リブ設計方法、リブ設計装置、およびリブ設計プログラム
【課題】トポロジー最適化処理によって物品の強度を補強するためのリブを設計する場合、ソリッド状の設計空間から不要部分を削ってリブを生成する方法を用いると、最適化後の形状が、余分な部位が残っている等の理由により不適切な形状である場合が多い。また、このリブ設計方法は、計算量が多く、処理に時間がかかる。
【解決手段】空間モデル内において、リブを設ける物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得し、取得したシェルモデルを複数の要素に分割する。また、物品の境界条件に対応した制約条件と目的関数とを含む最適化条件を取得する。複数の要素に分割されたシェルモデルに対して、最適化条件を満たすようにトポロジー最適化を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する。そして、この最適形状に対応するようにリブを生成する。
【解決手段】空間モデル内において、リブを設ける物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得し、取得したシェルモデルを複数の要素に分割する。また、物品の境界条件に対応した制約条件と目的関数とを含む最適化条件を取得する。複数の要素に分割されたシェルモデルに対して、最適化条件を満たすようにトポロジー最適化を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する。そして、この最適形状に対応するようにリブを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等の強度を補強するためのリブを設計するリブ設計技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車の部品等を軽量化する方法として、部品の材料をアルミ等の金属から、より軽量なプラスチック樹脂等の素材に変更することが行われている。しかし、部品をプラスチック製にした場合、金属製である場合よりも部品の強度が弱くなってしまうため、リブを新たに設計して部品の強度を補強する場合がある。
このようなリブの設計を行う際、一般的に、設計者は、非特許文献１のような設計支援ソフトウェアを使用して設計を行う。非特許文献１のソフトウェアは、設計者が既存部品の形状データを入力し、制約条件や目的関数等を設定すると、自動的にトポロジー最適化処理を行って、既存部品の形状にリブを設けた最適化形状を生成して出力する。そして、設計者は、ソフトウェアが出力した最適化形状が設定した制約条件等の条件を満たすものであるかをテストし、条件を満たさない場合には、再度、制約条件等の条件をソフトウェアに入力し直して、最適化形状を出力させるということを繰り返し、最終的な物品形状を決定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Altair OptiStruct”、[online]、アルテアエンジニアリング株式会社、[平成23年9月22日検索]、インターネット<URL:http://www.altairhyperworks.jp/Product,19,OptiStruct.aspx>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非特許文献１の設計支援ソフトウェアで一般的に推奨されているリブ設計方法は、既存部品の形状に肉付けしたソリッド状の設計空間（形状変更に使用可能な空間）を設計者に設定させ、この設計空間から不要部分を削ってリブを生成するものである。
しかしながら、このリブ設計方法を用いると、最終的にソフトウェアが出力する最適化形状は、余分な部位が残っている等の理由により、実際にそのまま部品として使用できるような適切な形状でない場合が多い。このため、再度、設計者が制約条件や目的関数の設定をし直して、ソフトウェアに再設計させるということを繰り返さなければならないという問題があった。また、このリブ設計方法は、計算量が多くなり、ソフトウェアから最適化形状が出力されるまでに時間がかかるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、より計算量が少なく、より適切な最適化形状を出力することが可能なリブ設計方法、リブ設計装置、およびリブ設計プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一態様によれば、形状データ取得部と、シェル情報取得部と、シェル分割部と、境界条件取得部と、最適化条件取得部と、最適化処理部と、リブ生成部と、を有するリブ設計装置が実行し、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計方法であって、前記形状データ取得部が、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１のステップと、前記シェル情報取得部が、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２のステップと、前記シェル分割部が、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３のステップと、前記境界条件取得部が、前記物品の境界条件を取得する第４のステップと、前記最適化条件取得部が、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５のステップと、前記最適化処理部が、前記第３のステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６のステップと、前記リブ生成部が、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７のステップと、
を含むことを特徴とするリブ設計方法が提供される。
【０００７】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する形状データ取得部と、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、前記シェルモデルを複数の要素に分割するシェル分割部と、前記物品の境界条件を取得する境界条件取得部と、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、前記シェル分割部において複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状を出力する最適化処理部と、前記最適形状に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、を有することを特徴とするリブ設計装置が提供される。
