WO2020008660A1 - 応力解析装置 - Google Patents

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WO2020008660A1
WO2020008660A1 PCT/JP2018/038380 JP2018038380W WO2020008660A1 WO 2020008660 A1 WO2020008660 A1 WO 2020008660A1 JP 2018038380 W JP2018038380 W JP 2018038380W WO 2020008660 A1 WO2020008660 A1 WO 2020008660A1
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stress
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nodes
analysis device
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大輔 石原
勝 早川
哲也 田辺
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]

Definitions

  • the present invention relates to a stress analysis device, and more particularly, to a stress analysis device that performs a stress analysis by dividing an analysis model into meshes by a finite element method.
  • the analysis model of the components, etc. is divided into meshes by the finite element method, and each mesh is colored with a color corresponding to the stress value.
  • a method of creating a stress contour diagram by using is known.
  • Patent Document 1 discloses a stress analysis method in which, when a periodic region is present in an analysis model that is mesh-divided by the finite element method, the mesh of the periodic region is roughly cut back to reduce the calculation load of the stress analysis. An apparatus is disclosed.
  • stress contour diagrams are effective for grasping the state of stress distribution.However, when studying the optimization of component shapes using these stress contour diagrams, it is particularly important to study parts where large stress is acting. You may want to confirm specific stress values.
  • the conventional stress analysis device it is necessary to click the corresponding mesh on the screen to display the stress value acting on each mesh, and as the shape of the analysis model becomes more complicated, the stress value becomes smaller. There has been a problem that the checking operation tends to be complicated.
  • An object of the present invention is to provide a stress analysis device that solves the above-mentioned problems of the related art and enables a study of an analysis model after stress analysis to be performed with a smaller number of work steps.
  • the present invention provides a meshing operation unit (3) for dividing an analysis model (2) into a plurality of meshes (M) and a node (N) constituting the mesh (M).
  • the meshing calculation unit (3) includes all nodes (M) constituting the plurality of meshes (M).
  • a node group extraction processing unit (5) that sets a node number to N) and extracts a plurality of node groups (G1, G2, G3) from all nodes (N) for which the stress value ( ⁇ ) has been calculated.
  • the node group extraction processing unit (5) sequentially compares nodes adjacent to the selected node with a stress value ( ⁇ ) acting on the node (N) and a predetermined lower limit ( ⁇ 1). And the stress value ( ⁇ )
  • the first characteristic is that the plurality of node groups (G1, G2, G3) are extracted by setting a section in which nodes (N) in which is equal to or more than the lower limit value ( ⁇ 1) continues as a common group. .
  • the node group extraction processing unit (5) extracts the node group (G1, G2, G3) after excluding the node (N) in which the stress value ( ⁇ ) is less than the lower limit value ( ⁇ 1). At the point where the node (N) where the stress value ( ⁇ ) switches below the lower limit value ( ⁇ 1) is set as the boundary (B) of the node group (G1, G2, G3).
  • the node group extraction processing unit (5) excludes the nodes (N) whose stress value ( ⁇ ) is equal to or more than a predetermined upper limit value ( ⁇ 2) from marking targets and performs processing. Has a third feature.
  • the node group extraction processing unit (5) excludes the node (N) to which at least one of a load condition, a constraint condition, a welding condition, and a component internal condition is assigned, and then removes the node group (
  • a fourth feature is that the extraction of G1, G2, G3) is performed.
  • the comparison between the stress value ( ⁇ ) of the node (N) and the lower limit ( ⁇ 1) is performed starting from the node (N) as a seed point selected from all the nodes (N).
  • the point has a fifth characteristic.
  • 6A sixth feature is that the analysis model (2) is CAD data of a component part of a vehicle.
  • a result storage system (8) that automatically creates an image (P) of the same scale and the same angle based on the result data (10) that has been processed by the node group extraction processing unit (5) is provided. There are seven features.
  • a meshing operation unit (3) for dividing the analysis model (2) into a plurality of meshes (M), and a stress value (N) acting on a node (N) constituting the mesh (M) and a stress analysis unit (4) for calculating ⁇ ) the meshing calculation unit (3) includes a node for all nodes (N) constituting the plurality of meshes (M).
  • the extraction processing unit (5) sequentially compares nodes adjacent to the selected node with a stress value ( ⁇ ) acting on the node (N) and a predetermined lower limit ( ⁇ 1), The stress value ( ⁇ ) is equal to the lower limit value ( ⁇ ).
  • Is set as a common group and the plurality of node groups (G1, G2, G3) are extracted. Therefore, a plurality of nodes from which all stress values have been calculated are extracted. By extracting the node groups, it is easy to derive the maximum stress value for each node group.
  • the node group extraction processing unit (5) excludes the node (N) in which the stress value ( ⁇ ) is less than the lower limit ( ⁇ 1), and then removes the node group (G1, G2, G3) is extracted, and the node (N) where the stress value ( ⁇ ) switches below the lower limit value ( ⁇ 1) is set as the boundary (B) of the node group (G1, G2, G3). Therefore, in the node group in which the stress value decreases from the center having the high stress value toward the outside, the boundary forming the outer edge of the node group can be easily set.
