JP5933126B2 - 解析用メッシュデータ生成方法および解析用メッシュデータ生成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、CADデータからの解析用メッシュデータの生成を支援する技術に関する。
3次元CADデータを用いた数値解析では、解析対象のCADデータを、多角形要素や多面体要素で構成するメッシュデータでモデル化する方法が用いられている。特に、解析対象が薄板構造の場合、三角形要素や四角形要素で構成するシェルメッシュに変換することで、解析にかかる計算負荷を抑えている。この技術に関し、四面体メッシュデータを構成する各節点を抽出し、要素辺に対して両端の節点を中央の1つの節点に統合することでメッシュデータを生成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、装置利用者が求めるメッシュデータは、解析の目的によって変化するのが通常であり、特許文献1に記載の方法ではメッシュデータの修正が必要となるため、工数が多くなることが課題となる。この解決策として、既存のメッシュデータを利用して解析用メッシュデータの生成を支援する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。具体的には、解析対象のCADデータをデータベースに蓄積される既存のCADデータの形状と比較して、類似形状部と非類似形状部に形状分割し、非類似形状部に対して生成したメッシュデータと、類似形状部に適用する既存のメッシュデータを結合することで解析用メッシュデータを生成している。
特許文献2のように、解析用メッシュデータの生成に既存のメッシュデータを適用する技術は、作成時間の短縮や品質確保の観点から有効な解析用メッシュデータ生成の支援方法である。しかしながら、特許文献2の技術では、CADデータを対象として形状分割を行うため、曲面上にボスやリブが突起する複雑な形状の場合に境界面を定めることが難しく、形状分割に時間を費やすことが課題となる。
本発明の目的は、CADデータの形状分割を行わずとも、容易に複雑な部分形状を含むより多くのCADデータから解析用メッシュデータの生成を可能にすることである。
本発明の代表的な一例は、次の通りである。すなわち、本発明は、解析用メッシュデータ生成装置において、複数の雛型CADデータおよび該複数の雛型CADデータ各々に対応する複数の雛型メッシュデータを記憶する記憶部と、制御部と、入力部を具備し、前記制御部は、利用者が前記入力部を介して指定したCADデータを取得し、前記記憶部に記憶されている前記複数の雛形CADデータから、前記取得したCADデータ中の部分形状と類似する雛形CADデータを検索し、前記記憶部に記憶されている前記複数の雛型メッシュデータから、前記検索した雛型CADデータに対応する雛型メッシュデータを取得し、前記取得したCADデータから生成したメッシュデータにおける前記取得した雛型メッシュデータの適用位置を計算し、前記生成したメッシュデータ中の、前記部分形状に対応する部分メッシュデータを削除し、前記計算した適用位置に前記取得した雛型メッシュデータを適用して解析用メッシュデータを生成することを特徴とする。
本発明によれば、既存のメッシュデータを用いて解析用メッシュデータを生成する解析用メッシュデータ生成装置において、CADデータの形状分割を行わずに既存のメッシュデータを適用することで、容易に複雑な部分形状を含むより多くのCADデータから解析用メッシュデータの生成を可能にする。これにより、解析用メッシュデータの生成時間を短縮できる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1に解析用メッシュデータ生成装置の構成に関する一実施形態を示す。本実施形態の解析用メッシュデータ生成装置は、一般的な計算機により実現でき、入出力装置101と、図示していないCPU(Central Processing Unit)等の制御装置と、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置を具備する。記憶装置には、CADデータ入力部102と、メッシュデータ入力部103と、雛型CADデータ類似形状検索部104と、雛型メッシュデータ取出部105と、雛型メッシュデータ候補選択部106と、雛型メッシュデータ適用位置計算部107と、メッシュ削除部108と、雛型メッシュデータ調整部109と、メッシュデータ結合部110と、メッシュデータ出力部111と、雛型CADデータ登録部114と、雛型メッシュ生成部115と、雛型メッシュデータ登録部116などのプログラムと、雛型CADデータ112と、雛型メッシュデータ113が格納されている。制御装置は、上記プログラムをメモリにロードし実行する。また、図示していないが、記憶装置には、CADデータと、CADデータから生成される解析用メッシュデータが格納されている。尚、記憶装置は、外付けタイプものであっても良い。
