JPH1166131A - Cad/cae装置とその解析結果表示方法 - Google Patents

Cad/cae装置とその解析結果表示方法

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JPH1166131A
JPH1166131A JP9226189A JP22618997A JPH1166131A JP H1166131 A JPH1166131 A JP H1166131A JP 9226189 A JP9226189 A JP 9226189A JP 22618997 A JP22618997 A JP 22618997A JP H1166131 A JPH1166131 A JP H1166131A
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model
finite element
analysis
physical quantity
equivalent model
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JP9226189A
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English (en)
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Naoko Hata
直子 畑
Naoto Saito
直人 斎藤
Toshitada Nezu
利忠 根津
Tatsuji Sakamoto
達事 坂本
Koichi Takahashi
孝市 高橋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 繰り返し構造を持つ大規模な解析対象の解析
結果を効率よく表示する。 【解決手段】 等価モデル適応部1007で、繰り返し
構造に着目して簡単な構造の等価モデルを生成するとと
もに、その節点の物理量を解析部1006で得られた解
析結果の物理量の内挿により算出し、等価モデルと合わ
せて表示する。さらにその表示から、最大の物理量変化
の生じた部分を指定し、有限要素モデルの対応する部分
とその部分の解析結果を解析結果抽出部1008により
取り出し、それを表示してその部分の詳細を見やすくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCAD/CAE装置とその
解析結果表示方法に係り、特に大規模でかつ繰り返し構
造を有した解析対象の解析に適したCAD/CAE装置とその
解析結果表示方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有限要素法を用いたCAD/CAE装置による
構造解析では、解析対象となる形状モデルから解析のた
めの有限要素モデルを作成し、その解析モデルを解析し
入出力手段を用いて解析結果を表示し、構造物を評価す
る。解析結果の表示に関しては、有限要素モデルの節点
や要素に、解析結果である物理量、例えば変位、回転
量、応力、反力、速度、加速度などを付加して表示す
る。このような解析過程の詳細は、例えばモデル作成の
技術及び形状属性入力に関してはSDRC社のI-DEASのマニ
ュアルに示されており、また解析結果の表示方法に関し
ては、例えば3次元HICAD/CADAS/WXの製品マニュアル
(日立製作所)やCNDYNの製品マニュアル(日立製作
所)に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、解析対象が複雑
化し、かつ高精度な解析が要求されるようになっている
が、この結果解析対象の形状モデルは複雑になり、有限
要素モデルは節点数が増大し、解析対象となるデータ量
が膨大になる。このため、CAD/CAE装置を構成する計算
機のメモリ資源の増大及び処理の高速化が要求されてく
るが、同時に解析の効率化を行うための多くの手法の開
発も進められている。
【0004】一方、有限要素モデルの節点数が増大する
と、その節点毎に与えられる解析結果データも膨大にな
るから、その表示にも大きな処理時間やメモリ資源が必
要となり、それらの資源が不足しているときには表示が
遅くなり、また複雑すぎて見にくくなるなどの問題があ
る。また、解析結果データをそのまま表示するだけでな
く、例えば相当応力(equivalent stress)を表示する
には、解析により与えられた応力の各成分から相当応力
を計算したのち、それを表示するという処理が必要にな
るから、さらに表示速度の低下を招いてしまう。
【0005】このような問題点のある複雑な解析対象の
内で、例えば半導体のリードや半田のように解析対象が
繰り返し構造を有する場合を考えると、その解析方法と
しては以下のものが考えられる。 (1)1つのリードや半田を詳細にモデル化し、他のリ
ードや半田は粗くモデル化する。 (2)繰り返し構造の1つだけを詳細にモデル化し、解
