JPH0916559A - Method for analyzing finite element and device therefor - Google Patents

Method for analyzing finite element and device therefor

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JPH0916559A
JPH0916559A JP7164131A JP16413195A JPH0916559A JP H0916559 A JPH0916559 A JP H0916559A JP 7164131 A JP7164131 A JP 7164131A JP 16413195 A JP16413195 A JP 16413195A JP H0916559 A JPH0916559 A JP H0916559A
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JP
Japan
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data
shape
mesh
analysis
finite element
Prior art date
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Application number
JP7164131A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kondo
健次 近藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPH0916559A publication Critical patent/JPH0916559A/en
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Abstract

PURPOSE: To obtain an analysis result with high accuracy by generating a shape model, regardless of kinds of imparted shape data, performing a batch processing for the process from the input of shape data up to the output of the analysis result and performing the redivision of a mesh without any manual aid when the paint-out of the element in the mesh becomes excessive during the execution of the analysis. CONSTITUTION: The shape data imparted by having each form from a CAD data file 10, a measured data file 11 and a mesh data file 12 is once stored in a shape data file 3, the data is read in an arithmetic processing part 1, the data is transformed into point group data having attributes of coordinate values and the data is stored in a point group data file 2. This point group data is read in the arithmetic processing part 1, each point is approximated by a free curved surface or a free curve, a shape model is generated, a mesh division is performed for the generated shape model and a finite element analysis is executed by using the obtained mesh.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種の解析のために用
いられる有限要素解析方法及び有限要素解析装置に関
し、更に詳しくは、解析対象物の大変形を伴う現象の解
析に用いられる有限要素解析方法及び有限要素解析装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a finite element analysis method and a finite element analysis apparatus used for various analyses, and more specifically, a finite element used for analysis of a phenomenon involving large deformation of an object to be analyzed. The present invention relates to an analysis method and a finite element analysis device.

【0002】[0002]

【従来の技術】有限要素法(Finite Eleme
nt Method)は、各種構造物の構造解析、振動
解析のみならず、熱伝導解析、流体解析等、複雑な条件
下にて生じる各種の現象の解析を可能とする有力な手法
として、多くの産業分野において広く利用されている。
2. Description of the Related Art Finite element method
nt Method) is a powerful method that enables not only structural analysis and vibration analysis of various structures but also various phenomena that occur under complicated conditions such as heat conduction analysis and fluid analysis, and is used in many industries. Widely used in the field.

【0003】有限要素法による解析は、解析対象物をメ
ッシュに分割して、該メッシュ中の各要素に生じるひず
み、応力等の物理量の変化を、所定の拘束、作用外力等
の解析条件下にて演算する手順を繰り返して実施され
る。この演算は、多大の計算量を要する行列演算を含む
複雑なものであるが、近年においては、解析目的に応じ
て種々のプログラムが開発されており、これらを利用す
ることにより、比較的容易に有限要素解析を実施し得る
ようになっている。
In the analysis by the finite element method, an object to be analyzed is divided into meshes, and changes in physical quantities such as strain and stress generated in each element in the mesh are analyzed under predetermined conditions such as restraint and external force. The calculation procedure is repeated. This calculation is complicated including matrix calculation that requires a large amount of calculation, but in recent years, various programs have been developed according to the purpose of analysis, and by using these, it is relatively easy to use. Finite element analysis can be performed.

【0004】また、有限要素解析の実施に当たっては、
解析対象物をメッシュに分割する必要があるが、近年に
おいては、デローニー(Delaunay)法等、メッ
シュ分割を自動化するための種々の手法が確立されてお
り、解析対象物に対応する形状モデルが与えられたと
き、この形状モデルを、三角形、四面体等の所定形状の
要素に自動メッシュ分割するメッシュ生成手段を備えた
有限要素解析装置が実用化されている。
In carrying out the finite element analysis,
It is necessary to divide the analysis target into meshes, but in recent years, various methods for automating the mesh division such as Delaunay method have been established, and a shape model corresponding to the analysis target is given. At this time, a finite element analysis device having a mesh generation means for automatically mesh-dividing the shape model into elements having a predetermined shape such as a triangle or a tetrahedron has been put into practical use.

