JP5435807B2 - Structural analysis method of screw fastening part - Google Patents
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Description
本発明は、ネジ締結部の構造解析方法に関し、特に、FEM(有限要素法)解析におけるネジ締結部のモデリング工数の削減と効率化を図るのに好適なネジ締結部の構造解析方法に関する。 The present invention relates to a structure analysis method for a screw fastening portion, and more particularly to a structure analysis method for a screw fastening portion suitable for reducing the number of man-hours for modeling a screw fastening portion in FEM (finite element method) analysis and improving efficiency.
FEM解析ソフトウェアを使用して締結構造体の強度等を解析する解析方法が知られる。特許文献1には、解析対象である締結構造体の全体部と、ボルトおよび雌ねじ部材のネジ山近傍部とのそれぞれのモデルからグローバルメッシュとローカルメッシュとを生成し、それぞれに生成されたメッシュに基づいて数値計算し、両計算結果を重ね合わせて構造解析をする重合メッシュ法が記載されている。重合メッシュ法では、グローバルモデルで1度解析を実施し、ローカルモデルによりネジ締結部の計算を再度実施する。
An analysis method for analyzing the strength and the like of a fastening structure using FEM analysis software is known. In
上述のように、特許文献1に記載されている解析方法では、少なくとも2度の計算が必要となることや、解析対象部位であるネジ締結部全体に詳細メッシュを設定した場合、膨大な処理時間が発生するため解析時間が増大するという課題が考えられる。
As described above, the analysis method described in
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、処理時間を短縮でき、かつ解析精度の向上をも図ることができる有限要素法を用いたネジ締結部の構造解析方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a structure analysis method for a screw fastening portion using a finite element method that can solve the above-described problems of the prior art, can reduce processing time, and can improve analysis accuracy. is there.
前記目的を達成するための本発明は、二つの被締結部材の一方(例えば、クランクケース)に形成される雌ネジ部に対して、他方の被締結部材(例えば、シリンダブロック)を貫通させた締結部材(例えば、スタッドボルト)を螺挿して二つの被締結部材を互いに締結する構造を有するネジ締結部をモデル化し、有限要素法を用いて外力に対するネジ締結部の強度評価を行う構造解析方法において、前記雌ネジ部に対するボルトのネジ係り部のうち、係り終わり部近傍に設定されるモデリング領域におけるメッシュが、それ以外の領域よりも細かいメッシュサイズで作成されている点に第1の特徴がある。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the other member to be fastened (for example, a cylinder block) is passed through a female screw portion formed in one of the two fastened members (for example, a crankcase). A structural analysis method for modeling a screw fastening portion having a structure in which a fastening member (for example, a stud bolt) is screwed to fasten two members to be fastened to each other, and evaluating the strength of the screw fastening portion with respect to an external force using a finite element method The first feature is that the mesh in the modeling region set in the vicinity of the engagement end portion of the screw engagement portion of the bolt with respect to the female screw portion is created with a finer mesh size than the other regions. is there.
また、本発明は、前記モデリング領域が、前記雌ネジ部の複数のネジ山からなる範囲に設定される点に第2の特徴がある。 In addition, the present invention has a second feature in that the modeling area is set in a range including a plurality of screw threads of the female screw portion.
また、本発明は、前記モデリング領域が、該モデリング領域に含まれる雌ネジの谷部の曲率部に設けられる所定深さの詳細モデリング領域を含んでいる点に第3の特徴がある。 In addition, the present invention has a third feature in that the modeling area includes a detailed modeling area having a predetermined depth provided in a curvature portion of a valley portion of the female screw included in the modeling area.
また、本発明は、前記雌ネジ部のモデルが、前記被締結部材の一方(例えば、クランクケース)のモデルとは別に作成されるモデルであるカートリッジに含まれ、前記被締結部材の一方(例えば、クランクケース)のモデルには、前記カートリッジを嵌め込むため、該カートリッジの外形と同じ形状の空間領域が形成される点に第4の特徴がある。 Further, the present invention includes a cartridge in which the model of the female screw portion is a model created separately from a model of one of the members to be fastened (for example, a crankcase), and one of the members to be fastened (for example, The crankcase model has a fourth feature in that a space region having the same shape as the outer shape of the cartridge is formed in order to fit the cartridge.
