形状解析装置、形状解析方法、および、形状解析プログラム
【課題】形状データに対する亀裂解析を効率的に実施すること。
【解決手段】形状解析装置１の評価ラインデータ登録部２２は、形状データ３１ｃを表示装置９１に表示し、入力装置９２を介して、表示された形状データ３１ｃから節点データ３１ａの中の複数の要素データ３１ｂを選択させ、選択された複数の要素データ３１ｂを評価ラインデータ３２として記憶装置９４に格納し、評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の平面に対する法線ベクトルを計算し、変位投影部２５は、評価ラインデータ３２の各要素データ３１ｂについて、形状データの要素データ３１ｂに対応する部分の解析結果を、評価点データ３３の法線ベクトル上に射影する。
【解決手段】形状解析装置１の評価ラインデータ登録部２２は、形状データ３１ｃを表示装置９１に表示し、入力装置９２を介して、表示された形状データ３１ｃから節点データ３１ａの中の複数の要素データ３１ｂを選択させ、選択された複数の要素データ３１ｂを評価ラインデータ３２として記憶装置９４に格納し、評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の平面に対する法線ベクトルを計算し、変位投影部２５は、評価ラインデータ３２の各要素データ３１ｂについて、形状データの要素データ３１ｂに対応する部分の解析結果を、評価点データ３３の法線ベクトル上に射影する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状解析装置、形状解析方法、および、形状解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在製品設計において３次元ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）ソフトウェアを用いた構造解析を用いた設計が、一般的になってきている。例えば、３次元の形状モデルデータに対して亀裂解析を行うことにより、製品の材料劣化の診断や予測を、製品の製造前に把握することができる。
【０００３】
特許文献１には、解析形状を投影する技術が、開示されている。
特許文献２には、解析評価を自動化する技術が、開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１５５１３１号公報
【特許文献２】特開平５−２８８６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元の形状モデルデータの一部を構成する平面に対して、垂直な成分応力・変位量が大きいときに、その平面は亀裂が発生しやすい亀裂面であると考えられる。そこで、例えば、平面の定亀裂先端部の応力拡大係数を算出することで、亀裂の発生度合いを計算する。
【０００５】
ここで解析対象となる製品形状は複雑化しており、想定した亀裂面も自由曲面形状が多く存在する。亀裂面ごとに局所座標系を定義すると、その複雑化した製品形状の想定亀裂先端部を解析するには、応力拡大係数算出ポイント数など、応力・変位の抽出量が膨大となってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、形状データに対する亀裂解析を効率的に実施することを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置であって、
前記形状解析装置が、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部が、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部が、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部が、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部が、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする。
その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、形状データに対する亀裂解析を効率的に実施することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明による形状解析装置１の一例を示す構成図である。
形状解析装置１は、演算処理装置９３、記憶装置９４、および、メモリ９５を含めて構成され、表示装置９１と、入力装置９２と、それぞれ接続されている。
表示装置９１は、例えば、液晶ディスプレイ装置などにより構成される。
入力装置９２は、例えば、キーボードやマウスなどにより構成される。