【０００８】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、前記コンピュータに、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１の処理ステップと、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２の処理ステップと、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３の処理ステップと、前記物品の境界条件を取得する第４の処理ステップと、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５の処理ステップと、前記第３の処理ステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６の処理ステップと、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７の処理ステップと、を実行させるプログラムであるリブ設計プログラムが提供される。
【０００９】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より計算量が少ない処理量で、より適切にリブが設計された最適化形状を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るリブ設計方法の一例を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリブ設計方法の一例を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
（リブ設計方法）
図１および図２を用いて、本実施形態に係るリブ設計方法について説明する。以下では、リブ設計方法の非限定的一例として、長方形板状の物品の面上にリブを設計する場合について説明する。
【００１３】
本実施形態に係るリブ設計方法はコンピュータ装置であるリブ設計装置により実行される。まず、リブ設計装置のユーザ（設計者）は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から物品の３次元形状データ（例えば、ＣＡＤデータ等）をリブ設計装置に読み込ませる。読み込まれた３次元形状データは、ディスプレイ等の表示装置に３次元表示される。以降、リブ設計装置のユーザは、この表示装置に表示される物品の３次元形状を視認しながら、マウスやキーボード等の入力装置を用いて必要な操作を行っていく。
【００１４】
図１は、長方形板状の物品を上方から見た状態を示す図であり、本例では、この物品の長方形状の面全体に対してリブを設計するものとする。
ユーザは表示装置に表示された３次元形状に対して、リブを設ける物品の略面形状部分に対して、例えばマウスを操作して面状のシェルモデル１０を設定する。ここで、シェルモデルとは、厚みを数値で表した、見た目に厚みのないモデルである。本例においては、上述したように長方形状の面全体に対してリブを設計するため、ユーザは、マウス等を操作して面全体を選択する操作を行う。
【００１５】
また、この時、ユーザはシェルモデル１０の厚み情報も入力する。厚み情報は、設計しようとするリブの高さに対応するものである。例えば、“５ｍｍ”の高さのリブを物品の面形状部分に設けることを想定しているのであれば、シェルモデル１０の厚み情報も“５ｍｍ”と入力する。以上の操作により、シェルモデル１０の２．５次元情報が設定されたことになる。
【００１６】
そして、以上のようにして設定されたシェルモデル１０は、リブ設計装置にインストールされたソフトウェアによって、自動的にメッシュ状の細かい要素（エレメント）に分割される。
次に、ユーザは、例えばキーボードやマウス等を操作して、境界条件を設定する。境界条件は、例えば、荷重条件、拘束条件、接触条件等からなり、リブを設計しようとする物品によって設定される条件は異なる。さらに、ユーザは、制約条件と目的関数とを入力する。制約条件と目的関数は、先に入力した境界条件に対応して決定されるものである。本例においては、制約条件は、物品の長辺の「両端固定、かつ、３か所に荷重」と設定され、目的関数Σ(x)は、「荷重点の変位量がＡ（特定の値）以下であり、最も軽い形状」と設定されるものとする。
【００１７】
そして、以上のように設定されたシェルモデル１０の２．５次元情報や、制約条件および目的関数を満たすように、物品の３次元データに対してトポロジー最適化処理が実行される。この処理は、例えば、非特許文献１に示されるアルテアエンジニアリング社の「ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ」に代表される設計支援ソフトをリブ設計装置にインストールして実行させることが可能である。なお、本例では、トポロジー最適化の手法として、密度法を用いる場合について説明する。
【００１８】
トポロジー最適化処理の結果は、シェルモデル１０の要素ごとの密度を示す密度分布情報として表示装置に表示される。図２（ａ）は、表示装置に表示された密度分布情報の一例を示す図である。本例においては、密度の高い要素をより濃い色で表している。すなわち、本例においては、密度の高い要素が鉄橋のような形状１１をなしている。この形状１１の領域が、トポロジー最適化処理によってリブを形成すべき箇所であると判断された領域である。
【００１９】
その後、図２（ｂ）に示されるように、ユーザは密度の高い要素部分（形状１１）をマウス等で選択し、最終的なリブ形状１２を決定する。
なお、トポロジー最適化の処理結果である密度分布情報（図２（ａ））は、制約条件や目的関数の設定によって変化する。よって、密度分布情報において、例えばシェルモデル１０の全体（全要素）に渡って密度が高くなってしまうような場合には、制約条件や目的条件を設定しなおして、再度、設計支援ソフトウェアにトポロジー最適化処理を実行させる。
【００２０】
（リブ設計装置の構成）
図３は、本実施形態に係るリブ設計方法を実行するリブ設計装置の構成例を示す図である。図３に示されるリブ設計装置１は、形状データ取得部１００と、シェル情報取得部１１０と、シェル分割部１２０と、境界条件取得部１３０と、最適化条件取得部１４０と、最適化処理部１５０と、リブ生成部１６０と、を有する。
【００２１】
形状データ取得部１００は、リブを設計する物品の形状を示す３次元形状データを取得する。３次元形状データの取得の方法は様々にありうる。例えば、の入力を受け付ける。
シェル情報取得部１１０は、リブを設計する物品の形状の少なくとも一部を含み物品の形状の変形が許容される空間である設計空間内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデル（２．５次元情報）を取得する。
【００２２】
シェル分割部１２０は、シェル情報取得部１１０で取得された面状のシェルモデルをメッシュ状の複数の要素（エレメント）に分割する。
境界条件取得部１３０は、物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する。