  • the node group extraction processing unit (5) excludes the node (N) in which the stress value ( ⁇ ) is equal to or larger than a predetermined upper limit value ( ⁇ 2) from marking targets. Therefore, since the processing is performed, an excessive stress value considered to be caused by a singular point can be excluded, and the maximum stress value displayed on the screen can be kept within an appropriate range.
  • the node group extraction processing unit (5) excludes the node (N) to which at least one of a load condition, a constraint condition, a welding condition, and a component internal condition is assigned. Since the extraction of the node groups (G1, G2, G3) is executed, the portion where the stress value changes due to special conditions is excluded in advance, so that the calculation load when extracting the node groups can be reduced. It becomes possible.
  • the comparison between the stress value ( ⁇ ) of the node (N) and the lower limit ( ⁇ 1) is performed by selecting the node (N) as a seed point selected from all the nodes (N). , The comparison process is sequentially performed from the node adjacent to the seed point to the next node, so that the node group can be extracted quickly. In addition, by selecting a plurality of seed points, extraction of a plurality of node groups can proceed in parallel to reduce the calculation time.
  • the analysis model (2) is CAD data of a component part of a vehicle
  • a stress analysis for extracting a node group is performed using CAD data created at the time of designing the component part. It is possible to execute. Thereby, for example, stress analysis of a component having a complicated shape such as a body frame of a motorcycle becomes easy.
  • a result storage system (8) that automatically creates images (P) of the same scale and the same angle based on the result data (10) that has been processed by the node group extraction processing unit (5).
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a stress analyzer according to an embodiment of the present invention and a peripheral configuration thereof. It is a conceptual graph which shows the relationship between each node and a stress value. It is a conceptual diagram which shows the technique which excludes non-evaluation data.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a technique for extracting a plurality of node groups from analysis data.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a procedure for extracting a node group. It is a conceptual diagram of the extracted node group. It is a flow chart which shows the procedure of stress analysis processing by a stress analysis device.
  • FIG. 4 is a stress contour diagram created based on data obtained by performing a stress analysis by a stress analysis device. It is a display example of a stress contour diagram at the time of studying optimization of a part shape.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a stress analysis device 1 according to an embodiment of the present invention and its peripheral configuration.
  • the stress analysis device 1 is a computer that analyzes stress acting on a component or the like of a vehicle, and is connected to a CAD system or the like that creates design data of the component or the like.
  • the stress analysis device 1 includes a meshing operation unit 3, a stress analysis unit 4, and a node group extraction processing unit 5.
  • the meshing operation unit 3 divides the component data 2 as an analysis model created by a CAD system or the like into a plurality of meshes M by a finite element method. In the present embodiment, a tetrahedral quadratic element in which one mesh M is composed of ten nodes N is applied.
  • the meshing operation unit 3 sets a continuous node number for all nodes N constituting the mesh M.
  • the node information on each node N also includes the node number of the adjacent node N.
  • the stress analysis unit 4 calculates a stress value ⁇ acting on all the nodes N constituting the mesh M, thereby executing a stress analysis of the component data 2. This makes it possible to color each mesh M with a color corresponding to the stress value ⁇ acting on the node N, and visually check the stress distribution state.
  • the node group extraction processing unit 5 extracts a plurality of node groups from all the nodes N for which the stress values ⁇ have been calculated. More specifically, the node adjacent to the selected node is sequentially compared with the stress value ⁇ acting on the node N and a predetermined lower limit value ⁇ 1. By setting the subsequent section as a common group, a plurality of node groups are extracted.
  • the non-evaluation data exclusion processing unit 6 included in the node group extraction processing unit 5 excludes, from the analysis data, the node N whose stress value ⁇ is less than the lower limit ⁇ 1 before executing the node group extraction. Further, the node group extraction processing unit 5 sets the node N where the stress value ⁇ switches below the lower limit value ⁇ 1 as the boundary of the node group. Thereby, in the node group in which the stress value ⁇ decreases from the center part where the stress value ⁇ is high toward the outside, it is possible to easily set the boundary forming the outer edge of the node group.
  • the non-evaluation data exclusion processing unit 6 excludes the node N to which at least one of the load condition, the constraint condition, the welding condition, and the component internal condition is assigned. Thereby, it is possible to reduce a calculation load when extracting a node group by excluding a portion where a stress value changes due to a special condition in advance.
  • the upper limit stress value converter 7 included in the node group extraction processor 5 excludes nodes N whose stress value ⁇ exceeds a predetermined upper limit value ⁇ 2 from marking targets. Perform processing. Thereby, it is possible to exclude the excessive stress value ⁇ considered to be caused by the singular point, and to keep the maximum stress value displayed on the screen in an appropriate range.
  • a maximum stress value can be easily derived for each node group by extracting a plurality of node groups from all the nodes N for which the stress values ⁇ have been calculated.
  • the maximum stress value for each node group can be reduced without clicking on a portion that is visually recognized as having a high stress value ⁇ . Can be automatically displayed, and it is possible to quickly perform a comparative study using numbers and optimize a component shape.
