JP5977020B2 - リブ設計方法、リブ設計装置、およびリブ設計プログラム - Google Patents
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Description
このようなリブの設計を行う際、一般的に、設計者は、非特許文献1のような設計支援ソフトウェアを使用して設計を行う。非特許文献1のソフトウェアは、設計者が既存部品の形状データを入力し、制約条件や目的関数等を設定すると、自動的にトポロジー最適化処理を行って、既存部品の形状にリブを設けた最適化形状を生成して出力する。そして、設計者は、ソフトウェアが出力した最適化形状が設定した制約条件等の条件を満たすものであるかをテストし、条件を満たさない場合には、再度、制約条件等の条件をソフトウェアに入力し直して、最適化形状を出力させるということを繰り返し、最終的な物品形状を決定する。
しかしながら、このリブ設計方法を用いると、最終的にソフトウェアが出力する最適化形状は、余分な部位が残っている等の理由により、実際にそのまま部品として使用できるような適切な形状でない場合が多い。このため、再度、設計者が制約条件や目的関数の設定をし直して、ソフトウェアに再設計させるということを繰り返さなければならないという問題があった。また、このリブ設計方法は、計算量が多くなり、ソフトウェアから最適化形状が出力されるまでに時間がかかるという問題があった。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、前記物品の形状を示す3次元形状データを取得する形状データ取得部と、前記形状データ取得部で取得された前記3次元形状データである前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、前記リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される、シェルの範囲を示す2次元座標と前記シェルの厚みを示す厚み情報とからなる2.5次元情報の面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、前記シェル情報取得部で取得された前記シェルモデルをメッシュ状の複数の要素に分割するシェル分割部と、前記物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する境界条件取得部と、前記境界条件取得部で取得された前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、前記シェル分割部において前記メッシュ状の複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件取得部で取得された前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報の密度分布情報である最適形状情報を出力する最適化処理部と、前記最適化処理部で出力された前記最適形状情報に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、を有することを特徴とするリブ設計装置が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、前記コンピュータに、前記物品の形状を示す3次元形状データを取得する第1の処理ステップと、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される、シェルの範囲を示す2次元座標と前記シェルの厚みを示す厚み情報とからなる2.5次元情報の面状のシェルモデルを取得する第2の処理ステップと、前記シェルモデルをメッシュ状の複数の要素に分割する第3の処理ステップと、前記物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する第4の処理ステップと、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第5の処理ステップと、前記第3の処理ステップにおいて前記メッシュ状の複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報の密度分布情報である最適形状情報を出力する第6の処理ステップと、前記最適形状情報に対応するようにリブを生成する第7の処理ステップと、を実行させるプログラムであるリブ設計プログラムが提供される。
(リブ設計方法)
図1および図2を用いて、本実施形態に係るリブ設計方法について説明する。以下では、リブ設計方法の非限定的一例として、長方形板状の物品の面上にリブを設計する場合について説明する。
ユーザは表示装置に表示された3次元形状に対して、リブを設ける物品の略面形状部分に対して、例えばマウスを操作して面状のシェルモデル10を設定する。ここで、シェルモデルとは、厚みを数値で表した、見た目に厚みのないモデルである。本例においては、上述したように長方形状の面全体に対してリブを設計するため、ユーザは、マウス等を操作して面全体を選択する操作を行う。
次に、ユーザは、例えばキーボードやマウス等を操作して、境界条件を設定する。境界条件は、例えば、荷重条件、拘束条件、接触条件等からなり、リブを設計しようとする物品によって設定される条件は異なる。さらに、ユーザは、制約条件と目的関数とを入力する。制約条件と目的関数は、先に入力した境界条件に対応して決定されるものである。本例においては、制約条件は、物品の長辺の「両端固定、かつ、3か所に荷重」と設定され、目的関数Σ(x)は、「荷重点の変位量がA(特定の値)以下であり、最も軽い形状」と設定されるものとする。
