WO2014073018A1 - 構造体の接合位置の最適化解析方法及び装置 - Google Patents

構造体の接合位置の最適化解析方法及び装置 Download PDF

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point
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斉藤　孝信
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for optimizing analysis of a joining position of a structure, and mainly optimizing a joining position of spot joining such as spot welding or continuous joining such as laser welding, arc welding, or weld bond joining.
  • the present invention relates to an analysis method and apparatus.
  • CAE analysis computer aided engineering
  • Topology optimization is an optimization that satisfies a certain size by providing a design space of a certain size, incorporating a solid element into the design space, and satisfying the given conditions and leaving the minimum necessary solid element part. This is a method of forming a shape. Therefore, topology optimization uses a method in which a direct load is applied by directly constraining the three-dimensional elements forming the design space. As a technique relating to such topology optimization, Patent Document 1 discloses a method for topology optimization of components of a complex structure.
  • a structure such as a vehicle body forms a single structure by joining a plurality of parts by welding or the like, and it is known that if the amount of joining is increased, the rigidity is improved. However, it is desired to reduce the amount of joining as much as possible from the viewpoint of cost.
  • As a method for determining the joining position between parts there are a method of setting at equal intervals, a method of setting by experience and intuition, and a method of adding to a high stress portion by stress analysis.
  • the welding position is not set by searching for the position necessary for improving the rigidity. In other words, it is necessary to set the welding position, which is inefficient in terms of cost.
  • the characteristic of only the vicinity of the part added as the welding position is improved compared to before the addition, but the characteristic of another part is relatively lowered. In other words, the welding position is not optimized when evaluated as a whole. As described above, none of the conventional techniques can be set at an optimum position for improving characteristics.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is an optimum position for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements. It is an object of the present invention to provide a technique for optimizing the joining position that can be obtained.
  • the present invention provides the following joint position optimization analysis method and joint position optimization analysis apparatus.
  • An optimization analysis method for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements,
  • An analysis target part setting step for setting an analysis target part at a joint point or a joint part for joining the plurality of parts;
  • a fixed joint setting step for setting at least one joint point or joint part as a fixed joint point or fixed joint part in the set analysis target part; and
  • a joint candidate setting step for setting a joint candidate as a joint point or a joint candidate for the analysis target part,
  • An analysis condition setting step for setting an analysis condition for the analysis target part;
  • An optimization analysis method for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements, A joint candidate setting step for setting a joint candidate to be a joint point or a joint part for joining the plurality of components; and An analysis target part setting step for setting an analysis target part for the set joint candidate, and a fixed joint for setting at least one joint point or joint part as a fixed joint point or a fixed joint part in the set analysis target part Configuration steps; An analysis condition setting step for setting an analysis condition for the analysis target part; An analysis step for obtaining an optimum joint point or joint satisfying the analysis condition from the joint candidates, An optimization analysis method of a joint position having
  • An optimization analysis method for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements A joint candidate setting step for setting a joint candidate to be a joint point or a joint part for joining the plurality of components; and An analysis target part setting step for setting an analysis target part for the set joint candidate; A fixed joint setting step for setting at least one joint point or joint part as a fixed joint point or fixed joint part in the set analysis target part; and A joint candidate resetting step for resetting a joint candidate that is a joint point or a joint candidate for the analysis target part; An analysis condition setting step for setting an analysis condition for the analysis target part; An analysis step for obtaining an optimal joint point or joint satisfying the analysis condition from the reset joint candidates, An optimization analysis method of a joint position having
  • the junction candidate resetting step includes a junction generation step for generating the junction point or the junction.
  • the joining generation step includes a step of determining a representative point of the element from the node coordinates of each planar element constituting the part, and a representative of each of the planar elements of the other part with respect to the planar element of the other part based on one planar element of the part.
  • the method for calculating the joining position according to (3) further comprising: calculating a distance between the points from the coordinate values and arranging the joining elements between the planar elements having a distance capable of welding joining.
  • the fixed joint setting step performs a structural analysis on a plurality of joined parts, and sets the fixed joint or the fixed joint based on the result of the structural analysis.
  • the optimization analysis method of the joining position in any one of.
  • the fixed joint setting step performs optimization calculation by numerical analysis for all joint elements in a plurality of joined parts, and the fixed joint point or the fixed joint portion based on the optimization calculation
  • the joint position optimization analysis method according to any one of (1) to (6).
  • the joint candidate setting step includes a joint generation step for generating the joint point or the joint, and the joint generation step determines a representative point of the element from the node coordinates of each planar element constituting the part. And calculating the distance between each representative point from the coordinate values with respect to the plane element of the other part based on one plane element of the part, and the distance between the plane elements of the distance capable of welding joining.
  • An optimization analysis device for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements, An analysis target part setting unit for setting an analysis target part at a joint point or a joint part for joining the plurality of components; A fixed joint setting unit that sets at least one joint point or joint as a fixed joint or fixed joint in the set analysis target part; and A joint candidate setting unit for setting a joint candidate that is a joint point or a joint candidate for the analysis target part; and An analysis condition setting unit for setting an analysis condition for the analysis target unit; An optimization analysis unit for obtaining an optimal joint point or joint satisfying the analysis condition from the joint candidates; and An apparatus for analyzing the optimization of the joint position.
  • An optimization analysis device for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements, A joint candidate setting unit for setting a joint candidate to be a joint point or a joint candidate for joining the plurality of parts, an analysis target unit setting unit for setting an analysis target part for the set joint candidate, A fixed joint setting unit that sets at least one joint point or joint as a fixed joint or fixed joint in the set analysis target part; and An analysis condition setting unit for setting an analysis condition for the analysis target unit; An optimization analysis unit for obtaining an optimal joint point or joint satisfying the analysis condition from the joint candidates; and An apparatus for analyzing the optimization of the joint position.
  • An optimization analysis device for point joining or continuous joining used for joining a plurality of parts constituting a structure model composed of planar elements and / or three-dimensional elements, A joint candidate setting for setting a joint candidate to be a joint point or joint part for joining the plurality of parts, and An analysis target part setting unit that sets an analysis target part for the set joint candidate; A fixed joint setting unit that sets at least one joint point or joint as a fixed joint or fixed joint in the set analysis target part; and A joint candidate resetting unit for resetting a joint candidate that is a joint point or a joint candidate for the analysis target part; and An analysis condition setting unit for setting an analysis condition for the analysis target unit; An optimization analysis unit for obtaining an optimal joint point or joint satisfying the analysis condition from the reset joint candidates; and An apparatus for analyzing the optimization of the joint position.