入出力装置101は、装置のGUIを出力したり、データを入力したりするためのものであり、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイ等で構成される。
CADデータ入力部102は、解析対象のCADデータを装置へ入力するためのものである。CADデータ入力部102の一例については図2および図3を用いて後述する。
メッシュデータ入力部103は、解析用メッシュデータを装置へ入力するためのものである。メッシュデータ入力部103の一例については図4を用いて後述する。
雛型CADデータ類似形状検索部104は、雛型CADデータ112から、解析対象のCADデータ中の部分形状と類似する雛型CADデータを検索するためのものである。雛型CADデータ112には、装置利用者が登録した複数の雛型CADデータが存在する。これらの雛型CADデータと、解析対象のCADデータを比較し、雛形CADデータから、解析対象のCADデータ中の部分形状と類似する形状の雛形CADデータを検索する。雛型CADデータ類似形状検索部104の一例については図5を用いて後述する。
類似形状の検索には、例えば、US8345042B2号公報に記載の技術のように、解析対象となるCADデータの部分形状の特徴量と、雛型CADデータの形状の特徴量の差から類似度を計算し、特徴量の差の小さい形状を類似と判断する方法を用いる。この類似検索により、CADデータ中の部分形状と類似度が高い形状の雛型CADデータの候補を、雛型CADデータ112から取得する。雛型CADデータの候補を取得する一例については図6を用いて後述する。
雛型メッシュデータ取出部105は、雛型CADデータの候補と紐付く雛型メッシュデータを雛型メッシュデータ113から取得するためのものである。雛型メッシュデータ113には、装置利用者が登録した複数の雛型メッシュデータが存在する。これらの雛型メッシュデータは、雛型CADデータ112に登録される各々の雛型CADデータから生成されたものであり、生成元の雛型CADデータと紐付いて登録されている。雛型メッシュデータと雛型CADデータの生成関係が紐付きについては、図7を用いて後述する。
雛型メッシュデータ候補選択部106は、雛型メッシュデータ取出部105で取得した雛型メッシュデータの中から、解析用メッシュデータに適用する雛型メッシュデータを選択するためのものである。雛型CADデータと雛型メッシュデータの候補を雛型候補選択画面に表示し、装置利用者はこれらの候補の中から解析用メッシュデータに適用する雛型メッシュデータを選択する。雛型メッシュデータの候補選択画面の一例については図8を用いて後述する。
雛型メッシュデータ適用位置計算部107は、雛型メッシュデータ候補選択部106で選択した雛型メッシュデータの解析用メッシュデータにおける適用位置を計算するためのものである。雛型メッシュデータ適用位置計算部107は、CADデータ入力部102で入力したCADデータと、メッシュデータ入力部103で入力した解析用メッシュデータの形状を照合し、雛型メッシュデータを適用する部分形状の内部に存在する節点を抽出する。次に、部分形状の接合位置に存在する節点の座標を計算する。雛型メッシュデータの適用位置を計算する方法の一例については図9を用いて後述する。
メッシュ削除部108は、雛型メッシュデータ適用位置計算部107で抽出した節点を含む部分メッシュを削除するためのものである。メッシュの削除方法の一例については図10を用いて後述する。
雛型メッシュ調整部109は、メッシュサイズの変更やメッシュの追加、削除、節点の移動など、雛型CADデータとCADデータの部分形状に応じて前記雛型メッシュデータを変形するためのものである。雛型メッシュデータを変形する一例については図11を用いて後述する。
メッシュデータ結合部110は、解析用メッシュデータと雛型メッシュデータを結合するためのものである。装置利用者は雛型メッシュデータと解析用メッシュデータの結合位置を指定することが可能である。装置利用者が指定した結合位置のメッシュを、雛型メッシュデータの接合節点と一致するように調整し、メッシュを結合する。結合位置の指定方法の一例については図12を用いて後述する。また、解析用メッシュデータと雛型メッシュデータのメッシュ結合方法の一例については図13を用いて後述する。