【0005】更に、近年においては、解析対象物の形状
データが与えられたとき、この形状データを用いてメッ
シュ分割のための形状モデルを生成する手段が実用化さ
れており、特に、CAD(Computer Aide
d Design)による形状データを対象とする形状
モデル生成手段と、前述したメッシュ生成手段と共に備
える有限要素解析装置は、CADとの併用により各種の
構造物の構造解析又は振動解析を容易に行い得るものと
して注目されている。
Further, in recent years, when shape data of an object to be analyzed is given, means for generating a shape model for mesh division using this shape data has been put into practical use, and particularly, CAD (Computer). Aide
The finite element analysis device provided with the shape model generation means for the shape data by d Design) and the mesh generation means described above can easily perform the structural analysis or vibration analysis of various structures by using together with CAD. Is being watched as.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、有限要素解
析の対象となる構造物の形状データは、3次元測定装置
を用いた解析対象物の形状測定により得られた形状デー
タ、メッシュ分割された状態で与えられる形状データ
等、CADの出力として得られる形状データと異なる形
態にて与えられる場合があり、これらの形状データを含
めて取り扱うためには、夫々の形状データから形状モデ
ルを生成するモデル生成手段を各別に用意する必要があ
り、解析システムの構成の複雑化を招くという難点があ
った。
However, the shape data of the structure to be subjected to the finite element analysis is the shape data obtained by the shape measurement of the analysis object using the three-dimensional measuring device, and the mesh-divided state. It may be given in a form different from the shape data obtained as the output of CAD, such as the shape data given by, and in order to handle these shape data together, a model generation that generates a shape model from each shape data It is necessary to prepare a means for each, and there has been a problem that the configuration of the analysis system is complicated.

【0007】一方、有限要素解析の主要な用途の一つ
に、塑性加工中の構造物における変形及び応力の解析が
あるが、この場合、加工前の段階での形状モデルを用い
て生成されたメッシュが解析の進行に伴って大きくつぶ
れ、解析途中において極端にいびつな形状をを有する要
素が発生する問題があり、以降の解析精度が大幅に低下
するのみならず、解析の続行に支障を来す虞れさえあっ
た。
On the other hand, one of the main applications of finite element analysis is the analysis of deformation and stress in a structure during plastic working. In this case, it was generated using a shape model at the stage before working. There is a problem that the mesh is greatly crushed as the analysis progresses, and elements with extremely distorted shapes occur in the middle of the analysis, which not only significantly reduces the accuracy of subsequent analysis but also hinders the continuation of the analysis. I was even afraid.

【0008】このような問題を解消するため、従来一般
的には、解析中に生じる各要素のつぶれを解析者が監視
し、大きいつぶれが生じた時点で解析を一旦中断し、そ
の時点での形状に合わせてメッシュの再分割を行った後
に解析を再開するようにしている。ところがこの場合、
解析の中断及びメッシュの再分割の判断を解析者に行わ
せるため、この判断の良否に応じて解析結果に差異が生
じる不都合があり、また、手作業によるメッシュの再分
割は解析者に多大の労力負担を強いるという問題があ
る。
In order to solve such a problem, conventionally, an analyst generally monitors the collapse of each element that occurs during analysis, suspends the analysis when a large collapse occurs, and at that time The analysis is restarted after the mesh is subdivided according to the shape. However, in this case,
Since the analyst decides whether to interrupt the analysis or re-divide the mesh, there is the inconvenience that the analysis results will differ depending on the quality of this decision, and the manual re-division of the mesh requires a large amount of time for the analyst. There is a problem of compelling labor.

【0009】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、与えられる形状データの種別によらずに形状モ
デルが生成され、後続するメッシュ分割及び解析演算の
実行により、形状データの入力から解析結果の出力まで
の過程を一括処理することができ、更に、解析の実行中
にメッシュ中の要素のつぶれが過大となったとき、人手
に頼ることなくメッシュの再分割が行われ、高精度の解
析結果が得られる有限要素解析方法及び有限要素解析装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and a shape model is generated irrespective of the type of shape data given, and the subsequent mesh division and analysis calculation are executed to input the shape data. It is possible to batch process the process up to the output of analysis results. Furthermore, when the elements in the mesh are excessively crushed during the analysis, the mesh is re-divided without relying on human hands, resulting in high accuracy. It is an object of the present invention to provide a finite element analysis method and a finite element analysis device that can obtain the analysis result of 1.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る有限要素解
析方法は、与えられた形状データに基づいて解析対象物
の形状モデルを生成し、次に生成された形状モデルをメ
ッシュ分割して得られるメッシュ中の各要素の変形を伴
う前記解析対象物の状態変化を解析する有限要素解析方
法において、前記形状データを座標値として表される点
群データに変換し、この点群データを自由曲面又は自由
曲線により近似して前記形状モデルを生成することを特
徴とする。
A finite element analysis method according to the present invention generates a shape model of an object to be analyzed based on given shape data, and then obtains the generated shape model by mesh division. In the finite element analysis method for analyzing the state change of the analysis object accompanied by the deformation of each element in the mesh, the shape data is converted into point cloud data represented as coordinate values, and the point cloud data is converted into a free-form surface. Alternatively, the shape model is generated by approximating with a free curve.