  • the joint candidate resetting unit includes a joint generation unit that generates the joint point or the joint, and the joint generation unit obtains a representative point of the element from the node coordinates of each planar element constituting the part. Determine the distance between each representative point from the coordinate values for the plane element of the other part with reference to one plane element of the part.
  • the joining position optimization analysis apparatus according to (11), wherein joining elements are arranged.
  • the fixed joint setting unit performs a structural analysis on a plurality of joined parts, and sets the fixed joint point or the fixed joint based on a result of the structural analysis. 13) The joint position optimization analysis apparatus according to any one of 13).
  • the fixed joint setting unit performs optimization calculation by numerical analysis for all joint elements in a plurality of joined parts, and the fixed joint point or the fixed joint part based on the optimization calculation
  • the joint position optimization analysis apparatus according to any one of (9) to (13).
  • the joint candidate setting unit includes a joint generation unit that generates the joint point or the joint, and the joint generation unit determines a representative point of the element from the node coordinates of each planar element constituting the part. Then, based on one plane element of the part, the distance between the representative points is calculated from the coordinate values for the plane element of the other part, and the joints between the plane elements of the distance that can be welded are calculated.
  • the joint position optimization analysis apparatus according to any one of (9) to (15), in which elements are arranged.
  • an analysis target part setting step for setting a joint point for joining a plurality of parts or an analysis target part in the joint part, and at least one joint point or joint part in the set analysis target part is a fixed joint point
  • a fixed joint setting step that is set as a fixed joint a joint candidate setting step that sets a joint candidate that is a joint point or a joint candidate for the analysis target part, and an analysis condition for the analysis target part.
  • Embodiment 1 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the case of optimizing the point joining (spot welding) between these parts of the vehicle body structure model 21 including a plurality of parts shown in FIG. 5 is taken as an example.
  • a configuration of the joint optimization analysis apparatus 1 for a plurality of parts will be described.
  • the joint optimization analysis apparatus 1 for a plurality of parts is hereinafter simply referred to as “joint optimization analysis apparatus 1”.
  • the joint optimization analysis apparatus 1 is an apparatus that optimizes joint of a plurality of parts, and is configured by a PC (personal computer).
  • the arithmetic processing unit 11 is connected to the display device 3, the input device 5, the storage device 7, and the work data memory 9, and performs various functions according to instructions from the arithmetic processing unit 11.
  • the display device 3 is used for displaying calculation results, and is composed of a liquid crystal monitor or the like.
  • the input device 5 is used for a display instruction of the structure model file 13, an operator's condition input, and the like, and includes a keyboard, a mouse, and the like.
  • the storage device 7 is used for storing files and the like, and is configured by a hard disk or the like.
  • the storage device 7 stores at least various types of information such as the structure model file 13.
  • An example in which the structure model file 13 is displayed on the display device is shown in FIG.
  • the structure model 21 may be configured by only planar elements, or may be configured by a combination of planar elements and solid elements.
  • a vehicle body (body) as shown in FIG. 5 is taken as an example of the structure model 21, the vehicle body is mainly composed of a steel sheet, and thus is composed of planar elements.
  • a block body formed of a casting such as an engine is composed of three-dimensional elements.
  • the structure model 21 shown in FIG. 5 is an example in which the parts constituting the structure model 21 are joined at an initial joining point 25 at a pitch of 40 mm.
  • the working data memory 9 and the arithmetic processing unit 11 are used for temporary storage and calculation of data used, and are constituted by a RAM or the like.
  • the arithmetic processing unit 11 is configured by a CPU of a PC, and each unit described below is realized by the CPU executing a predetermined program.
  • the arithmetic processing unit 11 includes an analysis target unit setting unit 15, a fixed joint setting unit 16, a joint generation unit 19, an analysis condition setting unit 17, and an optimization analysis unit 18.
  • the analysis target part setting part 15 sets the analysis target part 23 in the joint point or joint part which joins several components.
  • the fixed joint setting unit 16 sets at least one joint point or joint as a fixed joint or fixed joint in the set analysis target part 23.
  • the joint generation unit 19 sets the joint candidate 29 shown in FIG.
  • the analysis condition setting unit 17 sets analysis conditions for the analysis target unit 23.
  • the optimization analysis unit 18 performs discretization and performs optimal joint point or joint position optimization calculation that satisfies the analysis conditions.
  • a junction point is the case of spot welding and a junction part is the case of continuous welding, in the following description, a junction point is mainly mentioned as an example and demonstrated. However, the present invention can also be applied to the case of continuous joining. The configuration of each part will be described in detail.
  • the analysis target part setting unit 15 sets a part to be optimized as a part of the structure model 21 as the analysis target part 23.
  • a portion surrounded by a rectangle is shown in a portion below the floor at the center of the vehicle body.
  • the portion is a portion that becomes the analysis target portion 23.
  • the fixed joint setting unit 16 selects a fixed joint point 27 shown in FIG. 6 as a significant joint point with respect to a joint part set in advance (hereinafter referred to as “initial joint point 25”).
  • the reason for selecting the fixed joint point 27 is based on the knowledge that the optimization analysis can be appropriately performed by selecting one or more joint points to be joined as a pre-process for the optimization analysis.
  • the fixed junction 27 is set based on the result of performing a simple structure analysis or topology optimization. When the fixed joint 27 is set using simple structure analysis, the setting is performed as follows. First, simple structural analysis such as rigidity analysis is performed, and stress, strain, strain energy, load, and the like are calculated for each of the initial joint points 25.
  • the calculated results are ranked, and the number of fixed joint points 27 set in advance is selected in descending order.
  • the number of fixed joint points 27 is 1 or more.
  • an analysis is performed on the entire initial junction 25, and a significant number of high density points are selected as the fixed junction 27 in a predetermined number.
  • the joint generation unit 19 corresponds to an aspect of the joint candidate setting unit of the present invention.
  • the joint generation unit 19 sets a joint candidate 29 in FIG. 7 between two parts (hereinafter, “part A” and “part B”, respectively).
  • a procedure for setting the bonding candidate 29 will be described based on the flowchart shown in FIG.
