KR20080065906A - 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체, 분석 모델작성 장치, 분석 모델 작성 방법, 및 이 분석 모델 작성방법을 포함하는 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 형상 모델로부터 분석 모델을 작성하는 경우에, 3차원 형상 모델을 가능한 한 유효하게 이용하면서, 사용자의 수고를 줄이는 것을 목적으로 한다.

분석 모델 작성 프로그램에 의해서 동작하는 컴퓨터는, 3차원 형상 모델(a)을 접수하고, 체결부(8)를 추출하며, 그에 포함되는 볼트(5)나 너트(6)를 삭제하고, 판(1이나 2)에 있는 볼트용(5) 구멍을 메우며, 체결부(8)에 포함되는 부품인 판(1과 2)을, 각각 체결부(8) 근방의 제1 형상인 판(11과 21)과, 그 나머지의 제2 형상인 판(10과 20)으로 분할하고, 제1 형상에 대하여, 원래의 판(1)이나 판(2)의 물성값과는 다른, 체결을 반영한 물성값을 할당한다.

Description

분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체, 분석 모델 작성 장치, 분석 모델 작성 방법, 및 이 분석 모델 작성 방법을 포함하는 장치의 제조 방법{RECORDING MEDIUM HAVING ANALYSIS MODEL GENERATION PROGRAM RECORDED, ANALYSIS MODEL GENERATION APPARATUS, ANALYSIS MODEL GENERATING METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING APPARATUS WITH ANALYSIS MODEL GENERATING METHOD}

본 발명은, 물체의 3차원 형상을 모델화한 3차원 형상 모델로부터, 그 물체에 대해서 분석하기 위한 분석 모델을 작성하는 기술에 관한 것이다.

최근, 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 설계에 3차원 CAD(Computer Aided Design) 시스템이 널리 이용되고 있다. 3차원 CAD의 이용 대상은 집적 회로, 기계, 차량, 건축물 등 광범위하다. 또한 컴퓨터의 성능 향상과 함께, 3차원 CAD 시스템에 의해서 보다 상세한 3차원 형상 모델을 작성할 수 있게 되어 왔다. 또한 이하에서는 3차원 형상 모델을 단순히 「형상 모델」이라고 부른다. 현재에는, 최종 제품의 형태와 같은 정도로 상세한 형상 모델을 취급하는 데 충분한 성능을 구비한 컴퓨터가 보급되어 있다. 이 때문에 설계 모델과 구체적인 제품 모델이 거의 동일한 경우도 증가하고 있다.

한편, 장치에 외력을 가했을 때의 변형이나 장치의 강도 등에 대한 역학적인 분석도, 컴퓨터를 이용하여 행하는 것이 일반화되었다.

그런데, 현재에 보급되어 있는 많은 컴퓨터의 성능은, 상세한 형상 모델을 취급하는 데에는 충분하지만, 그 상세한 형상 모델을 그대로 분석 모델로서 이용하여 수치 분석을 행하기에는 불충분한 수준이다. 이 때문에 형상의 설계용 형상 모델과는 따로 분석용 분석 모델을 작성하고, 분석 모델을 사용하여 유한 요소법에 의한 수치 분석을 행하는 것이 일반적이다.

예컨대, 금속제의 대들보와 상판과 바닥판으로 이루어지는 로커(locker) 유닛 구조를 갖는 장치가 있다. 로커 유닛 구조는 골조 구조이고, 내부 공간에 여러 가지 부품을 수용할 수 있다. 최종적인 제품은, 이와 같이 여러 가지 부품을 수용한 것의 경우도 있지만, 로커 유닛 구조 그 자체에 대한 역학적 분석도 중요하다.

이 로커 유닛 구조에서는, 대들보, 상판, 바닥판 등의 판금 부품끼리의 체결에, 나사, 리벳(rivet), 용접 등의 체결 부품을 이용하는 것이 일반적이다. 최근에는, 이들 체결 부품도 포함하고, 판금의 미세한 형상까지 정의한 상세한 형상 모델을, 3차원 CAD 시스템을 사용하여 작성하는 경우가 많다. 그런데, 이와 같은 형상 모델은 너무 상세하여, 분석 모델로서 이용한 경우, 분석에는 방대한 컴퓨터 자원이 요구된다.

예컨대, 나사를 사용한 체결의 경우, 당연히 나사 구멍이 존재하지만, 유한 요소법에 의해서 분석을 행하기 위해서는, 메시의 절점(節点)을 구멍의 윤곽에 따라 복수 설치하고, 이들 절점과 다른 메시의 절점을 연결해야 한다. 그 결과, 직접 적 및 간접적으로 절점의 수가 증가하고, 분석에는 방대한 컴퓨터 자원이 요구된다. 따라서, 현상에서 보급되어 있는 컴퓨터의 성능을 고려하면, 상세한 형상 모델 자체를 분석 모델로서 유용하는 것은 비현실적이다.

이 때문에, 상세한 형상 모델을 간략화하여 분석 모델을 작성하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 간략화를 위해서는 우선, 가능한 한 어셈블리 부품을 생략하여 기본 구조만으로 줄이는 것이 행해진다. 또한, 특히 판금 부품과 같은 박판에 대해서는, 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 솔리드 모델을, 페이스 모델(면 모델)인 셸(shell) 모델로 치환하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 셸 모델에서는, 나사나 리벳 등에 의한 체결부는, 점끼리를 예컨대, 대들보 요소에 의해 결합한 점 결합으로 치환된다.

여기서, 도 18을 참조하여 셸 모델에 대해서 간단히 설명한다.

도 18의 (a)는 2개의 판(121과 122)이 볼트 체결(123과 124)에 의해 체결되어 있는 모습을 도시한 사시도이다. 또한, 도 18의 (a)는 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 형상 모델을 시각화한 도면이기도 하다. 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 3차원 CAD에 의해 작성되는 형상 모델은 솔리드 모델이고, 판(121이나 122)은 두께를 갖은 형상으로 나타낸다.

한편, 도 18의 (b)는 도 18의 (a)에 대응하는 셸 모델이다. 도 18의 (a)와 도 18의 (b)에서는, 판(121)이 페이스(125)에 대응하고, 판(122)이 페이스(126)에 대응하며, 볼트 체결(123)이 점 결합(127)에 대응하고, 볼트 체결(124)이 점 결합(128)에 대응한다.

도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 두께를 갖은 3차원 형상의 판(121과 122)이, 셸 모델에서는 판 두께 방향으로 압축되어 평면인 페이스(125와 126)로 치환되어 있다. 페이스(125나 126)는 중립면이라고 불린다. 또한, 볼트나 리벳이나 용접 등에 의한 체결은, 페이스(125)상의 한점과 페이스(126)상의 한점을 점 대 점으로 연결하는 점 결합에 의해 치환되고 있다. 도 18의 (b)의 예에서는, 2 지점의 볼트 체결(123과 124)이 2지점의 점 결합(127과 128)으로 치환되어 있지만, 예컨대 접착제에 의한 체결을 n지점의 점 결합으로 치환하는 것도 행해진다.

또한, 셸 모델의 이용예는, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 기재되어 있다.

특허 문헌 1에 기재한 분석 모델 생성 장치는, 형상 모델로부터 체결부를 자동적으로 검색한다. 그 때, 체결의 위치나, 예컨대 나사, 리벳, 용접 등의 체결 종류를 판단한다. 그리고 검색 결과 얻어진 체결부를 강조하여 표시하고, 사용자에게 판단의 정부(正否)를 확인시킨다. 이와 같이 하여 위치나 종류가 정해진 체결부에 대하여, 분석 모델 생성 장치는, 체결 모델 작성 오브젝트 데이터베이스를 참조하여, 셸 모델에 있어서의 체결부의 모델화를 행한다.

특허 문헌 2에는, 다층 배선 기판의 분석을 위해, 각 층에 대한 단층 모델을 적층하여 분석하는 방법이 기재되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-265836호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-91939호 공보

형상 모델로부터 분석용 셸 모델을 작성하기 위해서는, 이하의 공정이 필요하다.

(1) 방대한 정보량을 갖는 솔리드 모델로부터 기본 구조를 추출하는 공정. 예컨대 도 18의 (a)의 형상 모델로부터, 판(121과 122)을 기본 구조로서 추출하는 공정.

(2) 솔리드 모델을 셸 모델로 치환하는 공정. 예컨대 판(121)과 판(122)을 페이스(125와 126)로 치환하는 공정.

(3) 체결부를 적절히 치환하는 공정. 예컨대 볼트 체결(123과 124)을 2지점의 점 결합(127과 128)으로 치환하는 공정.

이들 공정은, 수작업을 필요로 하는 경우도 많다. 특히, (3)의 공정은 사람이 판단해야 하지만, 200부터 300지점의 체결부를 포함하는 장치도 희귀하지 않기 때문에, 방대한 작업 공정수가 발생한다. 또한 체결부의 강성을 정확히 실현하는 것은 매우 어렵고, 체결부의 모델링에는 확립된 방법이 없다. 이 때문에 분석 정밀도에 변동이 보인다.

또한, 영향을 적게 하기 위한 방법도 연구되고 있지만, (2)의 치환도 분석 정밀도에 영향을 미친다.

한편, 이들 문제를 방지하기 위해서 형상 모델 자체를 그대로 분석 모델로서 이용하면, 형상 모델에 대하여 메시 분할이 행해지기 때문에, 메시의 수나 메시를 구성하는 절점의 수가 방대해지고, 분석에는 방대한 컴퓨터 자원을 필요로 한다고 하는 문제가 있었다.

왜냐하면, 첫째, 도 18의 (a)의 볼트 체결(123이나 124)에 사용되고 있는 볼트나 너트에 대응하여 많은 작은 메시가 요구되기 때문이다.

둘째, 볼트가 판(121이나 122)을 관통하는 구멍의 윤곽에 따라서 메시의 절점을 몇 개 설정해야 하기 때문이다. 그렇게 하면, 이들 절점을 포함하는 메시가 구멍 주위에 방사형으로 설정된다. 만약 구멍이 없으면, 판(121이나 122)은 단순한 직사각형상이기 때문에, 성긴 메시에 의해 적절히 모델화하는 것이 가능하고, 판(121이나 122)의 상면이나 하면에 있는 절점의 수도 적다. 그러나, 볼트용 구멍의 직경은 일반적으로 판(121이나 122)의 크기에 비해 훨씬 작고, 그 작은 구멍에 따라서 복수의 절점이 있다. 이 때문에, 구멍의 윤곽에 따라서 절점이 설정되면, 그 영향으로 구멍 주위에 방사형으로 메시가 꽤 밀집되어 설정된다. 그리고 그 밀집된 메시의 영향에 의해 직접적 또는 간접적으로, 판(121이나 122)의 상면이나 하면에 있어서 필요한 절점의 수가 증가되어 버린다.

본 발명은 상기한 문제점에 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 과제는, 3차원 형상 모델로부터 분석 모델을 작성하는 경우에, 3차원 형상 모델을 가능한 한 유효하게 이용하는 것과, 사용자의 수고를 줄이는 것이다.

본 발명에 의한 분석 모델 작성 프로그램은, 컴퓨터에, 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 가공시킴으로써 분석 모델을 작성시킨다. 이 분석 모델 작성 프로그램은, 상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 입력 단계와, 상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하며, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 단계와, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 이 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 단계와, 상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 상기 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 단계를 컴퓨터에 실행시킨다.

따라서, 상기 분석 모델 작성 프로그램에 의하면, 사용자가 개개의 체결부에 대해서 판단을 하지 않아도 자동적으로 적절한 등가 물성값이 할당된다.

또한, 상기 체결부가 상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 체결하는 제3 부품을 포함하는 경우에, 이 제3 부품을 상기 3차원 형상 모델로부터 삭제하는 삭제 단계를 상기 분석 모델 작성 프로그램이 상기 컴퓨터에 더 실행시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 부품 또는 상기 제2 부품 중 적어도 한쪽이 구멍을 포함하고, 상기 제3 부품을 상기 구멍에 끼움으로써 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 체 결되는 경우에, 상기 3차원 형상 모델에 있어서 상기 구멍을 메우는 구멍 매립 단계를 상기 분석 모델 작성 프로그램이 상기 컴퓨터에 실행시키는 것이 바람직하다.

이러한 삭제 단계나 구멍 매립 단계에 의해서, 형상이 간략화된 3차원 형상 모델이 분석 모델로서 얻어진다.

본 발명에 의한 분석 모델 작성 장치는, 상기 분석 모델 작성 프로그램이 상기 컴퓨터에 실행시키는 것과 같은 동작을 하는 장치이고, 본 발명에 의한 분석 모델 작성 방법은, 상기 분석 모델 작성 프로그램이 상기 컴퓨터에 실행시키는 방법이다.

또한, 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 제조 방법이, 상기 분석 모델 작성 방법을 포함하여도 좋다.

본 발명에 의해서 얻어지는 분석 모델은, 페이스 모델이 아니라, 3차원 형상 모델이다. 따라서, 원래의 3차원 형상 모델에 포함되는 3차원 정보를 분석에 유효하게 활용할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 처리가 컴퓨터에 의해서 행해지 기때문에, 사용자의 수고는 적다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

또한, 이하에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 다음의 2점을 가정하지만, 이 가정은 분석 모델의 종류나 분석의 방법을 한정하는 취지가 아니다.

·분석 모델은 역학적인 분석을 행하기 위한 모델이다.

·유한 요소법에 의한 분석을 행하기 위해, 작성된 분석 모델의 형상에 대해서 메시 분할을 행한다.

