（以下、厚肉部ソリッド要素と称する。）であるかを分類する。分類する処理の詳細については後述する。

次に、ＣＰＵ２は、薄肉部ソリッド要素の節点の座標を表す情報と薄肉部ソリッド要素の節点の情報（部品モデルの表面にあるか否かの情報等）とに基づいて、三角形シェル要素又は四角形シェル要素（いわゆる中立面シェル要素）を作成する（ステップＳ７）。すなわち、ＣＰＵ２は、薄肉部ソリッド要素についてシェル要素を生成するシェル要素生成手段の一例である。
まず、ＣＰＵ２は、１つ１つの薄肉部ソリッド要素に対して薄肉部ソリッド要素を構成する辺に対しての中間を表す点（中間点情報）を生成する。
続いて、ＣＰＵ２は、中間点情報を利用して、薄肉部ソリッド要素に対し、部品モデルの厚さ方向を考慮して垂直な三角形シェル要素又は四角形シェル要素を生成する。ここで、部品モデルの厚さ方向の分割が１層になるように薄肉部ソリッド要素（四面体ソリッド要素）を生成しているので、厚さ方向の上の表面及び下の表面の間に生成される薄肉部ソリッド要素には、基本的に２つの形態がある。１つは、図７に示すように薄肉部ソリッド要素を構成する一の面と頂点とが部品モデルの上の表面又は下の表面に位置する場合である。もう１つは、図８に示すように薄肉部ソリッド要素を構成する２つの辺が上の表面又は下の表面に位置する場合である。前者の中立面シェル要素の形状は三角形となり、後者の中立面シェル要素の形状は四角形となる。中立面シェル要素は、薄肉部ソリッド要素の節点であって部品モデルの厚さ方向で対向する部品モデルの表面のうちの一方の表面にある節点と他方の表面にある節点との中間に位置する中間点を夫々結んで形成される。

次に、接続要素生成手段の一例であるＣＰＵ２は、互いに隣接する厚肉部ソリッド要素と薄肉部ソリッド要素とについて、厚肉部ソリッド要素と薄肉部ソリッド要素との境界面上にある節点を接続する。すなわち、ＣＰＵ２は、一方が薄肉部に位置し、他方が厚肉部に位置する隣接する四面体ソリッド要素に対して、一方の四面体ソリッド要素について生成した中立面シェル要素と、他方の四面体ソリッド要素とを接続する接続要素を生成する。より具体的には、ＣＰＵ２は、薄肉部ソリッド要素より生成したシェル要素（以下、薄肉部シェル要素と称する。）の節点の並進変位量と回転変位量とを厚肉部ソリッド要素の節点の並進変位量に変換する接続要素を挿入する（ステップＳ８）。
まず、ＣＰＵ２は、薄肉部シェル要素の節点と、同一座標点にある厚肉部ソリッド要素の節点との間で並進変位量を拘束するための剛体要素を作成する。続いて、ＣＰＵ２は、拘束された厚肉部ソリッド要素の節点が存在する厚肉部ソリッド要素上の稜線の端点となる２つの節点の並進変位量と、薄肉部シェル要素の節点の回転変位量を拘束するための剛体要素を作成する。
例えば、ＣＰＵ２は、図９に示す厚肉部ソリッド要素Ｅ１０１と薄肉部シェル要素Ｅ１０２との境界面上にある節点を接続する場合、まず、ＣＰＵ２は、同一座標点にある節点Ｎ１０４と節点Ｎ１０６との節点間の並進変位量を拘束する剛体要素を作成する。続いて、ＣＰＵ２は、節点Ｎ１０５の存在する稜線Ｒ１０１の端点となる節点Ｎ１０１及び節点Ｎ１０３の並進変位量を拘束すると共に節点Ｎ１０７の回転変位量を拘束する剛体要素を作成する。同様に、ＣＰＵ２は、節点Ｎ１０５と節点Ｎ１０７との節点間の並進変位量を拘束する剛体要素と、節点Ｎ１０１及び節点Ｎ１０２の並進変位量を拘束すると共に節点Ｎ１０６の回転変位量を拘束する剛体要素を作成する。付言するならば、図９では、説明の便宜上、厚肉部ソリッド要素Ｅ１０１と薄肉部シェル要素Ｅ１０２とを離して示している。
なお、解析用モデル作成装置は、市販のＣＡＥソルバーと同様の効果を得られる機能を有してもよい。例示するならば、MSC Software社のMSC Nastranに搭載されているRSSCON要素、DASSAULT SYSTEMES社のAbaqusに搭載さているSHELL TO SOLID COUPLING機能等がある。