  • the center point and the barycentric point are calculated from the node coordinates of each planar element on each part, and the representative point of the element is determined. Integration point coordinates in FEM (Finite Element Method) analysis may be used (step S1).
  • FEM Finite Element Method
  • a point connecting the representative points is created as a connecting line when the distance between the points is the sum of 1/2 of the plate thickness of each component + X mm (step S3).
  • the reason for defining the point-to-point distance is to select only those that can be joined in actual welding. Note that X ⁇ 3 mm is preferable for spot bonding, X ⁇ 3 mm for laser bonding, X ⁇ 6 mm for arc bonding, and X ⁇ 6 mm for weld bond bonding.
  • Step S4 the angle between the connecting line and the planar element is calculated, and a connecting line having an angle of 50 to 90 ° is selected (step S4).
  • the reason for defining the angle is to select only those that can be joined in actual welding in the same manner as the above-mentioned distance between points is defined.
  • a point is set at the center of the selected connecting line, a joining element is arranged by meshing software, and a joining candidate 29 is set (step S5).
  • Steps S1 to S5 are sequentially performed for all the planar elements on the part A other than the planar element a once calculated (Step S6).
  • FIG. 7 shows a state in which the joint candidate 29 is generated by the joint generation unit 19 for the analysis target unit 23.
  • the junction candidate 29 when setting the junction candidate 29 using the junction production
  • the analysis condition setting unit 17 inputs analysis conditions for performing optimization calculation.
  • the analysis conditions include, for example, the restraint position of the structure, the position where the load is applied, the material volume ratio, the rigidity is maximized, the displacement is minimized, the stress is minimized, and the like.
  • the analysis conditions include, for example, the restraint position of the structure, the position where the load is applied, the material volume ratio, the rigidity is maximized, the displacement is minimized, the stress is minimized, and the like.
  • the analysis conditions include, for example, the restraint position of the structure, the position where the load is applied, the material volume ratio, the rigidity is maximized, the displacement is minimized, the stress is minimized, and the like.
  • the optimization analysis unit 18 performs optimization analysis based on the analysis conditions set by the analysis condition setting unit 17 with respect to the bonding candidate 29 existing in the analysis target unit 23, and selects the optimal bonding point 31.
  • topology optimization can be applied. In that case, it is preferable to perform discretization by setting the penalty coefficient of an element to 4 or more. In the case of using the density method in topology optimization, if the intermediate density is large, discretization is preferable, which is expressed by Expression (1).
  • K ( ⁇ ) ⁇ p K (1) here, K : Matrix that penalizes element stiffness matrix K: Element stiffness matrix ⁇ : Density p: Penalty coefficient
  • the penalty coefficient often used for discretization is 2 or more, but in the present invention, the penalty coefficient is 4 or more. It was revealed that this is necessary for the optimization of the joint.
  • the optimization analysis unit 18 may perform a topology optimization process, or may be an optimization process based on another calculation method. Therefore, as the optimization analysis unit 18, for example, commercially available analysis software using a finite element can be used.
  • a joint candidate 29 is generated in the analysis target unit 23 by the joint generation unit 19 (see FIG. 7), and an optimization analysis process is executed on the candidate 29, so that the joint candidate set in the analysis target unit 23 shown in FIG. 29, the optimum joint point 31 that satisfies the given analysis condition shown in FIG.
  • the structure model 21 is read from the storage device 7 and displayed on the display device 3.
  • the operator instructs setting of the analysis target unit 23 to be optimized.
  • the analysis target part setting unit 15 sets the part as the analysis target part 23 (S11).
  • the operator gives an instruction to set the fixed joint point 27 from the initial joint points 25 existing in the analysis target part 23.
  • the fixed joint setting unit 16 sets a predetermined number of fixed joint points 27 by the above-described simple structure analysis or topology optimization (see FIG. 6) (S12).
  • the operator instructs the analysis target unit 23 to set the joint candidate 29.
  • the joint generation unit 19 generates a joint candidate 29 in the analysis target unit 23 by the above-described processing (see FIG. 7) (S13).
  • the operator sets analysis conditions by the analysis condition setting unit 17 (S14).
  • the analysis conditions include the constraint position of the structure, the position where the load is applied, the material volume ratio, the rigidity is maximized, the displacement is minimized, the stress is minimized, and the like.
  • the optimization analysis unit 18 executes calculation for optimization analysis (S15). Necessary joint points of the joint candidates 29 are displayed on the display unit by the optimization calculation (see FIG. 8).
  • the operator creates a model with the joint obtained by the optimization calculation, and confirms the rigidity based on the model.
  • the part to be subjected to the joint optimization is set as the analysis target part 23 in the structure model 21, and the fixed joint point 27 is set in the set analysis target part 23. Furthermore, since the joint candidate 29 is generated in the analysis target part 23 and the optimization analysis process is performed, the optimization analysis process for the joint point can be appropriately performed. As a result, for example, the welding location in the vehicle body structure can be optimized, and the welding cost can be reduced.
  • the case where the initial joint points 25 are set in advance in the structure model 21 at a pitch of 40 mm is taken as an example, and the fixed joint setting unit 16 performs simple structural analysis or topology from the initial joint points 25.
  • An example in which a predetermined number of fixed joint points 27 is set by optimization has been shown.
  • the method for setting the fixed joint or the fixed joint in the fixed joint setting step in the present invention is not limited to the above case, and the operator fixes a desired position by the input device 5 separately from the initial joint 25. You may set as a junction or a fixed junction.
  • the operator inputs an appropriate position as a fixed joint point or a fixed joint candidate using the input device 5, and the input candidate is subjected to simple structural analysis or topology optimization.
  • a predetermined number of fixed joint points 27 may be set.
  • a fixed joint point or a fixed joint candidate is generated by the joint generation unit 19, and a predetermined number of fixed joint points 27 are set for the generated candidate by simple structural analysis or topology optimization. May be.
  • the case where the initial joint point 25 is set in advance in the structure model 21 is different from the case where the initial joint point is set in advance by a person other than the operator, for example.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, as shown in FIG. 5, the parts constituting the vehicle body structure model 21 are initially joined in advance. However, depending on the structure model 21, the parts constituting the structure model 21 may not be joined. In such a case, a joint candidate 29 is generated by the joint generation unit 19 for all the parts constituting the structure model 21, and the generated joint candidate 29 is used as an initial joint point as in the first embodiment. A similar process may be performed.
