JP5983394B2 - 構造解析用モデルの生成方法及び生成システム - Google Patents

Description

本発明は、構造物の構造解析用モデルを生成する方法及び生成システムに関する。

従来、コンピュータによって構造解析用モデルを生成する技術として特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の技術では、ＣＡＤシステムによって作成された構造物全体の形状データから、その内部に形成された空間の構造解析用モデルを生成するようにしている。

一般に、その内部に流体が流れる構造物を設計する場合には、先ずＣＡＤシステムによってその内部空間の外殻形状により定義されるエアモデルが生成される。そして、このエアモデルを用いて流体の流れについての解析を行った後に、その解析の結果を反映させたエアモデルが決定される。こうしてエアモデルが完成すると、次にエアモデルに相当する内部空間を有した構造物の形状データがＣＡＤシステムにより作成され、この形状データに基づいて生成された構造解析用モデルを用いて種々の構造解析が行われる。

特開２００９‐５３９０３号公報

上記の方法では、エアモデルの完成後に、そのエアモデルを用いてＣＡＤシステムにより構造物の形状データを決定し、その形状データに基づいて構造解析用モデルを生成する必要がある。そして、構造解析の結果、構造解析用モデルを変更する必要がある場合には、その都度ＣＡＤシステムにより構造物の形状データを修正する必要がある。このため、エアモデアルから構造解析用モデルを生成するためには多くの時間を要することとなり、その一連の処理について効率化が望まれている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部空間を有する構造物の構造解析用モデルを効率良く生成することが可能な構造解析用モデルの生成方法を提供することにある。

上記課題を解決するための構造解析用モデルの生成方法は、構造物の内部空間の外殻形状により定義されるエアモデルに対してその外周面を一定の肉厚で覆うラッピング処理と、同ラッピング処理によって生成されたラッピングモデルからエアモデルの体積分をブーリアン演算により抜き出して構造物の構造解析用モデルを生成する処理とをコンピュータに実行させるようにしている。

また、上記課題を解決するための構造解析用モデルの生成システムは、コンピュータにより構造物の構造解析用モデルを生成するシステムであって、構造物の内部空間の外殻形状により定義されるエアモデルに対してその外周面を一定の肉厚で覆うラッピング処理を実行する手段と、同ラッピング処理によって生成されたラッピングモデルからエアモデルの体積分をブーリアン演算により抜き出して構造物の構造解析用モデルを生成する処理を実行する手段とを備えている。

上記方法や構成によれば、エアモデルの形状データに対して、コンピュータでラッピング処理を施すことで、エアモデルに対して一定の肉厚の外壁が設けられたラッピングモデルを生成することができる。そして、このラッピングモデルからエアモデルの体積分をブーリアン演算によって取り除くことで、内部にエアモデルと同じ形状の空間が形成された構造解析用モデルを短期間で生成することができる。

また、こうした構造解析用モデルの肉厚は、ラッピング処理時の適合パラメータを変更することによって適宜変更が可能である。したがって、肉厚を変更する場合やエアモデルが変更された場合でもエアモデルに対して再度ラッピング処理を施すことにより、構造解析用モデルを短期間に生成することができる。そして、構造解析用モデルを用いた種々の構造解析をＣＡＤシステムによる形状データの作成に先立って行うことにより、設計変更に要する時間を短縮することができるようになる。

また、上記構造解析用モデルの生成方法では、コンピュータに、構造解析用モデルにその剛性を部分的に高める補強部を追加する処理を更に実行させるようにしてもよい。
上記方法によれば、構造解析用モデルに対してリブやボス等の部分的に剛性を高めるための補強部を追加することにより、強度シミュレーションや振動シミュレーション等の構造解析を実際の構造物に即したかたちで行うことができる。

また、上記構造解析用モデルの生成方法では、肉厚を構造物に応じて各別に設定される一般肉厚にすることが好ましい。
各種の構造物には、同構造物の使用環境において作用する外力に対して十分な剛性を担保しつつ重量が最も軽くなる肉厚、すなわち一般肉厚が存在する。上記方法のように、この一般肉厚でエアモデルにラッピング処理を施すことにより、構造物の最終形態に近い構造解析用モデルを用いて構造解析を行うことができ、構造解析を効率的に行うことができるようになる。

なお、上記方法は、例えば吸気マニホールドの構造解析用モデルを生成する場合に適用することができる。

（ａ）〜（ｅ）は、構造解析用モデルの生成方法の手順を模式的に示す図。 （ａ）は構造解析用モデルの上面図、（ｂ）構造解析用モデルの側面図。

以下、構造解析用モデルの生成方法及び生成システムの一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下では吸気マニホールドの構造解析用モデルを例に説明する。また、この構造解析用モデルを生成する際の一連の処理はコンピュータによって実行される。

図１（ａ）に示すように、まず、吸気マニホールドの内部空間の外殻形状により定義されるエアモデル１の形状データをコンピュータに読み込む。また、吸気マニホールドをシリンダヘッドやスロットルバルブボディと連結するためのフランジ２，３の形状データも併せてコンピュータに読み込む。なお、これらエアモデル１及びフランジ２，３の形状データはいずれもＣＡＤシステムを用いて作成される。

次に、図１（ｂ）に示すように、エアモデル１の所定の位置に各フランジ２，３を配置し、それらの相対的な位置関係を確定する。その後、図１（ｃ）に示すように、エアモデル１に対してその外周面を一定の一般肉厚で覆うラッピング処理を実行する。ここで、ラッピング処理においては、エアモデル１の外周面に存在する小さな凹凸については無視され、そうした凹凸が存在しないものと仮定して同処理が行われる。