【0011】また本発明に係る有限要素解析装置は、与
えられた形状データに基づいて解析対象物の形状モデル
を生成し、次に生成された形状モデルをメッシュ分割し
て得られるメッシュ中の各要素の変形を伴う前記解析対
象物の状態変化を解析する有限要素解析装置において、
前記形状データを座標値として表される点群データに変
換する形状データ変換手段と、得られた点群データを自
由曲面又は自由曲線により近似して前記形状モデルを生
成するモデル生成手段とを具備することを特徴とする。
Further, the finite element analysis apparatus according to the present invention generates a shape model of an object to be analyzed on the basis of given shape data, and then divides the generated shape model into meshes to obtain each mesh. In the finite element analysis device for analyzing the state change of the analysis target with the deformation of the element,
Shape data conversion means for converting the shape data into point cloud data represented as coordinate values, and model generation means for approximating the obtained point cloud data with a free curved surface or a free curve to generate the shape model. It is characterized by doing.

【0012】更に加えて、前記変形に伴って前記メッシ
ュ中の各要素に生じるつぶれを所定の許容値と比較する
比較手段と、この比較の結果、前記許容値を超えるつぶ
れが生じたとき、該つぶれを含むメッシュの形状データ
を前記形状データ変換手段にフィードバックする手段と
を備えることを特徴とする。
In addition, comparing means for comparing the collapse generated in each element in the mesh with the deformation with a predetermined allowable value, and when the result of this comparison is a collapse exceeding the allowable value, And a means for feeding back the shape data of the mesh including the collapse to the shape data converting means.

【0013】[0013]

【作用】本発明においては、曲面データの組み合わせと
して与えられるCADデータ、夫々の測定位置での座標
値の集合として与えられる解析対象物の測定データ、及
び要素の構成と頂点の座標値を含んで与えられるメッシ
ュデータ等、解析対象物の形状を示す種々の形状データ
が与えられたとき、これらを、3次元又は2次元の座標
値として表される多数の点を含む点群データに一旦変換
し、この点群データを自由曲面又は自由曲線により近似
して形状モデルを生成し、この形状モデルをメッシュに
分割して解析を実行する。
In the present invention, it includes CAD data given as a combination of curved surface data, measurement data of an analysis object given as a set of coordinate values at respective measurement positions, and element configuration and coordinate values of vertices. When various shape data showing the shape of the analysis object such as given mesh data is given, these are once converted into point cloud data including a large number of points expressed as three-dimensional or two-dimensional coordinate values. The point group data is approximated by a free-form surface or free-form curve to generate a shape model, and the shape model is divided into meshes for analysis.

【0014】例えば、CADデータから点群データへの
変換は、CADデータにより画定される多数の面分上に
複数の点をとり、これらの点の座標値を特定して行う。
また、測定データ及びメッシュデータから点群データへ
の変換は、測定点又は要素の頂点の座標値をそのまま用
いると共に、これらの点を含む曲面上に一又は複数の点
をとり、これらの座標値を特定して行う。
For example, the conversion from CAD data to point cloud data is performed by taking a plurality of points on a large number of planes defined by the CAD data and specifying the coordinate values of these points.
In addition, for conversion from measurement data and mesh data to point cloud data, the coordinate values of the measurement points or the vertices of the elements are used as they are, and one or more points are taken on the curved surface including these points, and these coordinate values are used. And specify.