  • FIG. 4 is a flow chart for such a case, and the same reference numerals are assigned to the same parts as those in FIG.
  • FIG. 4 the processing flow of the joining optimization analysis method when there is no initial joining point 25 will be described. In the following description, description of the same processing as that described in Embodiment 1 will be omitted.
  • the structure model 21 memorize
  • the analysis target unit 23 to be analyzed is set (S11).
  • the fixed joint setting unit 16 sets a predetermined number of fixed joint points 27 by, for example, simple structure analysis or topology optimization with respect to the joint candidates 29 generated in S13 existing in the set analysis target part (S12). ).
  • the analysis conditions are set as in the first embodiment (S14), and the optimization process is executed on the joint candidate 29 existing in the analysis target section 23 (S15).
  • the joint can be optimized for the desired analysis target portion 23.
  • the method of setting the fixed joint or the fixed joint in the fixed joint setting step in the present invention is not limited to the above case, and the operator can input the input device 5 separately from the joint candidate 29 generated as the initial joint point.
  • the desired position may be set as a fixed joint or a fixed joint.
  • the operator inputs an appropriate position as a fixed joint point or a fixed joint candidate using the input device 5, and simple structure analysis or topology optimization is performed on the input candidate.
  • a predetermined number of fixed joint points 27 may be set.
  • a fixed joint point or a fixed joint candidate is automatically regenerated and regenerated by a joint candidate resetting unit having the same function as the joint generation unit 19.
  • a predetermined number of fixed joints 27 may be set for the candidates by simple structural analysis or topology optimization.
  • Embodiments 1 and 2 described above the method of automatically generating the bonding candidate 29 as the method of setting the bonding candidate 29 has been described.
  • the present invention is not limited to this, for example, an operator May be set by manual input using the input device 5.
  • the simulation was performed in the case where the region surrounded by a rectangular parallelepiped in the vehicle body structure model 21 shown in FIG. This was performed according to the procedure of the first embodiment described above under the condition that the initial joining points 25 were set at a pitch of 40 mm. Further, the number of bonding candidates 29 and the optimum bonding points 31 are 5424 and 347, respectively, depending on the volume of the analysis target portion 23 and the like.
  • the fixed junction 27 was set using topology optimization calculation. As a result of the topology optimization calculation, 66 pieces having high density were determined as fixed junctions 27.
  • FIG. 9 shows a state in which the joint candidate 29 is generated in the analysis target portion 23 in this case
  • FIG. 10 shows the result of performing the topology optimization calculation for the generated joint candidate 29 without setting the fixed joint point 27.
  • the final number of junction points is 413, which is the same number, but comparing FIG. 8 and FIG. 10, it can be seen that the position of the optimum junction point 31 is different.
  • Rigidity analysis was performed based on the setting of the optimum joint calculated in each of the example and the comparative example.
  • a load of 0.5 kN was applied to one of the four locations a, b, c, and d shown in FIG. 11, and the other three locations were constrained to give torsion.
  • the analysis conditions were changed by changing the density discretization, penalty coefficient, fixed joint point 27 setting, and joint candidate automatic generation.
  • the dimensions of the vehicle body used for the analysis were steel sheets and steel materials having a width of 1200 mm, a length of 3350 mm, a height of 1130 mm, and a thickness of 0.8 mm to 2.0 mm.
  • the standard weight is 125 kg, and the average value of torsional rigidity in the original shape is 25.1 (kN * m / deg).
  • a steel-based material is used, but there is no problem even if various materials such as aluminum, titanium, magnesium, glass, resin, rubber are used.