演算処理装置９３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）として構成され、メモリ９５上の各処理部を実行する。
記憶装置９４は、ハードディスクとして構成され、メモリ９５上に読み込まれる各処理部を構成するためのプログラムを格納する。
メモリ９５上には、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）システムを実現するための、プリプロセッサ部１１と、ソルバ部１２と、ポストプロセッサ部１３と、が処理部として構成されている。
【００１１】
プリプロセッサ部１１は、ソルバ部１２の前処理に相当する処理部であり、解析対象の形状データの入力を受け付ける。さらに、プリプロセッサ部１１は、ソルバ部１２による解析処理に必要な各種パラメータの入力を受け付ける。各種パラメータとは、例えば、解析対象の材料特性、加重条件、境界条件などのパラメータである。
【００１２】
ソルバ部１２は、プリプロセッサ部１１が受け付けた解析対象の形状データに対して、演算処理を行うことにより、亀裂解析などの解析を実施する。例えば、ソルバ部１２は、解析対象を変形させるような力が作用したときに、解析対象に発生する応力や、解析対象の変形度合いを示す変位を解析する。
【００１３】
ポストプロセッサ部１３は、ソルバ部１２の後処理に相当する処理部であり、ソルバ部１２の解析結果に対して加工処理などを行い、解析に適した形で出力する。例えば、ポストプロセッサ部１３は、解析対象の形状データから亀裂が発生しやすい箇所（境界面など）が、評価ラインとして入力されると、その評価ラインに沿った解析結果（応力や変位）について、解析対象の形状データから形成される平面への法線ベクトルに射影して表示する。
【００１４】
図２は、形状解析装置１のポストプロセッサ部１３の詳細を示す構成図である。
まず、ポストプロセッサ部１３は、処理部として、解析モデル登録部２１と、評価ラインデータ登録部２２と、評価点データ登録部２３と、線分データ出力部２４と、変位投影部２５と、応力投影部２６と、を有する。これらの各処理部の詳細は、後記する。
次に、ポストプロセッサ部１３は、処理部の処理対象のデータとして、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）と、形状データ３１ｃと、評価ラインデータ３２と、評価点データ３３と、線分データ３４と、変位投影データ３５ａと、応力投影データ３５ｂと、をメモリ９５上に格納する。以下、処理対象の各データについて、図表を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図３（ａ）は、形状データ３１ｃとその評価ラインの一例を示す立体図である。プリプロセッサ部１１が入力を受け付ける解析対象の形状データ３１ｃは、複数の要素がメッシュ状に隣接する形状として表現される。このメッシュは、三角形の平面が集まって形成されたものであり、各三角形は、隣接する別の三角形と、頂点を共有する。よって、本実施形態では、以下の用語を定義する。
【００１６】
「要素」とは、解析対象のメッシュを構成する１つの三角形を指す。
「接点」とは、「要素」を構成する各頂点を指す。つまり、１つの「要素」は、３つの「接点」を有する。
「評価点」とは、「要素」を評価するための位置を指す。例えば、「評価点」は、「接点」と同じ座標を示す。
「評価ライン」とは、複数の「評価点」を順に接続することで形成される、解析対象上の直線または折れ線の線分を指す。
【００１７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の評価ライン上の評価方向ベクトルの一例を示す立体図である。
「評価方向ベクトル」とは、「評価点」を起点とするベクトルであり、「要素」を評価するためのベクトルである。具体的には、「評価方向ベクトル」は、「要素」の平面に対する法線ベクトルである。
なお、評価方向ベクトルの上下方向は、立体図が見やすいように、ユーザが上方向または下方向を指定することとしてもよい。例えば、図３（ｂ）の評価方向ベクトルは、上方向に指定すると形状データ３１ｃ（図３（ａ）参照）と重なって見づらくなってしまうので、太線の評価ラインからみて下方向に指定することが、望ましい。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１は、節点データ３１ａの一例を示す。節点データ３１ａは、接点ごとに、その接点を一意に特定するための接点番号と、その接点の３次元上での位置を示す接点座標と、を対応づけて構成する。これらの節点データ３１ａは、プリプロセッサ部１１が、入力装置９２を介して、入力を受け付ける。
【００２０】
【表２】
【００２１】