  • the result data 10 for which the processing by the node group extraction processing unit 5 has been completed is stored in the result storage system 8.
  • the result storage system 8 automatically creates images of the same scale and the same angle based on the result data 10. Further, the result storage system 8 reports that the result data 10 is stored to the terminal 9 of the person in charge of the design by e-mail, and each person in charge of the design can access the result data 10 from the terminal 9.
  • new result data 10 is additionally stored in the result storage system 8, and an image of the same scale and the same angle is automatically created.
  • the designer can efficiently compare and examine the images before and after the shape change at the same scale and the same angle.
  • FIG. 2 is a conceptual graph showing the relationship between each node N and the stress value ⁇ .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a method of excluding non-evaluation data.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a method of extracting a plurality of node groups from the analysis data.
  • the horizontal axis indicates the node number
  • the vertical axis indicates the stress value ⁇ .
  • the node numbers are set for all nodes N constituting the mesh M of the component data 2.
  • the graph in FIG. 2 corresponds to the entire part data 2 on which the stress analysis by the stress analysis unit 4 has been performed.
  • the stress analysis device 1 according to the present invention is characterized in that nodes N which are not necessary when studying the optimization of the component shape are excluded from the component data 2 as non-evaluation data, and a plurality of node groups are extracted. There is.
  • the non-evaluation data exclusion processing unit 6 sets a lower limit value ⁇ 1 and an upper limit value ⁇ 2 for the stress value ⁇ in order to narrow the evaluation range of the stress value ⁇ .
  • non-evaluation data exclusion processing section 6 excludes nodes N in area A1 where stress value ⁇ is less than lower limit ⁇ 1 as non-evaluation data.
  • the node N in the area A2 to which at least one of the load condition, the constraint condition, the welding condition, and the component internal condition is given is excluded as non-evaluation data. This makes it possible to reduce a calculation load when extracting a node group by previously excluding a portion where a stress value changes due to a special condition.
  • the node N in the area A3 where the stress value ⁇ is equal to or more than the upper limit value ⁇ 2 is excluded from the marking target and the processing is performed.
  • the processing is performed.
  • the node groups G1, G2, and G3 can be extracted from the component data 2.
  • the maximum stress value P1 of the node group G1, the maximum stress value P2 of the node group G2, and the maximum stress value P3 of the node group G3 can be easily derived.
  • the nodes N where the stress value ⁇ switches to less than the lower limit value ⁇ 1 are derived as the boundaries B of the node groups G1, G2, G3.
  • the boundary B forming the outer edge of the node group can be easily set.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a procedure for extracting a certain node group G4.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of the extracted node group G4.
  • the seed point S is a starting point of the comparison process between the stress value ⁇ of the node N and the lower limit value ⁇ 1.
  • the seed point S is randomly selected from the nodes N in the evaluation range and is also selected by narrowing down to the node N having the higher stress value ⁇ . can do.
  • the node N having the maximum stress value of the node group G4 is set as the seed point S.
  • the node group extraction processing unit 5 verifies the nodes N adjacent to the seed point S according to the node numbers set for the respective nodes N. Specifically, the stress value ⁇ of the node N is compared with the lower limit value ⁇ 1, and if the stress value ⁇ is equal to or larger than the lower limit value ⁇ 1, the common node group is set. One node group is formed by executing the comparison processing one after another along the node numbers, and a plurality of node groups are extracted by executing the same processing on the entire component data 2. At this time, as shown in the conceptual diagram of FIG. 4, the node N at which the stress value ⁇ switches below the lower limit ⁇ 1 is set as the boundary B of the node group G4.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of a stress analysis process performed by the stress analysis device 1.
  • the stress analysis unit 4 performs a stress analysis operation on the mesh-divided component data 2.
  • step S2 operation data on which the stress analysis operation has been completed is obtained.
  • This operation data includes information on all nodes N that constitute the mesh M, and each node information includes a stress value ⁇ , a node number, and a node number of an adjacent node.
  • step S3 non-evaluation data is excluded from the calculation data.
  • the node N at which the stress value ⁇ is less than the lower limit value ⁇ 1 and the node N to which at least one of the load condition, the constraint condition, the welding condition, and the component internal condition is given as non-evaluation data. exclude.
  • the upper limit stress value converter 7 performs exclusion from marking targets. More specifically, when the stress value ⁇ of the node N is equal to or larger than the predetermined upper limit value ⁇ 2, the process is performed by excluding from the target of marking, so that the nodes can be included in the same node group.
  • steps S5 to S8 a comparison process of comparing the stress value ⁇ of the node N with the lower limit ⁇ 1 is performed to form a node group.
  • step S5 one node N in the evaluation data is selected as a seed point S.
  • step S6 it is determined whether or not the stress value ⁇ is equal to or larger than the lower limit value ⁇ 1 with respect to the node adjacent to the seed point S.
  • step S7 it is determined whether or not the stress value ⁇ is equal to or larger than the lower limit value ⁇ 1 with respect to the node N adjacent to the node N for which the determination in step S6 is completed.