析条件を過去の経験により付加して解析を行う。 このような方法で解析そのものを単純化すれば、その結
果の表示も容易となるが、このような解析方法はそれ自
体にそれぞれ以下の問題がある。即ち、繰り返し構造の
1つだけを詳細にモデル化し他は粗くモデル化する方法
では、最も注目する部分が予めわかっていない場合には
使用不能である。また、繰り返し構造の1つだけをモデ
ル化して解析する方法では、その境界条件が正しいかの
判断が難しく、かつ全体変形を考慮しないことになり、
結果に信頼性がない。
【0006】上記のような複雑な解析対象の解析結果を
効率よく表示する方法としては、特願平8−12364
5号に開示された“大規模解析結果の高速表示装置及び
方法”がある。この方法では、解析結果が得られると、
まず、その解析対象の形状モデルから表示のための表示
用メッシュデータを生成する。この表示用メッシュデー
タは、解析用のメッシュデータよりも粗くてよく、かつ
対象の全体である必要もない。そして次にこの表示用メ
ッシュデータの節点に対応する位置の応答データを解析
データから直接、あるいは内挿により求めてそれを表示
用メッシュデータとともに表示するものである。しかし
この方法は、解析対象が繰り返し構造を有していること
を特に意識したものではなく、従ってそのような繰り返
し構造を利用して表示処理を効率化する方法とはなって
いない。
【0007】本発明の目的は、解析対象が繰り返し構造
を有している場合に、その繰り返し構造に着目して簡易
な等価モデルを生成して表示を行うことにより、表示処
理に当たって時間及びメモリ資源を節減できるようにし
たCAD/CAE装置とその解析結果表示方法を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、解析対象の形状と解析条件を入力して
形状モデルを作成し、該形状モデルの有限要素モデルを
作成し、該有限要素モデルを用いて構造の挙動を解析
し、前記有限要素モデルの節点に於ける物理量を算出す
るようにしたCAD/CAE装置に於て、解析対象が繰り返し
構造を有している場合にその繰り返し構造を表す等価モ
デルを生成するための等価モデル生成手段と、前記算出
した有限要素モデルの節点に於ける物理量から前記等価
モデルの節点に於ける物理量を算出するためのデータ生
成手段と、前記等価モデル生成手段により生成された等
価モデルに前記データ生成手段により算出された物理量
を当てはめて表示するように制御する表示制御手段と、
を備えたことを特徴とするCAD/CAE装置を開示する。
【0009】また、本発明は、前記表示手段に表示され
た等価モデルの内の、表示された物理量が最大の節点
群、もしくはユーザが注目する節点群が指定されたとき
に、当該節点群に対応するところの前記有限要素モデル
における部分領域の形状とその解析結果の物理量を抽出
するための部分領域抽出手段と、該手段により抽出され
た前記部分領域をその解析結果の物理量と併せて表示す
るように制御するための第2の表示制御手段と、を設け
たことを特徴とするCAD/CAE装置を開示する。
【0010】さらに本発明は、解析対象の形状と解析条
件を入力して形状モデルを作成し、該形状モデルの有限
要素モデルを作成し、該有限要素モデルを用いて構造の
挙動を解析し、前記有限要素モデルの節点に於ける物理
量を算出するようにしたCAD/CAE装置に於ける解析結果
表示方法であって、解析対象が繰り返し構造を有してい
る場合にその繰り返し構造を表す等価モデルを生成し、
前記算出した有限要素モデルの節点に於ける物理量から
前記等価モデルの節点に於ける物理量を算出し、前記生
成された等価モデルに前記算出された等価モデルの節点
に於ける物理量を当てはめて表示するようにしたことを
特徴とするCAD/CAE装置の解析結果表示方法を開示す
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図1は、本発明になるCAD/CAE装置
の構成例を示す機能ブロック図で、解析プロセッサ部1
00と記憶部200から成っている。解析プロセッサ部
100は、解析対象の形状データを入力するための幾何
データ入力部1002、材料データ入力部1003、解
析条件入力部1004、入力された形状データから形状
モデルの有限要素モデルを生成するための有限要素生成
部1005、生成された有限要素モデルを解析するため
の解析部1006、解析モデルの一部の有限要素モデル
を節点数の少ない等価モデルに置き換え、その等価モデ
ルに解析結果を当てはめて表示するための等価モデル適
応部1007、等価モデルによる表示結果の中で最も大
きな物理量を有する節点もしくは部分モデルを抽出し、
その詳細な解析結果を抽出するための解析結果抽出部1
008、及びその抽出した部分モデルの詳細を表示する
ための解析結果表示部1009から成っている。また記
憶部200は、解析対象の形状データを格納するための
形状データ格納部2002、解析対象の解析モデルを格
納するための有限要素データ格納部2003、材料デー
