JP5437879B2 - Stress strain analysis apparatus and stress strain analysis method - Google Patents
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Description
本発明は有限要素法による応力歪の解析装置及び応力歪の解析方法に関するものである。
The present invention relates to a stress strain analysis apparatus and a stress strain analysis method using a finite element method.
従来、形状や境界条件が複雑な解析対象の解析法として、有限要素法が知られている。この有限要素法は、解析対象をメッシュ単位で複数に分割し、要素の節点ごとに応力を解析することにより、解析対象の応力歪を解析する。図1は従来の有限要素法のアルゴリズムにより解析する解析処理前の状態を示す。同図に示すように、有限要素法で応力を解析するためには、あらかじめ解析対象データDを複数の節点Y(ガウス点を含む、以下同じ)を有する四角形又は三角形等のメッシュMにより複数に分割しておく必要がある。 Conventionally, a finite element method is known as an analysis method for an analysis object having a complicated shape or boundary condition. In this finite element method, an analysis target is divided into a plurality of mesh units, and stress is analyzed for each node of the element, thereby analyzing the stress strain of the analysis target. FIG. 1 shows a state before an analysis process to be analyzed by a conventional finite element method algorithm. As shown in the figure, in order to analyze the stress by the finite element method, the analysis object data D is previously divided into a plurality of meshes M such as a quadrangle or a triangle having a plurality of nodes Y (including Gauss points, the same applies hereinafter). It is necessary to divide it.
図2は図1に示した解析対象データDを、有限要素法のアルゴリズムにより解析した結果を示すものである。有限要素法のアルゴリズムでは、要素E−1〜E−18の節点Y1〜Y28における応力が解析され、要素Eの節点Yは解析後の座標位置に移動される。これにより、応力の高い部分は歪みが大きくなり、ゆがみの状態によって応力歪の大きさを視覚的に捉えることができる。 FIG. 2 shows the result of analyzing the analysis target data D shown in FIG. 1 by an algorithm of the finite element method. In the finite element method algorithm, stresses at the nodes Y1 to Y28 of the elements E-1 to E-18 are analyzed, and the node Y of the element E is moved to the coordinate position after the analysis. As a result, distortion is increased in a portion where stress is high, and the magnitude of stress strain can be visually grasped according to the state of distortion.
節点の変位、節点間距離の変位は、歪の大きさとして捉えることができる。図示例では、解析対象データDの下面中央部で要素Eの変形が大きく上面中央部で小さいこと、各要素Eの変形の形状から全体として曲げが働いていること、解析対象データDの下面中央部に応力が集中していることが分かる。 The displacement of the node and the displacement of the distance between the nodes can be regarded as the magnitude of the distortion. In the illustrated example, the deformation of the element E is large at the center of the lower surface of the analysis target data D and is small at the center of the upper surface, the bending works as a whole from the deformation shape of each element E, the center of the lower surface of the analysis target data D It can be seen that the stress is concentrated on the part.
また、従来の有限要素法のアルゴリズムには、算出した応力に基づいて応力の等高線を作成しコンター図として表示する機能が組み込まれている。コンター図を表示すると、応力分布を視覚的に把握することができるので、利便性が高くなる。なお、従来の有限要素法の数値解析方法において、四角形のメッシュを用いると精度のよい応力の解析が可能なため、均一な四角形のメッシュの作成方法も検討されている(特許文献1)。
The conventional finite element algorithm incorporates a function of creating a contour line of stress based on the calculated stress and displaying it as a contour diagram. When the contour diagram is displayed, the stress distribution can be grasped visually, which increases convenience. In addition, in the conventional numerical analysis method of the finite element method, when a quadrilateral mesh is used, it is possible to analyze stress with high accuracy, and therefore, a method for creating a uniform quadrilateral mesh has been studied (Patent Document 1).
ところで、自動二輪車や自動車等の車両の開発においては、ユーザが指定した指定領域の複数の節点の応力を平均化して指定領域の応力歪とし、これを歪ゲージにより測定した実際のデータと対比して評価することによって開発に役立てている。
しかし、ユーザの指定領域の位置、サイズが任意であり、また、要素のサイズもメッシュMのサイズによって左右されるので、ユーザが指定した指定領域の位置、サイズ、及びメッシュMのサイズによっては、図3に示すようにユーザが指定した指定領域AL内において複数の節点Yが相対的に偏ってしまうことがある。また、図4に示すように節点Yの数が大幅に不足してしまうことがあり、結果的に、節点Yの応力の平均値の信頼性が損なわれてしまうことがある。また、節点Yの応力の値も各節点Yにおける応力の計算精度に依存しているため、計算精度が影響してしまうこともある。
そこで、ユーザの任意な領域指定に対応する節点間距離の小さなメッシュMを用い、解析対象データDを再分割し、ユーザが指定した指定領域の応力歪についての計算を再度、実行することが考えられる。
By the way, in the development of vehicles such as motorcycles and automobiles, the stress of a plurality of nodes in the designated area specified by the user is averaged to obtain stress strain in the designated area, and this is compared with the actual data measured by the strain gauge. This is useful for development.