도 1은, 본 발명에 의해서 형상 모델로부터 분석 모델을 작성하는 방법의 개략을 예시에 의해 설명하는 도면이다. 도 1에 있어서, (a)는 입력되는 형상 모델을 나타내는 사시도, (b)는 그 단면도이다. 또한, (e)는 출력되는 분석 모델을 나타내는 사시도, (d)는 그 단면도이다. (c)는, (b) 및 (d)와 같은 단면도이고, (b)로부터 (d)에의 처리의 도중 경과를 나타내고 있다.

(a)의 형상 모델에서는, 판(1과 2)이 볼트 체결(3과 4)에 의해 체결되어 있다. 참조의 편의를 위해 우측에는 x축, y축, z축을 도시하고 있다. 설명을 간단히 하기 위해 판(1과 2)은 직사각형상이고, 직사각형의 각 변은 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행이며, 판(1 및 2)의 두께 방향이 z축 방향이라고 가정하여 도시되어 있다.

이 형상 모델의, yz 평면에 평행한 면에 의한 단면도가 (b)이다. 도 1의 예에서는, 볼트 체결(3과 4)은 같은 구조이고, (b)는 볼트 체결(3)에 해당하는 부분의 단면도이다. (b)에 도시한 바와 같이, 볼트 체결(3)은, 볼트(5)와 너트(6)를 이용한 체결이다. 판(1과 2), 및 볼트(5)와 너트(6)의 재질은 어떤 것이든 상관없다.

(a)와 (b)에 도시한 바와 같이, 형상 모델에서는, 볼트(5)나 너트(6)와 같은 작은 부품까지 모델화되어 있다. 당연히, 판(1 및 2)에 있어서 볼트(5)가 관통하는 구멍도 모델화되어 있다. 따라서 이 형상 모델을 분석 모델로서 이용하면, 상기한 바와 같이, 분석에는 방대한 컴퓨터 자원이 요구되어 버린다.

그래서, 본 발명에서는, (a)나 (b)에 도시한 형상 모델을 그대로 분석 모델로서 이용하지 않고, (b)부터 (c)를 얻는 처리 및 (c)부터 (d)를 얻는 처리를 실행한다. (b)부터 (c)를 얻는 처리는, 형상 모델을 간략화하여, 메시나 절점의 수의 증가의 원인을 없애는 처리이다. (c)부터 (d)를 얻는 처리는, 분석에 필요한 정보를 부여하는 처리이다.

구체적으로는, (b)부터 볼트(5)와 너트(6)를 삭제하고, 판(1 및 2)에 있어서 볼트(5)가 관통되어 있었던 구멍을 메우는 것에 의해, (c)를 얻을 수 있다. (c)에는, 판(1과 2)이 접촉되어 있는 접촉면(7)이 도시되어 있다. 여기서, 접촉면(7)의 y축 방향의 범위가 y1≤y≤y2가 된다. 즉 판(2)의 좌단의 y좌표가 y1이고 판(1)의 우단의 y좌표가 y2가 된다. 이 때, 판(1과 2)이 체결되어 있는 부분인 체결부(8)는, 판(1 및 2) 중 y1≤y≤y2인 범위의 전체를 포함한다. (c)에서는 (b)보다 형상이 간략화되어 있기 때문에, (c)의 형상 모델에 대하여 메시 분할을 행하는 경우, (b)의 형상 모델에 대하여 메시 분할을 행하는 데 비해 메시나 절점의 수가 적어진다.

그런데, 도 1에서는 볼트(5)와 너트(6)를 사용하여 판(1)과 판(2)를 체결하고 있지만, 일반적으로 복수의 부품을 체결하는 방법은 이에 한하지 않는다.

예컨대, 용접에 의한 체결의 경우, 용접에 의한 모재의 미세한 형상의 변화나 용가재(filler metal)의 형상은 형상 모델에 반영되지 않을지도 모르고, 접착제에 의한 체결의 경우, 접착제의 두께는 무시되어 형상 모델이 작성되어 있을지도 모른다. 이와 같은 경우는, 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 형상 모델을 이미 (c) 의 상태로 간주할 수 있다. 따라서 이와 같은 체결에 대해서는, 상기의 (b)부터 (c)를 얻는 처리는 생략된다.

또는, 용접에 의한 체결의 경우에, 도 2의 용접(32) 등, 용가재의 대략의 형상을 형상 모델로 모델화하고 있는 경우도 있을 수 있다. 그 경우, 상기한 (b)부터 (c)를 얻는 처리를, 부품을 삭제하는 처리만을 행하도록 바꾸면 된다. 즉, 형상 모델로부터 용가재의 형상을 삭제하지만, 볼트(5)를 사용한 체결과는 달리, 원래 구멍은 없기 때문에 구멍 매립 처리는 행하지 않도록 바꾸면 된다.

그런데, 도 1의 (c)의 예를 다시 참조하면, 이와 같이 하여 얻은 (c)의 형상 모델은, 단순히 구멍이 없는 2개의 판이, 각각의 하면의 일부와 상면의 일부에서 접촉되어 있는 것을 나타내는 형상 모델과 완전히 동일하다. 한편, 실제는 판(1과 2)이 체결부(8)에서 볼트 체결(3과 4)에 의해 체결되어 있기 때문에, 분석 모델은 그 체결을 반영한 것이어야 한다. 그래서 (c)에 그 체결을 반영한 것이, (d) 및 (e)에 도시한 분석 모델이다.

구체적으로는, 판(1)을 판(10과 11)이라는 2개의 형상으로 분할하고, 판(2)을 판(20과 21)이라는 2개의 형상으로 분할하며, 판(11)에는 원래의 판(1)과는 다른 물성값을 할당하고, 판(21)에는 원래의 판(2)과는 다른 물성값을 할당하며, 판(10과 11), 판(20과 21), 판(11과 21) 사이에 각각 적당한 제약 조건을 설정함으로써, (c)부터 (d)의 분석 모델을 얻는다.

판(1)을 판(10과 11)으로 분할하는 분할면(12)은 y=y₁인 평면이고, 판(2)을 판(20)과 판(21)으로 분할하는 분할면(22)은 y=y₂인 평면이다. 또한, 접촉면(9)은 사실상, 접촉면(7)과 동일한 면을 나타내지만, 판(1과 2)의 접촉을 나타내는 데 부호「7」을 이용하고, 판(11과 21)의 접촉을 나타내는 데 부호 「9」를 이용하여 구별하고 있다.

또한, 판(11과 21)에, 원래의 판(1이나 2)과는 다른 물성값이 할당되어 있는 것을, (d)에서는 사선에 의해 나타내고 있다. 일반적으로, 복수의 부품을 체결하여 조립한 장치는, 일체 형성한 장치에 비해, 체결부의 강도가 낮다. 그래서 그 낮은 강도에 상당하는 물성값을 판(11이나 21)에 할당한다.

또한, 상기의 제약 조건이란, 구체적으로는 이하의 제약 조건이다.

·판(10과 11)은 분할면(12)으로 접촉되어 있고, 떨어지거나 접촉 위치가 어긋나지 않는다. 즉 어떠한 외력을 가하여도, 판(10과 11)은 분할면(12)으로 접촉한 상태를 유지한다.

·마찬가지로, 판(20과 21)도 분할면(22)으로 접촉하고 있고, 떨어지거나 접촉 위치가 어긋나지는 않는다.

·마찬가지로, 판(11과 21)도 접촉면(9)으로 접촉되어 있고, 떨어지거나 접촉 위치가 어긋나지 않는다.

이들 제약 조건은, 판(10과 11)의 2개의 형상이 실제로는 1개의 판(1)에 대응하는 것, 판(20과 21)의 2개의 형상이 실제로는 1개의 판(2)에 대응하는 것, 판(1과 2)이 체결되어 있는 것을 각각 나타내고 있다.

또한, 미시적으로는 상기한 제약 조건이 실제의 변형이나 어긋남을 반영하지 않는 경우가 있을 지도 모른다. 그러나 분석 대상의 전체를 거시적으로 보면, 판(11이나 21)에 적절한 물성값을 할당하는 것에 의해, 어느 정도의 힘을 가하면 체결부(8)가 허용 범위를 넘어 어긋나거나 변형되는지를 정밀도 좋게 분석하는 것이 가능해진다.

예컨대, 판(1과 2)을 분리하는 방향으로 큰 힘을 가하면, 실제로는, 접촉면(7) 부근에서 판(1이나 2)이 변형하고, y₁≤y≤y₂인 범위의 일부에 있어서, 판(1과 2)의 접촉이 유지되지 않게 될지도 모른다. 즉 실제로는, 판(11과 21) 사이의 상기한 제약 조건이 엄밀하게는 성립하지 않게 될지도 모른다.

그러나, 상기한 제약 조건하에서 분석을 행한 경우라도, 판(11이나 21)에 적절한 물성값이 할당되어 있으면, 그와 같은 힘을 가했을 때에 변형이 생길 것이다. 예컨대 판(11이나 21)이 변형되거나, 판(10)이 분할면(12) 근방에서 변형되거나, 판(20)이 분할면(22) 근방에서 변형되거나 할 것이다. 따라서, 판(11이나 21)에 적절한 물성값을 할당함으로써, 분석 모델에 있어서 이들 변형이 허용 범위를 넘을 때의 힘의 크기가, 실제로 판(1과 2)이 허용 범위를 넘어 어긋나거나 변형되거나 할 때의 힘의 크기와, 거의 일치한다고 기대된다. 그리고, 그와 같은 적절한 물성값의 할당 방법은, 실험 등에 의해 결정하는 것이 가능하다.

이상과 같이 하여 작성한 분석 모델에는, 이하의 특징이 있다.

첫째, 이 분석 모델은, (e)에 도시하는 바와 같이 3차원 형상을 갖는 모델이 다. 따라서, 셸 모델을 이용하는 경우와 같이, 3차원 형상을 평면으로 치환하는 것에 기인하는 분석 정밀도에 미치는 영향은 없다.

둘째, 이 분석 모델은, (a)에 도시한 원래의 형상 모델에 비해 형상이 간략화되어 있다. 따라서, (e)의 모델은 (a)의 모델보다, 메시 분할을 행하여 유한 요소법에 의해 분석을 행하는 데 필요한 컴퓨터 자원의 양이 대폭 적어진다.

셋째, 판(11이나 21)에 적절한 물성값을 할당함으로써, 형상의 간략화에 기인하는 분석 정밀도에의 영향의 정도는 실용상의 문제가 없을 정도로 억제할 수 있다. 또한, 그 적절한 물성값을 결정하기 위한 라이브러리를 미리 작성해 두면, 자동적으로 물성값이 할당되기 때문에 사용자의 수고도 줄고, 누구나 동일한 분석 모델을 작성할 수 있다.

도 2는, 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 상세한 형상 모델의 일례이다. 이 형상 모델은 상세하기 때문에, 도 2는 분석의 대상이 되는 구조물 그 자체를 도시하고 있다고 할 수 있다.

도 2 우측에 도시한 로커 유닛 구조(30)는, 대략 직사각형상의 구조물이다. 로커 유닛 구조(30)는 여러 가지 용도에 이용되지만, 예컨대 복수개의 판으로 구획되고, 구획한 각각의 공간에 기계 부품이 수납된다. 로커 유닛 구조(30)는, 수직 방향의 지주, 수평 방향의 대들보, 상판 및 바닥판을 부착하기 위한 프레임을 포함한다. 또한, 도 2의 예에서는 지주나 대들보는 모두 판금으로 되어 있다고 가정하고 있다.

도 2의 좌측에 로커 유닛 구조(30)의 일부를 확대하여 도시하였지만, 로커 유닛 구조(30)의 구성 요소는, 볼트 체결(31), 용접(32), 리벳 체결(33) 등에 의해 서로 체결되어 있다. 또한, 도 2의 용접(32)은 모살 용접(fillet weld)이고, 삼각 기둥 형상에 의해 도시되어 있지만, 이것은 용가재의 정확한 형상을 나타내고 있는 것이 아니라, 용접 위치와 용접 길이를 나타내기 위한 편의적인 형상이다.

도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 의한 분석 모델 작성 장치(40)의 기능 블록 구성도이다. 도 3에는, 분석 모델 작성 장치(40)에의 입력인 형상 모델(50), 분석 모델 작성 장치(40)로부터의 출력인 분석 모델(53), 분석 모델 작성 장치(40)가 이용하는 체결 부품 위치·속성 DB(51)(「DB」는 데이터 베이스의 약칭) 및 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)도 함께 도시되어 있다.

분석 모델 작성 장치(40)는, 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 상세한 형상 모델(50)을 입력으로서 접수하는 형상 모델 접수부(41)와, 형상 모델(50)에 기초하여 체결부를 추출하는 체결부 추출부(42)와, 도 1의 볼트(5)나 너트(6)와 같은 부품을 형상 모델(50)로부터 삭제하는 부품 삭제부(43)와, 삭제한 후의 구멍을 메우는 구멍 매립부(44)와, 체결부에 포함되는 부품의 각각을 분할하는 분할 처리부(45)와, 분할 후의 형상에 대하여 물성값의 할당을 행하는 등가 물성값 치환부(49)를 구비한다. 예컨대, 도 1의 판(1과 2)이 체결부에 포함되는 부품의 예이고, 분할 처리부(45)는 판(1)을 판(10과 11)으로 분할하며, 판(2)을 판(20과 21)으로 분할한다. 그리고 분할 후의 형상인 판(11과 21)에 대하여 등가 물성값 치환부(49)가 물성값의 할당을 행한다. 등가 물성값 치환부(49)에 의한 처리가 끝난 데이터가, 분석 모델(53)로서 분석 모델 작성 장치(40)로부터 출력된다.