【0015】また本発明においては、解析の実行中に各
要素に生じる変形を、例えば、縦横比、ねじれ角、頂角
等を指標として監視し、変形に伴う各要素のつぶれが許
容値を超えたとき、このつぶれが生じた要素を含むメッ
シュデータを形状データ変換手段にフィードバックし、
点群データに変換して、モデル生成部において現状に合
った形状モデルを再生成し、この形状モデルに対してメ
ッシュ分割して得られた新たなメッシュを用いて解析を
継続する。
Further, in the present invention, the deformation occurring in each element during the execution of the analysis is monitored by using, for example, the aspect ratio, the twist angle, the apex angle, etc. as an index, and the collapse of each element due to the deformation exceeds the allowable value. When this occurs, the mesh data including the element in which this collapse has occurred is fed back to the shape data conversion means,
After converting to point cloud data, a model generation unit regenerates a shape model that matches the current situation, and the analysis is continued using a new mesh obtained by dividing the shape model into meshes.

【0016】[0016]

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図1は、本発明に係る有限要素解析装置の
構成を示すブロック図である。図示の如く本発明に係る
有限要素解析装置Aは、演算処理部1と、演算途中のデ
ータ記憶部としての点群データファイル2と、入力デー
タの記憶部としての形状データファイル3、及び解析条
件データファイル4とを備えて構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a finite element analysis apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the finite element analysis apparatus A according to the present invention includes a calculation processing unit 1, a point cloud data file 2 as a data storage unit during calculation, a shape data file 3 as a storage unit for input data, and analysis conditions. And a data file 4.

【0017】有限要素解析装置Aの入力側には、CAD
装置に備えられたCADデータファイル10、形状測定の
ための測定装置に備えられた測定データファイル11、及
び解析装置に備えられたメッシュデータファイル12の接
続が可能であり、解析対象物の形状を示す形状データ
は、前記各ファイル10,11,12のいずれかから与えら
れ、形状データファイル3に一旦格納される。
On the input side of the finite element analyzer A, a CAD
It is possible to connect a CAD data file 10 provided in the apparatus, a measurement data file 11 provided in the measuring apparatus for shape measurement, and a mesh data file 12 provided in the analysis apparatus, and The shape data shown is given from any of the files 10, 11 and 12 and is temporarily stored in the shape data file 3.

【0018】また有限要素解析装置Aの入力側には、キ
ーボード等の入力部13が接続されている。この入力部13
は、解析の実行を指示するための操作と共に、入力ファ
イルを指定する操作、解析に用いる解析条件の設定に必
要な各種のデータの入力操作等、各種の入力操作を行う
べく設けてある。塑性加工に関する変形解析及び応力解
析を行う場合、解析条件の設定に必要なデータとして
は、例えば、解析対象物の拘束位置及び拘束条件、並び
に荷重の作用形態、作用位置及び作用方向および材料条
件等があり、これらのデータは、入力部13の操作により
入力され、解析条件データファイル4に格納される。
An input unit 13 such as a keyboard is connected to the input side of the finite element analysis apparatus A. This input section 13
Is provided for performing various input operations such as an operation for instructing execution of analysis, an operation for specifying an input file, and an operation for inputting various data necessary for setting analysis conditions used for analysis. When performing deformation analysis and stress analysis related to plastic working, the data necessary for setting the analysis conditions include, for example, the restraint position and restraint condition of the analysis target, and the action mode of the load, the action position and action direction, and the material condition. These data are input by the operation of the input unit 13 and stored in the analysis condition data file 4.

【0019】演算処理部1は、形状データ変換手段1a
(図2及び図3参照)、及びモデル生成手段1b(図4参
照)を備えている。形状データ変換手段1aは、形状デー
タファイル3に格納された形状データを読み込み、これ
を所定の規則に従って座標値の属性を有する点群データ
に変換する動作をなす。形状データファイル3に格納さ
れた形状データは、前述した如く、CADデータファイ
ル10、測定データファイル11、又はメッシュデータファ
イル12から与えられたものであり、夫々の形状データか
ら点群データへの変換は、例えば、以下の如く行われ
る。
The arithmetic processing unit 1 includes a shape data conversion means 1a.
(See FIGS. 2 and 3), and model generation means 1b (see FIG. 4). The shape data conversion means 1a reads the shape data stored in the shape data file 3 and converts the shape data into point cloud data having an attribute of coordinate value according to a predetermined rule. The shape data stored in the shape data file 3 is given from the CAD data file 10, the measurement data file 11, or the mesh data file 12 as described above, and each shape data is converted into point cloud data. Is performed as follows, for example.