However, the position and size of the designated area of the user are arbitrary, and the size of the element depends on the size of the mesh M. Therefore, depending on the position and size of the designated area specified by the user and the size of the mesh M, As shown in FIG. 3, a plurality of nodes Y may be relatively biased in the designated area AL designated by the user. In addition, as shown in FIG. 4, the number of nodes Y may be significantly insufficient, and as a result, the reliability of the average value of stress at the nodes Y may be impaired. Further, since the stress value at the node Y also depends on the calculation accuracy of the stress at each node Y, the calculation accuracy may be affected.
Therefore, it is considered that the analysis target data D is subdivided using the mesh M having a small internode distance corresponding to the user's arbitrary region designation, and the calculation of the stress strain in the designated region designated by the user is executed again. It is done.
しかし、メッシュサイズの小さなメッシュMにより再分割を行い、応力歪の再計算を行うと、節点数の増大によって計算数が膨大になるので手間がかかるとともに、計算の負荷が増大し、計算の終了までに時間がかかってしまう課題がある。
また、このような再分割、再計算をせずに、はじめからユーザの任意な領域指定ALに対応できるように解析対象データDを複数の要素に分割し、指定領域の応力歪を計算することも考えられるが、上述の節点数の増大に伴う課題を解決することができない。
また、他の方法として、ユーザの指定領域ALのみの再分割を行い、再計算を行うことも考えられるが、これでは他の要素との関係を把握することができないという課題が発生する。
However, if the subdivision is performed with the mesh M having a small mesh size and the stress strain is recalculated, the number of calculations becomes enormous due to the increase in the number of nodes. There is a problem that takes time.
In addition, the analysis target data D is divided into a plurality of elements so as to be able to cope with the user's arbitrary area designation AL from the beginning without performing such subdivision and recalculation, and the stress strain of the designated area is calculated. However, the problem associated with the increase in the number of nodes cannot be solved.
As another method, it may be possible to perform recalculation by re-dividing only the user's designated area AL. However, this causes a problem that the relationship with other elements cannot be grasped.
本発明は上記課題に鑑みて案出されたもので、ユーザが指定する任意の指定領域の応力(応力歪)を、有限要素法のアルゴリズムより再計算せずに、簡便にかつ精度良く算出することが可能な応力歪解析装置及び応力歪の解析方法を提供することを目的とする。
The present invention has been devised in view of the above problems, and calculates stress (stress strain) in an arbitrary designated region designated by the user simply and accurately without recalculating from the finite element method algorithm. It is an object of the present invention to provide a stress strain analysis apparatus and a stress strain analysis method capable of performing the above.
上記課題を解決するために本願の請求項1記載にかかる発明は、解析対象としての解析対象データ(D)を有限個の節点で互いに接合された集合体とみなし、解析対象データ(D)を複数の節点を有するメッシュ(M)により複数に分割して各要素(E)における応力を有限要素法のアルゴリズムにより解析する応力歪解析装置において、
前記解析対象データ(D)の複数の節点(Y)の応力値を算出する算出手段(17)と、前記解析対象データ(D)の全領域に対してユーザが指定する指定領域(AL)を入力手段(3,4)を介して任意に指定する領域指定手段(18)と、前記指定領域(AL)の応力歪を解析するための複数の参照節点(P1〜P5)を前記指定領域(AL)の輪郭線(AL1)上及びその内部で前記節点(Y)近傍に生成する参照節点生成手段(19)と、
前記参照節点生成手段(19)が生成した前記複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を算出し、これらの応力値に基づいて前記指定領域の応力歪を算出する算出手段(20)とを備え、
前記指定領域の応力歪み算出手段(20)は、
前記輪郭線(AL1)上にある複数の参照節点(P1〜P4)の応力値のそれぞれを、各参照節点(P1〜P4)に隣接する周囲の節点(Y)の既知の応力値に基づき、
前記各参照節点(P1〜P4)と前記隣接する周囲の節点(Y)との距離に応じ、距離が短い程重み付けを大きくした重み付け平均により算出して求め、
かつ前記指定領域(AL)内部の前記参照節点(P5)の応力値をその近傍の前記既知の節点(Y)における応力値として算出し、
これら求められた複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を前記指定領域(AL)における位置に応じて重み付け平均して前記指定領域(AL)の応力値を算出し、この応力値に基づいて応力歪を算出することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
A calculation means (17) for calculating stress values of a plurality of nodes (Y) of the analysis object data (D), and a designated area (AL) designated by the user for all areas of the analysis object data (D). Area designation means (18) arbitrarily designated via the input means (3, 4), and a plurality of reference nodes (P1 to P5) for analyzing stress strain in the designated area (AL) AL) on the outline (AL1) and in the vicinity thereof, the reference node generating means (19) for generating in the vicinity of the node (Y) ;
Calculating a stress value of the reference node generating means (19) has generated said plurality of reference nodes (P1 to P5), calculating means for calculating the stress-strain of the specified area on the basis of these stress values (20) With
The stress strain calculation means (20) of the designated area is
Based respective stress values of a plurality of reference nodes (P1 to P4) located on the contour line (AL1), the known stress value of a node of the ambient adjacent to each reference node (P1~P4) (Y) The
According to the distance between each of the reference nodes (P1 to P4) and the adjacent surrounding nodes (Y), it is calculated and calculated by a weighted average in which the weight is increased as the distance is shorter,