メッシュデータ出力部111は、雛型メッシュデータを適用した解析用メッシュデータの生成結果を出力装置に出力するためのものである。解析対象のCADデータと、解析用メッシュデータの生成結果を雛型検索画面201に表示する。
雛型CADデータ登録部114は、雛型CADデータ112へ新規に雛型CADデータを登録するためのものである。
雛型メッシュ生成部115は、雛型CADデータ112へ新規登録する雛型CADデータからメッシュを生成するためのものである。
雛型メッシュデータ登録部116は、雛型メッシュ生成部115で生成したメッシュデータを雛型メッシュデータ116へ新規登録するためのものである。
次に、図2に本発明の一実施形態の解析用メッシュデータ生成装置における、雛型検索画面の画面構成図を示す。雛型検索画面201は、CADデータ表示領域202と、メッシュデータ表示領域203と、CADデータ読込ボタン204と、メッシュデータ読込ボタン205と、雛型類似形状検索ボタン206と、候補選択ボタン207から構成される。
次に、図3に本発明の一実施形態のCADデータ入力部102における、CADデータ読み込みの一例を示す。先ず、装置利用者はCADデータ読込ボタン204を押下し、装置に読み込む解析対象のCADデータを指定する。図3は、装置利用者がCADデータ301を指定した一例である。装置利用者が指定したCADデータ301は、CADデータ表示領域202に表示される。
次に、図4に本発明の一実施形態のメッシュデータ入力部103における、メッシュデータ読み込みの一例を示す。先ず、装置利用者はメッシュデータ読込ボタン205を押下し、装置に読み込む解析用メッシュデータを指定する。図4は、装置利用者がメッシュデータ401を指定した一例である。装置利用者が指定したメッシュデータ401は、メッシュデータ表示領域203に表示される。解析用メッシュデータ401は、特許第4966898号に示すようなメッシュ生成技術を用いて、解析対象のCADデータ301から作成したものである。
次に、図5に本発明の一実施形態の雛型CADデータ類似形状検索部104における、類似形状の表示の一例を示す。先ず、装置利用者が雛型類似形状検索ボタン206を押下すると、雛型CADデータから解析対象のCADデータ中の部分形状と類似する雛型CADデータの検索を開始する。図5は、CADデータ501の部分形状501aを対象に、類似形状の検索を行う一例である。検索された結果は、出力装置に出力可能である。
類似形状検索では、雛型メッシュデータを適用する部分形状を装置利用者が選択することも可能である。この場合、雛型検索画面201において、CADデータ501の部分形状501aを指定する。
次に、図6に本発明の一実施形態の雛型CADデータ類似形状検索部104における、類似形状検索の一例を示す。類似形状検索では、特開2007−280129号公報のような技術を用いて、雛型CADデータと部分形状の類似度を計算する。図6は、雛型CADデータ112に登録されている雛型CADデータ01〜04と部分形状01の類似度を計算する一例である。この類似度の計算により、類似度の高い雛型CADデータ601と類似度の低い雛型CADデータ602に分類する。
次に、図7に本発明の一実施形態の雛型メッシュデータ取出部105における、雛型メッシュデータの取得方法の一例を示す。雛型CADデータ類似形状検索部104で検索した類似度の高い雛型CADデータ601と紐付く雛型メッシュデータ701を、雛型メッシュデータ113から取得する。図7は、雛型CADデータ01と紐付く雛型メッシュデータ01と、雛型CADデータ02と紐付く雛型メッシュデータ02と、雛型CADデータ03と紐付く雛型メッシュデータ03を雛型メッシュデータ113から取得する一例である。
次に、図8に本発明の一実施形態の雛型メッシュデータ候補選択部106における、雛型候補選択画面の画面構成図を示す。雛型候補選択画面801は、雛型検索画面201の候補選択ボタン207を押下すると開く画面であり、適用ボタン805と、キャンセルボタン806と、雛型表示領域807から構成される。