  • step S8 it is determined whether there is an undetermined node. If a negative determination is made in step S8, that is, if it is determined that there is no undetermined node in one node group, the process proceeds to step S9, where the boundary B is set based on the boundary node at which the stress value ⁇ switches below the lower limit ⁇ 1. And one node group is created. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S8, that is, if it is determined that there is an undetermined node, the process returns to step S7.
  • step S10 it is determined whether or not the determination of the entire evaluation data has been completed. If the determination is affirmative, the series of controls is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in step S10, it is determined that there is another node group for which the determination has not been completed, and the process returns to step S5.
  • FIG. 8 is a stress contour diagram created based on the data 10 obtained by performing the stress analysis by the stress analysis device 1.
  • the stress contour diagram is given to each mesh M in a color corresponding to the stress value (for example, the color is changed in the order of red ⁇ orange ⁇ yellow ⁇ yellow green ⁇ green ⁇ blue ⁇ dark blue from the higher stress value). 8, the higher stress value ⁇ is indicated by shading as black.
  • the maximum stress value for each node group is derived, so that the stress contour diagram of each of the node groups G1, G2, and G3 is obtained.
  • the respective maximum stress values P1 (354 Mp), P2 (430 Mp), and P3 (331 Mp) can be easily displayed. As a result, when examining the optimization of the part shape while looking at the stress contour diagram displayed on the computer screen, the maximum stress Can be automatically displayed, and comparison with numerical values can be quickly performed.
  • FIG. 9 is a display example of a stress contour diagram when studying optimization of a component shape.
  • the designer can access the result data 10 from the terminal 9 and display various information on the display 11 of the terminal 9.
  • the result data 10 includes a lot of information such as CAD data, creation date and time, and creator in addition to the stress contour diagram.
  • the result data 10 when the result data 10 is created, it is notified to each terminal 9 (see FIG. 1) by e-mail, and the host computer saves the result data 10 by authenticating the designer within a predetermined period. It is set as follows. Also, when a part shape is changed by a designer and new result data 10 is created, the result data 10 is stored in the same procedure, and can be set to be automatically discarded if authentication is not performed within a predetermined period. . As a result, only the result data 10 authenticated by a plurality of designers can be stored, and unnecessary data can be prevented from increasing.
  • a stress contour diagram of the same scale and the same angle is automatically created as a representative image.
  • the stress contour diagrams of the same scale and the same angle it is easy to display them side by side on the same screen to grasp the difference between the changed portions, and it is possible to efficiently study the shape optimization.