また、本発明は、前記カートリッジの外部形状が、八角柱等の多角柱形状である点に第5の特徴がある。 In addition, the present invention has a fifth feature in that the external shape of the cartridge is a polygonal prism shape such as an octagonal prism.
また、本発明は、前記詳細モデリング領域が、ネジ谷底の2つの曲率開始点からカートリッジの側面に延びる2本の垂線で挟まれた領域であって、前記ネジ谷底に沿って、前記ネジ谷底の曲率開始点からネジ谷底最下点までの長さ分の長さで奥行き方向に拡がり、ネジ谷底全周に亘る領域である点に第6の特徴がある。 In the present invention, the detailed modeling region is a region sandwiched between two perpendiculars extending from the two curvature start points of the screw valley bottom to the side surface of the cartridge, and along the screw valley bottom, The sixth feature is that the region extends from the curvature start point to the lowest point of the screw valley bottom in the depth direction and extends over the entire circumference of the screw valley bottom.
また、本発明は、前記雌ネジ部のモデルが、軸対称形状の3次元モデルである点に第7の特徴がある。 In addition, the present invention has a seventh feature in that the model of the female screw portion is a three-dimensional model having an axisymmetric shape.
また、本発明は、締結部材としてのスタッドボルトのモデルが、ネジ山を有しない円柱状のモデルである点に第8の特徴がある。 In addition, the present invention has an eighth feature in that a model of a stud bolt as a fastening member is a cylindrical model having no thread.
実機耐久試験において、ネジ締結部周辺に破損が発生する際は、雌ネジと締結部材であるボルトとの係り部の係り終わり部(ボルト先端)近傍の雌ネジの谷底部が起点となることが多い。そこで、第1、第3および第6の特徴を有する本発明では、係り終わり部をモデリング領域とし、特に、雌ネジ谷底部の所定深さに詳細モデリング領域を設定してモデリングするようにして、モデリング領域以外のメッシュは簡略化した。したがって、処理工数を削減しつつ、解析時間を短縮して実機開発で実用可能な時間とすることができる。 In the actual machine durability test, when damage occurs around the screw fastening part, the bottom part of the female screw near the engaging end (bolt tip) of the engaging part of the female screw and the bolt as the fastening member may be the starting point. Many. Therefore, in the present invention having the first, third, and sixth features, the engagement end portion is used as a modeling region, and in particular, the detailed modeling region is set to a predetermined depth at the bottom of the female screw valley, and modeling is performed. Meshes outside the modeling area have been simplified. Therefore, it is possible to reduce the analysis time while reducing the processing man-hours, and to make it practical for practical machine development.
第2の特徴を有する本発明によれば、モデリング領域内を複数のネジ山を含めて設定し、例えば、雌ネジのいくつの山をモデリング領域とするかを任意に選択することができるので、ネジ山全体に亘って詳細なメッシュを設定する必要が無くなる。したがって、モデルの作成効率を高められ、短時間処理が可能になる。 According to the present invention having the second feature, the modeling region can be set including a plurality of screw threads, and for example, how many threads of the female screw can be arbitrarily selected as the modeling region. There is no need to set a detailed mesh over the entire thread. Therefore, the efficiency of model creation can be increased and processing can be performed for a short time.
第4の特徴を有する本発明によれば、雌ねじ部を有するカートリッジを、被締結部材の一方であるクランクケースのモデルに適用することで、クランクケースに設計変更が生じた場合でも、カートリッジの入れ換えで対応できるため、モデル作成工数を削減することができる。また、汎用性も高まる。 According to the present invention having the fourth feature, the cartridge having the female thread portion is applied to the crankcase model that is one of the fastened members, so that the cartridge can be replaced even when the design of the crankcase is changed. This can reduce the man-hours for model creation. Moreover, versatility also increases.
第5の特徴を有する本発明によれば、カートリッジの外形を円柱状にするのと違い、多角柱形状(例えば、八角柱形状)にしたカートリッジではカートリッジとクランクケースモデル側との合わせ面が平面同士となり、ひずみ差が発生しないので解析精度が向上する。また、カートリッジを八角柱形状とし、この柱状をその軸に沿って等形状に4分割した1/4モデルを作成した場合、この1/4モデルで計算をし、計算結果を4倍するだけで解析できるので、計算が早くかつ容易になる。 According to the present invention having the fifth feature, the cartridge and the crankcase model side have a flat mating surface in the case of a cartridge having a polygonal column shape (for example, an octagonal column shape), unlike the cylindrical outer shape of the cartridge. Analysis accuracy is improved because there is no difference in strain between the two. In addition, when the cartridge is made into an octagonal column shape and a 1/4 model is created by dividing the column shape into four equal shapes along the axis, the calculation is made with this 1/4 model and the calculation result is simply multiplied by four. Since it can be analyzed, calculation is quick and easy.