なお、トポロジー最適化の処理結果である密度分布情報(図2(a))は、制約条件や目的関数の設定によって変化する。よって、密度分布情報において、例えばシェルモデル10の全体(全要素)に渡って密度が高くなってしまうような場合には、制約条件や目的条件を設定しなおして、再度、設計支援ソフトウェアにトポロジー最適化処理を実行させる。
図3は、本実施形態に係るリブ設計方法を実行するリブ設計装置の構成例を示す図である。図3に示されるリブ設計装置1は、形状データ取得部100と、シェル情報取得部110と、シェル分割部120と、境界条件取得部130と、最適化条件取得部140と、最適化処理部150と、リブ生成部160と、を有する。
シェル情報取得部110は、リブを設計する物品の形状の少なくとも一部を含み物品の形状の変形が許容される空間である設計空間内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデル(2.5次元情報)を取得する。
境界条件取得部130は、物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する。
最適化条件取得部140は、境界条件取得部130で取得された物品の境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する。目的関数は、例えば、物品の質量、体積、コンプライアンス、重心位置、回転慣性、変位、応力、ひずみ、要素力、複合材の応答(応力、ひずみ、破壊基準)、変位、速度、加速度、応力、要素力、固有値、座屈係数、等が挙げられる。本実施形態においては、非限定的一例として、目的関数が質量である場合について説明する。
図4は、図3に示されるリブ設計装置1が実行するリブ設計処理手順の一例を示すフローチャートである。
リブ設計装置1のユーザは、リブを生成する前の物品の3次元形状データが記録されているCD−ROM等の記録媒体をリブ設計装置1に読み込ませる。形状データ取得部100は、この物品の3次元形状データの入力を受け付けることで、3次元形状データを取得する(ステップS101)。形状データ取得部100が入力を受け付けた3次元形状データは、一旦、RAMやハードディスク等の記憶装置に記憶された後、リブ設計装置1のディスプレイ等の表示装置に表示出力される。これにより、ユーザは物品の3次元形状を視認できる。なお、3次元形状データは、例えば、リブ設計装置1が接続されているネットワークを介して、他の装置から受信する等となっていてもよい。
ここで、シェル情報取得部110は、上記のようにユーザが入力したシェルごとの2.5次元情報を受け付け、RAM等のメモリに記憶する。
シェル分割部120は、ステップS102で入力を受け付けたシェルモデルを複数の要素(エレメント)に分割する(ステップS103)。
境界条件取得部130は、上記のようにして入力された境界条件を受け付け、RAM等の記憶装置に記憶する(ステップS104)。
最適化処理部150は、ステップS103で複数の要素に分割されたシェルモデルに対し、ステップS105で取得された最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を実行する(ステップS106)。なお、これらの処理は、例えば、非特許文献1に示されるアルテアエンジニアリング社の「OptiStruct」に代表される設計支援ソフトによって実行させることが可能である。
ユーザは、表示装置に表示出力された密度分布情報を視認し、リブを設定する場所として、密度の高い要素部分をマウス等の入力装置で選択する。リブ生成部160は、ユーザが入力装置で選択した要素部分にリブが設置された状態の形状を示す3次元データをハードディスクやRAM等の記憶装置に記憶する(ステップS108)。
図5は、本実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図5に示されるコンピュータ装置であるリブ設計装置1において、CPU201は、ROM204またはハードディスクドライブ206に格納されたプログラムに従い、RAM205を一次記憶用ワークメモリとして利用して、システム全体を制御する。
これにより、上記説明した本実施形態に係るリブ設計装置における形状データ取得部100、シェル情報取得部110、シェル分割部120、境界条件取得部130、最適化条件取得部140、最適化処理部150、およびリブ生成部160における機能が実現される。すなわち、CPU201は、マウス202aまたはキーボード202を介して入力されるデータをRAM205やハードディスクドライブ206等に記憶し、またこれらのデータを用いて、ハードディスクドライブ206に格納されたプログラムを読み出して、本実施形態のリブ設計処理を実行する。
リムーバブルメディアドライブ207は、主に、リムーバブルメディアからハードディスクドライブ206へファイルを書き込んだり、ハードディスクドライブ206から読み出したファイルをリムーバブルメディアへ書き込む場合に利用される。リムーバブルメディアとしては、フロッピディスク(FD)、CD−ROM、CD−R、CD−R/W、DVD−ROM、DVD−R、DVD−R/W、DVD−RAM、MO、ブルーレイディスク(BD)、メモリカード、CFカード、スマートメディア、SDカード、メモリスティックなどが利用可能である。
ネットワークインタフェイス209は、コンピュータ装置であるリブ設計装置1を外部のネットワークへ接続するためのインタフェイスである。例えば、リブ設計装置1は、ネットワークインタフェイス209を介して、物品の3次元形状データを受信してハードディスクドライブ206等に記憶するようになっていてもよい。また、ネットワークインタフェイス209を介して、リブ設計処理の処理結果である最適化形状のデータを外部の装置等に出力するようになっていてもよい。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