タを格納するための材料データ格納部2004、解析対
象の解析結果を格納するための解析結果データ格納部2
005、繰り返し構造部分の解析結果の必要とする物理
量を格納するための詳細モデル解析結果データ格納部2
006、及び等価モデルの解析結果を格納するための等
価モデル解析結果データ格納部2007から成ってい
る。
【0012】以上の図1に示した機能ブロックを実現す
るハードウェア構成例は図2に示されている。即ち、図
1の解析プログラム部100に相当する処理装置21
と、記憶部200に相当する記憶装置23と、キーボー
ド、ディスプレイ、マウス等から成る入出力装置22か
ら成っていて、幾何データ入力部1002、材料データ
入力部1003、解析条件入力部1004に於ける入力
操作や、解析結果表示部1009に於ける表示は上記の
入出力装置22により行われる。
【0013】図3は、以上の構成を有するCAD/CAE装置
の動作を示すフローチャートである。まず、図2の入出
力装置22を用いて解析対象の形状を示す幾何データが
入力されると、幾何データ入力部1002で幾何データ
が生成され、形状データ格納部2002に格納される
(ステップ11)。次に入力された幾何データに対応し
て、それが表す形状モデルの構成要素のそれぞれに材料
データが入力され、さらに解析条件が入力されると、材
料データ入力部1003及び解析条件入力部1004で
材料データ及び解析条件データが生成され、材料データ
はその格納部2004に、有限要素データはその格納部
2003と形状データ格納部2002へ格納される(ス
テップ12)。こうして各種のデータ入力が終わると、
入力された形状モデルに対して有限要素生成部1005
による要素分割が行われ、生成された有限要素モデルデ
ータはその格納部2003に格納される(ステップ1
3)。さらに解析部1006は、上記の有限要素モデル
データを用いて構造解析を行い、その解析結果は解析結
果データ格納部2005に格納される(ステップ1
4)。
【0014】以上の有限要素解析を行うまでの処理は従
来から既知の方法で行えば良く、対象が複雑で高精度な
解析が必要なときには、種々の効率化、高速化法が開発
されているのでそれを適宜選択して用いるものとする。
こうして解析結果が得られると、次にそれの表示を行う
こととなるが、本発明はここからの処理に特徴がある。
この表示に関わる処理をより具体的に説明するために、
以下では半田ボールで接続されているLSIを例として
用いる。
【0015】図4(a)は、基板41とLSI42を半
田ボール層43で接続したときの形状モデル(断面)を
示している。半田ボール43はこの断面に沿って39個
並んでおり、奥行き方向にも同様に多数の半田ボールが
並んで、二次元的に繰り返し構造を形成している。図4
(b)は、図4(a)の半田ボール層43及びその上下
を含む部分44の拡大図で、半田ボール層43の部分が
半田ボール45、45・・から成っていることを示して
いる。また図4(c)は、半田ボールの繰り返し構造に
注目して、図4(b)の1つの半田ボールを含む部分4
6を要素分割して作成した有限要素モデルである。以上
のようにして有限要素モデルが作成されるとその解析が
実行されて解析結果が図1の格納部2005へ格納され
るが、ここまでの処理は前述した図のステップ11〜1
4の処理に該当する。
【0016】解析が終わると、本発明では繰り返し構造
に着目して、次に等価モデル適応部1007によって有
限要素モデルから等価モデルを作成する(ステップ1
5)。この等価モデルというのは、繰り返し構造の1つ
1つを単純な構造の要素または部分モデルに置き換える
ことであって、これによって、全体の解析結果の表示を
簡単かつ高速に行えるようにするものである。図4の例
では、同図(b)に示した1つの半田ボールとその周辺
部分46に対応する図4(c)の有限要素モデルを、図
4(d)に示したように1つの梁要素47とその両端の
節点48、49で表して当該部分46の等価モデルとし
ている。従って図4(b)の8個の半田ボールを含む部
分44の等価モデルは図4(e)となる。このようにし
て作成された等価モデルデータは、等価モデル解析結果
データ格納部2007へ格納される。
【0017】等価モデルが作成されると、次ぎに解析結
果格納部2005に格納された有限要素法による解析結
果から、等価モデルの節点に於ける物理量を求めて、こ
れを等価モデル解析結果データ格納部2007へ格納す
る(ステップ16)。この処理も等価モデル適応部10
07により行われる。この等価モデルの節点に於ける物
理量は、図4の例では例えば同図(c)の1つの半田ボ
ールとその周辺を表す有限要素モデルの、上端中央及び
下端中央の節点401、402を等価モデルの2つの節
点(図4(d)の節点48、49)と見なして、その節
点401、402に於ける変位量などの物理量を等価モ
デルの2つの節点48、49に於ける物理量とする。あ
るいは節点401、402の周辺節点の物理量に適当な
重みをつけて加重平均してもよい。また等価モデルの節
点と見なす位置が元の有限要素モデルのどの節点とも一
