JPH0581385A - 有限要素モデルのチエツク方法 - Google Patents

有限要素モデルのチエツク方法

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JPH0581385A
JPH0581385A JP24104991A JP24104991A JPH0581385A JP H0581385 A JPH0581385 A JP H0581385A JP 24104991 A JP24104991 A JP 24104991A JP 24104991 A JP24104991 A JP 24104991A JP H0581385 A JPH0581385 A JP H0581385A
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JP
Japan
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finite element
element model
length
plane
nodes
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Withdrawn
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JP24104991A
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English (en)
Inventor
Shuichi Nakajima
秀一 中嶋
Nobutaka Ito
伸孝 伊東
Masaki Okada
昌樹 岡田
Yoshiko Kawase
佳子 川瀬
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】CAEワークステーションを使用して行う数値
シュミレーションのうち、応力の解析等をFEM解析で
行う場合に使用される有限要素モデルのチェック方法に
関し、不適当な形状の有限要素モデルを容易に検出し、
FEM解析精度を向上させる。 【構成】稜線の長さの最大値と、稜線の長さの最小値と
の比を計算することにより、稜線の長さとの関係から、
細長すぎて有限要素モデルとして不適当なものを検出す
る手順を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CAE(computer aid
ed engineering)ワークステーションなど、電子計算機
を使用して行う数値シュミレーションのうち、応力の解
析や、熱伝導の解析などを有限要素法解析、いわゆるF
EM(finite element method)解析で行う場合に使用
される有限要素モデルのチェック方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、有限要素モデルのチェックは、図
6に示すような方法で行われていた。即ち、まず、電子
計算機内の有限要素モデル・データを取出し(ステップ
1)、4節点で構成される平面の歪みをチェックし(ス
テップ2)、次に、有限要素モデルを構成する稜線(有
限要素モデルの境界を表現する2節点を結ぶ線)の長さ
を計算し、有限要素モデルの立体としての歪みをチェッ
クする(ステップ3)。
【0003】ここに、4節点で構成される平面の歪みの
チェックは、3節点で構成される平面と残りの1節点と
の垂直距離を計算し、この値が一定値以下の場合、歪み
のない平面とみなすことにより行われる。
【0004】より具体的に説明すれば、図7に示すよう
に、平面が節点P1、P2、P3、P4で構成されてい
る場合、例えば、節点P4から節点P1、P2、P3で
構成される平面に垂線を下ろし、その長さHを計算する
ことにより行われる。
【0005】また、有限要素モデルの立体としての歪み
のチェックは、例えば、図8に示すように、有限要素モ
デルが節点P1〜P8を有している場合、稜線P1−P
2、P2−P3、P3−P4、P4−P1、P1−P
5、P2−P6、P3−P7、P4−P8、P5−P
6、P6−P7、P7−P8、P8−P5の長さを計算
することにより行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有限要
素モデルとして不適当な有限要素モデルでありながら、
従来の有限要素モデルのチェック方法では検出できない
有限要素モデルが存在する。図9及び図10に示す有限
要素モデルは、その例である。
【0007】まず、図9の有限要素モデルでは、稜線P
1−P2と、稜線P2−P3の長さが大きく異なってい
る。この有限要素モデルは、立体形状としては、何ら矛
盾はないが、この有限要素モデルを使用してFEM解析
を行うと解析の精度が悪くなる場合がある。
【0008】例えば、応力解析を行う場合は、最小長の
稜線の長さと、最大長の稜線の長さの比が1:4以下、
熱伝導解析を行う場合は、最小長の稜線の長さと、最大
長の稜線の長さの比が1:10以下でないと、シミュレ
ーションの精度が保障されないことが実験的に明らかに
されている。
【0009】また、図10に示す有限要素モデルは、各
稜線の長さは著しく異なっていないが、節点P1〜P4
で構成される平面F1と、節点P5〜P8で構成される
平面F2との距離が各稜線の長さに比べて著しく小さく
なっており、有限要素モデルとしては、やはり、不適当
である。
【0010】これらの有限要素モデルは、従来のチェッ
ク方法では検出できず、これらが含まれる場合には、F
EM解析精度に悪影響を与えてしまう。そこで、FEM
解析を行う者は、これを回避するため、有限要素モデル
の作成時あるいは有限要素モデル作成のソフトウエア作
成時に、細心の注意を払う必要があり、これがかなりの
負担になっていた。
【0011】本発明は、かかる点に鑑み、不適当な形状
の有限要素モデルを容易に検出し、FEM解析精度の向