雛型候補選択画面801には、CADデータ中の部分形状に適用する雛型CADデータと雛型メッシュデータの候補一覧が表示される。図8は、第一候補802として雛型CADデータ802aと紐付く雛型メッシュデータ802bを表示した一例である。同様に、第二候補803として雛型CADデータ803aと紐付く雛型メッシュデータ803bを表示し、第三候補804として雛型CADデータ804aと紐付く雛型メッシュデータ804bを表示する。装置利用者は、これらの候補一覧から解析用メッシュデータに適用する雛型メッシュデータを1つ選択し、適用ボタン805を押下する。雛型メッシュデータの指定を解除する場合は、キャンセルボタン806を押下する。
次に、図9に本発明の一実施形態の雛型メッシュデータ適用位置計算部107における、雛型メッシュデータ適用位置の計算方法を示す。先ず、図9(a)に示すように、解析対象のCADデータ901と解析用メッシュデータ902の形状を照合する。図4の一実施例で説明したように、解析用メッシュデータ902はCADデータ901から生成したものである。このため、例えば、CADデータ901と解析用メッシュデータ902の座標基準点を一致させ、CADデータ901を構成する点、線、面の座標と、メッシュデータ902の節点座標を比較することで、両データの形状を照合することができる。節点とは、メッシュを表現するために用いられる代表点であり、基準点からの座標値を保持している。例えば、四面体一次要素を表現する場合、4つの節点を用いてメッシュを表現することができる。
次に、雛型メッシュデータを適用する部分形状の内部に存在する節点を抽出する。節点の抽出では、部分形状を構成する面からの距離が一定値以下の節点を、部分形状の内部に存在する節点と判定する。図9(b)は、部分形状904の各面から節点までの距離を計算した一例である。節点905と、部分形状を構成する面の距離906を計算し、一定値以下の距離にある節点を、部分形状904の内部に位置する節点と判定している。
次に、部分形状の内部に存在する節点で構成されるメッシュを抽出する。図9(c)は、図9(b)で部分形状904の内部に位置すると判定された各節点が構成要素となるメッシュを抽出した例を示している。この結果、部分メッシュ908が、部分形状904の内部に存在するメッシュと判定される。
次に、部分メッシュと、解析用メッシュデータの接合点を計算する。図9(c)の節点909、節点910、節点911は、部分メッシュ908と、解析用メッシュデータ902との接合点である。この3つの節点の座標を、雛型メッシュデータを接合する解析用メッシュデータ上の接合点とする。
次に、図10に本発明の一実施形態のメッシュ削除部108における、メッシュの削除方法の一例を示す。雛型メッシュデータ適用位置計算部107において認識した既存のメッシュデータ1001の各節点を、解析用メッシュデータから削除する。メッシュの削除により、解析用メッシュデータにはメッシュデータ1002のみ残った状態となる。
次に、図11に本発明の一実施形態の雛型メッシュデータ調整部109における、雛型メッシュデータ変形の一例を示す。図11(a)は解析用メッシュデータを読み込んだ状態を示し、図11(b)はメッシュ削除部108で部分形状の位置にある部分メッシュを削除した状態を示している。部分メッシュの削除により、部分形状1101に対応する部分メッシュデータ1102が削除され、削除対象外のメッシュデータ1103が残った状態となっている。
次に、図11(c)に雛型メッシュデータ適用時のCADデータとメッシュデータの関係を示す。雛型を保持するデータベースから雛型メッシュデータ1104を取得し、部分形状1101の位置に配置する。この場合、雛型メッシュデータ1104は雛型CADデータ1108に対応する部分メッシュしか存在していないため、雛型メッシュデータ1104の節点1106と、結合対象のメッシュデータ1103の節点1107の間はメッシュが存在せず、接合されていない状態となる。また、雛型CADデータ1108の形状は部分形状1101と異なっており、雛型メッシュデータ1104は部分形状1101から突出した状態となっている。
次に、図11(d)に雛型メッシュデータのメッシュを変形した例を示す。図11(c)の部分メッシュ1105を削除することで、部分形状の内部にメッシュが含まれるようにする。また、雛型メッシュデータ1104にメッシュ延長部1110を追加することで、雛型メッシュデータ1104の節点1106とメッシュデータ1103の節点1107を結合する。