  • not only the change in the color of the stress contour diagram but also the change in the maximum stress value for each node group can be compared at a glance, so that a further beneficial examination is possible.
  • the system configuration of the stress analyzer, the configuration of the mesh (element) created by the finite element method, the method of assigning node numbers, the upper limit value and lower limit value of the stress value, the method of setting the seed point, and the like are described in the above embodiment.
  • the present invention is not limited thereto, and various changes are possible.

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Abstract

応力解析後の解析モデルの検討をより少ない作業工数で行うことを可能とする応力解析装置を提供する。　解析モデル（２）を複数のメッシュ（Ｍ）に分割するメッシュ化演算部（３）と、前記メッシュ（Ｍ）を構成するノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）を演算する応力解析部（４）とを含む応力解析装置（１）において、メッシュ化演算部（３）は、複数のメッシュ（Ｍ）を構成するすべてのノード（Ｎ）にノード番号を設定する。ノードグループ抽出処理部（５）が、選択したノードに隣り合うノードを順番にノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）と予め定められた下限値（σ１）との比較を実行すると共に、応力値（σ）が下限値（σ１）以上となるノード（Ｎ）が続く区間を共通のグループに設定することで、複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出する。

Description

応力解析装置
　本発明は、応力解析装置に係り、特に、有限要素法によって解析モデルをメッシュ分割して応力解析を行う応力解析装置に関する。
　従来から、車両の構成部品等に作用する応力の分布状態を把握するため、この構成部品等の解析モデルを有限要素法によってメッシュ分割し、応力値に応じた色でそれぞれのメッシュを着色することで応力コンター図を作成する手法が知られている。
　特許文献１には、有限要素法によってメッシュ分割する解析モデルに周期性領域が存在する場合に、この周期性領域のメッシュを荒く切り直すことで応力解析の演算負荷を低減するようにした応力解析装置が開示されている。
特開２００７－１９９９６１号公報
　ところで、応力コンター図は応力の分布状態を把握するために有効であるが、この応力コンター図を用いて部品形状の最適化を検討する際には、特に、大きな応力が作用している部分の具体的な応力値を確認したいことがある。この点、従来の応力解析装置では、それぞれのメッシュに作用する応力値を表示させるために、画面上で該当メッシュをクリックする操作が必要であり、解析モデルの形状が複雑になるほど、応力値の確認作業が煩雑になりやすいという課題があった。
　本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、応力解析後の解析モデルの検討をより少ない作業工数で行うことを可能とする応力解析装置を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明は、解析モデル（２）を複数のメッシュ（Ｍ）に分割するメッシュ化演算部（３）と、前記メッシュ（Ｍ）を構成するノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）を演算する応力解析部（４）とを含む応力解析装置（１）において、前記メッシュ化演算部（３）は、前記複数のメッシュ（Ｍ）を構成するすべてのノード（Ｎ）にノード番号を設定し、前記応力値（σ）が演算されたすべてのノード（Ｎ）から複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出するノードグループ抽出処理部（５）を備え、前記ノードグループ抽出処理部（５）が、選択したノードに隣り合うノードを順番に、前記ノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）と予め定められた下限値（σ１）との比較を実行すると共に、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）以上となるノード（Ｎ）が続く区間を共通のグループに設定することで、前記複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出する点に第１の特徴がある。
　また、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満となるノード（Ｎ）を除外してから前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行し、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満に切り替わる箇所のノード（Ｎ）を前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の境界（Ｂ）に設定する点に第２の特徴がある。
　また、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が予め定められた上限値（σ２）以上となる前記ノード（Ｎ）を、マーキングの対象から外して、処理を行う点に第３の特徴がある。
　また、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されている前記ノード（Ｎ）を除外してから、前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行する点に第４の特徴がある。
　また、前記ノード（Ｎ）の応力値（σ）と前記下限値（σ１）との比較は、前記すべてのノード（Ｎ）から選択されたシードポイントとしてのノード（Ｎ）を起点として実行される点に第５の特徴がある。
　また、前記解析モデル（２）が、車両の構成部品のＣＡＤデータである点に第６の特徴がある。
　さらに、前記ノードグループ抽出処理部（５）による処理が終了した結果データ（１０）に基づいて、同一縮尺および同一角度の画像（Ｐ）を自動作成する結果格納システム（８）を備える点に第７の特徴がある。