第7の特徴を有する本発明によれば、雌ネジのモデルは、実際のネジ形状である螺旋形状とは異なる軸対称形状としたので、螺旋形状モデルを用いた場合よりもモデル作成工数を削減できるし、実機開発でのネジ加工における管理工数を削減することができる。第8の特徴を有する本発明によれば、締結部材としてのスタッドボルトのモデルが、ネジ山を有しない円柱状のモデルであるので、計算が簡単になり処理時間の短縮が可能である。 According to the present invention having the seventh feature, since the female screw model has an axisymmetric shape different from the actual screw shape, the number of man-hours for model creation is reduced as compared with the case of using the spiral shape model. It is possible to reduce the man-hours required for screw processing in actual machine development. According to the present invention having the eighth feature, the model of the stud bolt as the fastening member is a cylindrical model having no thread, so that the calculation is simplified and the processing time can be shortened.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、構造解析の対象として、自動二輪車用エンジンのクランクケースにシリンダブロックを組み付けるネジ締結部を想定する。図9はエンジンの要部断面図である。図9において、エンジン9はクランクケース1およびシリンダ部10からなり、シリンダ部10はシリンダブロック2およびシリンダヘッド12を含み、クランクケース1は上部分1aと下部分1bとからなる。クランクケース1の下部分1bには、オイルパン11が結合される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a screw fastening portion for assembling a cylinder block to a crankcase of a motorcycle engine is assumed as a structural analysis target. FIG. 9 is a sectional view of an essential part of the engine. In FIG. 9, the
クランクケース1の上部分1a側に形成される雌ネジ3にボルト4をねじ込むことによってクランクケース1に固定したスタッドボルトが形成され、このスタッドボルト4を使用してクランクケース1とシリンダ部10とを組み立てる。スタッドボルト4はシリンダブロック2およびシリンダヘッド12に通され、シリンダヘッド12から上に突出するスタッドボルト4の端部にナット6を締結することにより、クランクケース1にシリンダブロック2が組み付けられる。
A stud bolt fixed to the
また、クランクケース1の上部分1aには、スタッドボルト13、14がそれぞれ雌ネジ15、16にねじ込まれて固定され、このスタッドボルト13、14を、クランクケース1の下部分1bを通して下方に突き出させ、下端部にナット20、21を締結することにより、クランクケース1の上部分1aと下部分1bとが組み立てられる。さらに、クランクケース1の上部分1aおよび下部分1bは、上部分1aを通すボルト18を下部分1bにねじ込むとともに、クランクケース1の下部分1bを通すボルト19を上部分1aにねじ込むことにより、強固に固定される。
In addition,
構造解析は、雌ネジ3とスタッドボルト4との締結部やスタッドボルト13、14と雌ネジ15、16との締結部、ならびにスタッドボルト4とナット6、およびスタッドボルト13、14とナット20、21とのそれぞれの締結部を対象とした強度評価に関して行う。
The structural analysis includes the fastening portion between the
なお、本発明による構造解析の対象は、ここにあげたエンジン9のスタッドボルトに関わるネジ締結部に限定されるものではない。例えば、ボルト18とクランクケース1の下部分1bとのネジ締結部や、ボルト19とクランクケース1のクランクケース1の上部分1aとのネジ締結部に関する構造解析にも適用される。しかし、ネジ締結部のメッシュによる構造解析では、複数のCPUを用いても多くの解析時間を要するので、本実施形態をすべてのネジ締結部の構造解析に適用するのは適当ではなく、主に、エンジンにおいては、スタッドボルトと雌ネジ部との締結部に本実施形態を適用することによって効果を挙げることができる。
The object of the structural analysis according to the present invention is not limited to the screw fastening portion related to the stud bolt of the
図2は、本発明の一実施形態に係るネジ締結部の構造解析方法の解析手順を示すフローチャートである。この解析手順は汎用コンピュータを使用して実行される。図2のステップS1では、ネジ締結部の3次元CADモデルを作成する。ステップS2では、被締結部のモデルに対してカートリッジ外形加工処理を行う。被締結部は、クランクケース1とシリンダ部10であるが、ここでは、ボルト4がねじ込まれる被締結部の一方であるクランクケース1(上部分1a)のモデル(クランクケースモデル)にカートリッジ外形加工処理が施される。「カートリッジ」は、予め作成した八角柱状のひな型モデルであり、雌ねじ部を含むものである。
FIG. 2 is a flowchart showing an analysis procedure of the structure analysis method of the screw fastening portion according to the embodiment of the present invention. This analysis procedure is performed using a general purpose computer. In step S1 of FIG. 2, a three-dimensional CAD model of the screw fastening portion is created. In step S2, cartridge outer shape processing is performed on the model of the fastened portion. The parts to be fastened are the