次に、図12に本発明の一実施形態のメッシュ結合部110における、雛型メッシュデータの結合位置を指定する一例を示す。装置利用者は、雛型メッシュデータ1203を結合する解析用メッシュデータ1202上の位置を指定する。図12(a)は、部分形状1201の左端を指定した例である。雛型メッシュデータ1203は、装置利用者が指定した部分形状の左端の位置に配置され、結合点のメッシュ調整が行われている。図12(b)は、メッシュ削除部108で削除した既存メッシュの位置に、雛型メッシュデータ1203を配置した例である。また、図12(c)は、部分形状1201の右端を指定した例であり、雛型メッシュデータ1203が部分形状1202の右端に配置されている。
次に、図13に本発明の一実施形態のメッシュ結合部110における、雛型メッシュデータと解析用メッシュデータがシェルメッシュで構成される場合の、メッシュの結合方法の一例を示す。図13(a)に示すように、結合対象となるメッシュデータ上の節点1301、節点1302、節点1303に、雛型メッシュデータの節点1304、節点1305、節点1306を接合する。
先ず、雛型メッシュデータ適用位置計算部107の計算結果をもとに、雛型メッシュデータの結合位置を決定する。図13(b)の一例では、解析用メッシュデータの結合面上に、雛型メッシュデータの節点を配置している。
次に、雛型メッシュデータの接合面上の各節点と一致するように、結合面のメッシュを調整する。この結果、図13(c)のように、結合対象となるメッシュデータの各節点を調整し、節点1307、節点1308、節点1309の位置でメッシュを結合する。
以上、本発明の一実施例を具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記プログラムは、あらかじめ記憶装置に格納されていても良いし、計算機が利用可能な可搬性を有する記憶媒体に格納しておき、図示していないデータ読取部を介して必要に応じて読み出されても良いし、あるいは、計算機が利用可能な通信媒体であるネットワークと接続された他の装置から必要に応じてダウンロードされて記憶装置に格納されるものであっても良い。また、上記プログラムは、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。
以上説明した実施例によれば、既存のメッシュデータを用いて解析用メッシュデータを生成する解析用メッシュデータ生成装置において、CADデータの形状分割を行わずに既存のメッシュデータを適用することで、容易に複雑な部分形状を含むより多くのCADデータから解析用メッシュデータの生成を可能にする。これにより、解析用メッシュデータの生成時間を短縮できる。
101・・・入出力装置、102・・・CADデータ入力部、103・・・メッシュデータ入力部、104・・・雛型CADデータ類似形状検索部、105・・・雛型メッシュデータ取出部、106・・・雛型メッシュデータ候補選択部、107・・・雛型メッシュデータ適用位置計算部、108・・・メッシュ削除部、110・・・メッシュデータ結合部、111・・・メッシュデータ出力部、112・・・雛型CADデータ、113・・・雛型メッシュデータ、114・・・雛型CADデータ登録部、115・・・雛型メッシュ生成部、116・・・雛型メッシュデータ登録部。
Claims (12)
- 解析用メッシュデータ生成装置において、
複数の雛型CADデータおよび該複数の雛型CADデータ各々に対応する複数の雛型メッシュデータを記憶する記憶部と、制御部と、入力部を具備し、
前記制御部は、
利用者が前記入力部を介して指定したCADデータを取得し、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛形CADデータから、前記取得したCADデータ中の部分形状と類似する雛形CADデータを検索し、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛型メッシュデータから、前記検索した雛型CADデータに対応する雛型メッシュデータを取得し、
前記取得したCADデータから生成したメッシュデータにおける前記取得した雛型メッシュデータの適用位置を計算し、
前記生成したメッシュデータ中の、前記部分形状に対応する部分メッシュデータを削除し、
前記計算した適用位置に前記取得した雛型メッシュデータを適用して解析用メッシュデータを生成する、
ことを特徴とする解析用メッシュデータ生成装置。 - さらに出力部を具備し、
前記制御部は、