最適化条件取得部１４０は、境界条件取得部１３０で取得された物品の境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する。目的関数は、例えば、物品の質量、体積、コンプライアンス、重心位置、回転慣性、変位、応力、ひずみ、要素力、複合材の応答（応力、ひずみ、破壊基準）、変位、速度、加速度、応力、要素力、固有値、座屈係数、等が挙げられる。本実施形態においては、非限定的一例として、目的関数が質量である場合について説明する。
【００２３】
最適化処理部１５０は、シェル分割部１２０において複数の要素に分割された面状のシェルモデルに対して、最適化条件取得部１４０において取得された最適化条件を満たすようにトポロジー最適化を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する。本実施形態のリブ設計方法においては、非限定的一例として、トポロジー最適化の手法として、密度法を採用し、最適形状情報として密度分布情報を出力する場合について説明する。ただし、これに限定されるものではない。トポロジー最適化の手法として、例えば、均質化設計法、グランドストラクチャー法、等を採用することも可能である。
【００２４】
リブ生成部１６０は、最適化処理部１５０によって出力された最適形状情報に対応するようにリブを生成する。このリブ生成部１６０の処理はリブ設計装置１によって自動的に実行されてもよいし、例えば、ユーザがリブ設計装置１の表示装置に表示される最適形状情報を視認して、マウス等の入力装置でリブを設計する部分を選択することによって、その要素部分に対応する物品の部分にリブが生成されるようになっていてもよい。
【００２５】
（処理フロー）
図４は、図４に示されるリブ設計装置１が実行するリブ設計処理手順の一例を示すフローチャートである。
リブ設計装置１のユーザは、リブを生成する前の物品の３次元形状データが記録されているＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体をリブ設計装置１に読み込ませる。形状データ取得部１００は、この物品の３次元形状データの入力を受け付けることで、３次元形状データを取得する（ステップＳ１０１）。形状データ取得部１００が入力を受け付けた３次元形状データは、一旦、ＲＡＭやハードディスク等の記憶装置に記憶された後、リブ設計装置１のディスプレイ等の表示装置に表示出力される。これにより、ユーザは物品の３次元形状を視認できる。なお、３次元形状データは、例えば、リブ設計装置１が接続されているネットワークを介して、他の装置から受信する等となっていてもよい。
【００２６】
また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から３次元形状データを読み込む際、この３次元形状データには物品形状内の変更可能領域（形状変更が許容される領域）がすでに設定されている場合がある。もし、設定されていない場合には、表示装置に表示された物品の３次元形状に対して、ユーザがマウス等の入力装置を操作して変更可能領域を設定するようになっていてもよい。
【００２７】
次に、ユーザは、マウス等の入力装置を操作して、表示装置に表示された物品の３次元形状の設計空間内において、リブを設ける物品の略面形状部分に対してシェルを設定する。また、ユーザは、キーボード、マウス等の入力装置を操作して、シェルごとに２．５次元情報を入力する（ステップＳ１０２）。本実施形態においては、非限定的一例として、２．５次元情報は、シェルの範囲を示す２次元座標と、シェルの厚みを示す厚み情報とから構成されるものとする。また、ここで設定されるシェルの厚みは、そのシェルが対応している物品の略面形状部分に形成するリブの高さに対応する。
【００２８】
また、本実施形態においては、非限定的一例として、一つのシェルに対して一意の厚みが設定されるものとする。すなわち、例えば、物品の一つの面において、場所によってシェルの厚み（リブの高さ）を異ならせたい場合には、シェルの厚みが異なる場所ごとにシェルを設定する。ただし、シェルの設定方法はこれに限定されるものではなく、一つのシェルにおいて場所によって異なる厚みを設定する（すなわち、不均一に厚みを設定する）ようになっていてもよい。
ここで、シェル情報取得部１１０は、上記のようにユーザが入力したシェルごとの２．５次元情報を受け付け、ＲＡＭ等のメモリに記憶する。
シェル分割部１２０は、ステップＳ１０２で入力を受け付けたシェルモデルを複数の要素（エレメント）に分割する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
次に、ユーザはキーボード等の入力装置を操作して、荷重条件や拘束条件等の境界条件を入力する。ここで、境界条件には、例えば、荷重条件と拘束条件とが含まれる。「荷重条件」とは、例えば、物品のいずれの部位に、どの方向にどれくらいの力が加わるか等の条件を示すものである。また、「拘束条件」とは、例えば、物品において固定される部位、回転する際の回転軸もしくは回転中心の点等の物品を拘束する条件を示すものである。
【００３０】
また、境界条件には、接触条件等が含まれる場合もある。「接触条件」とは、例えば、リブを設計する物品と他の物品とが接触する際の固定状態（接着されているのか接触しているのみであるのか）、接触時の強度等の条件を示すものである。
境界条件取得部１３０は、上記のようにして入力された境界条件を受け付け、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
ユーザは、キーボード等の入力装置を操作して、境界条件に対応した制約条件や目的関数を入力する。最適化条件取得部１４０は、ユーザによって入力された制約条件と目的関数とを含む最適化条件を受け付け、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０５）。
最適化処理部１５０は、ステップＳ１０３で複数の要素に分割されたシェルモデルに対し、ステップＳ１０５で取得された最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を実行する（ステップＳ１０６）。なお、これらの処理は、例えば、非特許文献１に示されるアルテアエンジニアリング社の「ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ」に代表される設計支援ソフトによって実行させることが可能である。
【００３２】
そして、最適化処理部１５０は、トポロジー最適化処理の結果として、シェルモデルの複数の要素の各要素における密度を示す密度分布情報を表示装置等に出力する（ステップＳ１０７）。
ユーザは、表示装置に表示出力された密度分布情報を視認し、リブを設定する場所として、密度の高い要素部分をマウス等の入力装置で選択する。リブ生成部１６０は、ユーザが入力装置で選択した要素部分にリブが設置された状態の形状を示す３次元データをハードディスクやＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０８）。