또한, 분할 처리부(45)는, 각 체결부에 대하여 이 체결부에 대응하는 후보 영역을 설정하는 후보 영역 설정부(46)와, 복수의 후보 영역끼리가 소정의 조건을 만족시킬 때에 결합하여 하나의 후보 영역으로 하는 후보 영역 결합부(47)와, 후보 영역의 표면이 각 부품과 교차하는 면을 분할면으로서 부품을 복수의 형상으로 분할하는 분할 실행부(48)를 구비한다.

도 3에 있어서, 체결부 추출부(42), 부품 삭제부(43), 구멍 매립부(44)의 3지점으로부터 각각 분할 처리부(45)에의 화살표가 도시되어 있다. 보다 정확하게는 3개의 화살표는 분할 처리부(45) 중 후보 영역 설정부(46)에의 화살표이다. 이러한 3개의 화살표가 있는 것은, 체결 종류에 의해서 생략 가능한 처리가 있는 것에 대응하고 있다. 예컨대 형상 모델에 반영되지 않는 접착제나 용접에 의한 체결부는, 부품의 삭제나 구멍 매립이 필요없기 때문에, 체결부 추출부(42)로부터 분할 처리부(45)에의 화살표에 대응한다. 또한, 도 2의 용접(32) 등, 형상 모델에 용가재의 형상이 반영된 모살 용접에 의한 체결부는, 용가재의 형상 삭제만 필요하고 구멍 매립이 필요없기 때문에, 부품 삭제부(43)로부터 분할 처리부(45)에의 화살표에 대응한다. 또한, 볼트나 나사나 리벳에 의한 체결부는, 부품의 삭제와 구멍 매립의 쌍방이 필요하기 때문에, 구멍 매립부(44)로부터 분할 처리부(45)에의 화살표에 대응한다.

·도 3에 있어서의 분석 모델 작성 장치(40)의 각 구성 요소는 기능 블록이다. 이들 기능 블록은, 전용의 하드웨어 회로에 의해서 실현하여도 좋지만, 소프트웨어에 의해 실현하여도 좋다. 후자의 경우, 체결 부품 위치·속성 DB(51)나 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는, 분석 모델 작성 장치(40)를 실현하는 컴퓨터가 구비하는 기억 장치에 저장되어 있어도 좋고, 그 컴퓨터로부터 네트워크를 통해 액세스 가능한 기억 장치에 저장되어 있어도 좋다.

다음에, 도 4와 도 5를 참조하여, 분석 모델 작성 장치(40)가 행하는 처리에 대해서 설명한다. 도 4는 분석 모델 작성 장치(40)가 형상 모델(50)로부터 분석 모델(53)을 작성하는 처리를 나타내는 흐름도이고, 도 5는 그 중 분할 처리를 나타내는 흐름도이다.

단계 S101에서는, 형상 모델 접수부(41)가 형상 모델(50)을 접수하고, 메모리에 저장하며, 단계 S102에 이행한다. 형상 모델(50)은 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 상세한 형상 모델이고, 그 구체예는 도 2이다. 또한, 메모리의 예는 도 17의 RAM(103)이다.

단계 S102에서는, 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조함으로써, 형상 모델 접수부(41)가 접수한 형상 모델(50)로부터 체결부를 체결부 추출부(42)가 추출한다. 체결부 추출부(42)는, 추출한 결과를 체결부 데이터(54)로서 이후의 처리를 위해 메모리에 기억한다. 메모리의 예는, 도 17의 RAM(103)이다.

체결 부품 위치·속성 DB(51)에는, 체결 부품의 위치나 속성이 기억되어 있다. 여기서 「체결 부품」이란, 예컨대 볼트, 너트, 리벳 등의 부품뿐만 아니라, 스폿 용접이나 모살 용접 등의 용접도 포함한다. 용접을 나타내는 「체결 부품」은, 형상 모델(50)에는 형상으로서 반영되어 있지 않은 경우도 있다. 예컨대 스폿 용접은, 형상 모델(50)에는 형상으로서 나타나 있지 않고, 용접의 위치와 속성만이 데이터로서 기억되어 있을뿐일지도 모른다.

체결부 추출부(42)는 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조함으로써, 형상 모델(50)에 포함되는 체결 부품의 위치나 속성에 관한 정보를 취득한다. 단계 S102에서 이용하는 속성의 예는, 체결 부품의 형상, 치수, 종류, 재질 등이다.

예컨대, 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조함으로써, 볼트가 어디에 사용되고 있는지, 그 볼트는 어느 정도의 직경과 길이인지, 그 볼트는 어느 방향에 사용되고 있는지, 라는 정보를 체결부 추출부(42)가 취득한다. 마찬가지로, 체결부 추출부(42)는 너트에 관한 정보도 취득한다. 그 결과, 체결부 추출부(42)는 체결부를 추출할 수 있다.

예컨대, 형상 모델(50)이 도 1의 (a)의 경우, 단계 S102에서는, 체결부 추출부(42)가, 도 1의 (b)의 볼트(5)와 너트(6)의 위치와 속성에 관한 정보를 체결 부품 위치·속성 DB(51)로부터 취득한다. 그리고 체결부 추출부(42)는, 취득한 정보와 형상 모델(50)에 포함되는 어셈블리 정보에 기초하여 이하의 것을 인식한다.

·볼트(5)가 너트(6)의 관통 구멍을 관통하고 있다. 즉, 볼트(5)와 너트(6)가 조합되어 사용되고 있다.

·볼트(5)와 너트(6) 사이에는 판(1)의 일부와 판(2)의 일부가 존재한다.

·판(1)의 상면에 볼트(5)의 머리부가 접해 있다.

·판(2)의 하면에 너트(6)가 접해 있다.

·판(1과 2)은 접촉면(7)으로 접해 있다.

·판(1과 2)에는 각각 관통 구멍이 있고, 정확히 그 관통 구멍의 위치가 볼 트(5)의 위치와 일치하고 있다.

이들 인식에 기초하여, 체결부 추출부(42)는 체결부(8)를 추출한다. 체결부(8)로서 추출하는 영역의 결정 방법은 실시형태에 의해서 여러 가지이다.

예컨대, 도 1의 (b)의 예의 경우, 체결부(8)는 체결 부품인 볼트(5)와 너트(6)를 포함하고, Z 좌표가 판(2)의 하면으로부터 판(1)의 상면까지의 범위를 포함하며, x 좌표와 y 좌표가 접촉면(7)의 범위를 포함한다라는 조건을 만족시키는 영역 중 최소의 회전 타원체의 영역이어도 좋다. 또는 체결부(8)가, 상기한 조건을 만족시키는 영역 중 최소의 직사각형의 영역이어도 좋다. 또는 체결부(8)가, 이들 최소의 영역보다 소정의 마진 분만큼 널리 설정한 영역이어도 좋다. 즉, 후술의 단계 S103 내지 S105의 처리에 있어서, 단계 S102에서 기억한 체결부 데이터(54)로부터 필요한 정보를 얻을 수 있다면, 체결부 데이터(54)의 구체적인 형식이나, 체결부로서 추출하는 영역의 구체적인 형상이나 범위는, 실시형태에 따라서 임의로 정해도 좋다.

체결부 데이터(54)의 기억 후, 처리는 단계 S103에 이행한다.

단계 S103에서는, 단계 S102에서 추출한 체결부에 포함되는 부품 중 삭제해야 하는 부품을, 부품 삭제부(43)가 형상 모델(50)로부터 삭제한다. 이하에, 삭제 후의 형상 모델을 부호「50b」에 의해 참조하지만 도시하지는 않는다. 삭제해야 하는 부품이란, 구체적으로는 체결 부품 위치·속성 DB(51)에 체결 부품으로서 기억되어 있는 부품이다. 또는 삭제해야 하는 부품이란, 분석 대상의 구조물을 구성하는 부품 중, 지주나 대들보 등의 기본적인 구성 요소 이외의 부품으로서, 이들 기 본적인 구성 요소끼리를 체결하기 위해 사용되고 있는 비교적 작은 부품이라고 하여도 좋다.

또한, 못과 같이 단독으로 이용되는 체결 부품도 있고, 볼트와 너트와 같이 2개가 1조로 이용되는 체결 부품도 있으며, 볼트와 너트와 와셔(washer)와 같이 3개 이상이 1조로 이용되는 체결 부품도 있다. 이와 같이 1조 이용되는 복수의 체결 부품은, 많은 경우, 단계 S103에서 모두가 삭제된다. 그러나 후술의 도 15의 예에서는, L자 금구(metal fixture)(77a)와 볼트(78a, 79a)가 일조로 되어 있지만, 이 중 L자 금구(77a)는 삭제되지 않는다.

반대로, 체결부에 포함되는 부품 중 삭제해서는 안되는 것은, 분석 대상의 구조물을 구성하는 기본적인 구성 요소이다. 예컨대 도 1의 (b)의 체결부(8)는 판(1 및 2)을 포함하지만, 판(1 및 2)은 기본적인 구성 요소이기 때문에, 판(1이나 2)의 체결부(8)에 포함되는 부분을 형상 모델(50)로부터 삭제해서는 안된다. 또한, 형상으로서 반영되어 있지 않은 용접 등의 체결 부품은 삭제하여도 좋고, 삭제하지 않아도 좋다.

또한, 도 4에서는, 체결부 데이터(54)와 체결 부품 위치·속성 DB(51)의 쌍방을 단계 S103에서 참조하는 것을 화살표에 의해 도시하고 있다.

예컨대, 도 2의 로커 유닛 구조(30)에 관한 형상 모델(50)의 경우, 단계 S103에서는, 볼트 체결(31)에 사용되고 있는 볼트와 도시되지 않는 너트, 삼각 기둥의 형상에 의해 나타내고 있는 용접(32), 리벳 체결(33)에 사용되고 있는 리벳이 삭제된다.

단계 S102에서 추출한 모든 체결부에 대해서, 삭제해야 하는 부품을 모두 삭제했다면, 단계 S104에 이행한다.

단계 S104에서는, 단계 S103에서 부품을 삭제한 후의 형상 모델(50b)에 남은 구멍을 구멍 매립부(44)가 매립한다. 단계 S104에서는 구멍 매립부(44)가 체결부 데이터(54)와 체결 부품 위치·속성 DB(51)의 쌍방을 참조하여 있고, 도 4에서는 그것을 화살표에 의해 도시하고 있다.

단계 S104에서 매립해야 하는 구멍은, 단계 S103에서 삭제한 부품이 끼어 있던 구멍뿐이다. 예컨대 도 6의 대들보(35)에 상당하는 도 2의 수평 방향의 대들보와 같이, 체결과는 관계없는 구멍을 갖는 부품도 있다. 이와 같은 체결과 관계없는 구멍은 매립해서는 안된다.

따라서, 구멍 매립부(44)는 체결부 데이터(54)와 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조하여, 형상 모델(50b)에 포함되는 구멍 중 현재 주목하고 있는 구멍이, 단계 S103에서 삭제한 부품이 끼어 있던 구멍인지의 여부를 판단한다. 구멍 매립부(44)는, 그 판단에 기초하여, 메워야 하는 구멍만을 메운다. 이 구멍 매립 처리는, 형상 모델(50b)에 대하여 이루어진다. 이하에, 처리 후의 형상 모델을 부호 「50c」에 의해 참조하지만 도시하지는 않는다. 형상 모델(50c)은 도 1의 (c)에 상당한다.

메워야 하는 모든 구멍을 메우면, 처리는 단계 S105에 이행한다.

단계 S105의 분할 처리는, 분할 처리부(45)가 형상 모델(50c)에 대하여 행하는 처리이다. 도 1을 예로서 그 개요를 설명하면, 분할 처리란, 판(1)을 판(10과 11)으로 분할하고, 판(2)을 판(20과 21)으로 분할하는 처리이다. 도 1에서는 설명의 편의상, 형상 모델(50) 자체가 비교적 단순했다. 따라서 도 1의 (d)의 예에서는, 분할 처리부(45)는, 접촉면(7)에 상당하는 y₁≤y≤y₂인 범위의 경계에 기초하여 y= y₁인 평면으로 판(1)을 분할하고, y=y₂인 평면으로 판(2)을 분할하고 있다. 즉 y=y₁인 평면은 분할면(12)을 포함하는 평면이고, y=y₂인 평면은 분할면(22)을 포함하는 평면이다.

그러나, 실제로는 도 2의 로커 유닛 구조(30)와 같은 복잡한 형상을 갖는 형상 모델(50)이 분석 모델 작성 장치(40)에 입력된다. 그래서 단계 S105에서는, 도 1의 (d)의 예보다 복잡한 처리를 행하고 있다.

도 5는, 그 분할 처리의 상세를 도시하는 흐름도이다. 구체예로서, 도 2의 일부를 확대한 도 6, 및 도 6의 단면도와 측면도인 도 7을 참조하면서, 도 5의 처리를 설명한다.

도 6은, 도 2의 볼트 체결(31) 부분의 확대도에, 후보 영역(61 내지 63)을 추가한 도면이다. 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 지주(34)와 대들보(35)는, 2지점의 체결부(38 및 39)에 의해 체결되어 있다. 체결부(38)에서는 볼트(36)와 도시하지 않는 너트가 이용되고 있고, 체결부(39)에서는 볼트(37)와 도시하지 않는 너트가 이용되고 있다.