致しない位置にあるときは、周辺の節点の物理量からや
はり重み付けによる加重平均を用いて、内挿により等価
モデル節点に於ける物理量を求める。
【0018】図5は、有限要素解析により得られた解析
結果のデータと、それを等価モデルに当てはめたときの
データの、各節点に於けるデータ構成を示している。同
図(a)は、有限要素法による解析結果データの構成を
示すツリー図で、各節点に与えられた節点番号の下に、
「幾何データ」、「材料データ」、「境界条件データ」
及び各節点の「解析結果」がある。さらに「解析結果」
の下には物理量としての「変位」、「応力」、「ひず
み」などが格納されている。一方、図(b)の等価モデ
ルの節点番号の下には、「幾何データ」、「材料デー
タ」、「境界データ」、及び「解析結果」がある。そし
てその「解析結果」の下には、ユーザが表示したい物理
量のみが前記ステップ16で説明したようにして求めら
れ、格納されている。どの物理量を指定するかは、ユー
ザが等価モデル作成時に指定する。
【0019】等価モデルに物理量が与えられると、次に
これが入出力装置22(図2)に表示される(ステップ
17)。図6(a)は、図4(b)の部分に対応する解
析結果を示しており、点線は解析しない前のモデル(図
4(b)の形)である。物理量としてはx及びy軸方向
の変位を示している。一方、図6(b)は、等価モデル
に解析結果の変位を内挿等により与えて表示したもので
ある。本発明では、図6(a)のような詳細なモデルに
よる全体の表示ではなく、図6(b)に示したような、
等価モデルによる表示を行う。即ち、図6(a)のよう
に解析結果をそのまま表示すると、そのためには一般に
大量のメモリや計算時間を要するが、これを本発明では
図6(b)のように等価モデルに置き換えて表示するこ
とにより、とくに大きなメモリも不要で、かつ高速処理
が可能となる。
【0020】上記のように等価モデルを用いた表示を行
うと、解析結果の示す全体の応答が概略的に把握でき
る。これで目的が達せられるときはここで処理を終了す
ればよいが、一般的には、特に大きな物理量の変化を示
した部分の詳細を知る必要がある。そこで、図6(b)
のような等価モデルを用いた表示から、物理量が最も変
化する部分を取り出し、その部分に該当する解析結果を
解析結果データ格納部2005から抽出してそれを詳細
モデル解析結果データ格納部2006へ格納する(ステ
ップ18)。そして最後に、この抽出したデータを、等
価モデル上の当該部分に対応する元の有限要素モデルと
ともに表示する(ステップ19)。図6(c)は、図6
(b)の表示結果から、右端の梁要素の両端節点の変位
が最も大きいので、この部分に対応する有限要素モデル
と、その変位量を図示したものである。このようにして
本発明では、等価モデルを用いて少ない資源で全体の挙
動を高速表示して把握できるようにするとともに、注目
する部分についてはその詳細を表示して、詳しい結果を
知ることができる。
【0021】次に、有限要素解析そのものを近似モデル
で行ったときの本発明の表示方法を説明する。今、解析
対象は図7に示すもの、即ちLSI42を半田ボール層
43で基板41と接続したものとする。これは図4
(a)のものと同じである。この解析にあたって、図4
の例では個々の半田ボールも要素分割して解析したが、
ここでは半田ボールの個々の形状は無視して、半田ボー
ル層43を一層の構成要素で置き換えたモデルとして近
似的に解析するものとする。このために半田ボール層を
図8(a)のように要素分割して有限要素解析を行った
結果、図8(b)に示した変位の結果が得られたとす
る。ここまでの解析や解析結果の表示は、有限要素モデ
ルが極めて粗く作成されたものであるから、高速な処理
が容易である。しかし、このままではどの半田ボールの
変位が最も大きく、その部分の詳細な状況を見ることは
できない。
【0022】そこで図4の場合と同様に、まず個々の半
田ボールとその周辺部を1つの梁とその両端の節点から
なる等価モデルに置き換える。図9(a)はこの置き換
えの結果を示しており、半田ボール層43の半田ボール
の数だけ梁が並んだものとなる。この等価モデルができ
ると次にその等価モデルの各節点に於ける変位量を図8
(b)の解析結果から求めて表示する。この等価モデル
各節点に於ける変位量は、等価モデルの各節点と図8
(a)の有限要素モデルの各節点の位置関係は定量的に
わかっているから、有限要素モデル各節点に於ける変位
量(一般的には物理量)と上記の位置関係を用いて内挿
処理を行うことにより容易に算出できる。図9(b)
は、こうして得られた等価モデルによる表示結果であ
る。この表示結果から、例えば梁91とその両端の節点
が表す半田ボールの歪が大きいと判断してその詳細を図
6の場合と同様にして求め、表示すると、図10のよう
な結果が得られ、歪の大きい半田ボールの解析結果を詳
しく知ることができる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、解析対象が大規模かつ