例えば、エアモデル１に形成された窪み部分４の外周面の間隔が一般肉厚の２倍よりも狭い場合に、その外周面を一般肉厚で覆って外壁を形成すると、外壁同士が重なってしまうこととなる。そのため、こうした窪み部分４については最も近接する外周面同士が連続しているものと仮定してその外周面に沿ってラッピング処理を実行させる。その結果、窪み部分４は外壁となり内部が中実のラッピングモデル５が生成される。

ここで、一般肉厚とは、吸気マニホールドの使用環境において作用する外力に対して十分な剛性を担保しつつその重量が最も軽くなるように設定された肉厚である。例えば、吸気マニホールドの一般肉厚は、その材質や物性も考慮して２〜３ｍｍに設定されている。そして、このラッピング処理において設定される肉厚は変更可能なパラメータとしてコンピュータに記憶され、このパラメータを変更することでラッピング処理時の肉厚変更を容易に行うことができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、ラッピング処理によって生成されたラッピングモデル５と、エアモデル１との相対的な位置関係を決定した各フランジ２，３とをブーリアン演算により結合する。さらに、フランジ２，３が結合されたラッピングモデル５においてフランジ２，３からはみ出した部分を削除する。

その後、図１（ｅ）に示すように、ラッピングモデル５からエアモデル１の体積分をブーリアン演算によって抜き出す処理を実行する。これら一連の処理によって、内部にエアモデル１と同じ形状の空間が形成されてその肉厚が一般肉厚に設定された吸気マニホールドの構造解析用モデル６が生成される。

さらに、図２に示すように、構造解析用モデル６の外周面に沿って湾曲させた格子状のリブ７をブーリアン演算により構造解析用モデル６に結合する処理を実行する。こうした一連の処理によって最終的な構造解析用モデル６が完成する。

次に、こうした構造解析用モデル６の生成方法の作用について説明する。
エアモデル１のＣＡＤデータに対して、コンピュータでラッピング処理を施すことで、エアモデル１に対して一般肉厚の外壁が設けられたラッピングモデル５が生成される。そして、このラッピングモデル５からエアモデル１の体積分をブーリアン演算によって取り除くことで、内部にエアモデル１と同じ形状の空間が形成された構造解析用モデル６が生成される。また、ラッピング処理において肉厚を適宜変更することにより、複数の構造解析用モデル６を作成する時間が短縮される。さらに、構造解析用モデル６に対して格子状のリブ７を追加することにより、強度シミュレーションや振動シミュレーション等の構造解析が実際の構造物に即したかたちで行われることとなる。

以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）エアモデル１から構造解析用モデル６を効率良く生成することができる。また、肉厚を変更する場合やエアモデル１が変更された場合でもエアモデル１に対して再度ラッピング処理を施すことにより、構造解析用モデルを短期間に作成することができる。したがって、構造解析用モデルを用いた種々の構造解析をＣＡＤシステムによる形状データの作成に先立って行うことができ、設計変更に要する時間を短縮することができるようになる。

（２）構造解析用モデル６に対してさらに格子状のリブ７を追加することにより、強度シミュレーションや振動シミュレーション等の構造解析を実際の構造物に即したかたちで行うことができる。

（３）一般肉厚でエアモデル１にラッピング処理を施すようにしたため、構造物の最終形態に近い構造解析用モデル６を用いた構造解析を行うことができ、構造解析を効率的に行うことができるようになる。

なお、上記一実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、構造解析用モデル６を生成する際の最終処理として、格子状のリブ７を追加する処理を例示したが、追加する対象は格子状以外のリブや、ボス等、吸気マニホールドの剛性を部分的に高めることができる他の補強部であってもよい。また、それらの構成を適宜組み合わせて複数追加するようにしてもよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、吸気マニホールドの構造解析用モデル６の生成方法を例示したが、同様に、排気マニホールド、シリンダヘッド、シリンダブロック等々、他の構造物の構造解析用モデルを生成することもできる。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、一般肉厚でラッピング処理を実行するようにしたが、その肉厚を一般肉厚以外の肉厚に変更してもよい。こうした構成であっても、上記（１）及び（２）と同様の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、コンピュータにより、構造解析用モデルに補強部を追加する処理を実行させたが、こうした処理を省略してもよい。こうした構成であっても、上記（１）と同様の効果を得ることができる。

１…エアモデル、２，３…フランジ、４…窪み部分、５…ラッピングモデル、６…構造解析用モデル、７…リブ。

Claims (5)

1. コンピュータに、
   構造物の内部空間の外殻形状により定義されるエアモデルに対してその外周面を一定の肉厚で覆うラッピング処理と、
   同ラッピング処理によって生成されたラッピングモデルから前記エアモデルの体積分をブーリアン演算により抜き出して構造物の構造解析用モデルを生成する処理と
   を実行させる構造解析用モデルの生成方法。
2. コンピュータに、
   前記構造解析用モデルにその剛性を部分的に高める補強部を追加する処理を更に実行させる
   請求項１に記載の構造解析用モデルの生成方法。
3. 前記肉厚は前記構造物に応じて各別に設定される一般肉厚である
   請求項１又は２に記載の構造解析用モデルの生成方法。
4. 前記構造解析用モデルは吸気マニホールドの構造解析用モデルである
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造解析用モデルの生成方法。
5. コンピュータにより構造物の構造解析用モデルを生成するシステムであって、
   構造物の内部空間の外殻形状により定義されるエアモデルに対してその外周面を一定の肉厚で覆うラッピング処理を実行する手段と、
   同ラッピング処理によって生成されたラッピングモデルから前記エアモデルの体積分をブーリアン演算により抜き出して構造物の構造解析用モデルを生成する処理を実行する手段と
   を備える構造解析用モデルの生成システム。