【００３３】
（リブ設計装置のハードウェア構成）
図５は、本実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５に示されるコンピュータ装置であるリブ設計装置１において、ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０４またはハードディスクドライブ２０６に格納されたプログラムに従い、ＲＡＭ２０５を一次記憶用ワークメモリとして利用して、システム全体を制御する。
これにより、上記説明した本実施形態に係るリブ設計装置における形状データ取得部１００、シェル情報取得部１１０、シェル分割部１２０、境界条件取得部１３０、最適化条件取得部１４０、最適化処理部１５０、およびリブ生成部１６０における機能が実現される。すなわち、ＣＰＵ２０１は、マウス２０２ａまたはキーボード２０２を介して入力されるデータをＲＡＭ２０５やハードディスクドライブ２０６等に記憶し、またこれらのデータを用いて、ハードディスクドライブ２０６に格納されたプログラムを読み出して、本実施形態のリブ設計処理を実行する。
【００３４】
ディスプレイインタフェイス２０３には、ＬＣＤなどの表示装置が接続され、ＣＰＵ２０１が実行するリブ設計処理に必要なデータ（シェルモデルの２．５次元情報、境界条件、最適化条件等のデータ）のユーザ入力用画面、処理経過表示画面、トポロジー最適化の処理結果である密度分布情報等が表示装置に表示される。
リムーバブルメディアドライブ２０７は、主に、リムーバブルメディアからハードディスクドライブ２０６へファイルを書き込んだり、ハードディスクドライブ２０６から読み出したファイルをリムーバブルメディアへ書き込む場合に利用される。リムーバブルメディアとしては、フロッピディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＯ、ブルーレイディスク（ＢＤ）、メモリカード、ＣＦカード、スマートメディア、ＳＤカード、メモリスティックなどが利用可能である。
【００３５】
プリンタインタフェイス１０８には、レーザビームプリンタやインクジェットプリンタなどのプリンタが接続される。
ネットワークインタフェイス２０９は、コンピュータ装置であるリブ設計装置１を外部のネットワークへ接続するためのインタフェイスである。例えば、リブ設計装置１は、ネットワークインタフェイス２０９を介して、物品の３次元形状データを受信してハードディスクドライブ２０６等に記憶するようになっていてもよい。また、ネットワークインタフェイス２０９を介して、リブ設計処理の処理結果である最適化形状のデータを外部の装置等に出力するようになっていてもよい。
【００３６】
図５に示した本実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成は一例に過ぎず、その他の任意のハードウェア構成を用いることが可能である。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００３７】
１ リブ設計装置
１０ シェルモデル
１１ 鉄橋形状（密度の高い要素部分）
１２ リブ形状
１００ 形状データ取得部
１１０ シェル情報取得部
１２０ シェル分割部
１３０ 境界条件取得部
１４０ 最適化条件取得部
１５０ 最適化処理部
１６０ リブ生成部
２０１ ＣＰＵ
２０２ キーボード
２０２ａ マウス
２０３ ディスプレイインタフェイス
２０４ ＲＯＭ
２０５ ＲＡＭ
２０６ ハードディスクドライブ
２０７ リムーバブルメディアドライブ
２０８ プリンタインタフェイス
２０９ ネットワークインタフェイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等の強度を補強するためのリブを設計するリブ設計技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車の部品等を軽量化する方法として、部品の材料をアルミ等の金属から、より軽量なプラスチック樹脂等の素材に変更することが行われている。しかし、部品をプラスチック製にした場合、金属製である場合よりも部品の強度が弱くなってしまうため、リブを新たに設計して部品の強度を補強する場合がある。
このようなリブの設計を行う際、一般的に、設計者は、非特許文献１のような設計支援ソフトウェアを使用して設計を行う。非特許文献１のソフトウェアは、設計者が既存部品の形状データを入力し、制約条件や目的関数等を設定すると、自動的にトポロジー最適化処理を行って、既存部品の形状にリブを設けた最適化形状を生成して出力する。そして、設計者は、ソフトウェアが出力した最適化形状が設定した制約条件等の条件を満たすものであるかをテストし、条件を満たさない場合には、再度、制約条件等の条件をソフトウェアに入力し直して、最適化形状を出力させるということを繰り返し、最終的な物品形状を決定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Altair OptiStruct”、[online]、アルテアエンジニアリング株式会社、[平成23年9月22日検索]、インターネット<URL:http://www.altairhyperworks.jp/Product,19,OptiStruct.aspx>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非特許文献１の設計支援ソフトウェアで一般的に推奨されているリブ設計方法は、既存部品の形状に肉付けしたソリッド状の設計空間（形状変更に使用可能な空間）を設計者に設定させ、この設計空間から不要部分を削ってリブを生成するものである。
しかしながら、このリブ設計方法を用いると、最終的にソフトウェアが出力する最適化形状は、余分な部位が残っている等の理由により、実際にそのまま部品として使用できるような適切な形状でない場合が多い。このため、再度、設計者が制約条件や目的関数の設定をし直して、ソフトウェアに再設計させるということを繰り返さなければならないという問題があった。