  • the results of the analysis are shown in Table 1.
  • the rigidity improvement rate is hardly increased in Comparative Examples 6 and 7, whereas the rigidity improvement rate is greatly improved in Examples 1 to 5 of the present invention.
  • the model creation method and calculation method according to the present invention proved that the optimization of the junction point is appropriate.
  • the rigidity improvement rate in Table 1 refers to the rigidity improvement ratio with respect to the rigidity in that case on the basis of the case where joint points are provided at an initial 40 mm pitch.

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Abstract

本発明に係る接合位置の最適化解析方法は、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、前記複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップとを有する。

Description

構造体の接合位置の最適化解析方法及び装置
　本発明は、構造体の接合位置の最適化解析方法及び装置に関するものであり、主としてスポット溶接などの点接合や、レーザー溶接、アーク溶接、またはウェルドボンド接合などの連続接合の接合位置の最適化解析方法及び装置に関する。
　近年、特に自動車産業においては環境問題に起因した車体の軽量化が進められており、車体の設計にコンピュータ支援工学(computer aided engineering)による解析（以下、「ＣＡＥ解析」という）は欠かせない技術となっている。
　このＣＡＥ解析では数理最適化、板厚最適化、形状最適化、トポロジー最適化などの最適化技術を用いることによって剛性の向上や軽量化が図られることが知られており、例えばエンジンブロックなどの鋳物の構造最適化によく用いられている。
　最適化技術の中で、特にトポロジー最適化(topology optimization)が着目されつつある。トポロジー最適化はある程度の大きさの設計空間を設け、当該設計空間に立体要素(element)を組み込み、与えられた条件を満たしかつ必要最小限の立体要素の部分を残すことで当該条件を満たす最適形状とするという方法である。そのため、トポロジー最適化は、設計空間をなす立体要素に直接拘束を行い、直接荷重を加えるという方法が用いられる。
　このようなトポロジー最適化に関する技術として、複雑な構造体のコンポーネントのトポロジー最適化のための方法が特許文献１に開示されている。
特開２０１０－２５０８１８号公報
　車体のような構造体は複数の部品を溶接などによって接合することにより一つの構造体を形成しており、接合量を増やせば剛性が向上することが知られている。しかし、コストの観点から接合量をできるだけ少なくすることが望まれている。
　部品どうしの接合位置を決定する方法としては、均等間隔に設定する方法、経験や勘により設定する方法、応力解析により応力が高い部分に追加する方法などがある。
　しかしながら、接合位置を均等間隔に設定する方法や経験や勘により溶接位置を設定する方法では、剛性を向上させるために必要な位置を探して溶接位置を設定するのではないため、不要な位置に溶接位置を設定することになりコストの面からは効率が悪いと言わざるを得ない。
　また、応力解析により応力が大きい部位に溶接位置を追加する方法では、追加前に対して溶接位置として追加した部位の近傍のみの特性が向上するが、別の部位の特性が相対的に低下することになり、全体として評価したときには溶接位置を最適化しているとはいえない。
　このように従来技術は、いずれも特性向上のための最適な位置に設定できるものではない。
　そこで、特許文献１に開示されたような最適化技術を適用することが考えられるが、溶接位置の最適化についてどのようにして最適化技術を適用するかについて開示した文献はなく、このような技術の開発が望まれていた。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適位置を求めることができる接合位置の最適化技術を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は下記の接合位置の最適化解析方法および接合位置の最適化解析装置を提供する。
（１）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
　 前記複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、
設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップと、を有する接合位置の最適化解析方法。
（２）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
　　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップと、
を有する接合位置の最適化解析方法。
（３）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
　　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、
設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を再設定する接合候補再設定ステップと、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記再設定した接合候補の中から求める解析ステップと、
を有する接合位置の最適化解析方法。
（４）前記接合候補再設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、
該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップと、を有する、（３）に記載の接合位置の最適化解析方法。
（５）前記解析ステップは、離散化係数を４以上に設定して離散化を行う、（１）乃至（４）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析方法。
（６）前記固定接合設定ステップは、接合された複数の部品に対して構造解析を行い、該構造解析の結果に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、（１）乃至（５）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析方法。
（７）前記固定接合設定ステップは、接合された複数の部品における全ての接合要素を対象にして数値解析による最適化計算を行い、該最適化計算に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、（１）乃至（６）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析方法。
（８）前記接合候補設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップと有する、（１）乃至（７）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析方法。
（９）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
　　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める最適化解析部と、
を有する接合位置の最適化解析装置。
（１０）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
　　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部、設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める最適化解析部と、
を有する接合位置の最適化解析装置。
（１１）平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
　　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定と、
設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を再設定する接合候補再設定部と、
前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記再設定した接合候補の中から求める最適化解析部と、
を有する接合位置の最適化解析装置。
（１２）前記接合候補再設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置する、（１１）に記載の接合位置の最適化解析装置。
（１３）前記最適化解析部は、離散化係数を４以上に設定して離散化を行う、（９）乃至（１２）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析装置。