【0020】図2は、CADデータから点群データへの
変換方法の説明図である。CADデータは、図の上半部
に示す如く、解析対象物の表面を、平面、曲面等の面分
の連なりと見なし、夫々の面分を示すデータの集合体と
して与えられる。形状データ変換手段1aは、CADデー
タに含まれる面分の夫々に対し、これらの位置及び形状
を特定するのに十分な数の点を設定し、各点の座標値を
求めて点群データを構成する。これにより、図の下半部
に示す如く、解析対象物の形状を表わすのに十分な数の
点を含む点群データが、座標値の属性を有して確定され
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of converting CAD data into point cloud data. As shown in the upper half of the figure, the CAD data regards the surface of the object to be analyzed as a series of planes such as planes and curved surfaces, and is given as a set of data showing the respective planes. The shape data conversion unit 1a sets a sufficient number of points for each of the surface segments included in the CAD data to specify their position and shape, calculates the coordinate value of each point, and obtains the point group data. Configure. As a result, as shown in the lower half of the figure, point group data including a sufficient number of points to represent the shape of the analysis object is determined with the attribute of the coordinate value.

【0021】平面データ及び曲面データ上での設定点
は、前述の如く、夫々の面分の位置及び形状を特定し得
るだけ存在すればよいが、更に多くの点を設定してもよ
い。即ち、平面データにより表される面分の位置及び形
状の特定のためには、該面分を画定する頂点の設定によ
り足りるが、図2中に白抜きの点により示す如く、各頂
点間、及び各頂点を通る平面上に適宜の間隔にて中間点
を設定してもよく、また曲面データにより表される面分
の場合、同じく図2中に白抜きの点により示す如く、各
面分を画定する頂点を含む自由曲面上に、適宜の間隔に
て一又は複数の中間点を設定してもよい。
As described above, the set points on the plane data and the curved surface data only have to exist so as to specify the position and shape of each surface portion, but more points may be set. That is, in order to specify the position and shape of the surface segment represented by the plane data, it is sufficient to set the vertices that define the surface segment, but as shown by the white dots in FIG. Also, intermediate points may be set at appropriate intervals on a plane passing through the respective vertices, and in the case of the surface segment represented by the curved surface data, as shown by the white dots in FIG. One or a plurality of intermediate points may be set at appropriate intervals on the free-form surface including the vertices that define the.

【0022】図3は、メッシュデータから点群データへ
の変換方法の説明図である。メッシュデータファイル12
から与えられるメッシュデータは、図示の如く、解析対
象物を所定の手順にて分割してなる多数の要素の位置及
び大きさを特定するデータとして、各要素の構成と頂点
の座標値を含んで与えられる。形状データ変換手段1a
は、各要素の頂点の座標はそのまま利用し、更に、各要
素を画定する辺上の点、例えば、図示の如く各頂点を結
ぶ線分の中点の座標を加えて点群データを構成する。こ
れにより、図の下半部に示す如く、解析対象物の形状を
表わすのに十分な数の点を含む点群データが、座標値の
属性を有して確定される。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of converting mesh data into point cloud data. Mesh data file 12
As shown in the figure, the mesh data given from contains the configuration of each element and the coordinate values of the vertices as data for specifying the position and size of many elements obtained by dividing the analysis target in a predetermined procedure. Given. Shape data conversion means 1a
Uses the coordinates of the vertices of each element as they are, and further adds the coordinates of the points on the sides that demarcate each element, for example, the coordinates of the midpoint of the line segment connecting the vertices to form point cloud data. . As a result, as shown in the lower half of the figure, point group data including a sufficient number of points to represent the shape of the analysis object is determined with the attribute of the coordinate value.

【0023】なお、各要素の辺上に複数の点を設定し、
これらを加えて点群データを構成してもよく、更には、
各要素の内部に確定し得る点(重心,中心等)を加えて
点群データを構成してもよい。
A plurality of points are set on the sides of each element,
These may be added to form point cloud data, and further,
Point cloud data may be configured by adding determinable points (center of gravity, center, etc.) inside each element.

【0024】一方、測定データファイル11から与えられ
る形状データは、解析対象物の表面上に適宜に設定され
た多くの測定点において各種の測定装置による測定結果
として得られる座標値であり、既に点群データとしての
形態を有している。形状データ変換手段1aは、このデー
タを加工することなく出力してもよいが、メッシュデー
タの場合と同様に、各測定点間、各測定点を含む曲面内
に一又は複数の点を設定し、これらの点の座標を加えて
点群データを構成することもできる。
On the other hand, the shape data given from the measurement data file 11 is the coordinate values obtained as the measurement results by various measuring devices at many measurement points set appropriately on the surface of the object to be analyzed, and the shape data has already been obtained. It has a form as group data. The shape data conversion means 1a may output this data without processing it, but similarly to the case of the mesh data, one or a plurality of points are set between the measurement points and within the curved surface including the measurement points. It is also possible to construct the point cloud data by adding the coordinates of these points.