また、このリブ設計方法は、計算量が多くなり、ソフトウェアから最適化形状が出力されるまでに時間がかかるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、より計算量が少なく、より適切な最適化形状を出力することが可能なリブ設計方法、リブ設計装置、およびリブ設計プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一態様によれば、形状データ取得部と、シェル情報取得部と、シェル分割部と、境界条件取得部と、最適化条件取得部と、最適化処理部と、リブ生成部と、を有するリブ設計装置が実行し、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計方法であって、前記形状データ取得部が、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１のステップと、前記シェル情報取得部が、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２のステップと、前記シェル分割部が、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３のステップと、前記境界条件取得部が、前記物品の境界条件を取得する第４のステップと、前記最適化条件取得部が、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５のステップと、前記最適化処理部が、前記第３のステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６のステップと、前記リブ生成部が、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７のステップと、
を含むことを特徴とするリブ設計方法が提供される。
【０００７】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する形状データ取得部と、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、前記シェルモデルを複数の要素に分割するシェル分割部と、前記物品の境界条件を取得する境界条件取得部と、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、前記シェル分割部において複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状を出力する最適化処理部と、前記最適形状に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、を有することを特徴とするリブ設計装置が提供される。
【０００８】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
また、本発明の他の態様によれば、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、前記コンピュータに、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１の処理ステップと、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２の処理ステップと、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３の処理ステップと、前記物品の境界条件を取得する第４の処理ステップと、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５の処理ステップと、前記第３の処理ステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６の処理ステップと、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７の処理ステップと、を実行させるプログラムであるリブ設計プログラムが提供される。
【０００９】
この構成によれば、従来のようにソリッド状の設計空間を用いずに、２．５次元という、より少ないデータ量からリブを生成するため、計算量が少なくて済む。また、面状のシェルモデルからリブを生成するため、従来のように余分な部位が残った最適化形状が出力される可能性が低く、より適切な最適化形状を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より計算量が少ない処理量で、より適切にリブが設計された最適化形状を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るリブ設計方法の一例を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリブ設計方法の一例を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
（リブ設計方法）
図１および図２を用いて、本実施形態に係るリブ設計方法について説明する。以下では、リブ設計方法の非限定的一例として、長方形板状の物品の面上にリブを設計する場合について説明する。
【００１３】
本実施形態に係るリブ設計方法はコンピュータ装置であるリブ設計装置により実行される。まず、リブ設計装置のユーザ（設計者）は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から物品の３次元形状データ（例えば、ＣＡＤデータ等）をリブ設計装置に読み込ませる。読み込まれた３次元形状データは、ディスプレイ等の表示装置に３次元表示される。以降、リブ設計装置のユーザは、この表示装置に表示される物品の３次元形状を視認しながら、マウスやキーボード等の入力装置を用いて必要な操作を行っていく。
【００１４】
図１は、長方形板状の物品を上方から見た状態を示す図であり、本例では、この物品の長方形状の面全体に対してリブを設計するものとする。
ユーザは表示装置に表示された３次元形状に対して、リブを設ける物品の略面形状部分に対して、例えばマウスを操作して面状のシェルモデル１０を設定する。ここで、シェルモデルとは、厚みを数値で表した、見た目に厚みのないモデルである。本例においては、上述したように長方形状の面全体に対してリブを設計するため、ユーザは、マウス等を操作して面全体を選択する操作を行う。
【００１５】
また、この時、ユーザはシェルモデル１０の厚み情報も入力する。厚み情報は、設計しようとするリブの高さに対応するものである。例えば、“５ｍｍ”の高さのリブを物品の面形状部分に設けることを想定しているのであれば、シェルモデル１０の厚み情報も“５ｍｍ”と入力する。以上の操作により、シェルモデル１０の２．５次元情報が設定されたことになる。
【００１６】
そして、以上のようにして設定されたシェルモデル１０は、リブ設計装置にインストールされたソフトウェアによって、自動的にメッシュ状の細かい要素（エレメント）に分割される。
次に、ユーザは、例えばキーボードやマウス等を操作して、境界条件を設定する。境界条件は、例えば、荷重条件、拘束条件、接触条件等からなり、リブを設計しようとする物品によって設定される条件は異なる。さらに、ユーザは、制約条件と目的関数とを入力する。制約条件と目的関数は、先に入力した境界条件に対応して決定されるものである。本例においては、制約条件は、物品の長辺の「両端固定、かつ、３か所に荷重」と設定され、目的関数Σ(x)は、「荷重点の変位量がＡ（特定の値）以下であり、最も軽い形状」と設定されるものとする。
【００１７】