カートリッジを円筒形状とした場合、曲率を持つ面に対してメッシュを作成すると離散化による誤差が生じ、カートリッジ側の外面およびクランクケース側モデルの面のメッシュが一致しないため、ひずみ差が生じる。これに対して、本発明者等による検討によれば、カートリッジを八角柱状とすることにより、カートリッジとクランクケースモデル側との合わせ面でひずみ差が発生しないことが確認されたので、この八角柱形状を採用した。なお、カートリッジを八角柱形状とすることにより、後述するように、この柱状をその軸に沿って等形状に4分割した1/4モデルを作成した場合、この1/4モデルで計算をし、計算結果を4倍するだけで解析できるので、計算が早くかつ容易になる。 When the cartridge is formed in a cylindrical shape, if a mesh is created for a surface having a curvature, an error due to discretization occurs, and the mesh on the outer surface on the cartridge side and the surface of the model on the crankcase side do not match, resulting in a strain difference. On the other hand, according to the study by the present inventors, it has been confirmed that by making the cartridge into an octagonal column shape, there is no distortion difference at the mating surface between the cartridge and the crankcase model side. Adopted the shape. In addition, by making the cartridge into an octagonal column shape, as will be described later, when a 1/4 model is created by dividing this column shape into four equal shapes along its axis, calculation is performed with this 1/4 model, Since the analysis can be performed simply by multiplying the calculation result by four times, the calculation is quick and easy.
したがって、ステップS2におけるカートリッジ外形加工処理とは、3次元CADモデルにおけるクランクケースモデル側の、雌ねじが形成される領域部分をカートリッジの外形と同じ形状の空間に作成することをいう。このように雌ねじ部を有するカートリッジをクランクケースモデルに適用することで、クランクケースに設計変更が生じた場合でも、カートリッジの入れ換えで対応できるため、モデル作成工数を削減することができる。 Therefore, the cartridge outer shape processing in step S2 refers to creating an area portion on the crankcase model side in the three-dimensional CAD model where a female screw is formed in a space having the same shape as the outer shape of the cartridge. By applying the cartridge having the female thread portion to the crankcase model in this way, even when a design change occurs in the crankcase, it is possible to cope with the replacement of the cartridge, so that the model creation man-hour can be reduced.
ステップS3では、解析モデルの各面のメッシュを作成する。ステップS4では、ステップS3で作成された各面のメッシュとカートリッジメッシュとを組み立てる(メッシュモデルアセンブリ)。カートリッジメッシュはカートリッジのひな型モデルについて作成される。カートリッジのひな型モデルは、ボルトのサイズ毎に用意することができ、ボルト長さや、かかり代はレイアウト情報(設計情報)から修正される。 In step S3, a mesh for each surface of the analysis model is created. In step S4, the mesh of each surface created in step S3 and the cartridge mesh are assembled (mesh model assembly). A cartridge mesh is created for a model model of the cartridge. A model model of the cartridge can be prepared for each bolt size, and the bolt length and cost are corrected from the layout information (design information).
ステップS5では、解析条件を設定する。解析条件には、筒内圧、ピストンのスラスト荷重、クランクシャフトとトランスミッションおよびバランサの軸受反力等の荷重情報と、スタッドボルトの各軸力およびエンジン拘束位置(車体への搭載位置)等の構成情報とを含む。 In step S5, analysis conditions are set. Analysis conditions include in-cylinder pressure, piston thrust load, load information such as crankshaft and transmission and balancer bearing reaction forces, and configuration information such as stud bolt axial force and engine restraint position (mounting position on the vehicle body). Including.