【0025】以上の如く生成された点群データは、前記
点群データファイル2に一旦格納される。モデル生成手
段1bは、点群データファイル2の格納データを読み込
み、このデータ中に含まれる各点の座標を自由曲面によ
り近似して解析対象物の形状モデルB′を生成する。
The point cloud data generated as described above is temporarily stored in the point cloud data file 2. The model generation means 1b reads the data stored in the point cloud data file 2 and approximates the coordinates of each point included in this data by a free-form surface to generate a shape model B ′ of the analysis object.

【0026】図4は、モデル生成手段1bの動作説明図で
ある。本図の上半部に示す如く、モデル生成手段1bへの
入力は、解析対象物の表面上に設定された多数の点から
なる点群データであり、この点群データは、モデル生成
手段1bの動作により、データ中に含まれる各点を自由曲
面により近似した形状モデルB′となる。ランダムに設
定された多数の点を自由曲面により近似する方法は従来
から種々知られており、形状モデルB′の生成は、いず
れかの方法を用いて行えばよい。なお、解析対象物が2
次元である場合、モデル生成手段1bにおいては、自由曲
線により近似が行われ、2次元の形状モデルが生成され
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the model generating means 1b. As shown in the upper half of the figure, the input to the model generating means 1b is point cloud data consisting of a large number of points set on the surface of the analysis object, and the point cloud data is the model generating means 1b. By the operation of, the shape model B ′ is obtained by approximating each point included in the data by the free-form surface. Various methods have been conventionally known for approximating a large number of randomly set points by a free-form surface, and any method may be used to generate the shape model B ′. Note that the analysis target is 2
In the case of the dimension, the model generating means 1b approximates the free curve to generate a two-dimensional shape model.

【0027】このように生成された形状モデルB′は、
デローニー(Delaunay )法等の公知の自動メッシュ分
割法に従って多数の要素に自動分割されてメッシュが生
成される。このとき、形状モデルB′の表面の各部にお
ける曲率半径を考慮して、曲率半径が小さい部分のメッ
シュを予め細分化することもできる。このように生成さ
れたメッシュは、前記解析条件データファイル4から読
み込んだ解析条件下にて行われる有限要素解析に用いら
れる。
The shape model B'generated in this way is
A mesh is automatically generated by dividing into a large number of elements according to a known automatic mesh division method such as Delaunay method. At this time, in consideration of the radii of curvature in each part of the surface of the shape model B ′, the mesh of the part having a small radius of curvature can be subdivided in advance. The mesh thus generated is used in the finite element analysis performed under the analysis conditions read from the analysis condition data file 4.

【0028】図5は、本発明に係る有限要素解析装置に
よる処理の流れを示すフローチャートである。このフロ
ーチャートに従う動作は、例えば、入力部13における所
定の操作に応じて開始され、まず、繰り返し回数を表す
変数Nが0(ステップ1)とされ、形状データ変換手段
1aは、形状データファイル3に格納された形状データを
読み込んで点群データに変換する動作を行い(ステップ
2)、これにより得られた点群データは、点群データフ
ァイル2に格納される(ステップ3)。
FIG. 5 is a flow chart showing the flow of processing by the finite element analysis apparatus according to the present invention. The operation according to this flowchart is started, for example, in response to a predetermined operation on the input unit 13, and first, the variable N representing the number of repetitions is set to 0 (step 1), and the shape data conversion unit
1a performs an operation of reading the shape data stored in the shape data file 3 and converting it into point cloud data (step 2), and the point cloud data obtained by this is stored in the point cloud data file 2 ( Step 3).