そして、以上のように設定されたシェルモデル１０の２．５次元情報や、制約条件および目的関数を満たすように、物品の３次元データに対してトポロジー最適化処理が実行される。この処理は、例えば、非特許文献１に示されるアルテアエンジニアリング社の「ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ」に代表される設計支援ソフトをリブ設計装置にインストールして実行させることが可能である。なお、本例では、トポロジー最適化の手法として、密度法を用いる場合について説明する。
【００１８】
トポロジー最適化処理の結果は、シェルモデル１０の要素ごとの密度を示す密度分布情報として表示装置に表示される。図２（ａ）は、表示装置に表示された密度分布情報の一例を示す図である。本例においては、密度の高い要素をより濃い色で表している。すなわち、本例においては、密度の高い要素が鉄橋のような形状１１をなしている。この形状１１の領域が、トポロジー最適化処理によってリブを形成すべき箇所であると判断された領域である。
【００１９】
その後、図２（ｂ）に示されるように、ユーザは密度の高い要素部分（形状１１）をマウス等で選択し、最終的なリブ形状１２を決定する。
なお、トポロジー最適化の処理結果である密度分布情報（図２（ａ））は、制約条件や目的関数の設定によって変化する。よって、密度分布情報において、例えばシェルモデル１０の全体（全要素）に渡って密度が高くなってしまうような場合には、制約条件や目的条件を設定しなおして、再度、設計支援ソフトウェアにトポロジー最適化処理を実行させる。
【００２０】
（リブ設計装置の構成）
図３は、本実施形態に係るリブ設計方法を実行するリブ設計装置の構成例を示す図である。図３に示されるリブ設計装置１は、形状データ取得部１００と、シェル情報取得部１１０と、シェル分割部１２０と、境界条件取得部１３０と、最適化条件取得部１４０と、最適化処理部１５０と、リブ生成部１６０と、を有する。
【００２１】
形状データ取得部１００は、リブを設計する物品の形状を示す３次元形状データを取得する。３次元形状データの取得の方法は様々にありうる。例えば、の入力を受け付ける。
シェル情報取得部１１０は、リブを設計する物品の形状の少なくとも一部を含み物品の形状の変形が許容される空間である設計空間内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデル（２．５次元情報）を取得する。
【００２２】
シェル分割部１２０は、シェル情報取得部１１０で取得された面状のシェルモデルをメッシュ状の複数の要素（エレメント）に分割する。
境界条件取得部１３０は、物品が使用される際の使用条件を示す境界条件を取得する。
最適化条件取得部１４０は、境界条件取得部１３０で取得された物品の境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する。目的関数は、例えば、物品の質量、体積、コンプライアンス、重心位置、回転慣性、変位、応力、ひずみ、要素力、複合材の応答（応力、ひずみ、破壊基準）、変位、速度、加速度、応力、要素力、固有値、座屈係数、等が挙げられる。本実施形態においては、非限定的一例として、目的関数が質量である場合について説明する。
【００２３】
最適化処理部１５０は、シェル分割部１２０において複数の要素に分割された面状のシェルモデルに対して、最適化条件取得部１４０において取得された最適化条件を満たすようにトポロジー最適化を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する。本実施形態のリブ設計方法においては、非限定的一例として、トポロジー最適化の手法として、密度法を採用し、最適形状情報として密度分布情報を出力する場合について説明する。ただし、これに限定されるものではない。トポロジー最適化の手法として、例えば、均質化設計法、グランドストラクチャー法、等を採用することも可能である。
【００２４】
リブ生成部１６０は、最適化処理部１５０によって出力された最適形状情報に対応するようにリブを生成する。このリブ生成部１６０の処理はリブ設計装置１によって自動的に実行されてもよいし、例えば、ユーザがリブ設計装置１の表示装置に表示される最適形状情報を視認して、マウス等の入力装置でリブを設計する部分を選択することによって、その要素部分に対応する物品の部分にリブが生成されるようになっていてもよい。
【００２５】
（処理フロー）
図４は、図４に示されるリブ設計装置１が実行するリブ設計処理手順の一例を示すフローチャートである。
リブ設計装置１のユーザは、リブを生成する前の物品の３次元形状データが記録されているＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体をリブ設計装置１に読み込ませる。形状データ取得部１００は、この物品の３次元形状データの入力を受け付けることで、３次元形状データを取得する（ステップＳ１０１）。形状データ取得部１００が入力を受け付けた３次元形状データは、一旦、ＲＡＭやハードディスク等の記憶装置に記憶された後、リブ設計装置１のディスプレイ等の表示装置に表示出力される。これにより、ユーザは物品の３次元形状を視認できる。なお、３次元形状データは、例えば、リブ設計装置１が接続されているネットワークを介して、他の装置から受信する等となっていてもよい。
【００２６】
また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から３次元形状データを読み込む際、この３次元形状データには物品形状内の変更可能領域（形状変更が許容される領域）がすでに設定されている場合がある。もし、設定されていない場合には、表示装置に表示された物品の３次元形状に対して、ユーザがマウス等の入力装置を操作して変更可能領域を設定するようになっていてもよい。
【００２７】
次に、ユーザは、マウス等の入力装置を操作して、表示装置に表示された物品の３次元形状の設計空間内において、リブを設ける物品の略面形状部分に対してシェルを設定する。また、ユーザは、キーボード、マウス等の入力装置を操作して、シェルごとに２．５次元情報を入力する（ステップＳ１０２）。本実施形態においては、非限定的一例として、２．５次元情報は、シェルの範囲を示す２次元座標と、シェルの厚みを示す厚み情報とから構成されるものとする。また、ここで設定されるシェルの厚みは、そのシェルが対応している物品の略面形状部分に形成するリブの高さに対応する。
【００２８】
また、本実施形態においては、非限定的一例として、一つのシェルに対して一意の厚みが設定されるものとする。すなわち、例えば、物品の一つの面において、場所によってシェルの厚み（リブの高さ）を異ならせたい場合には、シェルの厚みが異なる場所ごとにシェルを設定する。ただし、シェルの設定方法はこれに限定されるものではなく、一つのシェルにおいて場所によって異なる厚みを設定する（すなわち、不均一に厚みを設定する）ようになっていてもよい。