表２は、要素データ３１ｂの一例を示す。要素データ３１ｂは、要素ごとに、その要素を一意に特定するための要素番号と、その要素を構成する各頂点となる３つの接点番号（第１接点番号〜第３接点番号）と、を対応づけて構成する。３つの接点番号の割り当て方法は、例えば、第１接点番号から第３接点番号まで、順に反時計回りに割り当てる方法がある。なお、要素データ３１ｂの接点番号と、節点データ３１ａの接点番号とは、同じ番号が同じ接点として互いに対応する。
【００２２】
【表３】
【００２３】
表３は、形状データ３１ｃの一例を示す。形状データ３１ｃは、解析モデルデータ３１を、ＳＴＬ（Stadard Triangulation Language）データ形式に変換したものである。ＳＴＬデータ形式とは、光造形装置などに応用されるデータ形式であり、立体の形状が、三角形の頂点座標と三角形の法線ベクトルとで表現される。
２行目の「facet normal」から８行目の「endfacet」までが１つの要素（三角形）に該当し、９行目の「facet normal」から１５行目の「endfacet」までが別の要素に該当する。各要素内の３行の「vertex」が、その要素を構成する各頂点の座標を示す。
三角形の法線ベクトル（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）は、「facet normal」の後につづく３つの数値により、Ｘ，Ｙ，Ｚの順で示される。この数値における「E」以降は、数値の指数部を示す。
三角形の各頂点の位置（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）は、４行目〜６行目などの「vertex」の後につづく３つの数値により、Ｘ，Ｙ，Ｚの順で示される。１行が１頂点分に対応する。この「vertex」行の順序は、例えば、各頂点の位置を反時計回りに列挙することにより決定される。
【００２４】
【表４】
【００２５】
表４は、評価ラインデータ３２の一例を示す。評価ラインデータ３２は、３つの評価点を１組として、その組を特定する組番号と、評価点を特定する評価点番号と、評価点座標と、を対応づけて構成する。
組番号「１」の評価点番号「１８」と、評価点番号「２４」とが、評価ライン上の評価点であり、評価点番号「９８」は、評価点番号「１８」と評価点番号「２４」との評価方向を定義するために必要とする評価点である。
つまり、評価点番号「１８」と評価点番号「２４」との評価方向は、評価点番号「１８」、評価点番号「２４」、および、評価点番号「９８」の３点で定義する平面の法線方向とする。
組番号「２」の３つの評価点は、評価点番号「２４」、評価点番号「２５」、および、評価点番号「９８」である。組番号「１」の２番目の評価点番号「２４」と、組番号「２」の１番目の評価点番号「２４」と、は、互いに重複している。
このように重複した評価点について、評価方向がそれぞれの組で計算されるため、複数の評価方向が計算される。よって、重複した評価点について、それぞれの組で計算された評価方向を平均化することにより、１つの評価方向を特定すればよい。
【００２６】
【表５】
【００２７】
表５は、評価点データ３３の一例を示す。評価点データ３３は、評価点番号と、登録数と、評価点座標と、評価方向ベクトルと、を対応づけて構成する。
「登録数」は、対応する「評価点番号」の評価ラインデータ３２における登録されているレコードの数を示す。例えば、評価点番号＝２４について、評価ラインデータ３２の組番号＝１，２にそれぞれ１つずつ、合計２つ登録されているため、評価点データ３３の「登録数」は「２」である。
【００２８】
【表６】
【００２９】
表６は、線分データ３４の一例を示す。
１行目の「ＰＯＬＹＬＩＮＥ」は、線分を示すキーワードである。
２行目の「５」は、線分を構成する点数が５つであることを示す。
３〜７行目は、線分を構成する点の座標（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）をスペースで区切って示す。
【００３０】
【表７】
【００３１】
表７は、変位投影データ３５ａを示す。変位投影データ３５ａは、接点番号と、変位と、評価方向変位と、を対応づけて構成する。変位は、ソルバ部１２による解析結果であり、ＸＹＺ直交座標系の物理量として表現される。評価方向変位は、変位投影部２５による「変位」の評価方向ベクトルへの投影結果である。
【００３２】
【表８】
【００３３】
表８は、応力投影データ３５ｂを示す。応力投影データ３５ｂは、接点番号と、垂直応力と、せん断応力と、評価方向応力と、を対応づけて構成する。垂直応力、および、せん断応力は、ソルバ部１２による解析結果であり、ＸＹＺ直交座標系の物理量として表現される。評価方向応力は、変位投影部２５による「垂直応力」、および、「せん断応力」の評価方向ベクトルへの投影結果である。
【００３４】
図２に戻って、各処理部を説明する。
【００３５】
解析モデル登録部２１は、節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂを読み込み、表示装置９１で表示可能なＳＴＬデータ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