And the stress value of the reference node (P5) inside the designated area (AL) is calculated as the stress value at the known node (Y) in the vicinity thereof,
A stress value of the designated region (AL) is calculated by weighting and averaging the obtained stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P5) according to positions in the designated region (AL), and based on the stress values. And calculating the stress strain.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記指定領域(AL)の形状が矩形であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the shape of the designated area (AL) is a rectangle.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記指定領域(AL)の形状が矩形であり、前記参照節点(P1〜P4)が矩形の頂点を含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the designated area (AL) has a rectangular shape, and the reference nodes (P1 to P4) include rectangular vertices.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記参照節点の生成箇所が少なくとも五箇所であることを特徴とする。
The invention described in
請求項5記載の発明は、応力歪解析装置により、解析対象としての解析対象データ(D)を有限個の節点で互いに接合された集合体とみなし、解析対象を複数の節点を有するメッシュ(M)により複数に分割して各要素(E)における応力を有限要素法のアルゴリズムにより解析する応力歪の解析方法において、
前記応力歪解析装置は、
前記メッシュにおける複数の節点(Y)の応力値算出手段(17)により、前記解析対象データ(D)の複数の節点(Y)の応力値を算出するステップと、
領域指定手段(18)により、前記解析対象データ(D)の全領域に対して指定領域(AL)を任意に指定するステップと、
参照節点生成手段(19)により、前記指定領域(AL)の応力歪を解析するための複数の参照節点(P1〜P5)を前記指定領域(AL)の輪郭線(AL1)上及びその内部で前記節点(Y)近傍に生成するステップと、
指定領域(AL)の応力歪算出手段(20)により、前記複数の参照節点(P1〜P4)の応力値のそれぞれを各参照節点(P1〜P4)に隣接する周囲の節点(Y)の既知の応力値に基づいて、前記各参照節点(P1〜P4)と前記隣接する周囲の節点(Y)との距離に応じ、距離が短い程重み付けを大きくした重み付け平均により算出し、
前記指定領域(AL)内部の前記参照節点(P5)の応力値を、その近傍にある前記節点(Y)における既知の応力値として算出するステップと、
求めた複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を前記指定領域(AL)における位置に応じて重み付け平均して前記指定領域(AL)の応力値を算出し、この応力値に基づいて前記指定領域(AL)の応力歪を算出するステップと、を含むことを特徴とする。
According to the fifth aspect of the present invention, the analysis target data (D) as an analysis target is regarded as an aggregate joined to each other at a finite number of nodes by the stress strain analysis apparatus, and the analysis target is a mesh having a plurality of nodes (M In the stress strain analysis method, the stress in each element (E) is analyzed by a finite element algorithm algorithm.
The stress strain analyzer is
Calculating the stress value calculation means of a plurality of nodes (Y) (17), the stress value of the plurality of nodes (Y) of the analyzed data (D) in the mesh,
The region designation means (18), comprising the steps of: arbitrarily specify specified area (AL) with respect to the total area of the analysis target-flop with data (D),
By reference node generating means (19), the contour line (AL1) on the plurality of reference nodes (P1 to P5) of the designated area for analyzing the stress-strain of the designated area (AL) (AL) and in its interior Generating in the vicinity of the node (Y) ;
The stress distortion calculating means specified area (AL) (20), known around the node (Y) adjacent the respective stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P4) to each reference node (P1 to P4) On the basis of the stress value of each of the reference nodes (P1 to P4) and the adjacent surrounding nodes (Y) according to the distance, the shorter the distance, the greater the weighted average,
Calculating a stress value of the reference node (P5) inside the designated area (AL) as a known stress value at the node (Y) in the vicinity thereof ;
The stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P5) obtained are weighted and averaged according to the positions in the designated area (AL) to calculate the stress values in the designated area (AL), and the stress values are calculated based on the stress values. Calculating the stress strain of the designated area (AL).
請求項1及び請求項5記載の発明によれば、従来の有限要素法を用いた応力歪み解析装置のアルゴリズムを用いつつ、ユーザが指定した任意の指定領域における応力(応力歪)の解析を精度よく行うことができるという効果を奏する。また、メッシュサイズを再分割して計算する必要がなくなり、処理時間を低減することが可能になる。
したがって、ユーザが指定する任意の指定領域の応力(応力歪)を、有限要素法のアルゴリズムより再計算せずに、簡便にかつ精度良く算出することが可能な応力歪解析装置及び応力歪の解析方法を得ることができる。
According to the first and fifth aspects of the present invention, it is possible to accurately analyze the stress (stress strain) in an arbitrary designated region designated by the user while using the algorithm of the stress strain analyzer using the conventional finite element method. There is an effect that it can be performed well. Further, it is not necessary to subdivide and calculate the mesh size, and the processing time can be reduced.
Therefore, a stress strain analysis apparatus and a stress strain analysis that can easily and accurately calculate the stress (stress strain) of an arbitrary designated area specified by the user without recalculating from the finite element algorithm. You can get the method.