ステップS6では、FEM解析ソフトウェアを使った構造解析(ネジ締結部の強度解析)を実施する。ステップS7では、予め設定される評価基準に従って解析結果を評価する。評価結果が基準に適合していた(OK)ならば、処理を終了し、評価結果が基準に適合していなかった(NG)ならば、ステップS8に進む。 In step S6, structural analysis (strength analysis of the screw fastening portion) using FEM analysis software is performed. In step S7, the analysis result is evaluated according to a preset evaluation criterion. If the evaluation result conforms to the standard (OK), the process is terminated. If the evaluation result does not conform to the standard (NG), the process proceeds to step S8.
ステップS8では、ネジ締結部の変更が必要か否かを判断する。ステップS8が否定ならば、ステップS3に戻る。ステップS8が肯定ならば、ステップS9でネジ締結部の変更を行う。変更は、ボルト長、かかり代について行われる。ネジ締結部の変更が行われたならば、ステップS10に進んで、変更されたネジ締結部に応じてカートリッジメッシュを作成する。 In step S8, it is determined whether or not the screw fastening portion needs to be changed. If step S8 is negative, the process returns to step S3. If step S8 is positive, the screw fastening portion is changed in step S9. Changes are made for bolt length and cost. If the screw fastening portion is changed, the process proceeds to step S10, and a cartridge mesh is created according to the changed screw fastening portion.
図3は、カートリッジメッシュ作成のフローチャートである。ステップS101では、ボルトサイズ毎のひな型モデルを予め記憶した記憶部からボルトサイズ(径)に応じて取得する。ステップS102では、変更されたネジ締結部のボルト長およびかかり代により評価部を修正する。ステップS103では、カートリッジのメッシュを生成する。 FIG. 3 is a flowchart for creating a cartridge mesh. In step S101, a model model for each bolt size is acquired according to the bolt size (diameter) from a storage unit previously stored. In step S102, the evaluation unit is corrected based on the changed bolt length and cost of the screw fastening unit. In step S103, a cartridge mesh is generated.
図11は雌ネジ3のカートリッジと雌ネジにねじ込まれるスタッドボルト4のモデルの組み合わせを示す模式図である。カートリッジ50は、クランクケース1の上部分1aに形成される空間に埋め込まれる筒形状であり、スタッドボルト4はネジ山モデル40として形成される。スタッドボルト4のネジ山モデル40は、ボルト径に応じて予め作成される標準的なモデルであり、カートリッジ50と螺合する部分のみが作成され、カートリッジ50と螺合しない部分は省略される。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a combination of a cartridge of the
図12はスタッドボルト13とクランクケース1の上部分1aの雌ネジ部16とからなるネジ締結部のモデルを示す模式図である。ここでは、カートリッジ51は雌ネジ部16に対応する筒形状のモデルであり、スタッドボルト13はネジ山モデル131として形成される。スタッドボルト13のネジ山モデル131は、前記ネジ山モデル40と同様のものであり、ボルト径に応じて予め作成される標準的なモデルである。スタッドボルト13に螺着されるナット20のモデル201も予め作成される標準的なモデルである。
FIG. 12 is a schematic view showing a model of a screw fastening portion including the
図13はスタッドボルト4の円柱形状モデルを示す模式図である。図13に示した例では、スタッドボルト4およびナット6が、それぞれネジ山を有しない単純な円柱形状モデル42および61としてモデル化される。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a cylindrical model of the
図4はカートリッジを示す図である。カートリッジ5は、八角柱形状であり、スタッドボルト4に適合する雌ネジ3が形成される。なお、カートリッジ5には、外周面、両端面、および雌ネジ3の各面についてメッシュが作成されるが、図4では、図の繁雑を避けるため、外周面に現れるメッシュの一部と雌ネジ3に作成されたメッシュの一部のみを示している。図中2点鎖線Dは、カートリッジを4分割する線であり、後述する鏡面対象モデルとしてのカートリッジの分割線を示す。雌ネジ3は、実際のネジ形状と同じ螺旋形状としてもよいが、モデル作成工数や実機開発でのネジ加工における管理工数の削減のため、軸対称形状でモデリングした。本発明者等がひずみ測定用のテストピースによる実験を行ったところでは、軸対称形状のネジ形状と螺旋形状とで、ひずみ値にほとんど差異は見られず、ひずみ分布も解析結果とよく一致しており、精度的にも問題はなかった。
FIG. 4 shows the cartridge. The