評価ラインデータ登録部２２は、入力装置９２を介して、評価ラインデータ３２の１組ごとに、その３つの評価点の入力を受け付けると、その３つの評価点で定義される面の法線方向を１点目の節点と２点目の節点の評価方向として計算する。
評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の各評価点の節点番号、節点座標、および、評価方向を、評価点データ３３に登録する。
線分データ出力部２４は、評価ラインデータ３２の評価点および評価方向を、表示装置９１で表示可能な形状データである線分データ３４として出力する。
【００３６】
変位投影部２５は、ソルバ部１２の計算結果である変位を、評価点の評価方向に座標変換することで投影し、その投影結果を変位投影データ３５ａに登録する。
応力投影部２６は、ソルバ部１２の計算結果である応力（垂直応力、せん断応力）を、評価点の評価方向に座標変換することで投影し、その投影結果を応力投影データ３５ｂに登録する。
【００３７】
図４は、評価ラインデータ登録部２２が計算する、要素の法線ベクトルの計算方法を詳細に説明するための説明図である。
【００３８】
図４（ａ）は、１つの要素を構成する平面（三角形）と、その平面に対する法線ベクトルと、を立体的に表記する説明図である。
三角形の３つの頂点（評価点）は、ベクトル（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）で示される。
三角形の２つの辺は、ベクトル（Ａ，Ｂ）で示される。
三角形の平面に対する法線ベクトルは、ベクトル（Ｃ）で示される。
法線ベクトルの単位ベクトルは、ベクトル（Ｕ）で示される。
【００３９】
図４（ｂ）は、図４（ａ）で示される各変数の内容と計算方法を示す表である。
各頂点（評価点）は、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａ）として入力される。
三角形の２つの辺は、各頂点の差分ベクトルとして計算される。
三角形の平面に対する法線ベクトルは、三角形の２つの辺の外積として計算される。
法線ベクトルの単位ベクトルは、法線ベクトルの各成分を法線ベクトルの長さで除算して計算される。
【００４０】
図５（ａ）は、形状解析装置１のポストプロセッサ部１３による解析後処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、プリプロセッサ部１１の解析前処理と、ソルバ部１２の解析処理と、が順に実行された後、実行される。
【００４１】
Ｓ１１において、解析モデル登録部２１は、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）を読み込み、ＳＴＬ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
Ｓ１２において、評価ラインデータ登録部２２は、形状データ３１ｃ上の評価ライン（図３（ａ）参照）を示す評価ラインデータ３２を、記憶装置９４からメモリ９５に読み込む。そして、評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の３点で定義する面の法線方向を１点目の節点と２点目の節点の評価方向として計算する。その計算結果を評価方向ベクトルとして評価点データ３３に登録する。
【００４２】
Ｓ１３において、線分データ出力部２４は、読み込んだ評価ラインデータ３２の評価ラインと、評価点データ３３の評価方向ベクトルと、を折れ線形式の線分データ３４として出力する（図３（ｂ）参照）。
そのため、線分データ出力部２４は、評価ラインデータ３２の全評価点の点座標を接続することで、折れ線データを作成する。
次に、線分データ出力部２４は、折れ線データを構成する全評価点の座標について、評価点の座標と、評価方向ベクトルに任意の長さを掛けた座標とを接続する線分データを作成し、全評価点の折れ線データに追加することで、線分データ３４を作成する。
【００４３】
Ｓ１４において、変位投影部２５は、各評価点について、ソルバ部１２の解析結果である変位を変位投影データ３５ａから読み込み、評価点データ３３の評価方向ベクトルに変位を投影し、その投影結果を変位投影データ３５ａに評価方向変位として登録する。
Ｓ１５において、応力投影部２６は、各評価点について、ソルバ部１２の解析結果である応力（垂直応力、せん断応力）を応力投影データ３５ｂから読み込み、評価点データ３３の評価方向ベクトルに応力を投影し、その投影結果を応力投影データ３５ｂに評価方向応力として登録する。
【００４４】