또한, 도 6에는 참조의 편의를 위해 x축, y축, z축을 도시해 둔다. 도 2에 도시한 바와 같이 로커 유닛 구조(30)는 대략 직사각형상이고, 그 직사각형의 각 변은 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행이다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 지주(34)의 길이 방향은 z축과 평행이고, 대들보(35)의 길이 방향은 x축과 평행이다. 그리고 대들보(35)는 평탄한 판형의 형상이 아니라, yz 평면에 평행한 평면에 의한 단면의 형상이, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 4지점의 절곡부를 갖는 형상이다. 이 절곡부보다 상부와 하부에, 각각 체결부(38와 39)가 있다.

여기서 도 5를 다시 참조하면, 단계 S201에서, 후보 영역 설정부(46)가, 체결부 데이터(54)를 참조하여, 도시 생략한 형상 모델(50c)상에 후보 영역을 설정한다. 본 실시형태에서는, 후보 영역의 형상은 직사각형이고, 직사각형은 육면체이기 때문에, 후보 영역을 육면체 영역이라고도 부른다.

도 1의 (d)의 예에서는, 분할면(12과 22)에 대응하는 y=y₁인 위치와 y=y₂인 위치로 분할되어 있다. 이러한 분할 위치는, 이제부터 진술하는 바와 같이, 3차원 영역의 표면에 의해 결정한다. 영역의 표면은 그 영역의 내부와 외부의 경계이고, 그 경계가 분할 위치와 분할면을 결정한다. 그리고 단계 S201에서 설정하는 후보 영역은 이와 같은 영역의 후보이다.

본 실시형태에서는, 단계 S201에 있어서, 후보 영역 설정부(46)는, 우선 체결부 데이터(54)를 참조하여 체결부의 위치를 인식하고, 인식한 체결부를 포함하는 직사각형의 영역을 후보 영역으로서 설정한다. 또한, 그 직사각형의 각 변은 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행이다.

상기한 바와 같이 체결부의 구체적 형상은 실시형태에 의해서 여러 가지이지 만, 예컨대 x₁≤x≤x₂이고 y₁≤y≤y₂이며 z₁≤z≤z₂인 직사각형으로서 단계 S102에서 체결부를 추출한 경우, 단계 S201에서는, 그 체결부의 직사각형 그 자체를 후보 영역으로서 설정하여도 좋다.

도 6의 (a)는, 체결부(38)에 대응하는 후보 영역(61)과, 체결부(39)에 대응하는 후보 영역(62)이 도시되어 있다. 후보 영역(61)은, 지주(34)와 대들보(35)의 접촉면 근방 부분을 포함한다. 보호 영역(62)도 마찬가지이다. 또한, 도 6의 (a)에서는 볼트(36 및 37)도 도시되어 있지만, 이것은 설명의 편의상 도시한 것만으로, 단계 S201에서는 볼트(36 및 37)는 이미 형상 모델(50c)로부터 삭제되어 있다.

또한, 도 6의 (a)에서는, 후보 영역(61과 62)은 x방향, y방향, z방향 모두 어느 정도의 마진이 있다. 예컨대, x 방향의 마진이 있기 때문에, 후보 영역(61)의 좌단은 지주(34)의 좌단보다 좌측이다.

후보 영역은, 반드시 마진이 필요하지 않고, 체결부 그 자체의 영역과 후보 영역이 일치하고 있어도 상관없다. 그러나 후보 영역에 마진을 설치하는 것에는 이점이 있다. 도 8은 후보 영역의 마진에 대해서 설명하는 도면이다.

도 8은, 판(71과 72)이 어떠한 방법에 의해 체결부(73)에서 체결되어 있는 예를 도시하는 평면도이다. 도 8에 있어서, 판(71과 72)의 두께 방향이 z축 방향이고, z축의 플러스측이 상면인 것으로 한다. 도 8에서는, 체결부(73)가 직사각형상이고, 체결부(73)의 x 좌표 및 y 좌표의 범위는 판(71과 72)의 접촉면의 범위와 동일하며, 체결부(73)의 z 좌표의 범위는 판(71)의 바닥면으로부터 판(72)의 상면까 지의 범위이다.

이 예에 있어서, 후보 영역에 마진을 전혀 설치하지 않는다고 가정한다. 즉 체결부(73)의 영역 그 자체를 후보 영역으로서 이용한다고 가정한다.

그렇게 하면, 후술의 단계 S204에 있어서 그 후보 영역의 표면에 의해서 판(71과 72)이 각각 분할된다. 따라서 분할 후의 판(71)의 형상은, 도 8과 같이 평면도로 나타낸 경우에, 체결부(73)에 상당하는 우측 직사각형과, 나머지 부분에 상당하는 좌측 오목 8각형이 된다. 도 8에 있어서의 판(71)의 형상인 직사각형에 비해, 이 오목 8각형은 약간 복잡한 형상이다.

상세한 것은 후술하지만, 이 분할 후의 형상에 대해서 물성값의 할당이 행해지고, 그 할당이 행해진 모델을 분석 모델로서 이용하여 분석이 행해진다. 따라서, 분할에 의해서 형상이 복잡화되면, 분석에 필요한 컴퓨터 자원도 그 만큼 증가한다. 한편, 본 발명은 원래, 3차원의 솔리드 모델을 페이스 모델로 치환하지 않고 3차원이라는 특징을 유지하면서, 형상을 간략화하는 것에 의해 분석에 필요한 컴퓨터 자원의 양을 줄인다고 하는 목적이 있다. 따라서, 분할 후의 형상이 분할 전의 형상에 비해 복잡화되는 정도를 억제하는 것이 바람직하다.

이를 위한 방법 중 하나가, 후보 영역에 마진을 설치하는 것이다. 도 8의 예에서는, 체결부(73)보다 넓은 범위가 후보 영역(74)으로서 설정되어 있다. 후보 영역(74)의 표면에 의해서 판(71)이 분할되면, 도 8과 같이 평면도에서 나타낸 경우의 분할 후의 형상은, 2개의 직사각형이다. 이 2개의 직사각형은, 상기한 오목 8각형보다 단순한 형상이다.

구체적인 마진의 설치 방법은 실시형태에 의해서 여러 가지이다. 도 8의 예에서는, x축 방향에는, 체결부(73) 좌우 양측에 폭(t)의 마진을 설치하고 있다. 또한, 판(71과 72)은 y축 방향의 길이가 다르다. 따라서 y축 방향의 마진은, y축 방향의 길이가 보다 긴 판(71)을 기준으로 하고, 판(71)의 양단으로부터 폭(t)의 마진을 설치하고 있다.

또한, 도 8의 예에서는 4개의 마진의 폭이 모두 t이지만, 각각 다른 폭이어도 좋다. 또한, 이 마진 폭의 값은, 실시형태에 따라서 적절한 값이 다르다. 마진 폭이 너무 넓으면, 물성값의 할당 대상이, 체결부로부터 먼 부분까지 포함해 버리기 때문에, 적절한 분석 결과를 얻을 수 없다. 한편, 마진의 폭이 너무 좁으면, 분할 후의 형상이 단순한 형상이 되지 않을 지도 모른다. 즉, 분석 대상의 장치의 크기나, 그 장치에 사용되고 있는 부품 형상 등에 따라서, 적절한 마진의 값을 정하고, 그 값을 사용하여 후보 영역의 범위를 정하는 것이 바람직하다.

여기서 도 5의 설명을 다시 참조하면, 단계 S201에서, 체결부 데이터(54)에 기억된 모든 체결부에 대해서 후보 영역 설정부(46)가 후보 영역의 설정을 마쳤다면, 처리는 단계 S202에 이행한다.

단계 S202와 S203은 루프를 형성하고 있고, 단계 S202의 판단이 「아니요」가 될 때까지 반복 실행된다.

단계 S202에 있어서, 후보 영역 결합부(47)는, 서로의 근방에 있어 결합 가능한 후보 영역의 조가 남아 있는지의 여부를 판단한다. 이와 같은 조가 남아 있으면 판단은 「예」가 되어 단계 S203에 이행하고, 남아 있지 않으면 판단은 「아니 요」가 되어 단계 S204에 이행한다.

단계 S202의 판단의 구체적인 기준은 실시형태에 의해서 다양하지만, 서로의 근방에 있는 후보 영역의 조가 있다고 하는 조건과, 그 후보 영역의 조는 결합 가능하다는 조건의 쌍방을 만족시킬 때에 「예」라고 판단된다. 또한, 이하에서는 2개의 후보 영역의 조를 예로 설명하지만, 3개 이상의 후보 영역으로 이루어지는 조를 대상으로 단계 S202 및 S203의 처리를 행하여도 좋다.

단계 S202에서는, 후보 영역 결합부(47)가, 모든 후보 영역 중으로부터 2개의 후보 영역을 선택하고, 그 2개가 근방에 있는지의 여부를 판단한다. 예컨대 2개의 후보 영역끼리의 거리로서, 2개의 후보 영역의 각각의 중심점, 즉 2개의 직사각형 중심점끼리의 거리를 후보 영역 결합부(47)가 산출하고, 그 거리가 소정의 임계값 이하이면 「2개의 후보 영역은 근방에 있다」라고 판단하여도 좋다.

또는, 2개의 후보 영역이 접해 있는 경우와, 적어도 일부가 중첩되어 있는 경우에는, 2개의 후보 영역이 근방에 있다고 후보 영역 결합부(47)가 판단하여도 좋다. 그 이외의 경우는, 후보 영역 결합부(47)가 이하의 계산에 기초하여 판단하여도 좋다. 우선 한 쪽의 후보 영역의 x 좌표가 x₁≤x≤x₂인 범위이고, 다른쪽 후보 영역의 x 좌표가 x₃≤x≤x₄인 범위인 것으로 한다. 후보 영역 결합부(47)는, 2개의 후보 영역의 x축 방향의 거리(Δx)를 다음 식(1-1) 내지 (1-3)에 의해 산출한다. 식(1-1)은 x축 방향에 중첩이 있는 경우에 대응하고, 식(1-2)와 (1-3)은 x축 방향에 중첩이 없는 경우에 대응한다.

Δx=0(x₃≤x₂ 또는 x₁≤x₄일 때)……(1-1)

Δx=x₃-x₂(x₂<x₃일 때) ……(1-2)

Δx=x₁-x₄(x₄<x₁일 때) ……(1-3)

또한 후보 영역 결합부(47)는, 2개의 후보 영역의 y축 방향의 거리(Δy)와 z축 방향의 거리(Δz)도 마찬가지로 산출한다. 그리고, Δx+Δy+Δz가 소정의 플러스의 임계값(t) 이하이면 2개의 후보 영역은 근방에 있고, Δx+Δy+Δz가 t보다 크면 2개의 후보 영역은 근방에 없다고 판단한다.

예컨대, 도 6의 (a)에서는, 후보 영역(61과 62)은, x 좌표 및 y 좌표의 범위가 동일하기 때문에 Δx=Δy=0이다. 또한 후보 영역(61)의 하단과 후보 영역(62) 상단의 거리인 Δz는 임계값(t) 이하이다. 따라서, 후보 영역(61과 62)은 서로 근방에 있다고 판단된다.

서로 근방에 있다고 판단된 2개의 후보 영역의 조가 존재한 경우, 후보 영역 결합부(47)는 다음에, 그 2개의 후보 영역이 결합 가능한지의 여부를 판단한다. 이 판단 기준도 실시형태에 의해서 여러 가지이다. 예컨대 2개의 후보 영역이 공통 부품을 포함하면 결합 가능, 포함하지 않으면 결합 불가능으로 후보 영역 결합부(47)가 판단하여도 좋다.

도 6의 (a)의 예에서는, 후보 영역(61)이 지주(34)와 대들보(35)를 포함하고, 후보 영역(62)도 지주(34)와 대들보(35)를 포함한다. 또한, 도 6의 (a)에는 도시되어 있지만, 단계 S202의 단계에서 볼트(36와 37)는 이미 형상 모델(50c)로부터 삭제되어 있는 것에 주의되고자 한다. 따라서, 지주(34)와 대들보(35)의 2개의 부품이 후보 영역(61과 62)에 공통이며, 후보 영역 결합부(47)는 후보 영역(61과 62)이 결합 가능하다고 판단한다.

결합 가능한지의 여부를 판단하는 기준은, 다른 기준이라도 좋다. 예컨대 한 쪽 후보 영역이 L≥1인 L개의 부품을 포함하고, 다른쪽 후보 영역이 M≥1인 M개의 부품을 포함하며, 이들 부품 중 N≥0인 N개가 쌍방의 후보 영역에 공통인 것으로 한다. 이 때, N/(L+M)이 소정의 임계값 이상이면 결합 가능하다고 하는 기준을 이용하여도 좋다.

단계 S202에서「예」로 판단되면, 후보 영역 결합부(47)는 단계 S203에 있어서, 그 후보 영역의 조를 결합하여 하나의 후보 영역으로 치환한다.

예컨대 도 6의 (a)의 후보 영역(61과 62)의 조는, 결합되어 도 6(b)의 후보 영역(63)으로 치환된다. 또한 후보 영역(63)은, 후보 영역(61과 62)을 포함하는 직사각형 중 최소의 직사각형이다. 도 6에서는, 각 변이 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행한 직사각형의 영역을 후보 영역으로서 이용하고 있기 때문에, 단계 S203에서 결합 후의 후보 영역을 산출하는 것이 매우 간단하다.

단계 S203에서 후보 영역끼리를 결합하였다면, 처리는 단계 S202에 복귀한다.

단계 S202에서 「아니요」라고 판단된 경우, 단계 S204가 실행된다. 단계 S204에서는 분할 실행부(48)가, 후보 영역의 표면을 가로 지르는 부품을, 그 표면으로 분할한다. 이 처리는, 모든 후보 영역의 모든 표면에 대해서 행해지는 처리이 고, 형상 모델(50c)에 대해서 이루어지는 처리이다.