図5はクランクケースモデル内に収められたカートリッジを示す図、図6はクランクケースモデルの要部断面図、図7はカートリッジが収められたクランクケースモデルの断面図である。各図において、メッシュは本発明を理解するのに十分な要部のみ簡略化して図示している。図6において、クランクケースモデル7には、カートリッジ5の外形と一致する空間(空間領域)8が形成され、この空間8の面にメッシュが作成される。また、図5および図7に示すように、カートリッジ5は、クランクケースモデル7内に嵌め込まれ、カートリッジ5に形成される雌ネジ3にメッシュが作成される。
FIG. 5 is a view showing a cartridge housed in the crankcase model, FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the crankcase model, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the crankcase model containing the cartridge. In each of the drawings, only a substantial part of the mesh that is sufficient for understanding the present invention is shown in a simplified manner. In FIG. 6, the crankcase model 7 has a space (space region) 8 that coincides with the outer shape of the
図8はカートリッジの雌ネジに作成されるメッシュを示すカートリッジの要部断面の3次元モデルを示す図であり、図1は図8の要部拡大図である。図8では、カートリッジ5の雌ネジ部分とスタッドボルト4との対向部(以下、「係り部」という)の係り終わり部つまりスタッドボルト4の先端領域における雌ネジ部分のネジ谷底のメッシュ17が係り部の係り終わり部以外の領域よりもサイズを極めて小さいので、黒色で塗りつぶされた状態で示されている。
FIG. 8 is a view showing a three-dimensional model of a cross section of the main part of the cartridge showing a mesh formed on the female screw of the cartridge, and FIG. 1 is an enlarged view of the main part of FIG. In FIG. 8, the
図14はスタッドボルト4と雌ネジ3からなるネジ締結部の係り部に作用する応力分布を示す図である。図14によれば、スタッドボルト4を雌ネジ3にねじ込んでナット6で締め上げた際、係り部の他の部分と比べて係り終わり部では振幅応力が際だって増大していることが理解される。このような応力分布では、この応力増大部分に対応するネジ山の谷底C1を起点にクラックCrが発生することが予測される。したがって、このスタッドボルト4との係り部の係り終わり部近傍の領域(例えば、ボルト4の先端部から3山)をモデリング領域Rとし、このモデリング領域Rでは、他の領域よりもメッシュを細かくして解析を行うことにより、効率的な解析処理が可能になる。
FIG. 14 is a diagram showing the distribution of stress acting on the engaging portion of the screw fastening portion including the
図14に関して説明した理由により、図1に示すように、係り終わり部に関して雌ネジ3の谷底の曲率部分についてひずみ値を高精度で得るため、モデリング領域Rのメッシュサイズを他の領域よりも小さくしている。モデリング領域のうち、特に雌ネジ3のモデルのネジ谷底近傍に所定の詳細モデリング領域Amを設定し、その領域におけるメッシュが、それ以外の領域よりも特に細かいメッシュサイズで作成する。
For the reason described with reference to FIG. 14, as shown in FIG. 1, the mesh size of the modeling region R is made smaller than that of the other regions in order to obtain a strain value with high accuracy for the curvature portion of the valley bottom of the
詳細モデリング領域Amは、雌ネジ3の谷底の曲率部分の曲率開始点a1、a2からカートリッジ5の側面5sに延びる垂線L1、L2で挟まれた領域であって、雌ネジ3の谷底に沿って、ネジ谷底の曲率開始点a1、a2からネジ谷底最下点bまでの長さL分の長さで奥行き方向に拡がり、ネジの谷底全周に亘る領域である。
The detailed modeling area Am is an area sandwiched by perpendicular lines L1 and L2 extending from the curvature start points a1 and a2 of the curvature portion of the valley bottom of the
具体的には、雌ネジ3の谷底の曲率部長さ(曲率開始点aから谷底の最下点bまでの長さ(つまり曲率部分の半分の長さ)Lをn分割(例えば4分割)するメッシュを作成し、奥行き方向(ネジ谷底からカートリッジの側面5Sに延びる方向)にも、長さLの範囲に、n分割されたメッシュを作成する。雌ネジ3の領域Amには周方向にも、同様に長さLをn分割したサイズのメッシュを作成するのがよい。
Specifically, the length of the curvature portion of the valley of the female screw 3 (the length from the curvature start point a to the lowest point b of the valley bottom (that is, half the length of the curvature portion) L is divided into n (for example, divided into 4). A mesh is created and an n-divided mesh is created in the depth direction (the direction extending from the bottom of the screw valley to the