そして、Ｓ１４およびＳ１５でそれぞれ登録された、評価方向の射影結果（変位、応力）は、解析担当者に対して、出力される。例えば、評価方向の射影結果は、表示装置９１を介して、形状データ３１ｃの表示上に、ベクトルとして表示される。これにより、解析担当者は、評価ラインデータ３２が示す評価ラインに沿って、射影されたベクトルを参照することができる。よって、解析担当者は、評価ラインから、特に弱点となる（亀裂が生じやすい）箇所を、直観的に把握することができる。なお、Ｓ１４およびＳ１５のうち、片方の処理は、省略してもよい。
【００４５】
図５（ｂ）は、解析モデル登録部２１が実行する、Ｓ１１の処理の詳細を示すフローチャートである。
【００４６】
Ｓ１０１において、プリプロセッサ部１１を介して節点の入力を受け付け、入力されていない節点が存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ１０２へ、満たさないときにはＳ１０３へ、それぞれ移行する。
Ｓ１０２において、Ｓ１０１で入力された接点の節点番号と、節点座標と、を対応づけて節点データ３１ａに登録する。
Ｓ１０３において、節点データ３１ａに登録されている３つの接点番号を組として指定することにより、要素の入力を受け付け、入力されていない要素が存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ１０４へ、満たさないときにはＳ１０５へ、それぞれ移行する。
Ｓ１０４において、Ｓ１０３で入力された要素番号と、３つの接点番号と、を対応づけて要素データ３１ｂに登録する。
Ｓ１０５において、Ｓ１０４で登録された各要素について、その３つの接点から形成される面の法線ベクトルを計算し、その３つの接点番号と対応づけて、ＳＴＬ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
【００４７】
図６（ａ）は、評価ラインデータ登録部２２および評価点データ登録部２３が実行する、Ｓ１２の処理の詳細を示すフローチャートである。
このフローチャートが行われる前準備として、評価ラインデータ登録部２２は、Ｓ１１で入力された解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）から、評価ラインデータ３２を作成する処理を実行する。
評価ラインデータ３２の作成処理は、まず、要素タイプおよび評価ライン上の各要素の入力を受け付ける。
要素タイプが「一次」のときには、１つの接点を１つの評価点としてそのまま対応づける。つまり、要素データ３１ｂの評価ライン上の各要素について、要素データ３１ｂの１つの要素を評価ラインデータ３２の１つの組とし、要素データ３１ｂの３つの接点（第１接点番号〜第３接点番号）を、評価ラインデータ３２の接点番号とする。
要素タイプが「二次」のときには、要素（三角形）を構成する３つの接点に加え、その接点間の中点（３つ）をあわせて、合計６点の評価点とする。
なお、評価ライン上の各要素の入力は、例えば、Ｓ１１で出力されるＳＴＬ形式の形状データ３１ｃを３Ｄで画面表示し、その画面表示からドラッグ操作などにより範囲指定された要素を、入力される評価ライン上の各要素とすることとしてもよい。
【００４８】
Ｓ２０１において、評価ラインデータ登録部２２は、３つの評価点の組の読み込み処理（Ｓ２０２）がまだ行われていない組が評価ラインデータ３２に存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ２０２へ、満たさないときにはＳ２０７へ、それぞれ移行する。
【００４９】
Ｓ２０２において、評価ラインデータ登録部２２は、評価ラインデータ３２から、まだ読み込まれていない組を構成する３つの評価点の評価点番号と評価点座標（図４（ｂ）のＮ１，Ｎ２，Ｎ３）とを読み込む。
Ｓ２０３において、評価点データ登録部２３は、読み込んだ３つの評価点の１点目（Ｎ１）から２点目（Ｎ２）へのベクトル（Ａ）を計算する。このベクトルは、読み込んだ３つの評価点から形成される平面（三角形）の一辺に該当する。
Ｓ２０４において、評価点データ登録部２３は、読み込んだ３つの評価点の２点目（Ｎ２）から３点目（Ｎ３）へのベクトル（Ｂ）を計算する。このベクトルは、平面（三角形）のＳ２０３とは別の一辺に該当する。
【００５０】
Ｓ２０５において、評価点データ登録部２３は、Ｓ２０３で求めたベクトルＡと、Ｓ２０４で求めたベクトルＢとの外積を計算し、その計算結果を平面（三角形）の法線ベクトル（Ｃ）とする。この法線ベクトル（Ｃ）は、評価点Ｎ１および評価点Ｎ２の評価方向ベクトルである。
Ｓ２０６において、評価点データ登録部２３は、Ｓ２０２で読み込んだ３つの評価点の１点目（Ｎ１）と２点目（Ｎ２）とを、それぞれ評価点データ３３に登録する（詳細は、図６（ｂ））。
Ｓ２０７において、評価点データ登録部２３は、評価点データ３３から「登録数」が２以上の行を検索し、検索した行の「評価方向ベクトル」を「登録数」で割ることにより、評価方向ベクトルを平均化する。さらに、評価方向ベクトル（Ｃ）をその長さ（Ｃlength）で割ることにより、単位ベクトル（Ｕ）を求める。
【００５１】