また、各参照節点(P1〜P4)と前記隣接する周囲の節点(Y)との距離に応じ、距離が短い程重み付けを大きくした重み付け平均により指定領域における応力を算出するので、指定領域の応力(応力歪)の値をより精度良く求めることができる。 Further, since the stress in the designated region is calculated by the weighted average in which the weighting is increased as the distance is shorter according to the distance between each reference node (P1 to P4) and the adjacent surrounding nodes (Y), the stress in the designated region is calculated. The value of (stress strain) can be obtained with higher accuracy.
さらに、指定領域内側の参照節点の値も参照することで、指定領域における応力解析精度をより一層向上させることができる。 Furthermore, the accuracy of stress analysis in the designated area can be further improved by referring to the value of the reference node inside the designated area.
請求項2及び請求項3記載の発明によれば、指定領域の四個の頂点を指定領域の位置決めに利用することができるで、精度のよい位置決めを容易に行うことができる。また、位置決めが容易なので操作性が大幅に向上する。 According to the second and third aspects of the invention, the four vertices of the designated area can be used for positioning of the designated area, so that accurate positioning can be easily performed. Further, since the positioning is easy, the operability is greatly improved.
請求項4記載の発明によれば、参照節点の生成箇所が少なくとも五箇所であるので、応力歪を精度よく算出することができ、信頼性を大幅に向上させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the reference node is generated at least five locations, the stress strain can be calculated with high accuracy, and the reliability can be greatly improved.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係る応力歪解析装置を説明する。
なお、本実施形態では、従来例同様の構成部については、基本的に同一符号(添え字を除く)を用いて説明する。
図5は本発明の実施の形態に係る応力歪解析装置を示す概略図、図6は応力解析装置としてのコンピュータの構成を示すブロック図、図7は、要素の節点における応力の解析後にユーザが指定した指定領域の応力歪を求めるための手順を示す解説図、図8は解析対象データの節点における応力とユーザが指定した指定領域の応力歪を求めるための応力解析プログラムを示すフローチャートである。
Hereinafter, a stress strain analyzer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the present embodiment, components similar to those in the conventional example will be described using basically the same reference numerals (excluding suffixes).
FIG. 5 is a schematic diagram showing a stress-strain analyzer according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a computer as the stress analyzer, and FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a stress analysis program for obtaining the stress at the node of the analysis target data and the stress strain of the designated area designated by the user.
図5に示すように、本実施形態に係る応力歪解析装置1は、コンピュータ2と、このコンピュータ2に対してユーザが指示を入力するための入力装置としてのキーボード3及びマウス4と、コンピュータ2から出力されたデータを画面上に表示する表示装置としてのLCD5と、コンピュータ2から出力されたデータを印刷する印刷装置6とを、備えて構成されている。コンピュータ2のハードウエア資源は、図5に示すように、データを読み書きする記憶装置としてのハードディスク7と、メモリ8と、メモリ8のデータを保持するバックアップ電源9と、データを処理するCPU10とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 5, the stress
メモリ8は、CPU10が参照するデータを保持しており、ハードディスク7には、このコンピュータ2のハードウエア資源を、応力歪解析装置1として機能させるためのプログラム(以下、応力解析プログラムという)と、解析対象としての解析対象データD(図1参照)と、応力歪の解析及び表示に必要なデータを格納している。
The
応力解析プログラムは、主プログラムと、サブプログラムとを含んで構成されており、主プログラムは、図6に示すように、コンピュータ2のハードウエア資源を、LCD5に解析対象の解析対象データDを表示させる表示手段15と、この解析対象データDを、複数の節点Yを有する矩形のメッシュMを用いて複数の要素Eに分割する分割手段16と、複数の要素Eの各節点Yの応力を公知の有限要素法のアルゴリズムにより算出する算出手段17として機能させるように構成されている。
The stress analysis program includes a main program and subprograms. The main program displays the hardware resources of the
サブプログラムは、コンピュータ2のハードウエア資源を、入力手段としてのマウス4又はキーボード3を介して解析対象データDの全領域に対してユーザが任意に指定領域ALを指定するための領域指定手段18と、領域指定手段18が指定した指定領域ALの応力歪を解析するための複数の参照節点(図7、P1〜P5参照)を指定領域ALの輪郭線AL1上及びその内部に生成する参照節点生成手段19と、生成した複数の参照節点P1〜P4のそれぞれの応力値を、各参照節点に隣接する周囲の複数の節点Yの応力の値に基づいてそれぞれ求め、求めた複数の参照節点の値に基づいてユーザが指定した指定領域ALの応力歪を算出する算出手段20として機能させるように構成されている。
The subprogram uses the area designation means 18 for the user to arbitrarily designate the designated area AL for all areas of the analysis target data D via the