図15は雌ネジの係り終わり部に設定されるメッシュの例を示す図であり、図16は雌ネジの係り終わり部以外の領域に設定されるメッシュの例を示す図である。図15に示すように、雌ネジ3とスタッドボルト4とのネジの係り部のうち、係り終わり部つまりネジ端部の詳細モデリング領域Amでは、メッシュサイズを20〜30μmとする。一方、図16に示すように、ネジ係り部の係り終わり部以外の領域、つまりネジ係り始め部寄りの領域Am1では、メッシュサイズを100μm以上とする。なお、メッシュサイズは各メッシュを形成する3角形の各辺の長さで規定する。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a mesh set at the engagement end portion of the female screw, and FIG. 16 is a diagram showing an example of a mesh set at a region other than the engagement end portion of the female screw. As shown in FIG. 15, the mesh size is 20 to 30 μm in the detailed modeling region Am of the engagement end portion, that is, the screw end portion, among the engagement portions of the
こうして、カートリッジのメッシュ評価部のみを詳細に作成し、評価部以外のメッシュを粗くして簡略化することにより、計算時間の削減が図られ、解析精度の維持も可能である。一例として、メッシュを単純に細かくする従来の手法を使って所定数の所定処理速度のCPUで24時間かけて計算していたエンジンのネジ締結部の解析処理が、ネジ係り終わり部つまりネジ先端部のメッシュのみを、それ以外の領域のメッシュより細かくし、かつスタッドボルトにのみに限定して適用する本実施形態によれば、同数かつ同処理速度のCPUを使って9時間で処理することが可能になった。 In this way, only the mesh evaluation part of the cartridge is created in detail, and the mesh other than the evaluation part is roughened and simplified, thereby reducing the calculation time and maintaining the analysis accuracy. As an example, the analysis process of the screw fastening portion of the engine, which was calculated over 24 hours by a CPU with a predetermined number of predetermined processing speeds using the conventional method of simply making the mesh fine, is the screw engagement end portion, that is, the screw tip portion. According to the present embodiment in which only the mesh is made finer than the mesh in other regions and is applied only to the stud bolt, the processing can be performed in 9 hours using the same number and the same processing speed of the CPU. It became possible.
なお、カートリッジの1/4形状モデルを作成し、この1/4モデルの鏡面対称性を利用して八角柱形状のカートリッジのモデルを作成してもよい。これによって、モデリング工数を削減することができる。このような1/4形状モデルを作成する場合、八角柱形状の外形を有するカートリッジが好都合である。1/4形状モデルを使って計算した結果を4倍するだけで良いので、計算時間が短縮されやすいからである。 Note that a quarter-shaped cartridge model may be created, and an octagonal cartridge model may be created using the mirror symmetry of the quarter model. Thereby, the modeling man-hour can be reduced. When creating such a ¼ shape model, a cartridge having an octagonal prism shape is advantageous. This is because the calculation time is easily shortened because it is only necessary to multiply the result calculated using the ¼ shape model by four.
図10は、1/4形状モデルを示す図である。図10では、雌ネジ3の表面(谷底)に、細かいメッシュが作成されていることを示している。なお、断面に現れるメッシュは、図1、図8に示したものと同様であるので、繁雑を避けるため図示を省略している。
FIG. 10 is a diagram illustrating a ¼ shape model. FIG. 10 shows that a fine mesh is created on the surface (valley bottom) of the
上述のように、本実施形態によれば、実態に応じた解析箇所を詳細モデリング領域として、その他の領域よりも細かいメッシュを作成したので、解析のための処理工数を削減しつつ解析精度の向上を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the analysis location according to the actual situation is used as the detailed modeling area, and a finer mesh is created than the other areas. Therefore, the analysis accuracy is improved while reducing the processing man-hours for the analysis. Can be achieved.