ここで、シェル情報取得部１１０は、上記のようにユーザが入力したシェルごとの２．５次元情報を受け付け、ＲＡＭ等のメモリに記憶する。
シェル分割部１２０は、ステップＳ１０２で入力を受け付けたシェルモデルを複数の要素（エレメント）に分割する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
次に、ユーザはキーボード等の入力装置を操作して、荷重条件や拘束条件等の境界条件を入力する。ここで、境界条件には、例えば、荷重条件と拘束条件とが含まれる。「荷重条件」とは、例えば、物品のいずれの部位に、どの方向にどれくらいの力が加わるか等の条件を示すものである。また、「拘束条件」とは、例えば、物品において固定される部位、回転する際の回転軸もしくは回転中心の点等の物品を拘束する条件を示すものである。
【００３０】
また、境界条件には、接触条件等が含まれる場合もある。「接触条件」とは、例えば、リブを設計する物品と他の物品とが接触する際の固定状態（接着されているのか接触しているのみであるのか）、接触時の強度等の条件を示すものである。
境界条件取得部１３０は、上記のようにして入力された境界条件を受け付け、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
ユーザは、キーボード等の入力装置を操作して、境界条件に対応した制約条件や目的関数を入力する。最適化条件取得部１４０は、ユーザによって入力された制約条件と目的関数とを含む最適化条件を受け付け、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０５）。
最適化処理部１５０は、ステップＳ１０３で複数の要素に分割されたシェルモデルに対し、ステップＳ１０５で取得された最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を実行する（ステップＳ１０６）。なお、これらの処理は、例えば、非特許文献１に示されるアルテアエンジニアリング社の「ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ」に代表される設計支援ソフトによって実行させることが可能である。
【００３２】
そして、最適化処理部１５０は、トポロジー最適化処理の結果として、シェルモデルの複数の要素の各要素における密度を示す密度分布情報を表示装置等に出力する（ステップＳ１０７）。
ユーザは、表示装置に表示出力された密度分布情報を視認し、リブを設定する場所として、密度の高い要素部分をマウス等の入力装置で選択する。リブ生成部１６０は、ユーザが入力装置で選択した要素部分にリブが設置された状態の形状を示す３次元データをハードディスクやＲＡＭ等の記憶装置に記憶する（ステップＳ１０８）。
【００３３】
（リブ設計装置のハードウェア構成）
図５は、本実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図５に示されるコンピュータ装置であるリブ設計装置１において、ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０４またはハードディスクドライブ２０６に格納されたプログラムに従い、ＲＡＭ２０５を一次記憶用ワークメモリとして利用して、システム全体を制御する。
これにより、上記説明した本実施形態に係るリブ設計装置における形状データ取得部１００、シェル情報取得部１１０、シェル分割部１２０、境界条件取得部１３０、最適化条件取得部１４０、最適化処理部１５０、およびリブ生成部１６０における機能が実現される。すなわち、ＣＰＵ２０１は、マウス２０２ａまたはキーボード２０２を介して入力されるデータをＲＡＭ２０５やハードディスクドライブ２０６等に記憶し、またこれらのデータを用いて、ハードディスクドライブ２０６に格納されたプログラムを読み出して、本実施形態のリブ設計処理を実行する。
【００３４】
ディスプレイインタフェイス２０３には、ＬＣＤなどの表示装置が接続され、ＣＰＵ２０１が実行するリブ設計処理に必要なデータ（シェルモデルの２．５次元情報、境界条件、最適化条件等のデータ）のユーザ入力用画面、処理経過表示画面、トポロジー最適化の処理結果である密度分布情報等が表示装置に表示される。
リムーバブルメディアドライブ２０７は、主に、リムーバブルメディアからハードディスクドライブ２０６へファイルを書き込んだり、ハードディスクドライブ２０６から読み出したファイルをリムーバブルメディアへ書き込む場合に利用される。リムーバブルメディアとしては、フロッピディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＯ、ブルーレイディスク（ＢＤ）、メモリカード、ＣＦカード、スマートメディア、ＳＤカード、メモリスティックなどが利用可能である。
【００３５】
プリンタインタフェイス１０８には、レーザビームプリンタやインクジェットプリンタなどのプリンタが接続される。
ネットワークインタフェイス２０９は、コンピュータ装置であるリブ設計装置１を外部のネットワークへ接続するためのインタフェイスである。例えば、リブ設計装置１は、ネットワークインタフェイス２０９を介して、物品の３次元形状データを受信してハードディスクドライブ２０６等に記憶するようになっていてもよい。また、ネットワークインタフェイス２０９を介して、リブ設計処理の処理結果である最適化形状のデータを外部の装置等に出力するようになっていてもよい。
【００３６】
図５に示した本実施形態に係るリブ設計装置のハードウェア構成は一例に過ぎず、その他の任意のハードウェア構成を用いることが可能である。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００３７】
１ リブ設計装置
１０ シェルモデル
１１ 鉄橋形状（密度の高い要素部分）
１２ リブ形状
１００ 形状データ取得部
１１０ シェル情報取得部
１２０ シェル分割部
１３０ 境界条件取得部
１４０ 最適化条件取得部
１５０ 最適化処理部
１６０ リブ生成部
２０１ ＣＰＵ
２０２ キーボード
２０２ａ マウス
２０３ ディスプレイインタフェイス
２０４ ＲＯＭ
２０５ ＲＡＭ
２０６ ハードディスクドライブ
２０７ リムーバブルメディアドライブ
２０８ プリンタインタフェイス
２０９ ネットワークインタフェイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状データ取得部と、シェル情報取得部と、シェル分割部と、境界条件取得部と、最適化条件取得部と、最適化処理部と、リブ生成部と、を有するリブ設計装置が実行し、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計方法であって、
前記形状データ取得部が、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１のステップと、
前記シェル情報取得部が、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２のステップと、