예컨대, 도 6(b)의 후보 영역(63)은 직사각형이기 때문에 육면체의 일종이고, 표면이 6개 있다. 따라서 후보 영역(63)의 6개의 표면에 대해서 각각, 분할 실행부(48)는 그 표면을 가로 지르는 부품을 특정하고, 그 부품을 그 표면으로 분할한다. 여기서, 도 6(b)에 있어서 xy 평면에 평행한 2개의 면을 상면과 바닥면이라고 부르고, xz 평면에 평행한 2개의 면을 전면과 배면이라고 부르며, yz 평면에 평행한 2개의 면을 좌우의 측면이라고 부르기로 한다. 그렇게 하면, 도 6(b)에서는, 상면과 바닥면을 각각 지주(34)가 가로 지르고 있고, 전면과 배면을 가로 지르는 부품은 없으며, 좌측면을 가로 지르는 부품은 없고, 우측면을 대들보(35)가 가로 지르고 있다. 따라서 분할 실행부(48)는 상면과 바닥면의 각각으로 지주(34)를 분할하고, 우측면으로 대들보(35)를 분할한다.

도 7의 (a)는, yz 평면에 평행한 면에 의한 단면도에 의해 이 분할을 도시하는 도면이고, 도 7의 (b)는 y축 방향으로부터 본 측면도에 의해 이 분할을 도시하는 도면이다. 지주(34)는 후보 영역(63)의 상면과 바닥면으로 각각 분할되기 때문에, 분할 후는 3개의 형상이 된다. 그 3개의 형상은, 도 7의 (a)에 있어서 위로부터 순서대로, 지주(64, 65, 66)로서 도시되어 있다. 또한, 대들보(35)는 후보 영역(63)의 우측면으로 분할되어, 분할 후는 2개의 형상이 된다. 그 2개의 형상은, 도 7의 (b)에 있어서 우측으로부터 순선대로 대들보(67, 68)로서 도시되어 있다.

단계 S204는, 상기한 바와 같이 원래의 형상을 분할하는 처리로 간주할 수도 있지만, 원래의 형상을, 분할 후의 복수의 형상으로 치환하여 다시 어셈블리하는 처리로 간주할 수도 있다.

또한, 이와 같이 후보 영역을 결합한 후 분할하는 이유는, 후보 영역에 마진을 설치하는 이유와 같고, 분할 처리에 의한 분할 후의 형상을 보다 간략화함으로써, 분석에 필요한 컴퓨터 자원의 양을 억제하기 때문이다. 예컨대, 도 6의 (a)의 후보 영역(61과 62)을 결합하지 않으면, 지주(34)는 5개의 형상으로 분할되며, 대들보(35)는 3개의 형상으로 분할되고, 또한 그 3개의 형상은 복잡한 형태가 된다. 그에 비하면, 도 6(b)와 같이 결합된 후보 영역(63)에 기초하여 분할하는 경우는, 분할 후의 수도 억제되고, 분할 후의 형상도 그 만큼 복잡해지지 않는다.

이러한 분할을 모든 후보 영역에 대해서 실행하였다면, 도 5의 처리, 즉 도 4의 단계 S105가 종료하고, 도 4의 단계 S106에 이행한다. 또한, 도 5의 처리 후의 형상 모델을 「50d」인 부호에 의해 참조하지만 도시하지 않는다.

단계 S106에서는, 등가 물성값 치환부(49)가 체결 부품 위치·속성 DB(51)와 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)를 참조하여 형상 모델(50d)에 대하여 물성값을 치환하는 처리를 행하고, 그 결과로서 얻어지는 분석 모델(53)을 출력한다. 즉 단계 S105의 분할 처리의 결과로서 분할된 형상 중, 분할에 사용한 후보 영역의 내부에 있는 형상의 각각에 대해서, 물성값을 치환하는 처리를 등가 물성값 치환부(49)가 행한다.

예컨대, 도 7의 예에서는, 분할 후의 형상에는 지주(64, 65, 66), 대들보(67, 68)가 있다. 이 중 후보 영역의 내부에 있는 형상은 지주(65)와 대들보(68)이다. 따라서, 단계 S106에서 물성값을 치환하는 대상이 되는 것은 지주(65)와 대 들보(68)뿐이고, 도 7에서는 이 2개의 형상에 무늬를 넣어 구별하고 있다. 또한, 분할 후의 형상 중, 분할에 사용한 후보 영역의 외부에 대응하는 지주(64와 66)는 분할 전의 원래의 지주(34)의 물성값을 그대로 계승하고 있고, 마찬가지로 대들보(67)는 대들보(35)의 물성값을 그대로 계승하고 있다.

도 1에 관해서 설명한 바와 같이, 단계 S106의 처리는, 실제의 체결을 반영한 물성값을 할당하는 처리이다. 즉, 단계 S106에서는, 실제로는 존재하는 나사나 리벳이나 나사 구멍이 존재하지 않는 상태의, 분할 처리에 의해서 분할된 형상에 있어서의 물성이, 나사나 리벳이나 나사 구멍이 존재하는 실제 체결부의 물성을 반영하여, 실제의 체결부의 물성과 등가가 되도록, 물성값이 할당된다. 따라서 그 할당되는 물성값을 「등가 물성값」이라고도 부르기로 한다.

또한, 등가 물성값을 할당하는 것은, 원래의 물성값을 다른 물성값으로 치환하는 것이다. 예컨대 도 1의 (d)에 있어서, 판(11)에서는 원래의 판(1)의 물성값을 다른 물성값으로 치환함으로써, 체결부(8)의 물성을 판(11)에 반영하고 있다. 한편, 후보 영역의 외측, 즉 체결부(8)의 외측 형상인 판(10)은, 원래의 판(1)의 물성값을 그대로 계승하고 있고, 물성값을 치환하는 대상이 아니다.

이하에, 도 9 내지 13을 참조하면서, 단계 S106의 처리의 구체예에 대해서 설명한다. 도 9 내지 11, 13은 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 포함되는 테이블의 예이며, 도 12는 그 보충 설명을 위한 도면이다.

단계 S106에 있어서, 등가 물성값 치환부(49)는, 처리의 대상이 되는 모든 형상에 대해서, 할당해야 하는 등가 물성값을 산출하고, 원래 할당되어 있던 물성 값을 산출한 등가 물성값으로 치환한다. 물성을 나타내는 파라미터의 예는, 강성에 관하는 영율(Young's modulus)이나 포와송비(poisson ratio) 외, 질량 밀도, 열팽창 계수, 진동 감쇠율 등이다. 또한, 재질에 따라서는, 영율의 이방성을 고려하여도 좋다. 단계 S106에서는 이들 파라미터에 대해서, 각각 등가 물성값을 등가 물성값 치환부(49)가 산출한다.

이들 파라미터는 원래 재질에 의해서 특정 값을 취한다. 도 13은 그 값을 저장한 테이블이다. 도 13은, 예컨대 알루미늄의 영율이 71 GPa인 것을 나타내고 있다.

단계 S106에서의 등가 물성값의 산출은, 다음 식(2-1) 내지 (2-m)과 같이 형식적으로 나타낼 수 있다.

q₁=f₁(p₁, c₁₁, c₁₂, ……) ……(2-1)

q₂=f₂(p₂, c₂₁, c₂₂, ……), ……(2-2)

:

:

q_m= f_m(p_m, c_m1, c_m2, ……) ……(2-m)

식(2-1) 내지 (2-m)의 의미는 다음과 같다.

·m은 산출해야 하는 파라미터가 몇 종류인지를 나타내는 수이다. 예컨대 영율과 포와송비만이 분석에 필요한 경우는 m=2이고, 도 13의 4 종류의 파라미터 모두가 분석에 필요한 경우는 m=4이다.

·q, f, p의 첨자는 모두, 물성을 나타내는 파라미터의 종류에 대응한다. 예컨대, 첨자 1이 영율을 나타내고, 첨자 2가 포와송비를 나타낸다.

·q₁로부터 q_m은 산출 대상의 등가 물성값이다.

·p₁ 내지 p_m은, 원래의 물성값이다. 이들 값은, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)가 포함하는 도 13의 테이블에 저장되어 있다. 예컨대 첨자 1이 영율을 나타내고, 등가 물성값을 산출하는 대상의 부품이 알루미늄제인 경우, p₁=71 GPa이다.

·f₁ 내지 f_m은 각각 다른 함수이다. 인수의 수도 각각의 함수마다 달라도 좋다. 예컨대 첨자 1이 영율을 나타내는 경우, f₁은, 예컨대 도 1의 (a)의 판(1) 등의 부품의 원래의 영율(p₁)과, 그 외의 하나 이상의 인수(c₁₁, c₁₂, ……)에 기초하여, 체결을 반영한 영율로서 예컨대 도 1의 (d)의 판(11)에 할당해야 하는 영율의 값(q₁)을 산출하는 방법을 정의하는 함수이다. 이들 함수는, 예컨대 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 정의되어 있고, 등가 물성값 치환부(49)로부터 호출될 수 있도록 되어 있다.

·함수(f_j)의 (k+1)번째의 인수인 c_jk는, 체결의 속성을 나타내는 인수이다. 예컨대 등가 물성값(q_j)을 산출하는 대상의 형상이 도 1의 (d)의 판(11)인 경우, 판(11)은, 도 1의 (a)의 볼트 체결(3과 4)에 의한 체결에 대응하고, 인수 c_jk는 그 체결의 속성을 나타낸다. 예컨대 어떤 실시형태에서는, c_j1로서 볼트 체결인 것을 도시하는 값이 주어지고, c_j2로서 2지점의 볼트 체결(3과 4)이 있는 것을 나타내는 값이 주어져, c_j3으로서 볼트(5)의 형상에 대응하는 값이 주어질 지도 모른다. c_jk의 값은, 등가 물성값 치환부(49)가 체결 부품 위치·속성 DB(51)와 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)를 참조함으로써 취득된다.

이하에서는, 첨자 1이 영율을 나타낸다고 가정하고, 영율에 관한 등가 물성값의 산출을 예로서, 상기한 함수(f₁)와 인수(c_1k)를 구체적으로 설명한다.

도 9는, 체결 계수 정의 테이블의 예이다. 도 9에 있어서, 좌측열은 레코드 번호, 중앙열은 체결 종류, 우측열은 체결 계수를 나타낸다. 체결 계수는 인수(c₁₁)로서 이용된다.

예컨대, 도 1의 (d)의 판(11)은 볼트 체결(3과 4)에 의해서 체결된 부분에 대응한다. 따라서, 판(11)의 등가 물성값을 산출하기 위해서는, 등가 물성값 치환부(49)가 2번째의 레코드를 참조하여, 그 결과, 체결 계수로서 0.3을 취득한다.

도 10은, 볼트 체결에 관한 치수 계수 정의 테이블의 예이다. 도 10에 있어서, 좌측열은 레코드 번호, 중앙열은 볼트의 직경, 우측열은 치수 계수를 나타낸다. 치수 계수는 인수(c₁₂)로서 이용된다.

예컨대, 도 1의 (d)의 판(11)의 등가 물성값을 산출하기 위해서는, 등가 물성값 치환부(49)가 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조하여 볼트(5)의 직경을 취 득하고, 그 직경에 기초하여 볼트 체결에 관한 치수 계수 정의 테이블을 검색한다. 그 결과, 예컨대 볼트(5)의 직경이 3 mm 미만이면, 등가 물성값 치환부(49)는 치수 계수로서 1을 취득한다.

또한, 체결부(8)가 2개의 볼트 체결(3과 4)을 포함하기 때문에, 등가 물성값 치환부(49)는, 인수(c₁₃)로서 2라는 값을 취득한다.

또한, 리벳 체결에 대해서도, 도 10과 같은 형식의 치수 계수 정의 테이블이 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에는 구비되어 있다.

도 11은 모살 용접 계수 정의 테이블의 예이다. 도 11에 있어서, 좌측열은 레코드 번호, 중앙열은 모살 용접의 유무, 우측열은 용접 계수를 나타낸다. 용접 계수는 인수(c₁₄)로서 이용된다.

모살 용접은, 볼트 체결, 리벳 체결, 스폿 용접 등 다른 방법과 병용되는 경우도 있고, 단독으로 이용되는 경우도 있다. 등가 물성값 치환부(49)는, 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조하여, 등가 물성값을 산출하는 대상의 형상에 대응하는 체결부에 모살 용접이 사용되고 있는지의 여부의 정보를 취득하고, 그 정보에 기초하여 모살 용접 계수 정의 테이블을 검색한다. 그 결과, 모살 용접이 사용되고 있으면 5라는 용접 계수를, 사용되고 있지 않으면 1이라는 용접 계수를, 등가 물성값 치환부(49)는 취득한다.

도 12는, 모살 용접이 사용되고 있는 경우에 더 요구되는 인수에 대해서 설명하는 도면이다. 하나는 인수(c₁₅)로서 이용되는 용접 길이이고, 다른 하나는 인 수(c₁₆)로서 이용되는 접촉 능선 길이이다.

도 12는 도 8과 마찬가지로, 판(71과 72)의 체결을 나타내는 평면도이다. 도 12에 있어서 판(71과 72)의 접촉면은 굵은 점선으로 둘러싸인 부분이다. 또한, 이 직사각형의 접촉면은, 도 12에 있어서의 수평 방향의 변의 길이가 a, 수직 방향의 길이가 b인 것으로 한다. 도 12에서는, 그 길이가 a의 2변에 따라서, 변의 끝으로부터 끝까지 모살 용접이 실시되어 있고, 그 것을 이중선에 의해 나타내고 있다.