上を図ることができる有限要素モデルのチェック方法を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明中、第1の発明に
よる有限要素モデルのチェック方法は、最小長の稜線の
長さと最大長の稜線の長さとの比を計算することによ
り、稜線の長さとの関係から、細長すぎて有限要素モデ
ルとして不適当な有限要素モデルを検出する手順を実行
するというものである。
【0013】本発明中、第2の発明による有限要素モデ
ルのチェック方法は、各平面において、平面の節点と該
平面に含まれない節点とを結ぶ稜線のうち、最小長の稜
線の長さと、前記平面に含まれない節点と前記平面との
垂直距離のうち、最小長の垂直距離との比を計算するこ
とにより、稜線の長さとの関係から、対向する平面が接
近しすぎて有限要素モデルとして不適当な有限要素モデ
ルを検出する手順を実行するというものである。
【0014】
【作用】第1の発明は、例えば、図9に示すような有限
要素モデルを検出しようとするものである。また、第2
の発明は、図10に示すような有限要素モデルを検出し
ようとするものである。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すフローチャー
トである。本実施例においては、まず、電子計算機内の
有限要素モデル・データを取出し(ステップ1)、4節
点で構成される平面の歪をチェックし(ステップ2)、
その後、稜線の長さとの関係から、細長すぎて又は対向
する平面が接近しすぎて、有限要素モデルとして不適当
なものをチェックする(ステップ3)。
【0016】ここに、4節点で構成される平面の歪みの
チェックは、例えば、図2に示す手順で行う。即ち、ま
ず、有限要素モデルの要素の種類の判断、即ち、4面体
(テトラ)であるか、5面体(三角柱)であるか、6面
体(直方体)であるかの判断を行う(ステップ1)
【0017】ここに、4面体である場合には、チェック
を行わず、終了する。また、5面体である場合には、ス
テップ2に移行し、6面体の場合には、ステップ3に移
行する。
【0018】ステップ2においては、4角形平面を構成
する節点を抽出し、ステップ3に移行する。そして、ス
テップ3においては、第1番目〜第3番目の3節点で構
成される平面の法線ベクトルを計算する。
【0019】次に、第4番目の節点と、第1番目〜第3
番目の3節点で構成される平面との垂直距離Rを計算す
る(ステップ4)。続いて、ステップ3で計算した垂直
距離Rと、予め歪みとして許容されている値ξとを比較
し(ステップ5)、R>ξの場合(ステップ5でNOの
場合)、この平面は歪んでいるとのエラー情報を出力し
(ステップ6)、ステップ7に移行する。
【0020】これに対して、R≦ξの場合(ステップ5
でYESの場合)には、この平面は歪みのないものとし
て、ステップ7に移行する。ステップ7においては、全
ての面につき、ステップ3〜5が実行されたか否かを判
断し、全ての平面について実行してない場合(ステップ
7でNOの場合)には、次の面について、ステップ3〜
5を再び実行する。全ての平面について実行している場
合(ステップ7でYESの場合)は終了する。このよう
にして、平面の歪みのチェックを行うことができる。
【0021】また、稜線の長さとの関係から、細長すぎ
て又は対向する平面が接近しすぎて有限要素モデルとし
て不適当なもののチェックは、例えば、図3に示す手順
で行う。即ち、まず、有限要素モデル・データから有限
要素モデルを構成する全節点の座標を抽出する(ステッ
プ1)。
【0022】次に、全ての稜線の長さを計算し、最大長
の稜線の長さLmaxと、最小長の稜線の長さLminとを求
める(ステップ2)。次に、Lmax/Lminを計算し、応
力解析の場合は、Lmax/Lmin<4であるか否か、熱伝
導解析の場合は、Lmax/Lmin<10であるか否かを判
断する(ステップ3)。
【0023】ここに、応力解析の場合は、Lmax/Lmin
≧4の場合、熱伝導解析の場合は、Lmax/Lmin≧10
の場合(ステップ3でNOの場合)、この有限要素モデ
ルは、稜線の長さとの関係から、細長すぎて不適当な有
限要素モデルとして、エラー情報を出力し(ステップ
4)、ステップ5に移行する。
【0024】これに対して、応力解析の場合は、Lmax
/Lmin<4の場合、熱伝導解析の場合は、Lmax/Lmi
n<10の場合(ステップ3でYESの場合)、この有
限要素モデルは、稜線の長さとの関係から、細長すぎな
いものとして、ステップ5に移行する。
【0025】以下、有限要素モデルが図4に示す形状を
有しているものとして説明すると、ステップ5において
は、ある平面F1に注目し、その平面F1を定義する4
節点P1、P2、P3、P4の中の3節点P1、P2、
P3から法線ベクトルNを計算する。
【0026】次に、平面F1に含まれない節点P5、P
6、P7、P8を抽出し(ステップ6)、このステップ
6で抽出した節点P5、P6、P7、P8と平面F1と
を結ぶ稜線E9、E10、E11、E12の長さを計算
し、その最小値LEminを求める(ステップ7)。
【0027】次に、ステップ6で抽出した節点P5、P
6,P7,P8と、平面F1との垂直距離をそれぞれ計
算し、その最小値LDminを求め(ステップ8)、続い
て、LEmin/LDmin<2であるか否かを判断する(ス
テップ9)。
【0028】ここに、LEmin/LDmin≧2の場合(ス
テップ9でNOの場合)、稜線の長さとの関係から、対
向する平面が接近しすぎているものとして、エラー情報
を出力し(ステップ10)、ステップ11に移行する。
【0029】これに対して、LEmin/LDmin<2の場
合(ステップ9でYESの場合)、全ての面について、
ステップ5〜9を実行したか否かを判断し(ステップ1
1)、全ての面について実行されていない場合(ステッ
プ11でNOの場合)には、次の面について、ステップ