ここで、主プログラムにおける表示手段15、分割手段16、算出手段17は、主として、CPU、メモリ、ハードディスクを中心として構成されており、相互間でのデータのやり取りにより、表示機能、分割機能、算出機能を実現する。表示手段15は、後述する応力解析プログラムの手順にしたがって解析対象データDをLCD5の画面に表示させ、分割手段16は、ハードディスク7に格納されていた複数のメッシュデータから選択された形状のメッシュMを読み込み、図1に示したようにユーザが指定した分割数にて解析対象データDを複数に分割する。本実施の形態においては、後述する手順により、指定領域ALの解析対象データDの節点Yに対して指定領域AL略中心の参照節点P5が略合致するように指定領域ALの指定がなされるため、解析対象データDの分割数は、従来と同等となる。
Here, the
主プログラムの算出手段17は、分割手段16によって複数に分割された解析対象データDの複数の節点Yにおける応力を離散の手法の一つである有限要素法のアルゴリズムにより算出し、これらの応力に基づいてコンター図を作成する。また、各節点Yの応力、応力歪をリンクデータとして検索してハードディスク7に格納する。
The
表示手段15は、ハードディスク7に格納した各節点Yの応力、コンター図のデータを読み出して、各節点Yを座標位置に配置し、コンター図を配置する。これにより、ユーザは、各節点Yの座標、節点間距離の変化により、応力の大きさ、方向を視覚的に知り、コンター図により、応力の分布状態を把握することができる。
The display means 15 reads the stress of each node Y stored in the
サブプログラムにおいて、領域指定手段18は、CPU10、マウスボタン、選択キー、又は画面上に表示された確定キー、キャンセルキー等と共同してLCD5の画面上の解析対象データDに対する指定領域ALを作成し、これをユーザが指定する位置に配置する。
In the subprogram, the area designating means 18 creates a designated area AL for the analysis target data D on the
指定領域ALは、伸縮可能なオブジェクト(枠)からなる矩形、多角形、円形のいずれの形状でもよい。本実施形態では、位置決めの容易さ、操作性の容易さ、位置決め精度の高さから対角線方向に伸縮し、かつ対角線方向の操作により面積が拡縮する矩形のオブジェクトを用いて指定領域ALを作成する。CPU10は、マウスボタン、選択キー、又は画面上に表示された確定キー、キャンセルキーによるユーザの領域指定操作を検知するようになっており、指定領域ALの開始点と終点を検知した後、確定キーの操作を検知すると、ユーザの指定領域ALを確定する。
The designated area AL may be any of a rectangle, a polygon, and a circle made of an extendable object (frame). In the present embodiment, the designated area AL is created using a rectangular object that expands and contracts in the diagonal direction due to ease of positioning, ease of operation, and high positioning accuracy, and whose area expands and contracts by operation in the diagonal direction. . The
また、移動キーを検知すると指定領域ALの移動を検知し、キャンセルキー操作を検知すると、指定領域ALによる領域指定操作をキャンセルする。これにより、解析対象データDの任意な位置に指定領域ALを配置することができる。 When the movement key is detected, the movement of the designated area AL is detected. When the cancel key operation is detected, the area designation operation by the designated area AL is canceled. Thereby, the designated area AL can be arranged at an arbitrary position in the analysis target data D.
CPU10は、確定キーの操作を検知すると、参照節点生成手段19に対して参照節点の生成指示を出力する。参照節点生成手段19は、この指示により、指定領域ALの輪郭線AL1上、すなわち、矩形状の指定領域ALの各頂点に、参照節点P1〜P4を生成し、指定領域ALの内部、より好ましくは指定領域ALの略中央点に参照節点P5を生成する。参照節点P1〜P5の生成を終了すると、参照節点生成手段19がサブプログラムの算出手段20に対して指定領域ALの応力(応力歪)の算出要求を出力する。
When detecting the operation of the confirmation key, the
サブプログラムの算出手段20は、この算出要求を受けると、参照節点P1〜P5のそれぞれの値を各参照節点P1〜P5に隣接する周囲の複数の節点Yの応力の値から外挿法を用いて算出する。具体的に、図7に示す上辺の左側頂点上の参照節点P1に対しては、これに隣接する指定領域ALの外側の3箇所の3節点Y31,Y32,Y33と指定領域AL略中心の参照節点P1によって応力の解析点として指定される節点Y34の応力の値とを参照節点P1の値を参照節点P1の応力値の算出に用いる。次に、算出手段20は、これらの節点Y31,Y32,Y33,Y34の応力値にそれぞれ参照節点P1までの距離(直線距離)の逆数を乗算し重みつけ平均を行う。 Upon receiving this calculation request, the subprogram calculation means 20 uses the extrapolation method to calculate the values of the reference nodes P1 to P5 from the stress values of the surrounding nodes Y adjacent to the reference nodes P1 to P5. To calculate. Specifically, with respect to the reference node P1 on the left vertex of the upper side shown in FIG. 7, reference is made to the three nodes Y31, Y32, Y33 outside the specified area AL adjacent thereto and the approximate center of the specified area AL. The value of the reference node P1 is used to calculate the stress value of the reference node P1, and the stress value of the node Y34 designated as the stress analysis point by the node P1. Next, the calculation means 20 multiplies the stress values of these nodes Y31, Y32, Y33, and Y34 by the reciprocal of the distance (straight line distance) to the reference node P1, and performs weighted averaging.