이 예에 있어서 용접 길이는 a+a=2a이다. 또한 접촉 능선 길이는, 접촉면의 둘레 길이로서 정의되기 때문에, 이 예에서는 a+b+a+b=2(a+b)이다.

또한, 일반적으로 n각형의 접촉면 중 몇 개의 변에 대해서 모살 용접을 행할지는 임의이다. 예컨대 도 1의 (a)에 있어서, 또한 판(1)의 우단이 판(2)의 상면에 접해 있는 부분에 모살 용접을 행하고, 판(2)의 좌단이 판(1)의 하면에 접해 있는 부분에 모살 용접을 행하며, 체결부(8)의 체결을 강고히 하는 경우도 있다. 또한, 변의 끝으로부터 끝까지 모살 용접을 행하지 않아도 좋다. 다른 실시형태에서는, 접촉면의 면적을 등가 물성값의 산출에 이용하여도 좋고, 상기한 예에서는 a·b가 이용된다.

도 13은 원래의 부품의 재질에 의해서 정해지는 각종 물성값을 저장한 재질·물성값 대응 테이블이다. 등가 물성값 치환부(49)는, 체결 부품 위치·속성 DB(51)를 참조함으로써, 부품의 재질을 인식하고, 그 재질을 키로서 재질·물성값 대응 테이블을 검색하며, 원하는 물성값을 취득한다. 예컨대 도 1의 (d)의 판(11) 에 대한 영율의 등가 물성값을 산출하고자 하는 경우는, 판(1)의 재질에 기초하여, 영율(p₁)을 취득한다.

이상과 같이 하여 취득한 값을 이용하여, 등가 물성값 치환부(49)는 등가 물성값을 산출한다. 그 산출은, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)로 정의되어 있는 함수(f₁)를 호출함으로써 행해진다.

예컨대, 어떤 실시형태에서는, 식(2-1)의 함수(f₁)는 구체적으로는 이하의 식(3-1) 또는 (3-2)에 의해 나타난다. 그리고, 이들 식에서 이용되는 형상 계수, 모살 용접 계수는 식(4-1), (4-2), (5-1), (5-2)로 정의된다. 어떤 식을 조합시킬지는 체결 방법에 따라서 다르기 때문에, 이하에 분류하여 설명한다.

우선, 모살 용접의 유무는 막론하고, 체결부가 볼트 체결 리벳 체결을 포함하는 경우는, 다음과 같다.

영율의 등가 물성값=체결 계수·형상 계수·모살 용접 계수·원래의 영율

……(3-1)

형상 계수=치수 계수·개수 ……(4-1)

모살 용접 계수=용접 길이/접촉 능선 길이·용접 계수

(모살 용접이 있는 경우) ……(5-1)

모살 용접 계수=용접 계수 (모살 용접이 없는 경우) ……(5-2)

여기서, 식(3-1)의 체결 계수는 도 9에 도시한 것이며, 식(4-1)의 치수 계수는 도 10에 도시한 것이고, 식(5-1) 및 (5-2)의 용접 계수는 도 11에 도시한 것이 다. 또한, 식(4-1)에 있어서의 「개수」는 상기한 인수(c₁₃)이고, 등가 물성값의 산출 대상이 되는 후보 영역에 포함되는 볼트 체결 또는 리벳 체결의 개수를 나타낸다. 예컨대, 도 1의 (a)에서는 2개의 볼트 체결(3과 4)을 하나의 체결부(8)가 포함하고, 이 체결부(8)를 포함하는 후보 영역에 대하여 등가 물성값을 산출하기 때문에 「개수」는 2이다. 마찬가지로, 도 6(b)에서는 하나의 후보 영역(63)이 볼트(36와 37)를 포함하기 때문에, 「개수」는 2이다.

예컨대, 도 1에 있어서 판(1)이 알루미늄제이고, 볼트(5)의 직경이 3 mm 미만이며, 모살 용접이 행해져 있지 않다고 하면, 판(11)의 영율의 등가 물성값은

0.3·(1·2)·1·71[GPa]이다.

실시형태에 의해서는, 모살 용접에만 의한 체결이 있을 수 있다. 이와 같은 경우는, 하기의 식(3-2)에 의해 나타나는 함수가 함수(f₁)로서 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 정의되어 있어도 좋다. 또한 식(3-2)에 있어서 α는 정수이고, 모살 용접 계수는 식(5-1)으로 정의된다.

영율의 등가 물성값=α·모살 용접 계수·원래의 영율 ……(3-2)

또한, 실시형태에 의해서는, 스폿 용접에만 의하는 체결이나, 스폿 용접과 모살 용접만을 조합시킨 체결이 있을 수 있다. 이와 같은 경우는, 식(3-1)에 있어서 형상 계수를 하기의 식(4-2)으로 정의한 함수가 함수(f₁)로서 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 정의되어 있어도 좋다. 또한, 스폿 용접의 크기는 대략 일정하기 때문에, 식(4-2)에서는 형상 계수가 정수(β)를 사용하여 정의된다.

형상 계수=β·개수 ……(4-2)

이상이 단계 S106에 있어서의 등가 물성값의 할당의 구체예이다. 또한, 도 1의 (d)에 대해서 설명한 바와 같이, 등가 물성값의 할당 후, 분할 후의 형상끼리의 관계에 관한 제약 조건이 설정된다. 그 제약 조건에는 2종류가 있다. 첫번째 유형의 제약 조건은, 후보 영역의 표면에 의해서 분할된 형상끼리가, 그 분할면에 있어서 상대적인 어긋남이 생기지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제약 조건이다. 두번째 유형의 제약 조건은, 체결되어 있던 원래 2개의 부품에 대응하는 분할 후의 형상 중, 후보 영역의 내부에 포함되는 형상끼리가, 원래의 체결에 있어서의 접촉면에 있어서 상대적인 어긋남이 생기지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제약 조건이다.

예컨대, 도 7의 예에서는, 1종류째의 제약 조건은, 지주(64와 65)가 어긋나지 않고 접촉을 유지하고, 지주(65와 66)가 어긋나지 않고 접촉을 유지하며, 대들보(67와 68)가 어긋나지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제약 조건이다. 그리고, 2종류째의 제약 조건은, 지주(65)와 대들보(68)가 어긋나지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제약 조건이다. 이들 제약 조건이 형상 모델(50d)에 대하여 설정된다.

이와 같이 하여 형상 모델(50d)에 대하여 단계 S106의 처리를 행한 결과 얻어지는 것이, 분석 모델(53)이다. 분석 모델(53)은 형상 모델(50)에 비해 형상이 간략화되어 있지만, 3차원 형상을 갖는 모델이다. 단계 S106에서 분석 모델 작성 장치(40)가 이 분석 모델(53)을 출력하고, 도 4의 처리는 종료한다.

도 4 및 도 5에 의한 분석 모델(53)의 작성은, 다음과 같은 효과가 있다.

우선, 사용자의 수작업이나 판단이 거의 불필요하기 때문에, 작성 시간이 종 래보다 대폭 줄었다. 어떤 형상 모델을 이용한 실험예에서는, 모든 처리를 자동으로 행하는 것이 아니라, 사용자가 확인이나 선택을 행하도록 하였지만, 종래와 같이 셸 모델을 작성하는 것보다 단시간에 분석 모델을 작성할 수 있었다.

또한, 분석 모델(53)의 형상은 간략화되어 있기 때문에, 분석에 필요한 컴퓨터 자원의 양은, 형상 모델(50)을 분석용으로 그대로 유용하는 경우에 비해 훨씬 적다.

따라서, 종래는 분석의 대상이 될 수 없었던 장치도 분석 가능해진다. 즉, 종래는 분석 모델의 작성에 지나치게 수고가 들거나, 분석 모델의 형상이 너무 복잡하여 분석에 시간이 걸리거나, 분석 모델의 형상이 너무 복잡하여 필요한 컴퓨터 자원이 방대하여 분석의 대상이 될 수 없었던 장치가 있었다. 예컨대 수백 지점의 체결부를 포함하는 장치는 일반적이지만, 이와 같은 장치는, 종래 분석의 대상이 될 수 없고, 실제 장치를 작성하여 실험하고 있었다. 그러나 본 발명에 의해서, 적어도 이들 장치의 일부는, 현실적인 시간으로 분석하는 것이 가능해졌다.

또한, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)의 내용은, 실험 등에 기초하여 미리 적절하게 정해 놓을 수 있다. 이에 따라, 사용자의 경험이나 지식의 차이에 상관없이, 누구나 동일하게 분석 모델을 작성할 수 있게 되고, 분석 정밀도의 변동도 저감할 수 있다.

도 14는, 본 발명에 의한 분석 모델의 작성을 포함하는 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.

단계 S301은, 제품의 설계를 행하는 단계고, 3차원 CAD 시스템에 의해 상세 한 형상 모델이 작성된다.

단계 S301 다음에 단계 S302가 실행된다. 단계 S302는 도 4에 대응한다. 즉, 단계 S301에서 작성된 형상 모델은 도 3의 형상 모델(50)에 상당하고, 이것이 도 3의 분석 모델 작성 장치(40)에 입력으로서 주어지고, 분석 모델(53)이 출력된다.

그리고 단계 S303에 이행하고, 분석 모델(53)로부터 분석용 데이터가 작성된다. 예컨대 유한 요소법에 의해서 역학적인 분석을 행하는 경우, 분석 모델(53)에 대하여 메시 분할이 행해진다.

그리고 단계 S304에 이행하고, 단계 S303에서 작성한 데이터에 기초하는 분석을 행한다. 그 분석의 결과, 문제가 있는지의 여부를 단계 S305에서 판단한다. 예컨대 역학적인 분석을 행한 결과, 이 제품의 체결부 또는 그 이외의 부분에 있어서 강도가 요구 사양 미만이라고 판명되면, 이 제품이 요구 사양을 만족시키지 않기 때문에, 단계 S305의 판정은 「예」가 되고, 이 제품이 요구 사양을 만족시키는 것이 판명되면 단계 S305의 판정은 「아니요」가 된다. 판정이 「예」일 때 단계 S301에 복귀하여 다시 설계하고, 판정이 「아니요」일 때, 단계 S306에 이행한다.

단계 S306에서는, 현재의 형상 모델에 근거하여 제품의 제조를 행한다. 또한, 정확하게는, 단계 S306에 있어서, 실험용으로 실제 장치를 제조하고, 실제 장치를 사용한 강도 시험을 행하며, 그 시험의 결과 문제가 없으면 판매용 제품의 제조를 시작하고, 문제가 있으면 단계 S301의 설계로부터 다시 할 필요가 있지만, 도 14에서는 이들 단계는 생략하였다.

또한, 도 14에 있어서, 단계 S301 내지 S304는 컴퓨터에 의해 실행되지만, 동일한 1대의 컴퓨터가 단계 S301 내지 S304 모두를 실행하여도 좋고, 각각의 단계를 다른 컴퓨터가 실행하여도 좋다.

도 15와 16은, 상기 이외의 체결 방법의 예를 설명하는 도면이다. 본 발명에 의한 분석 모델의 작성 방법은, 여러 가지 체결 방법에 적용 가능하다.

도 15는 2개의 L자 금구를 이용하여 판(75과 76)을 체결하는 예이다. 또한, 판(75과 76)의 재질은 무엇이라도 좋다. 도 15에서도 참조의 편의를 위해 좌표축이 도시되어 있다. (a)는 사시도, (b)는 yz 평면에 평행한 평면인 x=A인 평면에 의한 단면도이다.

도 15의 (a)에 있어서, 판(75과 76)은 판면의 형상이 직사각형의 판이다. 판(75)은 수직으로 세워져 있고, 그 판 두께 방향은 y축 방향이다. 또한 판(76)은 수평으로 놓여져 있고, 그 판 두께 방향은 z축 방향이다. 또한 y축 플러스측을 「자기앞쪽」, 마이너스측을 「안쪽」이라고 부르기로 하면, 판(76)의 가장 안쪽이 판(75)에 접해 있다. 판(75과 76)은 x축 방향의 길이가 같고, x축 방향의 양단에서 체결되어 있다. 또한 이하에서는 x축 방향의 리벳단을 좌단과 우단이라고 부른다.

보다 정확하게는, 판(75와 76)은 직접 체결되어 있는 것은 아니라, L자 금구(77a와 77b)를 통해 간접적으로 체결되어 있다. 좌단에 있는 L자 금구(77a)는, 판(75과 76)의 쌍방에 접촉되어 있고, 판(75)과 L자 금구(77a)는 볼트(78a)에 의해 체결되며, 판(76)과 L자 금구(77a)는 볼트(79a)에 의해 체결되어 있다. 마찬가지로, 우단에 있는 L자 금구(77b)는, 판(75과 76)의 쌍방에 접촉되어 있고, 판(75)과 L자 금구(77b)는 볼트(78b)에 의해 체결되며, 판(76)과 L자 금구(77b)는 볼트(79b) 에 의해 체결되어 있다.

이 구조에 대하여, 예컨대 도 4의 단계 S102에서는, 4개의 볼트에 대응하는 4개의 체결부가 추출되고, 단계 S103에서는 4개의 볼트와 대응하는 도시하지 않는 4개의 너트가 삭제된다. 그리고, 단계 S104에서는 4개의 볼트에 대응하는 구멍이 메워진다. 즉, 판(75, 76), L자 금구(77a, 77b)에 존재하는 구멍이 각각 메워진다. 단계 S105의 분할 처리에서는, 예컨대 도 15의 (b)와 같이 분할하여도 좋다.