【0029】点群データファイル2の格納データは、モ
デル生成手段1bに読み出され、前述の動作により、解析
対象物の形状モデルB′が生成され(ステップ4)、得
られた形状モデルB′は多数の要素に自動分割され、解
析実行のためのメッシュデータが生成される(ステップ
5)。このように生成されたメッシュは、解析手段に与
えられ(ステップ6)、有限要素解析の実行のために用
いられる。この解析は、繰り返し回数を表す変数Nに1
を加算(ステップ7)しつつ行われ、該変数Nを予め設
定された最終回数Nmax と比較し(ステップ8)、N≧
Nmax である場合には解析動作を終了する。
The data stored in the point cloud data file 2 is read by the model generating means 1b, and the shape model B'of the analysis object is generated by the above-described operation (step 4), and the obtained shape model B '. Is automatically divided into a large number of elements, and mesh data for execution of analysis is generated (step 5). The mesh thus generated is given to the analyzing means (step 6) and used for executing the finite element analysis. In this analysis, 1 is set in the variable N that represents the number of repetitions.
Is performed (step 7), the variable N is compared with a preset final number Nmax (step 8), and N ≧
If it is Nmax, the analysis operation is terminated.

【0030】一方、NがNmax に達しない場合には、メ
ッシュ中の各要素のつぶれを調べ(ステップ9)、全て
の要素のつぶれが予め設定された許容値を越えてない場
合にはステップ6に戻って解析を続行し、いずれかの要
素のつぶれが許容値を超えている場合には、現状のメッ
シュデータを形状データファイル3に格納し(ステップ
10)、形状データ変換手段1aにフィードバックして、ス
テップ2からの動作、即ち、点群データへの変換、形状
モデルの生成、メッシュの生成を順次行い、変形後の形
状に対応する新たなメッシュを用いて解析動作を再開す
る。
On the other hand, if N does not reach Nmax, the collapse of each element in the mesh is examined (step 9). If the collapse of all elements does not exceed the preset allowable value, step 6 If the collapse of any element exceeds the allowable value, the current mesh data is stored in the shape data file 3 (step
10), by feeding back to the shape data conversion means 1a, the operation from step 2, that is, conversion to point cloud data, generation of a shape model, generation of a mesh is sequentially performed, and a new mesh corresponding to the deformed shape. To restart the analysis operation.

【0031】以上の動作中、ステップ9での判定は、例
えば、前記メッシュ中の各要素の縦横比、ねじれ角、及
び頂角の内の一又は複数を指標として行われる。これ
は、有限要素解析の実行に伴って各要素に生じるつぶれ
を逐次監視し、再分割の必要があるか否かを判定するた
めのものであり、この判定の結果、再分割の必要ありと
された場合、許容値を超えてつぶれた要素を含むメッシ
ュデータが形状データとしてフィードバックされ、形状
データファイル3に格納される。
During the above operation, the determination in step 9 is made using, for example, one or more of the aspect ratio, the twist angle, and the apex angle of each element in the mesh as an index. This is for sequentially monitoring the crushing that occurs in each element as the finite element analysis is performed, and for determining whether or not subdivision is necessary. As a result of this determination, it is determined that subdivision is necessary. In this case, the mesh data including the elements that have collapsed beyond the allowable value is fed back as shape data and stored in the shape data file 3.

【0032】この格納された形状データは、形状データ
変換手段1aにより点群データに変換され、更にモデル生
成手段1bにより形状モデルB′が再生成され、この形状
モデルB′がメッシュ分割されて解析の続行に用いられ
る。形状データファイル3に再格納される形状データ
は、解析の実行に用いられていたメッシュの形状に対応
するメッシュデータであり、点群データへの変換は、メ
ッシュデータファイル12から与えられるメッシュデータ
の変換の場合と全く同様に行われる。
The stored shape data is converted into point cloud data by the shape data conversion means 1a, the shape model B'is regenerated by the model generation means 1b, and the shape model B'is mesh-divided and analyzed. Used to continue. The shape data re-stored in the shape data file 3 is the mesh data corresponding to the shape of the mesh used for executing the analysis, and the conversion to the point cloud data is the mesh data given from the mesh data file 12. It is done exactly as in the case of conversion.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る有限要素
解析方法及び有限要素解析装置においては、解析対象物
の形状を表わす形状データを座標値の属性を有する点群
データに一旦変換し、この点群データを自由曲面又は自
由曲線により近似して形状モデルを生成するから、CA
Dデータ、測定データ、メッシュデータ等の種々の形状
データに対し、共通の処理により形状モデルを生成する
ことができ、またこの形状モデルをメッシュ分割して得
られるメッシュを用いた解析の実行により、形状データ
の入力から解析結果の出力までの過程を、形状データの
種類の如何に拘らず一括処理することが可能となる。
As described above in detail, in the finite element analysis method and the finite element analysis apparatus according to the present invention, the shape data representing the shape of the analysis object is once converted into the point cloud data having the attribute of the coordinate value, Since a shape model is generated by approximating this point cloud data by a free-form surface or free-form curve, CA
For various shape data such as D data, measurement data, and mesh data, a shape model can be generated by common processing, and by performing analysis using a mesh obtained by dividing the shape model into meshes, The process from the input of the shape data to the output of the analysis result can be collectively processed regardless of the type of the shape data.

