JP5431133B2 - 改良ソリッド有限要素法を用いた構造体の大きな変形および/または回転のシミュレート方法及びシステム - Google Patents
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Description
さらに他の面では、有限要素解析法(FEA)モデルは、構造体が設計されかつ/または改善されるように生成される。有限要素解析モデルは、構造体の大きな変形および回転のシミュレートに適した少なくとも1つの特別目的ソリッド要素を有する。そして、FEAモデルは、有限要素解析法アプリケーションモジュールをインストールしているコンピュータにおいて、有限要素解析法を行なうよう用いられる。有限要素解析法アプリケーションモジュールは少なくとも1つの特別目的ソリッド要素を用いて構造体の大きな変形および回転の計算に対応するように構成されている。
110B 4ノード四面体エレメント
110C 20ノード六面体エレメント
110D 10ノード四面体エレメント
200 ターボジェットエンジン
202 ターボファン
212 空気
222 推力
312 有限要素モデル
320 元の向き
326 新しい向き
328 剛体回転
420A 8ノードの六面体のエレメント
420B 4ノードの四面体のエレメント
422A コーナーノード
422B コーナーノード
424A 外部エッジ
424B 外部エッジ
520 特別目的の六面体のエレメント
521 外部エッジ
521A 外部エッジ
522 第1ノード
522A 第1ノード
524 第2ノード
524A 第2ノード
526 エッジ中間節点
526A エッジ中間節点
532 変形していない状態
534 変形状態
700 コンピュータシステム
702 バス
704 プロセッサ
706 アプリケーションモジュール
708 インメモリ
710 二次メモリ
712 ハードディスクドライブ
714 リムーバブルストレージドライブ
718 リムーバブルストレージユニット
720 インターフェース
722 リムーバブルストレージユニット
724 通信インターフェース
730 I/Oインターフェース
Claims (17)
- 有限要素解析法アプリケーションモジュールがインストールされるコンピュータが、ユーザによる構造設計の改善を支援するために用いられる有限要素解析法における構造体の大きな変形および回転をシミュレートする方法であって、
構造体の有限要素解析法モデルを定義するステップであって、有限要素解析法モデルは構造体の大きな変形および回転のシミュレートのために構成される少なくとも1つのソリッド有限要素を有しており、ソリッド有限要素は複数のコーナーノードと複数の外部エッジとを備えており、外部エッジのそれぞれは互いに隣接している1ペアのコーナーノード間に配置されており、1ペアの隣接しているコーナーノードのそれぞれは、3つの並進成分と3つの回転成分を含む変形を有しており、1ペアの隣接しているコーナーノードの前記各変形は外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形を陰関数により導出するよう構成されており、そのうち、外部エッジの前記のそれぞれのエッジ中間節点における前記3つの変形が、下式
によって計算され、ここで、
uk,vk,wkは、それぞれ、外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形の3つの成分であり、
ui,vi,wi,θxi,θyi,θziは、それぞれ、1ペアのノードの第1ノードの変形の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
uj,vj,wj,θxj,θyj,θzjは、それぞれ、1ペアのノードの第2ノードの変形の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
xi,yi,ziは、それぞれ、グローバル座標系における第1ノードの座標であり、xj,yj,zjは、それぞれ、グローバル座標系における第2ノードの座標であり、
θxo,θyo,θzoは少なくとも1つのソリッド有限要素の前記それぞれの剛体回転のそれぞれ3つの成分であるステップと、
有限要素解析法アプリケーションモジュールがインストールされるコンピュータにおいて前記有限要素解析法モデルを用いて有限要素解析法を行なうステップであって、有限要素解析法アプリケーションモジュールは有限要素モデルのための構造体の大きな変形および回転の計算を円滑化するように構成されているステップと、
有限要素解析法の結果に応じて改善が達成されるよう構造設計を調整するステップであって、その結果がコンピュータに連結されたディスプレイモニタ上で視覚化されるように構成されているステップと、
を備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、構造体の時間進行シミュレーションあるいは時間領域シミュレーションを行なうステップを備える方法。
- 請求項1に記載の方法であって、少なくとも1つのソリッド有限要素の前記それぞれは、さらに剛体回転を含んでいる方法。
- 請求項1に記載の方法であって、少なくとも1つのソリッド有限要素のそれぞれは六面体エレメントである方法。
- 請求項1に記載の方法であって、少なくとも1つのソリッド有限要素のそれぞれは四面体エレメントである方法。
- 請求項1に記載の方法であって、構造体の大きな変形および回転は、少なくとも10度の移動を含んでいる方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記構造体の大きな変形および回転をシミュレートすることが、ターボジェットエンジンのファンブレードの動きのシミュレーションを含んでいる方法。
- ユーザによる構造設計の改善を支援するために用いられる有限要素解析法における構造体の大きな変形および回転をシミュレートするシステムであって、
有限要素解析法アプリケーションモジュールがインストールされるメインメモリと、