また、雌ネジを軸対称形状でモデリングしたので、ネジ加工における管理工数を削減できる。また、カートリッジの採用により、設計変更に対する適応性を向上させることができる。 In addition, since the female screw is modeled in an axially symmetric shape, the number of man-hours for screw processing can be reduced. In addition, the adaptability to the design change can be improved by adopting the cartridge.
本発明は、上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載した事項および周知技術の範囲で変形が可能である。例えば、詳細モデリング領域を2方向のそれぞれにおいて所定距離Lを4分割したメッシュを作成したが、分割数はこれに限らない。要は、破損部の実態に応じて設定される詳細モデリング領域Amのメッシュを、その他の領域のメッシュより細かくしてあればよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified within the scope of the matters described in the claims and the well-known technology. For example, the detailed modeling region is created by dividing the predetermined distance L into four in each of the two directions, but the number of divisions is not limited to this. In short, the mesh of the detailed modeling area Am set according to the actual state of the damaged part may be made finer than the meshes of other areas.
1…クランクケース、 2…シリンダブロック、 3…雌ネジ、 4…ボルト、 5…カートリッジ、 6…クランクケースモデル、 8…空間領域、 Am…詳細モデリング領域
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記雌ネジ部(3)に対するボルト(4)のネジ係り部のうち、係り終わり部近傍に設定されるモデリング領域(R)におけるメッシュが、それ以外の領域よりも細かいメッシュサイズで作成されており、
前記モデリング領域(R)が、該モデリング領域(R)に含まれる雌ネジの谷部の曲率部に設けられる所定深さ(L)の詳細モデリング領域(Am)を含んでおり、
前記雌ネジ部(3)のモデルが、前記被締結部材の一方(1)のモデルとは別に作成されるモデルであるカートリッジ(5)に含まれ、
前記被締結部材の一方(1)のモデルには、前記カートリッジ(5)を嵌め込むため、前記カートリッジ(5)の外形と同じ形状の空間領域(8)が形成され、
前記詳細モデリング領域(Am)が、ネジ谷底の2つの曲率開始点(a1、a2)からカートリッジ(5)の側面(5S)に延びる2本の垂線(L1、L2)で挟まれた領域であって、前記ネジ谷底に沿って、前記ネジ谷底の曲率開始点(a1、a2)からネジ谷底最下点(b)までの長さ(L)分の長さで奥行き方向に拡がり、ネジ谷底全周に亘る領域であり、
前記ネジ谷底の曲率開始点(a1、a2)からネジ谷底最下点(b)までの長さ(L)をn分割するメッシュを作成すると共に、奥行き方向にも前記長さ(L)の範囲にn分割されたメッシュを作成することを特徴とするネジ締結部の構造解析方法。 The computer screws the bolt (4) passing through the other fastening member (2) into the female screw part (3) formed in one (1) of the two fastening members (1, 2). In a structural analysis method for modeling a screw fastening part having a structure for inserting and fastening two fastened members (1, 2) to each other, and evaluating the strength of the screw fastening part against external force using a finite element method,
The female screw portion (3) of the screw engaging portion of the bolt (4) with respect to the mesh in the modeling area (R) to be set in dependency end portion vicinity are created with a fine mesh size than other regions ,
The modeling region (R) includes a detailed modeling region (Am) having a predetermined depth (L) provided in a curvature portion of a valley portion of the female screw included in the modeling region (R),
The model of the female screw part (3) is included in the cartridge (5) which is a model created separately from the model of one (1) of the fastened members,
A space region (8) having the same shape as the outer shape of the cartridge (5) is formed in the model (1) of the fastened member in order to fit the cartridge (5),
The detailed modeling region (Am) is a region sandwiched by two perpendicular lines (L1, L2) extending from the two curvature start points (a1, a2) of the screw valley bottom to the side surface (5S) of the cartridge (5). Then, along the bottom of the screw valley, it extends in the depth direction with a length (L) from the curvature start point (a1, a2) of the screw valley bottom to the lowest point (b) of the screw valley bottom. An area that spans the circumference,
While creating a mesh that divides the length (L) from the curvature start point (a1, a2) of the screw valley bottom to the lowest point (b) of the screw valley bottom, the range of the length (L) also in the depth direction A structure analysis method for a screw fastening portion, wherein a mesh divided into n is created .
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