以上の処理を行った後に、ＣＰＵ２は、ステップＳ７で生成した全ての三角形又は四角形の中立面シェル要素に対し、中立面シェル要素の面の法線方向にある部品モデルの表面までの板厚を算出して、シェル要素の板厚（板厚情報）を求める。その後、作成手段の一例であるＣＰＵ２は、中立面シェル要素、厚肉部ソリッド要素、接続要素、及び板厚情報を組み合わせて部品モデルの解析用モデルを作成する。そして、ＣＰＵ２は、解析用モデルに解析の種類に応じた境界条件、解析条件等を加えて解析入力データを作成し、解析を実行する。

図１０、図１２、及び図１３を参照して、ステップＳ６の処理で各四面体ソリッド要素が薄肉部に位置するか厚肉部に位置するかをＣＰＵ２が判別する方法について説明する。
まず、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素を構成する面のうち、一の面のみが部品モデルの表面にあり、且つ、四面体ソリッド要素を構成する節点の全てが部品モデルの表面にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。このとき、ＣＰＵ２は、条件に一致すると判定した場合には、続いて、ステップＳ１０２の処理を行い、条件に一致しないと判定した場合には、続いて、ステップＳ１０３の処理を行う。
ステップＳ１０２では、ＣＰＵ２は、ステップＳ１０１の条件に一致した四面体ソリッド要素のうち、部品モデルの表面にある面を構成する節点が全て境界稜線上にあるか否かを判定する。ここで、図１２に示す１２０３は、ステップＳ１０１において表面であると判定され、ステップＳ１０２において条件に一致しないと判定される要素の一例である。また、図１３に示す１３０２は、ステップＳ１０２において条件に一致すると判定される要素の一例である。このとき、ＣＰＵ２は、条件に一致すると判定した場合には、続いて、ステップＳ１０６の処理を行い、条件に一致しないと判定した場合には、続いて、ステップＳ１０７の処理を行う。

ステップＳ１０３では、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素を構成する面の全てが部品モデルの内部にあり、且つ、四面体ソリッド要素を構成する節点の全てが部品モデルの表面にあり、且つ、２つの稜線が部品モデルの表面にあるか否かを判定する。ここで、図１２に示す１２０４は、ステップＳ１０３において条件に一致すると判定される要素の一例である。このとき、ＣＰＵ２は、条件に一致すると判定した場合には、続いて、ステップＳ１０７の処理を行い、条件に一致しないと判定した場合には、続いて、ステップＳ１０４の処理を行う。
ステップＳ１０４では、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素を構成する面のうち、２面以上が部品モデルの表面にあるか否か（コーナーに位置する四面体ソリッド要素であるか否か）を判定する。このとき、ＣＰＵ２は、条件に一致すると判定した場合には、続いて、ステップＳ１０５の処理を行い、条件に一致しないと判定した場合には、続いて、ステップＳ１０６の処理を行う。
ステップＳ１０５では、ＣＰＵ２は、対象となる四面体ソリッド要素と隣接している四面体ソリッド要素の全てが薄肉部ソリッド要素であるか否か判定する。ここで、図１２に示す１２０２は、ステップＳ１０５において条件に一致すると判定される要素の一例である。このとき、ＣＰＵ２は、条件に一致すると判定した場合には、続いて、ステップＳ１０７の処理を行い、条件に一致しないと判定した場合には、続いて、ステップＳ１０６の処理を行う。
ステップＳ１０６では、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素が厚肉部に位置すると分類（判定）し、その結果をＲＡＭ４に保存する。
ステップＳ１０７では、ＣＰＵ２は、四面体ソリッド要素が薄肉部に位置すると分類（判定）し、その結果をＲＡＭ４に保存する。

最後に、実際の複雑な製品に対応して本実施形態を適用した例を図１１に示す。
図１１は、薄肉部と厚肉部とが混合した部品モデルの断面図である。薄肉部に位置すると判定された四面体ソリッド要素には、図に示すように稜線の中間点を利用してシェル要素が作成され、厚肉部に位置すると判定された四面体ソリッド要素との間に接続要素が作成される。
以上、解析用モデル作成装置が３次元の部品モデルから中立面シェル要素を生成し、解析用モデル（解析入力データ）を作成するまでの構成を説明した。
すなわち、本解析用モデル装置は、部品モデルに対して一律に作成した四面体ソリッド要素を分類し、薄肉部はシェル要素、厚肉部はソリッド要素でモデル化してこれらを結合する。この構成によれば、作業者による入力の機会を低減することができ、作業に要する時間を大幅に短縮することができる。また、この構成によれば、解析用モデルを作成する際に、作業者による入力の機会を低減することで人為的なミスを極力排除し、さらに精度の高い計算を行うことができる。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