メインメモリに接続された少なくとも1つのプロセッサであって、前記少なくとも1つのプロセッサはメインメモリにおける有限要素アプリケーションモジュールを実行して有限要素アプリケーションモジュールに構造体の有限要素解析法モデルを用いた有限要素解析法を行なわせ、有限要素解析モデルは構造体の大きな変形および回転のシミュレートのために構成される少なくとも1つのソリッド有限要素を有しており、ソリッド有限要素は複数のコーナーノードと複数の外部エッジとを備えており、外部エッジのそれぞれは互いに隣接している1ペアのコーナーノード間に配置されており、1ペアの隣接しているコーナーノードのそれぞれは、3つの並進成分と3つの回転成分を含む変形を有しており、1ペアの隣接しているコーナーノードの前記各変形は外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形を陰関数により導出するよう構成されている少なくとも1つのプロセッサと、
外部エッジの前記のそれぞれのエッジ中間節点における前記3つの変形が、下式
によって計算され、ここで
u k ,v k ,w k は、それぞれ、外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形 の3つの成分であり、
u i ,v i ,w i ,θ xi ,θ yi ,θ zi は、それぞれ、1ペアのノードの第1ノードの変形 の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
u j ,v j ,w j ,θ xj ,θ yj ,θ zj は、それぞれ、1ペアのノードの第2ノードの変形 の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
x i ,y i ,z i は、それぞれ、グローバル座標系における第1ノードの座標であり、x j ,y j ,z j は、それぞれ、グローバル座標系における第2ノードの座標であり、
θ xo ,θ yo ,θ zo は少なくとも1つのソリッド有限要素の前記それぞれの剛体 回転のそれぞれ3つの成分であるシステムであって、
メインメモリおよび少なくとも1つのプロセッサに連結されて有限要素解析法の結果を表示するよう構成されるディスプレイモニタと、
を備えるシステム。 - 請求項8に記載のシステムであって、有限要素解析法は、時間進行解析あるいは時間領域解析であるシステム。
- 請求項8に記載のシステムであって、前記構造体の大きな変形および回転をシミュレートすることが、ターボジェットエンジンのファンブレードの動きのシミュレーションを含んでいるシステム。
- 請求項8に記載のシステムであって、少なくとも1つのソリッド有限要素の前記それぞれは、さらに剛体回転を含んでいるシステム。
- 請求項8に記載のシステムであって、ソリッド有限要素は六面体エレメントであるシス テム。
- 請求項8に記載のシステムであって、ソリッド有限要素は四面体エレメントであるシステム。
- コンピュータシステムを制御して、方法により、ユーザによる構造設計の改善を支援するために用いられる有限要素解析法における構造体の大きな変形および回転をシミュレートする命令を有するコンピュータ可読記憶媒体であって、方法が、
構造体の大きな変形および回転のシミュレートのために用いられる少なくとも1つのソ リッド有限要素を有する構造体の有限要素解析法モデルを受けるステップであって、有限要素解析モデルは構造体の大きな変形および回転のシミュレートのために構成される少なくとも1つのソリッド有限要素を有しており、ソリッド有限要素は複数のコーナーノードと複数の外部エッジとを備えており、外部エッジのそれぞれは互いに隣接している1ペアのコーナーノード間に配置されており、1ペアの隣接しているコーナーノードのそれぞれは、3つの並進成分と3つの回転成分を含む変形を有しており、1ペアの隣接しているコーナーノードの前記各変形は外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形を陰関数により導出するよう構成されており、そのうち、外部エッジの前記のそれぞれのエッ ジ中間節点における前記3つの変形が、下式
によって計算され、ここで、
u k ,v k ,w k は、それぞれ、外部エッジの前記それぞれのエッジ中間節点の並進変形 の3つの成分であり、
u i ,v i ,w i ,θ xi ,θ yi ,θ zi は、それぞれ、1ペアのノードの第1ノードの変形 の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
u j ,v j ,w j ,θ xj ,θ yj ,θ zj は、それぞれ、1ペアのノードの第2ノードの変形 の3つの並進成分および3つの回転成分であり、
x i ,y i ,z i は、それぞれ、グローバル座標系における第1ノードの座標であり、x j ,y j ,z j は、それぞれ、グローバル座標系における第2ノードの座標であり、
θ xo ,θ yo ,θ zo は少なくとも1つのソリッド有限要素の前記それぞれの剛体回転のそ れぞれ3つの成分であるステップと、
有限要素モデルのための構造体の大きな変形および回転の計算を円滑化するように構成されている有限要素解析法を行うステップと、
を備えるコンピュータ可読記憶媒体。 - 請求項14に記載のコンピュータ可読記憶媒体であって、有限要素解析法は、時間進行 解析あるいは時間領域解析であるコンピュータ可読記憶媒体。
- 請求項14に記載のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記構造体の大きな変形およ び回転をシミュレートすることが、ターボジェットエンジンのファンブレードの動きのシ ミュレーションを含んでいるコンピュータ可読記憶媒体。
- 請求項14に記載のコンピュータ可読記憶媒体であって、少なくとも1つのソリッド有 限要素の前記それぞれは、さらに剛体回転を含んでいるコンピュータ可読記憶媒体。
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