（１４）前記固定接合設定部は、接合された複数の部品に対して構造解析を行い、該構造解析の結果に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、（９）乃至（１３）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析装置。
（１５）前記固定接合設定部は、接合された複数の部品における全ての接合要素を対象にして数値解析による最適化計算を行い、該最適化計算に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、（９）乃至（１３）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析装置。
（１６）前記接合候補設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置する、（９）乃至（１５）のいずれかに記載の接合位置の最適化解析装置。
　本発明においては、複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップとを備えたことにより、構造体の特性向上のための最適な接合位置を設定することができる。
本発明の一実施の形態に係る接合位置の最適化解析装置のブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る接合位置の最適化解析装置における接合生成部の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る接合位置の最適化解析装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態に係る接合位置の最適化解析装置の処理の流れを示すフローチャートである。 構造体モデルの一例を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態において固定接合点を設定した状態の説明図である。 本発明の一実施の形態において固定点接合点を設定した後、接合部を生成した状態を説明する説明図である。 図７に示す状態に対して最適な接合点を求める解析処理をした状態を説明する説明図である。 比較例の説明図であり、固定点接合点を設定しないで、接合部を生成した状態を説明する図である。 図９に示す状態に対して最適な接合点を求める解析処理をした状態を説明する説明図である。 解析条件としての荷重拘束条件を説明する説明図である。
実施の形態１
　本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　まず、主として図１に示すブロック図に基づき、図５に示す複数の部品から成る車体の構造体モデル２１について、これらの部品どうしの点接合（スポット溶接）の最適化をする場合を例に挙げて、複数の部品の接合最適化解析装置１の構成について説明する。複数の部品の接合最適化解析装置１を、以下、単に「接合最適化解析装置１」という。
　本実施の形態に係る接合最適化解析装置１は、複数の部品の接合の最適化を行う装置であり、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって構成され、表示装置３と入力装置５と記憶装置７と作業用データメモリ９および演算処理部１１を有している。
　また、演算処理部１１には、表示装置３と入力装置５と記憶装置７および作業用データメモリ９が接続され、演算処理部１１の指令によって各機能を行う。
＜表示装置＞
　表示装置３は計算結果の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。
＜入力装置＞
　入力装置５は構造体モデルファイル１３の表示指示、操作者の条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
＜記憶装置＞
　記憶装置７は、ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。記憶装置７内には、少なくとも、構造体モデルファイル１３等の各種の情報が格納される。構造体モデルファイル１３を表示装置に表示した一例が図５に示されている。構造体モデル２１は、平面要素のみによって構成されたものでもよいし、あるいは平面要素と立体要素の組合せによって構成されたものでもよい。例えば、構造体モデル２１の例として図５に示すような車体（ボディ）を例に挙げると、車体は主に薄鋼板(steel sheet)によって形成されることから平面要素によって構成される。ただ、例えばエンジンのような鋳物で形成されるブロック体のようなものは立体要素で構成される。図５に示した、構造体モデル２１は構造体モデル２１を構成する各部品が初期接合点２５によって４０ｍｍピッチで接合されている例である。
＜作業用データメモリ＞
　作業用データメモリ９、演算処理部１１で使用するデータの一時保存や演算等に用いられ、ＲＡＭ等で構成される。
＜演算処理部＞
　演算処理部１１はＰＣのＣＰＵによって構成され、以下に説明する各部はＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
　演算処理部１１は、解析対象部設定部１５と、固定接合設定部１６と、接合生成部１９と、解析条件設定部１７と、最適化解析部１８と、を備えている。
解析対象部設定部１５は、複数の部品を接合する接合点または接合部における解析対象部２３を設定する。
固定接合設定部１６は、設定された解析対象部２３において少なくとも１箇所の接合点または接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する。
接合生成部１９は、解析対象部２３に図７に示す接合候補２９を設定する。
解析条件設定部１７は、解析対象部２３に対して解析条件を設定する。
最適化解析部１８は、離散化を行って解析条件を満たす最適な接合点又は接合位置最適化計算を行う。
　なお、接合点とはスポット溶接の場合であり、接合部とは連続溶接の場合であるが、以下の説明では主として接合点を例に挙げて説明する。もっとも本発明は連続接合の場合にも適用できるものである。
　各部の構成を詳細に説明する。
〔解析対象部設定部〕
　解析対象部設定部１５は、構造体モデル２１の一部に最適化の対象となる部分を解析対象部２３として設定する。図５に示した構造体モデル２１においては、車体の中央部のフロア以下の部分に矩形で囲んだ部位が示されているが、この例では当該部位が解析対象部２３となる部位である。
〔固定接合設定部〕
　固定接合設定部１６は、あらかじめ設定された接合部（以下、「初期接合点２５」という）に対して有意な接合点として図６に示す固定接合点２７を選出する。固定接合点２７を選出する理由は、最適化解析の前処理として必ず接合する１カ所以上の接合箇所を選出することによって、最適化解析が適切に行えるという知見に基づくものである。
　固定接合点２７は、単純構造解析または、トポロジー最適化を実施した結果に基づいて設定される。
　単純構造解析を用いて固定接合点２７を設定する場合は、次のように設定する。まず、剛性解析などの単純構造解析を行い、初期接合点２５の各々に対し応力、ひずみ、ひずみエネルギー、荷重等を算出する。次に、この算出した結果を順位づけし、順位の高いものから順番に、あらかじめ設定された固定接合点２７の数だけ選出する。固定接合点２７の数は、１以上とする。
　トポロジー最適化を用いて固定接合点２７を設定する場合は、初期接合点２５全体に対して解析を実行し、密度の大きい有意な点を固定接合点２７として予め定めた数だけ選択する。
　固定接合設定部１６による、固定接合設定処理を実行することで、図６に示すように、固定接合点２７が配置された。
〔接合生成部〕
　接合生成部１９は、本発明の接合候補設定部の一態様に相当する。
　接合生成部１９は、ある２つの部品（以下、それぞれ「部品Ａ」および「部品Ｂ」という）の間に図７の接合候補２９を設定する。接合候補２９の設定の手順を図２に示したフローチャートに基づいて説明する。
　まず、各部品上の各平面要素の節点(node)座標から中心点、重心点を算出し、要素の代表点を決める。ＦＥＭ(Finite Element Method)解析での積分点座標を用いてもよい（ステップＳ１）。
　次に、部品Ａ上のあるひとつの平面要素ａの代表点と、部品Ｂ上の全平面要素の代表点の間のそれぞれの点距離を座標値から計算する（ステップＳ２）。
　次に、点間距離がそれぞれの部品の板厚の１／２の和＋Ｘｍｍのものについて、代表点を結ぶものを連結線として作成する（ステップＳ３）。点間距離を規定したのは、実際の溶接において接合が可能なもののみを選別するためである。なお、スポット接合の場合Ｘ＜３ｍｍ、レーザー接合の場合Ｘ＜３ｍｍ、アーク接合の場合Ｘ＜６ｍｍ、ウェルドボンド接合の場合Ｘ＜６ｍｍが好ましい。
　次に、連結線と平面要素の角度を算出し、角度が５０～９０°の間の連結線を選出する（ステップＳ４）。
　角度を規定した理由も上記の点間距離を規定したのと同様に、実際の溶接において接合が可能なもののみを選別するためである。
　次に、選出した連結線の中心にポイントを設定し、メッシングソフトにより接合要素を配置し、接合候補２９を設定する（ステップＳ５）。
　次に、一度計算をした平面要素ａ以外の部品Ａ上の全平面要素について、ステップＳ１～ステップＳ５を順次おこなう（ステップＳ６）。
　なお、図１の接合生成部１９によって図７に示す接合候補２９を生成する処理は、図５の構造体モデル２１そのものが複数の部品で構成されているが、当該処理について接合点が与えられていないような場合にも行われる。また、予め初期接合点が与えられていた場合においては、接合対象部について最適化処理を行う前に行われる。
　解析対象部２３に対して接合生成部１９によって接合候補２９を生成した状態が図７に示されている。