上述した実施形態の構成によれば、薄肉部と厚肉部とを含んで構成される部品モデルを解析するための解析用モデルの作成にかかる工数を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ バス、２ ＣＰＵ、３ ＲＯＭ、４ ＲＡＭ、５ 入力インターフェース、６ 入力装置、７ 出力インターフェース、８ 出力装置、９ 外部記憶装置インターフェース、１０ 第３の記憶装置

Claims (6)

1. 薄肉部と厚肉部とにより構成される３次元の部品モデルに対して複数のソリッド要素を生成するソリッド要素生成手段と、
   前記ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点の位置に基づいて、前記ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定する判定手段と、
   前記判定手段で前記薄肉部に位置すると判定されたソリッド要素についてシェル要素を生成するシェル要素生成手段と、
   一方が前記薄肉部に位置し、他方が前記厚肉部に位置する隣接するソリッド要素に対して、前記一方のソリッド要素について生成されたシェル要素と、前記他方のソリッド要素とを接続する接続要素を生成する接続要素生成手段と、
   前記シェル要素生成手段で生成されたシェル要素と前記厚肉部に位置するソリッド要素と前記接続要素生成手段で生成された接続要素とを組み合わせて前記部品モデルの解析用モデルを作成する作成手段と、
   を有する、解析用モデル作成装置。
2. 前記ソリッド要素生成手段は、前記薄肉部では前記部品モデルの厚さ方向で一の層となり、前記厚肉部では前記厚さ方向で複数の層となるようにソリッド要素を生成し、
   前記判定手段は、前記ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点が前記部品モデルの表面にあるか否かを判別した結果に基づいて、前記ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定する、請求項１記載の解析用モデル作成装置。
3. 前記ソリッド要素生成手段は、前記薄肉部に係る最大の肉厚値を取得し、一辺の長さが最大でも前記肉厚値である四面体ソリッド要素を、前記薄肉部では前記部品モデルの厚さ方向で一の層となり、前記厚肉部では前記厚さ方向で複数の層となるように生成し、
   前記判定手段は、前記四面体ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点の夫々が前記部品モデルの表面にあるか否かを判別した結果に基づいて、前記四面体ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定し、
   前記シェル要素生成手段は、前記判定手段で前記薄肉部に位置すると判定された四面体ソリッド要素の節点であって、前記部品モデルの厚さ方向で対向する前記部品モデルの表面のうちの一方の表面にある節点と他方の表面にある節点との中間に位置する中間点を夫々結んで形成される三角形又は四角形のシェル要素を生成する、請求項２記載の解析用モデル作成装置。
4. 前記接続要素生成手段は、前記一方のソリッド要素について生成されたシェル要素の節点の並進変位量と回転変位量とを前記他方のソリッド要素の節点の並進変位量に変換して、前記シェル要素と前記ソリッド要素とを接続する、請求項１乃至３の何れか１項記載の解析用モデル作成装置。
5. 解析用モデル作成装置が実行する解析用モデル作成方法であって、
   薄肉部と厚肉部とにより構成される３次元の部品モデルに対して複数のソリッド要素を生成するソリッド要素生成工程と、
   前記ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点の位置に基づいて、前記ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定する判定工程と、
   前記判定工程で前記薄肉部に位置すると判定されたソリッド要素についてシェル要素を生成するシェル要素生成工程と、
   一方が前記薄肉部に位置し、他方が前記厚肉部に位置する隣接するソリッド要素に対して、前記一方のソリッド要素について生成されたシェル要素と、前記他方のソリッド要素とを接続する接続要素を生成する接続要素生成工程と、
   前記シェル要素生成工程で生成されたシェル要素と前記厚肉部に位置するソリッド要素と前記接続要素生成工程で生成された接続要素とを組み合わせて前記部品モデルの解析用モデルを作成する作成工程と、
   を含む、解析用モデル作成方法。
6. コンピュータを、
   薄肉部と厚肉部とにより構成される３次元の部品モデルに対して複数のソリッド要素を生成するソリッド要素生成手段と、
   前記ソリッド要素の各々を構成する面、稜線、及び節点の位置に基づいて、前記ソリッド要素の各々が前記薄肉部及び前記厚肉部の何れに位置するかを判定する判定手段と、
   前記判定手段で前記薄肉部に位置すると判定されたソリッド要素についてシェル要素を生成するシェル要素生成手段と、
   一方が前記薄肉部に位置し、他方が前記厚肉部に位置する隣接するソリッド要素に対して、前記一方のソリッド要素について生成されたシェル要素と、前記他方のソリッド要素とを接続する接続要素を生成する接続要素生成手段と、
   前記シェル要素生成手段で生成されたシェル要素と前記厚肉部に位置するソリッド要素と前記接続要素生成手段で生成された接続要素とを組み合わせて前記部品モデルの解析用モデルを作成する作成手段と、
   して機能させるプログラム。

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