10 シェルモデル
11 鉄橋形状(密度の高い要素部分)
12 リブ形状
100 形状データ取得部
110 シェル情報取得部
120 シェル分割部
130 境界条件取得部
140 最適化条件取得部
150 最適化処理部
160 リブ生成部
201 CPU
202 キーボード
202a マウス
203 ディスプレイインタフェイス
204 ROM
205 RAM
206 ハードディスクドライブ
207 リムーバブルメディアドライブ
208 プリンタインタフェイス
209 ネットワークインタフェイス
Claims (3)
- 物品の3次元形状データを取得する形状データ取得部と、前記形状データ取得部に接続されているシェル情報取得部と、前記シェル情報取得部に接続されているシェル分割部と、前記物品の境界条件を取得する境界条件取得部と、前記境界条件取得部に接続されている最適化条件取得部と、前記シェル分割部と前記最適化条件取得部に接続されている最適化処理部と、前記最適化処理部に接続されているリブ生成部と、を有するリブ設計装置が実行し、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計方法であって、
前記形状データ取得部が、前記物品の形状を示す3次元形状データを取得する第1のステップと、
前記シェル情報取得部が、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される、シェルの範囲を示す2次元座標と前記シェルの厚みを示す厚み情報とからなる2.5次元情報の面状のシェルモデルを取得する第2のステップと、
前記シェル分割部が、前記シェルモデルをメッシュ状の複数の要素に分割する第3のステップと、
前記境界条件取得部が、前記物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する第4のステップと、
前記最適化条件取得部が、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第5のステップと、
前記最適化処理部が、前記第3のステップにおいて前記メッシュ状の複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件取得部で取得された前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報の密度分布情報である最適形状情報を出力する第6のステップと、
前記リブ生成部が、前記最適形状情報に対応するようにリブを生成する第7のステップと、
を含むことを特徴とするリブ設計方法。 - トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、
前記物品の形状を示す3次元形状データを取得する形状データ取得部と、
前記形状データ取得部で取得された前記3次元形状データである前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、前記リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される、シェルの範囲を示す2次元座標と前記シェルの厚みを示す厚み情報とからなる2.5次元情報の面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、
前記シェル情報取得部で取得された前記シェルモデルをメッシュ状の複数の要素に分割するシェル分割部と、
前記物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する境界条件取得部と、
前記境界条件取得部で取得された前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、
前記シェル分割部において前記メッシュ状の複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件取得部で取得された前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報の密度分布情報である最適形状情報を出力する最適化処理部と、
前記最適化処理部で出力された前記最適形状情報に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、
を有することを特徴とするリブ設計装置。 - トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記物品の形状を示す3次元形状データを取得する第1の処理ステップと、
前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される、シェルの範囲を示す2次元座標と前記シェルの厚みを示す厚み情報とからなる2.5次元情報の面状のシェルモデルを取得する第2の処理ステップと、
前記シェルモデルをメッシュ状の複数の要素に分割する第3の処理ステップと、
前記物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する第4の処理ステップと、
前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第5の処理ステップと、
前記第3の処理ステップにおいて前記メッシュ状の複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報の密度分布情報である最適形状情報を出力する第6の処理ステップと、
前記最適形状情報に対応するようにリブを生成する第7の処理ステップと、
を実行させるプログラムであるリブ設計プログラム。
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