　第１の特徴によれば、解析モデル（２）を複数のメッシュ（Ｍ）に分割するメッシュ化演算部（３）と、前記メッシュ（Ｍ）を構成するノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）を演算する応力解析部（４）とを含む応力解析装置（１）において、前記メッシュ化演算部（３）は、前記複数のメッシュ（Ｍ）を構成するすべてのノード（Ｎ）にノード番号を設定し、前記応力値（σ）が演算されたすべてのノード（Ｎ）から複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出するノードグループ抽出処理部（５）を備え、前記ノードグループ抽出処理部（５）が、選択したノードに隣り合うノードを順番に、前記ノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）と予め定められた下限値（σ１）との比較を実行すると共に、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）以上となるノード（Ｎ）が続く区間を共通のグループに設定することで、前記複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出するので、応力値が演算されたすべてのノードから複数のノードグループを抽出することで、ノードグループ毎の最大応力値を導き出すことが容易となる。これにより、各メッシュが着色された解析モデルを用いて部品形状の最適化を検討する際に、応力値が高いと視認される部分をクリックすることなく、ノードグループ毎に最大応力値を自動的に表示することが可能となり、数字による比較検討および部品形状の最適化を迅速に行うことが可能となる。
　第２の特徴によれば、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満となるノード（Ｎ）を除外してから前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行し、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満に切り替わる箇所のノード（Ｎ）を前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の境界（Ｂ）に設定するので、応力値の高い中心部から外側に向かうにつれて応力値が低くなるノードグループにおいて、ノードグループの外縁をなす境界を容易に設定することができる。
　第３の特徴によれば、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が予め定められた上限値（σ２）以上となる前記ノード（Ｎ）を、マーキングの対象から外して、処理を行うので、特異点に起因すると考えられる過大な応力値を除外し、画面上に表示される最大応力値を適切な範囲に収めることができる。
　第４の特徴によれば、前記ノードグループ抽出処理部（５）は、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されている前記ノード（Ｎ）を除外してから、前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行するので、特殊な条件によって応力値が変化する部分を予め除外することで、ノードグループを抽出する際の演算負荷を低減することが可能となる。
　第５の特徴によれば、前記ノード（Ｎ）の応力値（σ）と前記下限値（σ１）との比較は、前記すべてのノード（Ｎ）から選択されたシードポイントとしてのノード（Ｎ）を起点として実行されるので、シードポイントに隣接するノードからその次のノードへと比較処理を順次実行することで、ノードグループの抽出を迅速に実行することが可能となる。また、複数のシードポイントを選択することで、複数のノードグループの抽出を並列的に進行して演算時間を短縮することができる。
　第６の特徴によれば、前記解析モデル（２）が、車両の構成部品のＣＡＤデータであるので、構成部品の設計時に作成されるＣＡＤデータを用いて、ノードグループが抽出される応力解析を実行することが可能となる。これにより、例えば、自動二輪車の車体フレーム等の複雑な形状を有する部品の応力解析が容易となる。
　第７の特徴によれば、前記ノードグループ抽出処理部（５）による処理が終了した結果データ（１０）に基づいて、同一縮尺および同一角度の画像（Ｐ）を自動作成する結果格納システム（８）を備えるので、部品形状を最適化するために解析モデルに変更を加えた場合でも、同一縮尺および同一角度の画像によって変更前後の結果データを効率よく比較することができる。
本発明の一実施形態に係る応力解析装置およびその周辺構成を示すブロック図である。 各ノードと応力値との関係を示す概念グラフである。 非評価データを除外する手法を示す概念図である。 解析データから複数のノードグループを抽出する手法を示す概念図である。 ノードグループを抽出する際の手順を示す概念図である。 抽出されたノードグループの概念図である。 応力解析装置による応力解析処理の手順を示すフローチャートである。 応力解析装置で応力解析した結果データに基づいて作成した応力コンター図である。 部品形状の最適化を検討する際の応力コンター図の表示例である。
　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る応力解析装置１およびその周辺構成を示すブロック図である。応力解析装置１は、車両の構成部品等に作用する応力を解析するコンピュータであり、構成部品等の設計データを作成するＣＡＤシステム等と連結されている。
　応力解析装置１には、メッシュ化演算部３と、応力解析部４と、ノードグループ抽出処理部５とが含まれる。メッシュ化演算部３は、ＣＡＤシステム等で作成された解析モデルとしての部品データ２を、有限要素法によって複数のメッシュＭに分割する。本実施形態では、１つのメッシュＭを１０個のノードＮで構成する四面体二次要素が適用される。メッシュ化演算部３は、メッシュＭを構成するすべてのノードＮに連続したノード番号を設定する。それぞれのノードＮに関するノード情報には、隣接するノードＮのノード番号も含まれる。
　応力解析部４は、メッシュＭを構成するすべてのノードＮに作用する応力値σを演算することで、部品データ２の応力解析を実行する。これにより、ノードＮに作用する応力値σに応じた色でそれぞれのメッシュＭを着色して、応力の分布状態を目視で確認することが可能となる。
　ノードグループ抽出処理部５は、応力値σが演算されたすべてのノードＮから複数のノードグループを抽出する。詳しくは、選択したノードに隣り合うノードを順番に、ノードＮに作用する応力値σと予め定められた下限値σ１との比較を実行すると共に、下限値σ１より応力値σが大きいノードＮが続く区間を共通のグループに設定することで、複数のノードグループを抽出する。
　ノードグループ抽出処理部５に含まれる非評価データ除外処理部６は、ノードグループの抽出を実行する前に、応力値σが下限値σ１未満となるノードＮを解析データから除外する。また、ノードグループ抽出処理部５は、応力値σが下限値σ１未満に切り替わる箇所のノードＮをノードグループの境界に設定する。これにより、応力値σの高い中心部から外側に向かうにつれて応力値σが低くなるノードグループにおいて、ノードグループの外縁をなす境界を容易に設定することができる。
　また、非評価データ除外処理部６は、ノードグループの抽出を実行する前に、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されているノードＮを除外する。これにより、特殊な条件によって応力値が変化する部分を予め除外して、ノードグループを抽出する際の演算負荷を低減することが可能となる。