도 15의 (b)는, L자 금구(77a)를 가로 지르는 x=A인 평면에 의한 도 15의 (a)의 단면도이다. 이 단면도에 있어서, 판(75)은, L자 금구(77a)와의 접촉면 및 판(76)과의 접촉면에 대응하는 부분인 판(81)과, L자 금구(77a)보다 위 부분인 판(80)으로 분할되어 있다. 또한, 판(76)은 L자 금구(77a)와의 접촉면에 대응하는 부분인 판(83)과, 이 판(83) 보다 앞쪽 부분인 판(82)으로 분할되어 있다. L자 금구(77a)는 분할되어 있지 않다.

예컨대, 단계 S102에서는, 판(75) 중 z 좌표가 L자 금구(77a)와의 접촉면과 동일 범위만이 체결부로서 추출될지도 모르지만, 후보 영역을 체결부보다 넓게 설정함으로써, 도 15의 (b)와 같은 분할 결과를 얻을 수 있다. 그리고 도 4의 단계 S106에서 판(81, 83), L자 금구(77a)에 대하여 등가 물성값이 할당된다.

또한, 우측의 체결부에 대해서도, 마찬가지로 분할 처리와 등가 물성값의 할당이 행해진다. 또한, 판(75과 76)의 x축 방향의 길이가 짧은 경우 등은, 우측과 좌측 체결부에 대응하는 후보 영역이 도 5의 단계 S203에서 결합되어 하나의 후보 영역이 되는 경우도 있을 수 있다.

도 16은, 수나사를 갖는 파이프(91)와 암나사를 갖는 파이프(92)를, 그 수나사와 암나사에 의해서 체결한 예이다. 이와 같이 체결함으로써는, 짧은 2개의 파이프(91와 92)를, 하나의 긴 파이프형으로 조립할 수 있다. (a)는 파이프(91)의 수나사와 파이프(92)의 암나사가 맞물려 체결되어 있는 모습을 도시하는 단면도이다. (b)는 형상 모델(50)로부터 작성된 분석 모델(53)에 상당하고, (a)와 마찬가지로 단면도에 의해 나타내고 있다.

예컨대, 어떤 3차원 CAD 시스템에서는, 나사산과 나사홈의 형상은 표현되지 않을지도 모른다. 그 경우, 형상 모델(50)로는, 나사산과 나사홈의 중간의 면을, 파이프(91이나 92)의 표면으로서 표현하고 있을 지도 모른다.

이 경우, 도 4의 단계 S102에서는 수나사와 암나사가 맞물려 있는 부분이 체결부로서 추출되고, 단계 S103과 S104에서는 삭제나 구멍 매립의 대상이 없기 때문에 특별히 처리는 행해지지 않는다. 그리고 도 5에 상당하는 단계 S105에서, 파이프(91)는 파이프(93)와 파이프(94)라는 2개의 형상으로 분할되고, 파이프(92)는 파이프(95)와 파이프(96)라는 2개의 형상으로 분할된다. 단계 S106에서는, 체결부에 상당하는 파이프(94와 96)에 대하여, 각각 등가 물성값이 할당된다. (b)에서는 등가 물성값의 할당이 행해진 부분을 사선에 의해 나타내고 있다. 또한, 이 경우, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에서는, 나사산의 수, 피치, 리드, 형상, 재질 등 중 적어도 하나에 기초하여 등가 물성값을 산출하는 방법이 정의되어 있는 것으로 한다.

또는, 나사산과 나사홈의 형상까지 표현하는 3차원 CAD 시스템도 있을지도 모른다. 이 경우, 도 4의 단계 S103과 S104 대신에, 예컨대 (b)의 파이프(94와 96) 표면에 상당한다, 나사산과 나사홈의 중간 높이의 매끄러운 면을, 파이프(91와 92)의 표면으로서 설정하는 처리를 형상 모델(50)에 대하여 분석 모델 작성 장치(40)가 행하여도 좋다. 그 결과 그 설정된 표면에서 파이프(91와 92)가 접촉되어 있는 것이 모델화된다. 그 후, 상기와 같이 단계(S105와 S106)를 실행함으로써, (b)의 분석 모델(53)을 얻을 수 있다.

그런데, 본 발명에 의한 분석 모델의 작성은, 도 17과 같은 일반적인 컴퓨터에 의해 실행된다. 도 17의 컴퓨터는, 도 3의 분석 모델 작성 장치(40)에 상당한다. 또한 도 14의 단계 S301, S303, S304도, 같은 컴퓨터에 의해 실행된다.

도 17의 컴퓨터는, CPU(Central Processing Unit)(101), ROM(Read Only Memory)(102), RAM(Random Access Memory)(103), 입력 장치(104), 출력 장치(105), 기억 장치(106), 휴대형 기억 매체(110)의 구동 장치(107), 통신 인터페이스(108)를 구비하고, 이들 모두가 버스(109)에 의해 접속되어 있다.

또한, 도 17의 컴퓨터는 통신 인터페이스(108)를 통해 네트워크(111)에 접속되어 있다. 네트워크(111)는, LAN(Local Area Network)이나 인터넷 등 임의의 네트워크로 좋다. 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는, 네트워크(111)를 통해 접속된 라이브러리(113)라도 좋다.

입력 장치(104)는, 예컨대 마우스 등의 포인팅 디바이스나 키보드이다. 출력 장치(105)는, 예컨대 액정 모니터 등의 표시 장치이다. 사용자는, 형상 모델(50)이나 분석 모델(53)을 출력 장치(105)에 표시시켜, 시각적으로 확인할 수 있다.

기억 장치(106)는, 하드디스크 등의 자기 디스크 장치라도 좋고, 다른 종류의 기억 장치라도 좋다.

기억 장치(106) 또는 ROM(102)에는, 본 발명에 의한 프로그램이 저장되어 있다. 그 프로그램을 CPU(101)가 실행함으로써, 도 4나 5의 처리가 행해진다.

또한, 기억 장치(106)는 체결 부품 위치·속성 DB(51)와 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)를 저장하고 있어도 좋다. 또한, 그 경우도, 예컨대 최신 데이터를 라이브러리(113)로부터 네트워크(111)와 통신 인터페이스(108)를 통해 다운로드하고, 기억 장치(106)의 내용을 갱신하여도 좋다.

작성 완료된 형상 모델(50)의 데이터는 기억 장치(106)에 저장되어 있고, 도 4의 단계 S101에 있어서, 그것이 RAM(103)에 판독된다.

본 발명에 의한 프로그램은, 프로그램 제공자(112)로부터 네트워크(111) 및 통신 인터페이스(108)를 통해 제공되고, 예컨대 기억 장치(106)에 저장되며, CPU(101)에 의해서 실행되어도 좋다. 또한, 휴대형 기억매체(110)에 본 발명에 의한 프로그램이 저장되고, 휴대형 기억 매체(110)가 구동 장치(107)에 세팅되며, 저장된 프로그램이 RAM(103)에 로드되어 CPU(101)에 의해서 실행되어도 좋다. 휴대형 기억 매체(110)로서는, CD(Compact Disc)나 DVD(Digital Versatile Disk) 등의 광 디스크, 광 자기디스크, 플렉시블 디스크 등 여러 가지 형식의 기억 매체를 사용할 수 있다.

또한, 형상 모델(50), 체결 부품 위치·속성 DB(51), 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)도, 휴대형 기억 매체(110)에 저장되어 있어도 좋다. 그 휴대형 기 억 매체(110)가 구동 장치(107)에 세팅되고, 휴대형 기억 매체(110)에 저장된 데이터가 기억 장치(106)에 복사되며, 도 4나 5의 처리에 이용되어도 좋다.

또한, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지로 변형 가능하다. 이하에 그 예를 몇 개 진술한다.

도 4의 흐름도에서는, 단계 S102에서 모든 체결부를 추출하고, 단계 S103에서 삭제해야 하는 부품을 전부 삭제하며, 단계 S104에서 메워야 하는 구멍을 모두 메운다고 하는 순서로 처리를 행했다. 그러나, 예컨대 하나의 체결부를 추출하였다면, 그 체결부에 관해서 부품의 삭제와 구멍 매립을 행하고, 그 후, 다음 체결부를 추출한다고 하는 처리의 순서를 교체하여도 좋다.

또한, 사용자에 의한 확인이나 선택 단계를 추가하여도 좋다. 예컨대, 단계 S102에 있어서, 정확하게 체결부가 추출되어 있는지의 여부를 사용자에게 확인시켜도 좋다. 또는 등가 물성값의 산출 방법을 복수 중으로부터 선택할 수 있도록 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)를 구성해 두고, 단계 S106에서 사용자에게 선택시켜도 좋다. 또는 단계 S202에 있어서, 결합 가능한 후보 영역의 조를 사용자에게 제시하고, 후보 영역끼리를 결합하는지의 여부를 사용자에게 선택시켜도 좋다.

반대로, 실시형태에 의해서는, 단계 S103이나 S104를 생략하는 것도 가능하다. 예컨대 모든 체결부가 용접에 의한 체결인 것을 미리 알고 있는 환경에 있어서 본 발명을 실시하는 경우, 단계 S104는 생략 가능하다. 이 경우에 있어서 또한, 용접의 형상을 반영하지 않는 형상 모델(50)을 이용하는 것을 미리 알고 있으면, 단계 S103도 생략 가능하다.

또한, 등가 물성값을 산출하는 구체적인 방법은 실시형태에 따라서 여러 가지이다. 즉, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)의 구체적인 내용은 실시형태에 따라서 여러 가지이다.

예컨대, 상기한 식(3-1) 내지 (5-2)에서는 승산과 제산만을 이용하고 있지만, 가산이나 감산이나 그 외의 계산을 포함하는 식에 의해 등가 물성값을 산출하여도 좋다. 즉 상기한 식(2-1) 내지 (2-m)에 있어서, 함수(f₁ 내지 f_m)의 구체적인 정의는 임의이다.

또한, 함수(f₁ 내지 f_m)의 구체적인 정의에 따라서, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 저장해 둬야 하는 데이터도 다르다. 어떤 실시형태에서는, 도 9 내지 11 중 일부 테이블만이 필요할지도 모르고, 다른 실시형태에서는 도 9 내지 11 이외의 테이블이 더 필요할지도 모른다. 또한 예컨대 도 10에서는 볼트의 직경에 기초하여 치수 계수를 정의하고 있지만, 볼트의 직경과 길이가 조합에 기초하여 치수 계수를 정의하여도 좋다. 마찬가지로, 도 9에 있어서, 체결 종류와 체결 부품의 소재가 조합에 기초하여 체결 계수를 정의하여도 좋다. 또한, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 있어서의 데이터의 형식은 임의이고, 도 9 내지 11, 13과 같은 테이블 형식 이외의 형식으로 데이터가 저장되어 있어도 좋다. 즉 일반화하여 진술하면, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는, 체결 부품 위치·속성 DB(51)로부터 취득하는 것이 가능한, 체결 부품의 속성을 나타내는 종류, 치수, 형상, 재질 등의 항목 중 하나 이상의 항목에 기초하여, 등가 물성값의 산출에 필요한 하나 이상의 파라미터의 값을 정의하고, 그 값을 저장하고 있는 라이브러리이다.

또한, 도 9 내지 11에 도시한 수치는, 설명의 편의를 위해 도시한 수치로서, 적합한 값을 나타내는 취지의 수치가 아니다. 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)에 저장되는 구체적인 수치는, 실험 등에 의해 적절하게 정하는 것이 바람직하다. 또한, 함수(f₁ 내지 f_m)의 정의의 방법에 의해, 적합한 값이 다른 경우도 있다. 예컨대 영율의 등가 물성값(q₁)을 산출하기 위한 함수(f₁)와 포와송비의 등가 물성값(q₂)을 산출하기 위한 함수(f₂)가, 모두 「체결 계수」를 인수로 하는 경우가 있을 수 있다. 그 경우에, 함수(f₁)의 인수가 되는 체결 계수와, 함수(f₂)의 인수가 되는 체결 계수가, 동일 정의에 의한 것이어도 좋고, 다른 테이블에서 별개로 정의되어 있는 것이어도 좋다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 함수(f₁ 내지 f_m)가 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)로 정의되어 있고, 등가 물성값 치환부(49)가 이들 함수를 호출한다고 설명하였다. 그러나 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는 도 9 내지 11, 13과 같은 데이터만을 유지하고 있고, 등가 물성값 치환부(49)의 기능을 실현하는 프로그램에 이들 함수의 정의가 내장되어 있는 실시형태도 가능하다.

본 발명에 의해서 분석 모델을 작성하는 대상물은 여러 가지이고, 그 대상물에 포함되는 체결부의 체결 방법이나, 대상물의 재질도 여러 가지이다. 예컨대 도 13에는 재질로서 알루미늄과 강철만이 예시되어 있지만, 본 발명에 의한 분석 모델 의 작성 방법은 금속, 목재, 합성수지, 천연수지, 유리 등, 여러 가지 재질을 대상으로 할 수 있다.

예컨대 목재나 합성수지를 이용하는 장치의 경우, 접착제에 의한 체결이 있을 수 있다. 그 경우, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는, 접착제의 종류, 접착 대상의 부품의 재질, 접착재의 도포 면적과 접촉면의 면적과의 비 등 중 적어도 하나에 기초하여 등가 물성값을 산출하는 방법을 정의하고 있다. 또한, 목재를 이용하는 장치의 경우, 못에 의한 체결이 있을 수 있다. 그 경우, 체결 부품 등가 물성값 라이브러리(52)는 못의 형상, 치수, 재질 등 중 적어도 하나에 기초하여 등가 물성값을 산출하는 방법을 정의하고 있다.

또한, 핀이나 쐐기 등에 의한 체결 등, 상기에서 예시한 이외의 체결에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다. 또한 본 발명의 적용 대상이 되는 장치도, 전자기기, 기계, 도구, 차량, 각종 케이스, 가구, 건축물 등, 광범위하다.