複雑で、解析結果が大規模になっても、その全体の概略
表示を容易かつ高速に行え、かつその表示結果から所望
の部分を取り出して詳細な結果を知ることが容易とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になるCAD/CAE装置の構成例を示す機能
ブロック図である。
【図2】図1の機能ブロックを実現するハードウェア構
成例である。
【図3】図1の装置の動作を示すフローチャートであ
る。
【図4】解析対象例のモデルとその等価モデルの説明図
である。
【図5】解析結果データと等価モデルに変換したデータ
の構造例を示す図である。
【図6】図4のモデル解析結果の等価モデルによる表示
例と一部分の詳細表示例である。
【図7】別の解析方法の対象としてのモデルである。
【図8】粗い分割による有限要素モデルとその解析結果
を示す図である。
【図9】半田ボール部の等価モデルとそれによる解析結
果の表示例である。
【図10】図9の表示結果の一部の詳細を表示した例で
ある。
【符号の説明】
100 解析プロセッサ部 1007 等価モデル適応部 1008 解析結果抽出部 1009 解析結果表示部 200 記憶部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 達事 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 高橋 孝市 神奈川県足柄上郡中井町境456番地 株式 会社日立インフォメーションテクノロジー 内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 解析対象の形状と解析条件を入力して形
    状モデルを作成し、該形状モデルの有限要素モデルを作
    成し、該有限要素モデルを用いて構造の挙動を解析し、
    前記有限要素モデルの節点に於ける物理量を算出するよ
    うにしたCAD/CAE装置に於て、 解析対象が繰り返し構造を有している場合にその繰り返
    し構造を表す等価モデルを生成するための等価モデル生
    成手段と、 前記算出した有限要素モデルの節点に於ける物理量から
    前記等価モデルの節点に於ける物理量を算出するための
    データ生成手段と、 前記等価モデル生成手段により生成された等価モデルに
    前記データ生成手段により算出された物理量を当てはめ
    て表示するように制御する表示制御手段と、 を備えたことを特徴とするCAD/CAE装置。
  2. 【請求項2】 前記表示手段に表示された等価モデルの
    内の、表示された物理量が最大の節点群、もしくはユー
    ザが注目する節点群が指定されたときに、当該節点群に
    対応するところの前記有限要素モデルにおける部分領域
    の形状とその解析結果の物理量を抽出するための部分領
    域抽出手段と、 該手段により抽出された前記部分領域をその解析結果の
    物理量と併せて表示するように制御するための第2の表
    示制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項1記載のCAD/CAE装
    置。
  3. 【請求項3】 前記等価モデル生成手段は、前記解析対
    象の繰り返し構造の各々が同一構造の部分モデルからな
    る等価モデルを生成し、前記データ生成手段は、前記部
    分モデルに含まれる節点毎にその位置と前記有限要素モ
    デルの節点位置との位置関係から、前記有限要素モデル
    を用いて求められた物理量を内挿することにより前記等
    価モデルにおける節点の物理量を算出することを特徴と
    する請求項1または2記載のCAD/CAE装置。
  4. 【請求項4】 前記部分モデルは、1つの梁とその両端
    の節点からなることを特徴とする請求項3記載のCAD/CA
    E装置。
  5. 【請求項5】 解析対象の形状と解析条件を入力して形
    状モデルを作成し、該形状モデルの有限要素モデルを作
    成し、該有限要素モデルを用いて構造の挙動を解析し、
    前記有限要素モデルの節点に於ける物理量を算出するよ
    うにしたCAD/CAE装置に於ける解析結果表示方法であっ
    て、 解析対象が繰り返し構造を有している場合にその繰り返
    し構造を表す等価モデルを生成し、前記算出した有限要
    素モデルの節点に於ける物理量から前記等価モデルの節
    点に於ける物理量を算出し、前記生成された等価モデル
    に前記算出された等価モデルの節点に於ける物理量を当
    てはめて表示するようにしたことを特徴とするCAD/CAE
    装置の解析結果表示方法。
JP9226189A 1997-08-22 1997-08-22 Cad/cae装置とその解析結果表示方法 Pending JPH1166131A (ja)

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