　さらに、ノードグループ抽出処理部５に含まれる上限応力値変換部７は、ノードグループを抽出する際に、応力値σが予め定められた上限値σ２を超えるノードＮを、マーキングの対象から外して処理を行う。これにより、特異点に起因すると考えられる過大な応力値σを除外し、画面上に表示される最大応力値を適切な範囲に収めることができる。
　上記したノードグループの抽出処理によれば、応力値σが演算されたすべてのノードＮから複数のノードグループを抽出することで、ノードグループ毎に最大応力値を導き出すことが容易となる。これにより、各メッシュＭが着色された解析モデルを用いて部品形状の最適化を検討する際に、応力値σが高いと視認される部分をクリック操作することなく、ノードグループ毎の最大応力値を自動的に表示することができ、数字による比較検討および部品形状の最適化を迅速に行うことが可能となる。
　ノードグループ抽出処理部５による処理が終了した結果データ１０は、結果格納システム８に格納される。結果格納システム８は、結果データ１０に基づいて、同一縮尺および同一角度の画像を自動作成する。また、結果格納システム８は、結果データ１０が格納されたことを設計担当者の端末機９にメールで報告し、各設計担当者は、端末機９から結果データ１０にアクセスすることができる。
　そして、結果データ１０を検証した設計担当者が部品形状を変更した際には、新たな結果データ１０が結果格納システム８に追加格納され、同一縮尺および同一角度の画像が自動作成される。これにより、設計担当者は、形状変更前後の画像を同一縮尺および同一角度で効率よく比較検討することができる。
　図２は、各ノードＮと応力値σとの関係を示す概念グラフである。また、図３は非評価データを除外する手法を示す概念図である。さらに、図４は解析データから複数のノードグループを抽出する手法を示す概念図である。図２～４に示すグラフは、横軸にノード番号、縦軸に応力値σをそれぞれ示している。ノード番号は、部品データ２のメッシュＭを構成するすべてのノードＮに設定されている。
　図２のグラフは、応力解析部４による応力解析が実行された部品データ２全体に相当する。本願発明に係る応力解析装置１では、この部品データ２から、部品形状の最適化を検討する際に必要のないノードＮを非評価データとして除外すると共に、複数のノードグループを抽出する点に特徴がある。まず、非評価データ除外処理部６は、応力値σの評価範囲を絞るために、応力値σに下限値σ１および上限値σ２を設定する。
　図３を参照して、非評価データ除外処理部６は、まず、応力値σが下限値σ１未満となる領域Ａ１にあるノードＮを、非評価データとして除外する。次に、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されている領域Ａ２にあるノードＮを、非評価データとして除外する。これにより、特殊な条件によって応力値が変化する部分を予め除外することで、ノードグループを抽出する際の演算負荷を低減することが可能となる。
　一方、応力値σが上限値σ２以上となる領域Ａ３にあるノードＮに関しては、マーキングの対象から除外して処理を行う。これにより、特異点に起因すると考えられる過大な応力値を除外し、画面上に表示される最大応力値を適切な範囲に収めることができる。
　図４を参照して、前記した非評価データ除外処理部６および上限応力値変換部７による処理が完了すると、部品データ２からノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３を抽出できる状態となる。これにより、ノードグループＧ１の最大応力値Ｐ１、ノードグループＧ２の最大応力値Ｐ２、ノードグループＧ３の最大応力値Ｐ３を容易に導き出すことができる。また、応力値σが下限値σ１未満に切り替わる箇所のノードＮが、ノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３の境界Ｂとしてそれぞれ導き出されることとなる。これにより、応力値σの高い中心部から外側に向かうにつれて応力値σが低くなるノードグループにおいて、ノードグループの外縁をなす境界Ｂを容易に設定することができる。
　上記した手順によってノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３の抽出を可能とした部品データ２が、結果格納システム８に格納される結果データ１０となる。
　図５は、あるノードグループＧ４を抽出する際の手順を示す概念図である。また、図６は抽出されたノードグループＧ４の概念図である。ノードグループを抽出する際には、まず、非評価データが除外された部品データ２から１つのノードＮをシードポイントＳとして選択する。このシードポイントＳは、ノードＮの応力値σと下限値σ１との比較処理の起点となるもので、評価範囲にあるノードＮからランダムに選択するほか応力値σが高いノードＮに絞って選択することができる。図５，６の例では、ノードグループＧ４の最大応力値を有するノードＮをシードポイントＳに設定している。
　ノードグループ抽出処理部５は、各ノードＮに設定されたノード番号に沿って、シードポイントＳに隣接するノードＮの検証を行う。詳しくは、ノードＮの応力値σと下限値σ１とを比較して、応力値σが下限値σ１以上であると共通のノードグループに設定する。この比較処理をノード番号に沿って次々に実行することで１つのノードグループが形成され、部品データ２全体に同様の処理を実行することで複数のノードグループが抽出される。このとき、図４の概念図にも示したように、応力値σが下限値σ１未満に切り替わるノードＮがノードグループＧ４の境界Ｂとして設定される。
　図７は、応力解析装置１による応力解析処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、応力解析部４によって、メッシュ分割された部品データ２の応力解析演算が実行される。ステップＳ２では、応力解析演算が完了した演算データが取得される。この演算データは、メッシュＭを構成するすべてのノードＮの情報を含んでおり、各ノード情報には、応力値σ、ノード番号、隣接ノードのノード番号が含まれる。
　ステップＳ３では、演算データから非評価データが除外される。本実施形態では、応力値σが下限値σ１未満となるノードＮと、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されているノードＮとを、非評価データとして除外する。
　続くステップＳ４では、上限応力値変換部７によって、マーキングの対象からの除外が実行される。詳しくは、ノードＮの応力値σが予め定められた上限値σ２以上となる場合は、マーキングの対象から除外して処理を行うことで、同一のノードグループに収めることを可能とする。
　ステップＳ５～Ｓ８では、ノードグループを形成するために、ノードＮの応力値σを下限値σ１と比較する比較処理が実行される。ステップＳ５では、評価データ内の１つのノードＮをシードポイントＳとして選択する。続くステップＳ６では、シードポイントＳの隣接ノードに対して、応力値σが下限値σ１以上であるか否かの判定が実行される。ここで応力値σが下限値σ１以上であると、同一のノードグループとして処理される。ステップＳ７では、ステップＳ６で判定が完了したノードＮに隣接するノードＮに対して、応力値σが下限値σ１以上であるか否かの判定が実行される。
　ステップＳ８では、未判定ノードがあるか否かが判定される。ステップＳ８で否定判定される、すなわち１つのノードグループ内に未判定ノードがないと判定されると、ステップＳ９に進み、応力値σが下限値σ１未満に切り替わる境界ノードに基づいて境界Ｂが設定され、１つのノードグループが作成される。一方、ステップＳ８で肯定判定される、すなわち未判定ノードがあると判定されると、ステップＳ７に戻る。