例えば、図7に示すように、Y31,Y32,Y33,Y34の応力値をそれぞれ0.1、0.1、0.03、0.05とし、節点Y31、Y32,Y33,Y34からそれぞれ参照節点P1までの距離を2mm、4mm、3mm、4mmとしたときは、参照節点P1の重み付け平均後の応力値は、0.1×(1/2)(1/2+1/4+1/3+1/4)+0.1×(1/4)(1/2+1/4+1/3+1/4)+0.03×(1/3)(1/2+1/4+1/3+1/4)+0.05×(1/4)(1/2+1/4+1/3+1/4)=0.073(MPa)となる。 For example, as shown in FIG. 7, the stress values of Y31, Y32, Y33, and Y34 are 0.1, 0.1, 0.03, and 0.05, respectively, and the reference nodes are connected from the nodes Y31, Y32, Y33, and Y34, respectively. When the distance to P1 is 2 mm, 4 mm, 3 mm, and 4 mm, the stress value after the weighted average of the reference node P1 is 0.1 × (1/2) (1/2 + 1/4 + 1/3 + 1/4) +0 .1 × (1/4) (1/2 + 1/4 + 1/3 + 1/4) + 0.03 × (1/3) (1/2 + 1/4 + 1/3 + 1/4) + 0.05 × (1/4) (1 /2+1/4+1/3+1/4)=0.073 (MPa).
同様にして参照節点P2、P3、P4の重み付け平均後の応力値を求めると、参照節点P2、P3、P4の重み付け平均後の応力値は、それぞれ、0.075MPa、0.137MPa、0.135MPaとなる。一方、参照節点P5の位置をユーザの領域指定の際に節点Y32と略合致する位置に配置すると、節点Y32の応力値と近似する値とみなすことができる。このため、この例では、節点Y32の応力値を参照節点P5の応力値(この例では0.1(MPa))とする。 Similarly, when the stress values after the weighted average of the reference nodes P2, P3, and P4 are obtained, the stress values after the weighted average of the reference nodes P2, P3, and P4 are 0.075 MPa, 0.137 MPa, and 0.135 MPa, respectively. It becomes. On the other hand, if the position of the reference node P5 is arranged at a position that substantially matches the node Y32 when the user designates the region, it can be regarded as a value that approximates the stress value of the node Y32. For this reason, in this example, the stress value of the node Y32 is set to the stress value of the reference node P5 (in this example, 0.1 (MPa)).
次に、各参照節点P1,P2,P3,P4,P5の重み付け平均を行い、これをユーザが指定した指定領域ALの応力の値とする。重みは、指定領域ALの頂点位置で1/4、指定領域ALの中心で1とする。このため、重み付け平均に対する参照節点P5の重みは1となる。
従って、指定領域ALの応力は、0.073×1/8+0.075×1/8+0.137×1/8+0.135×1/8+0.1×1/2=0.103(MPa)となる。
指定領域ALの応力値を算出した後は、この応力値に基づいて指定領域ALの応力歪を算出する。
Next, the weighted average of each reference node P1, P2, P3, P4, P5 is performed, and this is used as the stress value of the designated area AL designated by the user. The weight is 1/4 at the apex position of the designated area AL and 1 at the center of the designated area AL. For this reason, the weight of the reference node P5 with respect to the weighted average is 1.
Accordingly, the stress in the designated area AL is 0.073 × 1/8 + 0.075 × 1/8 + 0.137 × 1/8 + 0.135 × 1/8 + 0.1 × 1/2 = 0.103 (MPa).
After calculating the stress value of the designated area AL, the stress strain of the designated area AL is calculated based on this stress value.
このように、指定領域ALの中心に参照節点P5を生成し、指定領域ALの領域指定の際に、参照節点P5を要素Eの節点Y32に略合致させ、指定領域ALの外側と内側の節点Y31,Y32,Y33,Y34の値を利用して外挿法を用いて指定領域ALの応力歪の解析を行う。これらの節点Y31,Y32,Y33,Y34は、有限要素法のアルゴリズムにより既に求められている精度のよい値であり、各参照節点P1〜P4の応力値は、これらの精度の高いY31,Y32,Y33,Y34の応力値に距離に応じた重み付け平均を行った値であるのでそれぞれ精度がよく信頼性の高い値となる。また、指定領域ALの略中心の値である参照節点P5の値も参照することで、指定領域ALにおける応力解析精度をより一層向上させ、信頼性を向上することができる。
これにより、歪ゲージで測定した測定値との照合など種々の用途に適した指定領域ALの応力値、応力歪を得ることができる。
In this way, the reference node P5 is generated at the center of the designated area AL, and when the area of the designated area AL is designated, the reference node P5 is substantially matched with the node Y32 of the element E, and the outside and inside nodes of the designated area AL are set. Using the values of Y31, Y32, Y33, and Y34, the stress strain of the designated area AL is analyzed using an extrapolation method. These nodes Y31, Y32, Y33, Y34 are accurate values already obtained by the algorithm of the finite element method, and the stress values of the respective reference nodes P1 to P4 are Y31, Y32, Since the weighted average corresponding to the distance is applied to the stress values of Y33 and Y34, the values are highly accurate and reliable. Further, by referring to the value of the reference node P5, which is the value of the approximate center of the designated area AL, the stress analysis accuracy in the designated area AL can be further improved, and the reliability can be improved.