図６（ｂ）は、評価点データ登録部２３が実行する、Ｓ２０６の処理の詳細を示すフローチャートである。
【００５２】
Ｓ２１１において、登録対象の評価点の評価点番号が、評価点データ３３に登録済か否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ２１２へ、満たさないときにはＳ２１３へ、それぞれ移行する。
Ｓ２１２において、評価点データ３３に登録されている行を修正し、既に存在する行について、行の「登録数」に１を加算し、行の「評価方向ベクトル」に登録対象の評価点の評価方向ベクトルを加算する。
Ｓ２１３において、評価点データ３３に新規に行を追加し、追加する行の評価点番号と、評価点座標と、登録数＝１と、登録対象の評価点の評価方向ベクトルと、を評価点データ３３に書き込む。
【００５３】
図７（ａ）は、変位投影部２５が実行する、Ｓ１４の詳細な処理を示すフローチャートである。このフローチャートが開始される前に、変位投影データ３５ａには、接点ごとに、プリプロセッサ部１１により入力を受け付けた接点番号と、ソルバ部１２により解析された変位（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、が記録されている。そして、このフローチャートを実行することにより、変位投影データ３５ａの「評価方向変位」が接点ごとに求まる。本フローチャートで使用される各パラメータ、および、各計算式は、以下の通りである。
【００５４】
【数１】
【００５５】
Ｓ３１１において、変位投影データ３５ａに登録されている接点の中から、評価点データ３３に登録されている評価点に適合する接点に絞り込む。そして、Ｓ３１２以下の処理では、変位投影データ３５ａの接点のうち、絞り込まれた接点を対象とする。
これにより、評価ラインとは関係ない接点を計算対象から除外することができるので、計算量を削減することができる。
【００５６】
Ｓ３１２において、接点読み込み処理（Ｓ３１３）がまだ行われていない接点が変位投影データ３５ａに存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ３１３へ移行し、満たさないときには、このフローチャートを終了する。
Ｓ３１３において、変位投影データ３５ａからまだ読み込まれていない接点の接点番号と変位（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）とを１接点分読み込む。
Ｓ３１４において、読み込んだ節点の変位（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を、評価点データ３３の評価方向ベクトル（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）上の投影点（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）に投影する。
Ｓ３１５において、Ｓ３１４の投影点（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）の原点からの距離を、投影後の変位Ｄとする。そして、投影後の変位Ｄを、変位投影データ３５ａに書き込む。そして、処理をＳ３１２に戻す。
【００５７】
図７（ｂ）は、応力投影部２６が実行する、Ｓ１５の詳細な処理を示すフローチャートである。このフローチャートが開始される前に、応力投影データ３５ｂには、接点ごとに、プリプロセッサ部１１により入力を受け付けた接点番号と、ソルバ部１２により解析された垂直応力（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、せん断応力（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、が記録されている。そして、このフローチャートを実行することにより、応力投影データ３５ｂの「評価方向応力」が接点ごとに求まる。本フローチャートで使用される各パラメータ、および、各計算式は、以下の通りである。
【００５８】
【数２】
【００５９】
Ｓ３２１において、応力投影データ３５ｂに登録されている接点の中から、評価点データ３３に登録されている評価点に適合する接点に絞り込む。そして、Ｓ３２２以下の処理では、応力投影データ３５ｂの接点のうち、絞り込まれた接点を対象とする。
これにより、評価ラインとは関係ない接点を計算対象から除外することができるので、計算量を削減することができる。
【００６０】
Ｓ３２２において、接点読み込み処理（Ｓ３２３）がまだ行われていない接点が応力投影データ３５ｂに存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ３２３へ移行し、満たさないときには、このフローチャートを終了する。