　なお、接合生成部１９を用いて接合候補２９を設定する場合は、解析対象部２３の体積などに応じて、接合候補２９の数を設定してもよいし、設定可能な範囲でできる限り多く設定してもよい。
〔解析条件設定部〕
　解析条件設定部１７は最適化計算を行うための解析条件を入力する。解析条件としては、例えば構造体の拘束位置、荷重を付加する位置、材料体積率、剛性を最大にする、変位を最小にする、応力を最小にする等である。
　例えば、構造体モデル２１（車体）に捩じるような荷重が作用する場合において、解析対象部２３について最大剛性を計算するような場合には、図１１に示すように、構造体モデル２１の４箇所（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を設定して、このうちの３カ所を拘束し、残りの１カ所に荷重を付加するような条件とする。
〔最適化解析部〕
　最適化解析部１８は、解析対象部２３に存在する接合候補２９に対して解析条件設定部１７で設定された解析条件に基づいて最適化解析を実行し、最適接合点３１を選出する。
　最適化解析方法としては、トポロジー最適化を適用することができ、その場合には要素のペナルティ係数を４以上に設定して離散化を行うようにするのが好ましい。
　トポロジー最適化で密度法を用いる場合に、中間的な密度が多い場合には離散化が好ましく、式（1）であらわされる。
　　　　　Ｋ（ρ）＝ρｐＫ・・・・・（１）
　ここで、
　　　　　Ｋ：要素の剛性マトリックスにペナルティを科したマトリックス
　　　　　Ｋ：要素の剛性マトリックス
　　　　　ρ：密度
　　　　　ｐ：ペナルティ係数
　離散化によく用いられるペナルティ係数は２以上であるが、本発明ではペナルティ係数として４以上の値が接合の最適化に必要であることが明らかになった。
　なお、最適化解析部１８はトポロジー最適化処理を行うものでもよいし、他の計算方式による最適化処理であってもよい。したがって、最適化解析部１８としては、例えば市販されている有限要素を用いた解析ソフトを使用することができる。
　接合生成部１９によって解析対象部２３に接合候補２９を生成し（図７参照）、これに対して最適化解析処理を実行することで、図７に示す解析対象部２３に設定された接合候補２９のうち、図１０に示す与えられた解析条件を満たす最適接合点３１が残る。
　次に、図３に示すフローチャートに基づいて接合最適化解析装置１を用いた接合最適化解析方法について、図５に示す複数の部品から成る構造体モデル２１について、これらの部品どうしの接合の最適化をする場合を例に挙げて説明する。ここでは、図５に示すように、あらかじめ初期接合点２５が４０ｍｍのピッチで設定されているものとする。なお、以下に説明する処理は、操作者が入力装置５を通じてＰＣに指示することによって、ＰＣにおける演算処理部１１の各機能が処理を実行するものである。
　操作者が、解析処理の対象となる構造体モデル２１のファイル読み出しを入力装置５によって指示することで、構造体モデル２１が記憶装置７から読みだされ、表示装置３に表示される。
　操作者は、表示された構造体モデル２１において、最適化処理の対象となる解析対象部２３の設定を指示する。この指示がなされることで、解析対象部設定部１５が当該部位を解析対象部２３として設定される（Ｓ１１）。
　解析対象部２３が設定されると、操作者は解析対象部２３に存在する初期接合点２５の中から固定接合点２７を設定する指示を行う。この指示を受けて、固定接合設定部１６は上述した単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定する（図６参照）（Ｓ１２）。
　固定接合点２７が設定されると、操作者は解析対象部２３に接合候補２９を設定する指示を行う。この指示を受けて、接合生成部１９は解析対象部２３に、上述した処理によって接合候補２９を生成する（図７参照）（Ｓ１３）。
　次に、操作者は、解析条件設定部１７によって解析条件を設定する（Ｓ１４）。解析条件としては、前述したように、構造体の拘束位置、荷重を加える位置、材料体積率、剛性を最大にする、変位を最小にする、応力を最小にする等である。解析条件の入力が完了すると、解析実行を指示する。
　最適化解析部１８は、指示を受けて最適化解析の計算を実行する（Ｓ１５）。最適化計算によって接合候補２９のうちの必要な接合点が表示部に表示される（図８参照）。
　操作者は、最適化計算によって得られた接合点によってモデルを作成し、当該モデルに基づいて剛性の確認を行う。
　以上のように本実施の形態では、接合最適化の対象となる部位を構造体モデル２１の中に解析対象部２３として設定し、設定された解析対象部２３に固定接合点２７を設定し、さらに解析対象部２３に接合候補２９を生成して最適化解析処理を行うようにしたので、接合点に対する最適化解析処理を適切に行うことができる。
　これによって、例えば車体構造における溶接個所の最適化が可能になり、溶接コストの低減が実現できる。
　なお、上記の説明では、構造体モデル２１にあらかじめ初期接合点２５が４０ｍｍのピッチで設定されている場合を例に挙げ、固定接合設定部１６が初期接合点２５の中から単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定する例を示した。
　しかし、本発明における固定接合設定ステップにおける固定接合点又は固定接合部の設定方法は上記の場合に限られるものではなく、初期接合点２５とは別に操作者が入力装置５によって所望の位置を固定接合点又は固定接合部として設定してもよい。
　また、初期接合点２５とは別に操作者が入力装置５によって適当な位置を固定接合点又は固定接合部の候補として入力し、当該入力された候補に対して、単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定するようにしてもよい。
　また、接合生成部１９によって固定接合点又は固定接合部の候補を生成し、生成された候補に対して、単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定するようにしてもよい。
　なお、上記の説明において、構造体モデル２１にあらかじめ初期接合点２５が設定されている場合とは、例えば操作者とは別の者において予め初期接合点が設定されている場合の他、別の者において設定されていた初期設定点に操作者等が接合点を追加設定したような場合も含む。
実施の形態２
　上記の実施の形態１においては、図５に示すように、車体の構造体モデル２１を構成する部品が予め初期接合されている場合であった。
　しかし、構造体モデル２１によっては構造体モデル２１を構成する各部品が接合されていない場合もある。このような場合には、構造体モデル２１を構成する各部品全体に対して接合生成部１９による接合候補２９の生成を行って、生成された接合候補２９を初期接合点として実施の形態１と同様の処理を行えばよい。
　図４はこのような場合についてのフローチャートであり、図３と同じを処理を行う箇所には同じ符号が付してある。以下、図４に基づいて初期接合点２５が無い場合の接合最適化解析方法の処理の流れを説明する。
　なお、下記の説明においては、実施の形態１で説明したのと同様の処理については説明を省略する。
　記憶装置７に記憶されている構造体モデル２１を読み出し、構造体モデル２１を構成する各部品を接合する接合候補２９を生成する（Ｓ１３）。
　接合候補２９が生成されると、解析対象となる解析対象部２３を設定する（Ｓ１１）。設定された解析対象部に存在するＳ１３によって生成された接合候補２９に対して、固定接合設定部１６によって例えば単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定する（Ｓ１２）。
　固定接合点２７が設定された後は、実施の形態１と同様に解析条件を設定し（Ｓ１４）、解析対象部２３に存在する接合候補２９に対して最適化処理を実行する（Ｓ１５）。
　以上のように、本実施の形態によれば、構造体モデル２１に初期の接合が設定されていないような場合であっても所望の解析対象部２３について接合の最適化を行うことができる。
　なお、上記の説明では、固定接合点２７の設定方法として、初期接合点として生成された接合候補２９の中から単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定する例を示した。
　しかし、本発明における固定接合設定ステップにおける固定接合点又は固定接合部の設定方法は上記の場合に限られるものではなく、初期接合点として生成された接合候補２９とは別に操作者が入力装置５によって所望の位置を固定接合点又は固定接合部として設定してもよい。
　また、生成された接合候補２９とは別に操作者が入力装置５によって適当な位置を固定接合点又は固定接合部の候補として入力し、当該入力された候補に対して、単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定するようにしてもよい。
　また、初期接合点として生成された接合候補２９とは別に接合生成部１９と同様の機能を有する接合候補再設定部によって固定接合点又は固定接合部の候補を自動で再生成し、再生成された候補に対して、単純構造解析またはトポロジー最適化によって予め定めた数の固定接合点２７を設定するようにしてもよい。
　なお、上記の実施の形態１、２においては、接合候補２９を設定する方法として接合生成部によって自動的に生成する方法を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば操作者が入力装置５を使って手入力することによって設定してもよい。
　以下、本発明の効果を確認するシミュレーションを行ったので、これについて説明する。