상기한 예에서는, 도 5와 같이 후보 영역을 결합하는 처리를 행하고 있지만, 후보 영역의 결합은 필수적인 처리가 아니다. 또한, 후보 영역의 형상은, 단계 S203나 S204의 처리가 간단히 되기 때문에 직사각형의 경우를 예시하여 설명했지만, 어떠한 형상이어도 좋다.

이상 설명한 것을 개관하면 본 발명은 이하와 같은 구성을 구비하는 것이다.

(부기 1)

컴퓨터로, 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 가공시킴으로써 분석 모델을 작성시키는 분석 모델 작성 프로그램으로서,

상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 입력 단계와,

상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하며, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 단계와,

상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 이 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 단계와,

상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 이 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 단계를 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 2)

상기 체결부가 상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 체결하는 제3 부품을 포함하는 경우에, 이 제3 부품을 상기 3차원 형상 모델로부터 삭제하는 삭제 단계를 추가로 상기 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 3)

상기 제1 부품 또는 상기 제2 부품 중 적어도 한쪽이 구멍을 포함하고, 상기 제3 부품을 상기 구멍에 끼움으로써 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 체결되는 경우에, 상기 3차원 형상 모델에 있어서 상기 구멍을 메우는 구멍 매립 단계를 상기 컴퓨터에 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 4)

상기 제3 부품은, 볼트, 리벳, 못, 핀, 스폿 용접, 모살 용접 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 5)

상기 체결부가 상기 제3 부품을 포함하는 경우에 있어서, 체결을 위해 상기 제3 부품과 쌍으로 하여 이용되는 제4 부품을 상기 체결부가 더 포함하는 경우, 상기 컴퓨터에, 상기 삭제 단계에서 이 제4 부품도 상기 3차원 형상 모델로부터 삭제시키는 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 6)

상기 제4 부품은 너트, 와셔 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부기 5에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 7)

상기 제3 부품을 이용한 체결에 관한 상기 속성 정보는, 상기 제3 부품의 종류, 재질, 치수, 형상, 하나의 상기 체결부에 대응하는 상기 제3 부품의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 2에 기재한 분석 모델 작성 프로 그램.

(부기 8)

상기 제3 부품의 상기 종류에는, 볼트, 리벳, 못, 핀, 스폿 용접, 모살 용접, 접착제, 나사 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 7에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 9)

상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 모살 용접에 의해 체결되어 있을 때, 상기 등가 물성값은, 상기 모살 용접의 길이, 상기 모살 용접에 의해서 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 접촉되어 있는 접촉면의 면적, 상기 접촉면의 둘레 길이 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 10)

상기 제1 형상과 상기 제2 형상이, 양자를 분할하는 분할면에 있어서 상대적인 어긋남이 생기지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제1 제약 조건을 설정하는 제1 제약 조건 설정 단계와,

서로의 표면에 있어서 접촉되어 있는, 상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상이, 상기 표면에 있어서 상대적인 어긋남이 생기지 않고 접촉을 유지한다고 하는 제2 제약 조건을 설정하는 제2 제약 조건 설정 단계를 상기 컴퓨터에 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 11)

상기 물성값은 영율, 포와송비, 질량 밀도, 열팽창 계수, 진동 감쇠율 중 적어도 1 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 12)

상기 분할 단계에 있어서, 상기 제1 형상과 상기 제2 형상과의 분할면은 평면인 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 13)

하나의 상기 부품에 대응하는 상기 제2 형상이 복수 있는 경우, 또는 상기 분할 단계에 있어서 분할하는 상기 부품이 복수 있는 경우, 모든 상기 분할면끼리의 관계는 평행 또는 직교인 것을 특징으로 하는 부기 12에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 14)

상기 분할 단계는,

상기 체결부에 대응하여, 상기 제1 형상과 상기 제2 형상을 분할하는 분할면을 결정하기 위한 표면을 갖는 3차원 영역의 후보인 후보 영역을 설정하는 후보 영역 설정 단계와,

복수의 상기 후보 영역끼리가 미리 정해진 조건을 만족시키는 경우, 상기 복수의 후보 영역을 결합하여, 이 복수의 후보 영역을 포함하는 하나의 새로운 후보 영역을 설정하는 후보 영역 결합 단계와,

상기 후보 영역의 표면이 상기 부품과 교차하는 면을, 상기 제1 형상과 상기 제2 형상과의 분할면으로서 결정하고, 이 분할면에 의해서 분할하는 분할 실행 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부기 1에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 15)

상기 후보 영역의 모든것은 직사각형의 공간이고,

상기 직사각형의 모든 변은, 상기 3차원 형상 모델에 대응하여 미리 정해진 좌표축인 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행인 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 16)

상기 후보 영역 결합 단계에 있어서의 상기 조건은, 상기 복수의 후보 영역끼리의 거리와, 상기 복수의 후보 영역이 공통으로 포함하는 부품의 개수 중, 적어도 하나에 기초하여 정해져 있는 것을 특징으로 하는 부기 14에 기재한 분석 모델 작성 프로그램.

(부기 17)

복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 장치로서,

상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 접수 수단과,

상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하여, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 수단과,

상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 이 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 수단과,

상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 이 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 장치.

(부기 18)

복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 컴퓨터가 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 방법으로서,

상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 입력 단계와,

상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하여, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 단계와,

상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 이 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상 의 제2 형상으로 분할하는 분할 단계와,

상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 이 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 방법.

(부기 19)

복수의 부품으로 이루어지는 장치의 제조 방법으로서,

부기 18에 기재한 컴퓨터가, 상기 장치의 3차원 형상 모델을 수취하고, 부기 18에 기재한 분석 모델 작성 방법에 의해 상기 3차원 형상 모델을 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 단계와,

이 분석 모델을 이용하여 분석을 행하는 분석 단계와,

상기 분석의 종료 후, 상기 3차원 형상 모델에 따라서 상기 장치를 제조하는 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.

도 1은 본 발명에 의해서 형상 모델로부터 분석 모델을 작성하는 방법의 개략을 예시에 의해 설명하는 도면.

도 2는 3차원 CAD 시스템에 의해 작성된 상세한 형상 모델의 일례.

도 3은 분석 모델 작성 장치의 기능 블록 구성도.

도 4는 형상 모델로부터 분석 모델을 작성하는 처리를 나타내는 흐름도.

도 5는 분할 처리를 나타내는 흐름도.

도 6은 도 2의 일부를 확대하여 후보 영역을 추가한 도면.

도 7은 도 6의 단면도.

도 8은 후보 영역의 마진에 대해서 설명하는 도면.

도 9는 체결 계수 정의 테이블의 예.

도 10은 볼트 체결에 관한 치수 계수 정의 테이블의 예.

도 11은 모살 용접 계수 정의 테이블의 예.

도 12는 모살 용접이 사용되고 있는 경우에 더 요구되는 인수에 대해서 설명하는 도면.

도 13은 각종 물성값을 저장한 재질·물성값 대응 테이블의 예이다.

도 14는 분석 모델의 작성을 포함하는 제조 공정을 나타내는 흐름도.

도 15는 L자 금구를 이용한 체결의 예를 설명하는 도면.

도 16은 나사를 이용한 체결의 예를 설명하는 도면.

도 17은 본 발명의 프로그램을 실행하는 컴퓨터의 블록도.

도 18은 셸 모델에 대해서 설명하는 도면.

부호의 설명

1, 2: 판 3, 4: 볼트 체결

5, 6: 볼트 7, 9: 접촉면

8: 체결부 10, 11, 20, 21: 판

12, 22: 분할면 30: 로커 유닛 구조

31: 볼트 체결 32: 용접

33: 리벳 체결 34: 지주

35: 대들보 36, 37: 볼트

38, 39: 체결부 40: 분석 모델 작성 장치

41: 형상 모델 접수부 42: 체결부 추출부

43: 부품 삭제부 44: 구멍 매립부

45: 분할 처리부 46: 후보 영역 설정부

47: 후보 영역 결합부 48: 분할 실행부

49: 등가 물성값 치환부 50: 형상 모델

51: 체결 부품 위치·속성 DB 52: 체결 부품 등가 물성값 라이브러리

53: 분석 모델 54: 체결부 데이터

61, 62, 63: 후보 영역 64, 65, 66: 지주

67, 68: 대들보 71, 72: 판

73: 체결부 74: 후보 영역

75, 76: 판 77a, 77b: L자 금구

78a, 78b, 79a, 79b: 볼트 80, 81, 82, 83: 판

91, 92: 파이프 93, 94, 95, 96: 파이프

101: CPU 102: ROM

103: RAM 104: 입력 장치

105: 출력 장치 106: 기억 장치

107: 구동 장치 108: 통신 인터페이스

109: 버스 110: 휴대형 기억 매체

111: 네트워크 112: 프로그램 제공자

113: 라이브러리 121, 122: 판

123, 124: 볼트 체결 125, 126: 페이스

127, 128: 점 결합

Claims (10)

1. 컴퓨터에, 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 가공시킴으로써 분석 모델을 작성시키는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체로서,

   상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 입력 단계와,

   상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하며, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 단계와,

   상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품 각각을, 상기 체결부 근방의 제1 형상과 상기 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 단계와,

   상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 상기 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 단계

   를 컴퓨터로 실행시키는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
2. 제1항에 있어서, 상기 체결부가 상기 제1 부품과 상기 제2 부품을 체결하는 제3 부품을 포함하는 경우에, 상기 제3 부품을 상기 3차원 형상 모델로부터 삭제하는 삭제 단계를 상기 컴퓨터로 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 부품 또는 상기 제2 부품 중 적어도 한쪽은 구멍을 포함하고, 상기 제3 부품을 상기 구멍에 끼움으로써 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 체결되는 경우에, 상기 3차원 형상 모델에 있어서 상기 구멍을 메우는 구멍 매립 단계를 상기 컴퓨터로 더 실행시키는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
4. 제2항에 있어서, 상기 제3 부품을 이용한 체결에 관한 상기 속성 정보는, 상기 제3 부품의 종류, 재질, 치수, 형상, 하나의 상기 체결부에 대응하는 상기 제3 부품 개수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 모살 용접(fillet weld)에 의해 체결되어 있을 때, 상기 등가 물성값은, 상기 모살 용접의 길이, 상기 모살 용접에 의해서 상기 제1 부품과 상기 제2 부품이 접촉되어 있는 접촉면의 면적, 상기 접촉면의 둘레 길이 중 적어도 하나를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
6. 제1항에 있어서, 상기 분할 단계는,

   상기 체결부에 대응하여 상기 제1 형상과 상기 제2 형상을 분할하는 분할면을 결정하기 위한 표면을 포함하는 3차원 영역의 후보인 후보 영역을 설정하는 후보 영역 설정 단계와,

   복수의 상기 후보 영역끼리가 미리 정해진 조건을 만족시키는 경우, 상기 복수의 후보 영역을 결합하여, 상기 복수의 후보 영역을 포함하는 하나의 새로운 후보 영역을 설정하는 후보 영역 결합 단계와,

   상기 후보 영역의 표면이 상기 부품과 교차하는 면을, 상기 제1 형상과 상기 제2 형상과의 분할면으로서 결정하고, 상기 분할면에 의해서 분할하는 분할 실행 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
7. 제6항에 있어서, 상기 후보 영역의 전부는 직사각형의 공간이고,

   상기 직사각형의 모든 변은, 상기 3차원 형상 모델에 대응하여 미리 정해진 좌표축인 x축, y축, z축 중 어느 하나와 평행인 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 프로그램을 기록한 기록 매체.
8. 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 장치로서,

   상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 접수 수단과,

   상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하며, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 수단과,

   상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 상기 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 수단과,

   상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 상기 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 장치.
9. 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 3차원 형상 모델을 컴퓨터가 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 방법으로서,

   상기 3차원 형상 모델을 입력으로서 접수하여, 제1 저장 수단에 저장하는 입 력 단계와,

   상기 부품끼리의 체결에 관한 속성 정보를 저장하는 제2 저장 수단을 참조하며, 상기 속성 정보와 상기 3차원 형상 모델에 기초하여, 제1 부품과 제2 부품이 체결되어 있는 체결부를 추출하는 체결부 추출 단계와,

   상기 3차원 형상 모델에 있어서, 상기 제1 부품과 상기 제2 부품의 각각을, 상기 체결부 근방의 제1 형상과, 상기 제1 형상의 나머지 부분에 대응하는 하나 이상의 제2 형상으로 분할하는 분할 단계와,

   상기 제1 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상과 상기 제2 부품을 분할하여 얻어진 상기 제1 형상의 각각에 대하여, 상기 속성 정보에 따른 파라미터와 상기 부품의 재질에 따른 물성값을 저장하는 제3 저장 수단을 참조하여, 상기 파라미터 및 상기 물성값에 기초하여, 체결을 반영한 물성값인 등가 물성값을 산출하며, 상기 등가 물성값을 상기 제1 형상에 할당하는 등가 물성값 할당 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 모델 작성 방법.
10. 복수의 부품으로 이루어지는 장치의 제조 방법으로서,

    제9항에 기재된 컴퓨터가, 상기 장치의 3차원 형상 모델을 수취하고, 제9항에 기재된 분석 모델 작성 방법에 의해 상기 3차원 형상 모델을 가공하여 분석 모델을 작성하는 분석 모델 작성 단계와,

    상기 분석 모델을 이용하여 분석을 행하는 분석 단계와,

    상기 분석 종료 후, 상기 3차원 형상 모델에 따라서 상기 장치를 제조하는 제조 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.

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