Ｓ３２３において、応力投影データ３５ｂからまだ読み込まれていない接点の接点番号と、垂直応力（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）と、せん断応力（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）と、を１接点分読み込む。
Ｓ３２４において、読み込んだ節点の垂直応力（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）と、せん断応力（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）と、をもとに、投影後の応力Ｓを計算し、応力投影データ３５ｂに書き込む。そして、処理をＳ３２２に戻す。
【００６１】
以上説明した本実施形態によれば、ソルバ部１２の解析結果である変位や応力を、３点で指定して定義する面の法線方向に投影することにより、面に対して亀裂が想定されるか否かを容易に判断させることができる。よって、亀裂解析を効率的に支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１のポストプロセッサ部１３の詳細を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に関する形状データ３１ｃとその評価ラインの一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に関する評価ラインデータ登録部２２が計算する、要素の法線ベクトルの計算方法を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１のポストプロセッサ部１３による解析後処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に関する評価方向ベクトルの計算処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に関する解析結果を評価方向ベクトル上に投影する処理の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 形状解析装置
１１ プリプロセッサ部
１２ ソルバ部
１３ ポストプロセッサ部
２１ 解析モデル登録部
２２ 評価ラインデータ登録部
２３ 評価点データ登録部
２４ 線分データ出力部
２５ 変位投影部
２６ 応力投影部
３１ 解析モデルデータ
３１ａ 節点データ
３１ｂ 要素データ
３１ｃ 形状データ
３２ 評価ラインデータ
３３ 評価点データ
３４ 線分データ
３５ａ 変位投影データ
３５ｂ 応力投影データ
９１ 表示装置
９２ 入力装置
９３ 演算処理装置
９４ 記憶装置
９５ メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状解析装置、形状解析方法、および、形状解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在製品設計において３次元ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）ソフトウェアを用いた構造解析を用いた設計が、一般的になってきている。例えば、３次元の形状モデルデータに対して亀裂解析を行うことにより、製品の材料劣化の診断や予測を、製品の製造前に把握することができる。
【０００３】
特許文献１には、解析形状を投影する技術が、開示されている。
特許文献２には、解析評価を自動化する技術が、開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１５５１３１号公報
【特許文献２】特開平５−２８８６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元の形状モデルデータの一部を構成する平面に対して、垂直な成分応力・変位量が大きいときに、その平面は亀裂が発生しやすい亀裂面であると考えられる。そこで、例えば、平面の定亀裂先端部の応力拡大係数を算出することで、亀裂の発生度合いを計算する。
【０００５】
ここで解析対象となる製品形状は複雑化しており、想定した亀裂面も自由曲面形状が多く存在する。亀裂面ごとに局所座標系を定義すると、その複雑化した製品形状の想定亀裂先端部を解析するには、応力拡大係数算出ポイント数など、応力・変位の抽出量が膨大となってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、形状データに対する亀裂解析を効率的に実施することを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置であって、