前記生成した解析用メッシュデータを前記出力部に出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の解析用メッシュデータ生成装置。 - 前記制御部は、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛形CADデータから、前記取得したCADデータ中の部分形状と類似する複数の雛形CADデータを検索し、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛型メッシュデータから、前記検索した複数の雛型CADデータ各々に対応する複数の雛型メッシュデータを取得し、
前記検索した複数の雛型CADデータおよび該複数の雛型CADデータ各々と対応する前記雛型メッシュデータを前記出力部に出力し、
前記利用者が前記入力部を介して指定した前記雛型メッシュデータを取得し、
該雛型メッシュデータの、前記CADデータから生成したメッシュデータにおける適用位置を計算する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の解析用メッシュデータ生成装置。 - 前記制御部は、
前記雛型CADデータの形状と前記CADデータ中の前記部分形状に応じて、前記雛型メッシュデータを変形する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の解析用メッシュデータ生成装置。 - 前記雛型メッシュデータの変形は、メッシュデータの追加、メッシュデータの削除を含む、
ことを特徴とする請求項4に記載の解析用メッシュデータ生成装置。 - 前記CADデータから生成した前記メッシュデータにおける前記雛型メッシュデータの適用位置を、前記利用者により前記入力部を介して指定可能とする、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の解析用メッシュデータ生成装置。 - 計算機により、
利用者が入力部を介して指定したCADデータを取得し、
記憶部に記憶されている複数の雛形CADデータから、前記取得したCADデータ中の部分形状と類似する雛形CADデータを検索し、
前記記憶部に記憶されている複数の雛型メッシュデータから、前記検索した雛型CADデータに対応する雛型メッシュデータを取得し、
前記取得したCADデータから生成したメッシュデータにおける前記取得した雛型メッシュデータの適用位置を計算し、
前記生成したメッシュデータ中の、前記部分形状に対応する部分メッシュデータを削除し、
前記計算した適用位置に前記取得した雛型メッシュデータを適用して解析用メッシュデータを生成する、
ことを特徴とする解析用メッシュデータ生成方法。 - 前記計算機により、
前記生成した解析用メッシュデータを出力部に出力する、
ことを特徴とする請求項7に記載の解析用メッシュデータ生成方法。 - 前記計算機により、
利用者が入力部を介して指定したCADデータを取得し、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛形CADデータから、前記取得したCADデータ中の部分形状と類似する複数の雛形CADデータを検索し、
前記記憶部に記憶されている前記複数の雛型メッシュデータから、前記検索した複数の雛型CADデータ各々に対応する複数の雛型メッシュデータを取得し、
前記検索した複数の雛型CADデータおよび該複数の雛型CADデータ各々と対応する前記雛型メッシュデータを前記出力部に出力し、
前記利用者が前記入力部を介して指定した前記雛型メッシュデータを取得し、
該雛型メッシュデータの、前記CADデータから生成したメッシュデータにおける適用位置を計算する、
ことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の解析用メッシュデータ生成方法。 - 前記雛型CADデータの形状と前記CADデータ中の前記部分形状に応じて、前記雛型メッシュデータを変形する、
ことを特徴とする請求項7乃至請求項9の何れか1項に記載の解析用メッシュデータ生成方法。 - 前記雛型メッシュデータの変形は、メッシュデータの追加、メッシュデータの削除を含む、
ことを特徴とする請求項10に記載の解析用メッシュデータ生成方法。 - 前記CADデータから生成した前記メッシュデータにおける前記雛型メッシュデータの適用位置を、前記利用者により前記入力部を介して指定可能とする、
ことを特徴とする請求項7乃至請求項11の何れか1項に記載の解析用メッシュデータ生成方法。
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