Thereby, the stress value and the stress strain of the designated area AL suitable for various uses such as collation with the measurement value measured with the strain gauge can be obtained.
次に、図8を参照して本発明に係る応力歪解析装置の解析手順について説明する。応力解析プログラムが起動すると、ステップS1においてCPU10がLCD5に解析条件の入力を要求する。解析条件としては、たとえば、解析対象の材質、ヤング率、荷重条件(位置、方向、種別)、拘束条件、応力歪の解析に用いるメッシュMのサイズ等を入力する。解析条件の入力をユーザが確定すると、ステップS2に進む。
Next, an analysis procedure of the stress strain analysis apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. When the stress analysis program is activated, the
ステップS2では、CPU10は、分割手段16として機能し、あらかじめ、ハードディスク7又は外部記憶装置(図示せず)から読み込んだ解析対象の解析対象データ(図面データ)Dを、矩形のメッシュM(図1参照)を用いて複数に分割する。分割を終了すると、ステップS3に進む。このステップS3では、CPU10は算出手段として主プログラムを起動する。
In step S2, the
主プログラムが起動すると、CPU10はステップS4に進む。ステップS4では、CPU10は算出手段17として機能し、分割後の解析対象データDの各要素Eの各節点Yにおける応力を周知の有限要素法のアルゴリズムにより解析する。各節点Yにおける応力の解析を終了すると、ステップS5に進む。
When the main program is activated, the
ステップS5では、CPU10は算出手段17として機能し、各要素Eの各節点Yにおける応力の値に基づいて解析対象データDの全領域に対して応力歪の等高線を生成することによりコンター図を作成する。コンター図の生成が終了するとステップS6に進み、LCD5に各節点Yの応力値とコンター図とをLCD5に出力し、このLCD5への出力を保持した状態で主プログラムを終了する。次にステップS7に進んでサブプログラムを起動する。
In step S5, the
サブプログラムが起動するとステップS8に進み、指定領域の入力要求を、LCD5を介してユーザに指示する。次に、ステップS9に進み、指定領域ALが指定されたか否かを判定する。ステップS9において、確定ボタンが押下されると、ステップS10に進む。
When the subprogram is activated, the process proceeds to step S8, and a request for inputting a designated area is instructed to the user via the
ステップS10では、CPU10は算出手段20として機能し、図7、図8にて説明したように指定領域ALの応力(応力歪)とコンター図を計算する。計算を終了すると、結果をLCD5に出力する。計算後、ユーザがマウス4のマウスボタン、キーボードの操作キー、又はLCDに表示された指定解除ボタンを操作してCPU10に対して指定解除要求を入力すると、CPU10が、指定領域AL及び参照節点P1〜P5の表示を消去する指示をLCD5に出力する。
In step S10, the
図9はメッシュベースでの結果評価を示し、図10はジオメトリベースでの結果評価を示す。いずれの場合でも、任意に指定したポイントは、いずれも同じ数値(この例では、232.021MPa)を示した。したがって、メッシュをバックグランドとして持ち、これを非表示とするジオメトリベースの表示上にて任意のポイントを評価できることになるので、応力歪みの解析を容易にできるようになる。 FIG. 9 shows result evaluation on a mesh basis, and FIG. 10 shows result evaluation on a geometry basis. In any case, the arbitrarily designated points all showed the same numerical value (232.021 MPa in this example). Therefore, since any point can be evaluated on a geometry-based display in which a mesh is used as a background and this is not displayed, stress strain analysis can be facilitated.
なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能であり、例えば、領域指定は矩形に限らず、3角又は5角以上の多角形さらには円等自由に設定できる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and applications can be made within the principle of the invention. For example, the region designation is not limited to a rectangle, but is a triangle or five or more corners. Polygons and circles can be set freely.