　そして、ステップＳ１０では、評価データ全体の判定が完了したか否かが判定され、肯定判定されると一連の制御を終了する。一方、ステップＳ１０で否定判定されると、判定が終了していない他のノードグループがあるとして、ステップＳ５に戻る。
　図８は、応力解析装置１で応力解析した結果データ１０に基づいて作成した応力コンター図である。応力コンター図は、応力値に応じた色（例えば、応力値の高い方から、赤→橙→黄→黄緑→緑→青→紺と変化させる）で各メッシュＭに付したものであるが、図８では、応力値σの高い方を黒色とする濃淡で示している。
　本願発明に係る応力解析装置１では、ノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３を抽出する際に、ノードグループ毎の最大応力値が導出されているため、応力コンター図に各ノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３のそれぞれの最大応力値Ｐ１（３５４Ｍｐ），Ｐ２（４３０Ｍｐ），Ｐ３（３３１Ｍｐ）を容易に表示できる。これにより、コンピュータの画面に表示された応力コンター図を見ながら部品形状の最適化を検討する際に、応力値σが高いと視認される部分をクリックすることなく、ノードグループ毎に最大応力値を自動的に表示することが可能となり、数字による比較検討を迅速に行うことが可能となる。
　図９は、部品形状の最適化を検討する際の応力コンター図の表示例である。前記したように、設計担当者は、端末機９から結果データ１０にアクセスして、端末機９のディスプレイ１１に種々の情報を表示させることができる。結果データ１０には、応力コンター図のほか、ＣＡＤデータ、作成日時や作成者等の多くの情報が含まれる。
　前記したように、結果データ１０が作成されると各端末機９（図１参照）にメールで報知され、所定期間内に設計担当者が認証することで、ホストコンピュータが結果データ１０を保存するように設定される。また、設計担当者により部品形状が変更され、新たな結果データ１０が作成された場合にも同様の手順で保存され、所定期間内に認証がされない場合には自動的に破棄するように設定できる。これにより、複数の設計担当者が認証した結果データ１０のみを保存し、不要なデータの増加を防ぐことができる。
　また、新たな結果データ１０が作成された際には、同一縮尺および同一角度の応力コンター図が代表画像として自動作成される。この同一縮尺および同一角度の応力コンター図によれば、同一画面上に並べて表示して変更部分の差異を把握することが容易となり、形状最適化の検討を効率よく進めることが可能となる。特に、本実施形態では、応力コンター図の色の変化だけでなく、ノードグループ毎の最大応力値の変化を一目で比較できる点で、さらに有益な検討が可能である。
　なお、応力解析装置のシステム構成、有限要素法により作成されるメッシュ（要素）の構成、ノード番号の付与方法、応力値の上限値および下限値、シードポイントの設定方法等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。
　１…応力解析装置、２…部品データ（解析モデル）、３…メッシュ化演算部、４…応力解析部、５…ノードグループ抽出処理部、６…非評価データ除外処理部、７…上限応力値変換部、８…結果格納システム、９…端末機、１０…結果データ、Ｍ…メッシュ、Ｎ…ノード、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…ノードグループ、σ…応力値、σ１…下限値、σ２…上限値、Ｂ…境界、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…最大応力値

Claims (7)

  1. 　解析モデル（２）を複数のメッシュ（Ｍ）に分割するメッシュ化演算部（３）と、前記メッシュ（Ｍ）を構成するノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）を演算する応力解析部（４）とを含む応力解析装置（１）において、
    　前記メッシュ化演算部（３）は、前記複数のメッシュ（Ｍ）を構成するすべてのノード（Ｎ）にノード番号を設定し、
    　前記応力値（σ）が演算されたすべてのノード（Ｎ）から複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出するノードグループ抽出処理部（５）を備え、
    　前記ノードグループ抽出処理部（５）が、選択したノードに隣り合うノードを順番に、前記ノード（Ｎ）に作用する応力値（σ）と予め定められた下限値（σ１）との比較を実行すると共に、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）以上となるノード（Ｎ）が続く区間を共通のグループに設定することで、前記複数のノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）を抽出することを特徴とする応力解析装置。
  2. 　前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満となるノード（Ｎ）を除外してから前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行し、前記応力値（σ）が前記下限値（σ１）未満に切り替わる箇所のノード（Ｎ）を前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の境界（Ｂ）に設定することを特徴とする請求項１に記載の応力解析装置。
  3. 　前記ノードグループ抽出処理部（５）は、前記応力値（σ）が予め定められた上限値（σ２）以上となる前記ノード（Ｎ）を、マーキングの対象から外して、処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の応力解析装置。
  4. 　前記ノードグループ抽出処理部（５）は、荷重条件、拘束条件、溶接条件、部品内部条件のうちの少なくとも１つが付与されている前記ノード（Ｎ）を除外してから、前記ノードグループ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の抽出を実行することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の応力解析装置。
  5. 　前記ノード（Ｎ）の応力値（σ）と前記下限値（σ１）との比較は、前記すべてのノード（Ｎ）から選択されたシードポイントとしてのノード（Ｎ）を起点として実行されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の応力解析装置。
  6. 　前記解析モデル（２）が、車両の構成部品のＣＡＤデータであることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の応力解析装置。
  7. 　前記ノードグループ抽出処理部（５）による処理が終了した結果データ（１０）に基づいて、同一縮尺および同一角度の画像（Ｐ）を自動作成する結果格納システム（８）を備えることを特徴とする応力解析装置。
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