　シミュレーションは図５に示す車体の構造体モデル２１における直方体で囲まれた領域を解析対象部２３として、解析対象部２３内の部品どうしの接合の最適化をする場合について行った。初期接合点２５が４０ｍｍピッチで設定されているという条件で、前述した実施の形態１の手順に則って行った。また、接合候補２９、最適接合点３１は、解析対象部２３の体積等に応じてそれぞれ５４２４個、３４７個とした。なお固定接合点２７の設定はトポロジー最適化計算を用いて行った。トポロジー最適化計算の結果、密度の高い６６個を固定接合２７とした。
　以下、本発明の効果と比較するため固定接合点２７を設定しないで最適化解析処理を行った。図９はこの場合における解析対象部２３に接合候補２９を生成した状態を示し、図１０は生成した接合候補２９に対して固定接合点２７を設定しないでトポロジー最適化計算を行った結果を示している。
　なお、比較例と実施例では、最終的な接合点の数は、同数の４１３個であるが、図８と図１０を比較すると、最適接合点３１の位置が異なっていることがわかる。
　実施例と比較例のそれぞれで算出した最適接合点の設定をもとに、剛性解析を行った。解析条件は図１１に示すａ、ｂ、ｃ、ｄの４か所のうち１か所に０．５ｋＮの荷重を与え、他方３か所を拘束し、ねじりを与えるものとした。
　また、解析条件として密度の離散化の有無、ペナルティ係数、固定接合点２７の設定の有無、接合候補自動生成の有無を変えて行った。
　解析に用いた車体の寸法は、巾1200mm、長さ3350mm、高さ1130mmで、板厚0.8mmから2.0mmの鋼板および鋼材を用いた。基準の重量は125kgであり、元の形状でのねじり剛性の平均値は25.1(kN*m/deg)である。本実施例では鋼ベースの材料を用いたが、アルミニウム、チタニウム、マグネシウム、ガラス、樹脂、ゴム等、種種の材料を用いても何ら問題はない。
　解析の結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　表１に示されるように、比較例６、７では剛性向上率がほとんどアップしていないのに対して、本発明例１～５では剛性向上率が大きく向上している。本発明によるモデルの作成方法および計算方法により接合点の最適化が適切であることが実証された。
　なお、表１における剛性向上率とは、初期の４０ｍｍピッチで接合点を設けた場合を基準としてその場合の剛性に対する剛性の向上率をいう。
　　１　接合最適化解析装置
　　３　表示装置
　　５　入力装置
　　７　記憶装置
　　９　作業用データメモリ
　１１　演算処理部
　１３　構造体モデルファイル
　１５　解析対象部設定部
　１６　固定接合設定部
　１７　解析条件設定部
　１８　最適化解析部
　１９　接合生成部
　２１　構造体モデル
　２３　解析対象部
　２５　初期接合点
　２７　固定接合点
　２９　接合候補
　３１　最適接合点

Claims (16)

  1. 　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
    前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップと、
    を有する接合位置の最適化解析方法。
  2. 　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
    設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める解析ステップと、
    を有する接合位置の最適化解析方法。
  3. 　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析方法であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定ステップと、
    設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定ステップと、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定ステップと、
    前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を再設定する接合候補再設定ステップと、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定ステップと、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記再設定した接合候補の中から求める解析ステップと、
    を有する接合位置の最適化解析方法。
  4. 　前記接合候補再設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、
    該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップとを有する請求項３に記載の接合位置の最適化方法。
  5. 　前記解析ステップは、離散化係数を４以上に設定して離散化を行う、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合位置の最適化解析方法。
  6. 　前記固定接合設定ステップは、接合された複数の部品に対して構造解析を行い、該構造解析の結果に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合位置の最適化解析方法。
  7. 　前記固定接合設定ステップは、接合された複数の部品における全ての接合要素を対象にして数値解析による最適化計算を行い、該最適化計算に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合部の最適化解析方法。
  8. 　前記接合候補設定ステップは、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成ステップを有し、
    該接合生成ステップは、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定するステップと、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置するステップとを有する、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合位置の最適化方法。
  9. 　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部における解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
    前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める最適化解析部と、
    を有する接合位置の最適化解析装置。
  10. [規則91に基づく訂正 14.12.2012]　
    　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、
    設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記接合候補の中から求める最適化解析部と、
    を有する接合位置の最適化解析装置。
  11. [規則91に基づく訂正 14.12.2012]　
    　平面要素及び／または立体要素からなる構造体モデルを構成する複数部品の接合に用いられる点接合または連続接合の最適化解析装置であって、
    　前記複数の部品を接合する接合点又は接合部の候補となる接合候補を設定する接合候補設定部と、
    設定された接合候補に対して解析対象部を設定する解析対象部設定部と、
    設定された解析対象部において少なくとも１箇所の接合点又は接合部を固定接合点又は固定接合部として設定する固定接合設定部と、
    前記解析対象部に対して接合点又は接合部の候補となる接合候補を再設定する接合候補再設定部と、
    前記解析対象部に対して解析条件を設定する解析条件設定部と、
    前記解析条件を満たす最適な接合点又は接合部を前記再設定した接合候補の中から求める最適化解析部と、
    を有する接合位置の最適化解析装置。
  12. 　前記接合候補再設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、
    該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置する、請求項１１記載の接合位置の最適化装置。
  13. 　前記最適化解析部は、離散化係数を４以上に設定して離散化を行う、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の接合位置の最適化装置。
  14. 　前記固定接合設定部は、接合された複数の部品に対して構造解析を行い、該構造解析の結果に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の接合位置の最適化解析装置。
  15. 　前記固定接合設定部は、接合された複数の部品における全ての接合要素を対象にして数値解析による最適化計算を行い、該最適化計算に基づいて前記固定接合点又は前記固定接合部を設定する、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の接合位置の最適化解析装置。
  16. 　前記接合候補設定部は、前記接合点又は前記接合部を生成する接合生成部を有し、
    該接合生成部は、部品を構成する各平面要素の節点座標から要素の代表点を決定し、前記部品の一つの平面要素を基準にして、他部品の平面要素に対し、それぞれの代表点同士の点間距離を座標値から計算し、溶接接合が可能な距離の平面要素間に接合要素を配置する、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の接合位置の最適化装置。
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