3:キーボード、4:マウス、17:算出手段、19:参照節点生成手段、20:算出手段、
D:解析対象データ、Y:節点、AL:指定領域、AL1:輪郭線、P1〜P4:複数の参照節点、P5:指定領域内側の参照節点
3: keyboard, 4: mouse, 17: calculation means, 19: reference node generation means, 20: calculation means,
D: Analysis target data, Y: Node, AL: Designated area, AL1: Contour line, P1 to P4: Multiple reference nodes, P5: Reference nodes inside the designated area
Claims (5)
前記解析対象データ(D)の複数の節点(Y)の応力値を算出する算出手段(17)と、前記解析対象データ(D)の全領域に対してユーザが指定する指定領域(AL)を入力手段(3,4)を介して任意に指定する領域指定手段(18)と、前記指定領域(AL)の応力歪を解析するための複数の参照節点(P1〜P5)を前記指定領域(AL)の輪郭線(AL1)上及びその内部で前記節点(Y)近傍に生成する参照節点生成手段(19)と、
前記参照節点生成手段(19)が生成した前記複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を算出し、これらの応力値に基づいて前記指定領域の応力歪を算出する算出手段(20)とを備え、
前記指定領域の応力歪み算出手段(20)は、
前記輪郭線(AL1)上にある複数の参照節点(P1〜P4)の応力値のそれぞれを、各参照節点(P1〜P4)に隣接する周囲の節点(Y)の既知の応力値に基づき、
前記各参照節点(P1〜P4)と前記隣接する周囲の節点(Y)との距離に応じ、距離が短い程重み付けを大きくした重み付け平均により算出して求め、
かつ前記指定領域(AL)内部の前記参照節点(P5)の応力値をその近傍の前記節点(Y)における既知の応力値として算出し、
これら求められた複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を前記指定領域(AL)における位置に応じて重み付け平均して前記指定領域(AL)の応力値を算出し、この応力値に基づいて応力歪を算出することを特徴とする応力歪解析装置 The analysis target data (D) as the analysis target is regarded as an aggregate joined to each other at a finite number of nodes, and the analysis target data (D) is divided into a plurality of elements (M) having a plurality of nodes and each element ( E) In the stress-strain analyzer for analyzing the stress in the finite element algorithm,
A calculation means (17) for calculating stress values of a plurality of nodes (Y) of the analysis object data (D), and a designated area (AL) designated by the user for all areas of the analysis object data (D). Area designation means (18) arbitrarily designated via the input means (3, 4), and a plurality of reference nodes (P1 to P5) for analyzing stress strain in the designated area (AL) AL) on the outline (AL1) and in the vicinity thereof, the reference node generating means (19) for generating in the vicinity of the node (Y) ;
Calculating a stress value of the reference node generating means (19) has generated said plurality of reference nodes (P1 to P5), calculating means for calculating the stress-strain of the specified area on the basis of these stress values (20) With
The stress strain calculation means (20) of the designated area is
Based respective stress values of a plurality of reference nodes (P1 to P4) located on the contour line (AL1), the known stress value of a node of the ambient adjacent to each reference node (P1~P4) (Y) The
According to the distance between each of the reference nodes (P1 to P4) and the adjacent surrounding nodes (Y), it is calculated and calculated by a weighted average in which the weight is increased as the distance is shorter,
And the stress value of the reference node (P5) inside the designated area (AL) is calculated as a known stress value at the nearby node (Y),
A stress value of the designated region (AL) is calculated by weighting and averaging the obtained stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P5) according to positions in the designated region (AL), and based on the stress values. stress-strain analysis apparatus and calculates the stress-strain Te
前記応力歪解析装置は、
前記メッシュにおける複数の節点(Y)の応力値算出手段(17)により、前記解析対象データ(D)の複数の節点(Y)の応力値を算出するステップと、
領域指定手段(18)により、前記解析対象データ(D)の全領域に対して指定領域(AL)を任意に指定するステップと、
参照節点生成手段(19)により、前記指定領域(AL)の応力歪を解析するための複数の参照節点(P1〜P5)を前記指定領域(AL)の輪郭線(AL1)上及びその内部で前記節点(Y)近傍に生成するステップと、
指定領域(AL)の応力歪算出手段(20)により、前記複数の参照節点(P1〜P4)の応力値のそれぞれを各参照節点(P1〜P4)に隣接する周囲の節点(Y)の既知の応力値に基づいて、前記各参照節点(P1〜P4)と前記隣接する周囲の節点(Y)との距離に応じ、距離が短い程重み付けを大きくした重み付け平均により算出し、
前記指定領域(AL)内部の前記参照節点(P5)の応力値を、その近傍にある前記節点(Y)における既知の応力値として算出するステップと、
求めた複数の参照節点(P1〜P5)の応力値を前記指定領域(AL)における位置に応じて重み付け平均して前記指定領域(AL)の応力値を算出し、この応力値に基づいて前記指定領域(AL)の応力歪を算出するステップと、
を含むことを特徴とする応力歪の解析方法。 With the stress-strain analyzer , the analysis target data (D) as the analysis target is regarded as an aggregate joined to each other at a finite number of nodes, and the analysis target is divided into a plurality of meshes (M) having a plurality of nodes, In the stress strain analysis method for analyzing the stress in the element (E) by the algorithm of the finite element method,
The stress strain analyzer is
Calculating the stress value calculation means of a plurality of nodes (Y) (17), the stress value of the plurality of nodes (Y) of the analyzed data (D) in the mesh,
The region designation means (18), comprising the steps of: arbitrarily specify specified area (AL) with respect to the total area of the analysis target-flop with data (D),
By reference node generating means (19), the contour line (AL1) on the plurality of reference nodes (P1 to P5) of the designated area for analyzing the stress-strain of the designated area (AL) (AL) and in its interior Generating in the vicinity of the node (Y) ;
The stress distortion calculating means specified area (AL) (20), known around the node (Y) adjacent the respective stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P4) to each reference node (P1 to P4) On the basis of the stress value of each of the reference nodes (P1 to P4) and the adjacent surrounding nodes (Y) according to the distance, the shorter the distance, the greater the weighted average,
Calculating a stress value of the reference node (P5) inside the designated area (AL) as a known stress value at the node (Y) in the vicinity thereof ;
The stress values of the plurality of reference nodes (P1 to P5) obtained are weighted and averaged according to the positions in the designated area (AL) to calculate the stress values in the designated area (AL), and the stress values are calculated based on the stress values. Calculating the stress strain of the specified area (AL);
A stress-strain analysis method comprising:
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