前記シェル分割部が、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３のステップと、
前記境界条件取得部が、前記物品の境界条件を取得する第４のステップと、
前記最適化条件取得部が、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５のステップと、
前記最適化処理部が、前記第３のステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６のステップと、
前記リブ生成部が、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７のステップと、
を含むことを特徴とするリブ設計方法。
【請求項２】
トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する形状データ取得部と、
前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、
前記シェルモデルを複数の要素に分割するシェル分割部と、
前記物品の境界条件を取得する境界条件取得部と、
前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、
前記シェル分割部において複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状を出力する最適化処理部と、
前記最適形状に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、
を有することを特徴とするリブ設計装置。
【請求項３】
トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、前記コンピュータに、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１の処理ステップと、
前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２の処理ステップと、
前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３の処理ステップと、
前記物品の境界条件を取得する第４の処理ステップと、
前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５の処理ステップと、
前記第３の処理ステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６の処理ステップと、
前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７の処理ステップと、
を実行させるプログラムであるリブ設計プログラム。
【請求項１】
形状データ取得部と、シェル情報取得部と、シェル分割部と、境界条件取得部と、最適化条件取得部と、最適化処理部と、リブ生成部と、を有するリブ設計装置が実行し、トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計方法であって、
前記形状データ取得部が、前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１のステップと、
前記シェル情報取得部が、前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２のステップと、
前記シェル分割部が、前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３のステップと、
前記境界条件取得部が、前記物品の境界条件を取得する第４のステップと、
前記最適化条件取得部が、前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５のステップと、
前記最適化処理部が、前記第３のステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６のステップと、
前記リブ生成部が、前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７のステップと、
を含むことを特徴とするリブ設計方法。
【請求項２】
トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計装置であって、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する形状データ取得部と、
前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得するシェル情報取得部と、
前記シェルモデルを複数の要素に分割するシェル分割部と、
前記物品の境界条件を取得する境界条件取得部と、
前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する最適化条件取得部と、
前記シェル分割部において複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状を出力する最適化処理部と、
前記最適形状に対応するようにリブを生成するリブ生成部と、
を有することを特徴とするリブ設計装置。
【請求項３】
トポロジー最適化処理を行って物品のリブを設計するリブ設計処理をコンピュータに実行させるためのリブ設計プログラムであって、前記コンピュータに、
前記物品の形状を示す３次元形状データを取得する第１の処理ステップと、
前記物品の形状の少なくとも一部を含む空間モデルを設計し、当該空間モデル内において、リブを設ける前記物品の略面形状部分に対して設定される面状のシェルモデルを取得する第２の処理ステップと、
前記シェルモデルを複数の要素に分割する第３の処理ステップと、
前記物品の境界条件を取得する第４の処理ステップと、
前記境界条件に対応した制約条件と、目的関数と、を含む最適化条件を取得する第５の処理ステップと、
前記第３の処理ステップにおいて複数の要素に分割された前記シェルモデルに対して、前記最適化条件を満たすようにトポロジー最適化処理を行い、最適化処理後の最適形状を表す情報である最適形状情報を出力する第６の処理ステップと、
前記最適形状に対応するようにリブを生成する第７の処理ステップと、
を実行させるプログラムであるリブ設計プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１４４６４（Ｐ２０１３−１１４４６４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０２２８（Ｐ２０１１−２６０２２８）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]