5〜9を再び実行し、全ての面について実行している場
合(ステップ11でYESの場合)には、終了する。
【0030】なお、図5は、FEM解析を行うハードウ
エアの構成を示す図である。図中、1は幾何モデル・デ
ータを格納する幾何モデル・データ格納手段、2は設計
対象の幾何形状、即ち、設計対象の全体としての形状を
定義する幾何モデル・プロセッサである。
【0031】また、3は幾何モデル・データを入力し、
FEM解析のためのデータ処理、即ち、要素分割(形状
を四面体(テトラ)、五面体(三角柱)、六面体(直方
体)に分割し、要素分割モデルを作成する処理)、要素
モデルチェック(要素分割モデルが正しいか否かを判断
する処理)、解析条件入力(例えば、応力解析の場合に
は、拘束条件[固定する節点番号]や荷重・変位条件
[荷重をかける節点番号及び荷重値、強制変位を与える
節点番号及び変位値]などの条件を与える処理)を行う
プリ・プロセッサであり、要素モデルチェックが本実施
例の実行内容となるものである。
【0032】また、4はプリ・プロセッサ3で作成され
た解析データを入力して、具体的な数値計算を行うFE
M解析プロセッサ、5はFEM解析プロセッサ4で数値
計算された解析結果を見やすいように、表形式や、図形
式等、表示用のデータに処理するホストプロセッサであ
る。
【0033】また、6はホストプロセッサ5が作成した
表示用のデータを格納する解析結果表示用データ格納手
段、7はグラフィック・ディスプレイ、8はホストプロ
セッサ5が作成した解析結果表示用データに基づいて解
析結果をグラフィック・ディスプレイ7に表示する会話
・表示プロセッサである。
【0034】
【発明の効果】本発明中、第1の発明によれば、稜線の
長さとの関係から細長すぎて有限要素モデルとして不適
当な有限要素モデルを検出するとしているので、この点
から、FEM解析精度の向上を図ることができる。
【0035】また、第2の発明によれば、稜線の長さと
の関係から対向する平面が接近しすぎて有限要素モデル
として不適当な有限要素モデルを検出するとしているの
で、この点から、FEM解析精度の向上を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すフローチャート
【図2】本発明の一実施例において、4節点で構成され
る平面の歪みをチェックする手順を示すフローチャート
である。
【図3】本発明の一実施例において、稜線の長さとの関
係から、細長すぎて又は対向する平面が接近しすぎて有
限要素モデルとして不適当なものをチェックする手順を
示すフローチャートである。
【図4】本発明の一実施例を説明するための有限要素モ
デルである。
【図5】FEM解析を行うハードウエアの構成を示すブ
ロック図である。
【図6】従来の有限要素モデルのチェック方法を示すフ
ローチャートである。
【図7】従来の有限要素モデルのチェック方法を具体的
に説明するための図である。
【図8】従来の有限要素モデルのチェック方法を具体的
に説明するための図である。
【図9】従来の有限要素モデルのチェック方法では検出
できない不適当な形状を有する有限要素モデルの一例を
示す図である。
【図10】従来の有限要素モデルのチェック方法では検
出できない不適当な形状を有する有限要素モデルの他の
例を示す図である。
【符号の説明】
1 幾何モデル・データ格納手段 2 幾何モデル・プロセッサ 3 プリ・プロセッサ 4 FEM解析プロセッサ 5 ホストプロセッサ 6 解析結果表示用データ格納手段 7 グラフィック・ディスプレイ 8 会話・表示プロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川瀬 佳子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】最小長の稜線の長さと最大長の稜線の長さ
    との比を計算することにより、稜線の長さとの関係か
    ら、細長すぎて有限要素モデルとして不適当な有限要素
    モデルを検出する手順を実行することを特徴とする有限
    要素モデルのチェック方法。
  2. 【請求項2】各平面において、平面の節点と該平面に含
    まれない節点とを結ぶ稜線のうち、最小長の稜線の長さ
    と、前記平面に含まれない節点と前記平面との垂直距離
    のうち、最小長の垂直距離との比を計算することによ
    り、稜線の長さとの関係から、対向する平面が接近しす
    ぎて有限要素モデルとして不適当な有限要素モデルを検
    出する手順を実行することを特徴とする有限要素モデル
    のチェック方法。
JP24104991A 1991-09-20 1991-09-20 有限要素モデルのチエツク方法 Withdrawn JPH0581385A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006202095A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Mazda Motor Corp 車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006202095A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Mazda Motor Corp 車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム
JP4635621B2 (ja) * 2005-01-21 2011-02-23 マツダ株式会社 車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム

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Effective date: 19981203