【0034】また、解析の実行中にメッシュ中の各要素
に生じるつぶれを調べ、これが許容値を超えたとき、そ
の時点のメッシュデータをフィードバックして点群デー
タに再変換し、モデル生成手段によりその時点でのメッ
シュの変形状態に一致する形状モデルを再生成するの
で、要素の大変形を伴う有限要素解析を、解析不能事態
の発生を招くことなく、また人手を要することなく連続
して実行でき、高精度の解析結果が得られるようになる
等、本発明は優れた効果を奏する。
Further, the crushing that occurs in each element in the mesh during the execution of the analysis is checked, and when this exceeds an allowable value, the mesh data at that time is fed back to be reconverted into the point cloud data, and the model generating means is used. Since a shape model that matches the mesh deformation state at that time is regenerated, finite element analysis involving large element deformation can be executed continuously without the occurrence of unanalyzable situations and without human intervention. The present invention has excellent effects such as being able to obtain a highly accurate analysis result.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る有限要素解析装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a finite element analysis apparatus according to the present invention.

【図2】CADデータから点群データへの変換方法の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a conversion method from CAD data to point cloud data.

【図3】メッシュデータから点群データへの変換方法の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a conversion method from mesh data to point cloud data.

【図4】モデル生成手段の動作の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation of model generation means.

【図5】本発明に係る有限要素解析装置における処理の
流れを示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing in the finite element analysis device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 演算処理部 1a 形状データ変換手段 1b モデル生成手段 2 点群データファイル 3 形状データファイル 4 解析条件データファイル 1 Calculation processing unit 1a Shape data conversion means 1b Model generation means 2 Point cloud data file 3 Shape data file 4 Analysis condition data file

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 与えられた形状データに基づいて解析対
象物の形状モデルを生成し、次に生成された形状モデル
をメッシュ分割して得られるメッシュ中の各要素の変形
を伴う前記解析対象物の状態変化を解析する有限要素解
析において、前記形状データを座標値として表される点
群データに変換し、この点群データを自由曲面又は自由
曲線により近似して前記形状モデルを生成することを特
徴とする有限要素解析方法。
1. A shape model of an analysis object is generated based on given shape data, and the analysis object is accompanied by deformation of each element in a mesh obtained by dividing the generated shape model into meshes. In the finite element analysis for analyzing the state change of, the shape data is converted into point cloud data represented as coordinate values, and the point cloud data is approximated by a free curved surface or a free curve to generate the shape model. Characteristic finite element analysis method.
【請求項2】 与えられた形状データに基づいて解析対
象物の形状モデルを生成し、次に生成された形状モデル
をメッシュ分割して得られるメッシュ中の各要素の変形
を伴う前記解析対象物の状態変化を解析する有限要素解
析装置において、前記形状データを座標値として表され
る点群データに変換する形状データ変換手段と、得られ
た点群データを自由曲面又は自由曲線により近似して前
記形状モデルを生成するモデル生成手段とを具備するこ
とを特徴とする有限要素解析装置。
2. An object to be analyzed accompanied by deformation of each element in a mesh obtained by generating a shape model of an object to be analyzed based on given shape data and then dividing the generated shape model into meshes. In the finite element analysis device for analyzing the state change of, the shape data conversion means for converting the shape data into point cloud data represented as coordinate values, and the obtained point cloud data are approximated by a free curved surface or a free curve. A finite element analysis device comprising: a model generation unit that generates the shape model.
【請求項3】 前記変形に伴って前記メッシュ中の各要
素に生じるつぶれを所定の許容値と比較する比較手段
と、この比較の結果、前記許容値を超えるつぶれが生じ
たとき、メッシュの形状データを前記形状データ変換手
段にフィードバックする手段とを備える請求項2記載の
有限要素解析装置。
3. A comparison means for comparing the crushing generated in each element in the mesh due to the deformation with a predetermined allowable value, and the shape of the mesh when the crushing exceeding the allowable value occurs as a result of this comparison. The finite element analysis device according to claim 2, further comprising means for feeding back data to the shape data conversion means.
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