前記形状解析装置が、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部が、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部が、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部が、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部が、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする。
その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、形状データに対する亀裂解析を効率的に実施することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明による形状解析装置１の一例を示す構成図である。
形状解析装置１は、演算処理装置９３、記憶装置９４、および、メモリ９５を含めて構成され、表示装置９１と、入力装置９２と、それぞれ接続されている。
表示装置９１は、例えば、液晶ディスプレイ装置などにより構成される。
入力装置９２は、例えば、キーボードやマウスなどにより構成される。
演算処理装置９３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）として構成され、メモリ９５上の各処理部を実行する。
記憶装置９４は、ハードディスクとして構成され、メモリ９５上に読み込まれる各処理部を構成するためのプログラムを格納する。
メモリ９５上には、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）システムを実現するための、プリプロセッサ部１１と、ソルバ部１２と、ポストプロセッサ部１３と、が処理部として構成されている。
【００１１】
プリプロセッサ部１１は、ソルバ部１２の前処理に相当する処理部であり、解析対象の形状データの入力を受け付ける。さらに、プリプロセッサ部１１は、ソルバ部１２による解析処理に必要な各種パラメータの入力を受け付ける。各種パラメータとは、例えば、解析対象の材料特性、加重条件、境界条件などのパラメータである。
【００１２】
ソルバ部１２は、プリプロセッサ部１１が受け付けた解析対象の形状データに対して、演算処理を行うことにより、亀裂解析などの解析を実施する。例えば、ソルバ部１２は、解析対象を変形させるような力が作用したときに、解析対象に発生する応力や、解析対象の変形度合いを示す変位を解析する。
【００１３】
ポストプロセッサ部１３は、ソルバ部１２の後処理に相当する処理部であり、ソルバ部１２の解析結果に対して加工処理などを行い、解析に適した形で出力する。例えば、ポストプロセッサ部１３は、解析対象の形状データから亀裂が発生しやすい箇所（境界面など）が、評価ラインとして入力されると、その評価ラインに沿った解析結果（応力や変位）について、解析対象の形状データから形成される平面への法線ベクトルに射影して表示する。
【００１４】
図２は、形状解析装置１のポストプロセッサ部１３の詳細を示す構成図である。
まず、ポストプロセッサ部１３は、処理部として、解析モデル登録部２１と、評価ラインデータ登録部２２と、評価点データ登録部２３と、線分データ出力部２４と、変位投影部２５と、応力投影部２６と、を有する。これらの各処理部の詳細は、後記する。
次に、ポストプロセッサ部１３は、処理部の処理対象のデータとして、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）と、形状データ３１ｃと、評価ラインデータ３２と、評価点データ３３と、線分データ３４と、変位投影データ３５ａと、応力投影データ３５ｂと、をメモリ９５上に格納する。以下、処理対象の各データについて、図表を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図３（ａ）は、形状データ３１ｃとその評価ラインの一例を示す立体図である。プリプロセッサ部１１が入力を受け付ける解析対象の形状データ３１ｃは、複数の要素がメッシュ状に隣接する形状として表現される。このメッシュは、三角形の平面が集まって形成されたものであり、各三角形は、隣接する別の三角形と、頂点を共有する。よって、本実施形態では、以下の用語を定義する。
【００１６】
「要素」とは、解析対象のメッシュを構成する１つの三角形を指す。
「接点」とは、「要素」を構成する各頂点を指す。つまり、１つの「要素」は、３つの「接点」を有する。
「評価点」とは、「要素」を評価するための位置を指す。例えば、「評価点」は、「接点」と同じ座標を示す。
「評価ライン」とは、複数の「評価点」を順に接続することで形成される、解析対象上の直線または折れ線の線分を指す。
【００１７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の評価ライン上の評価方向ベクトルの一例を示す立体図である。
「評価方向ベクトル」とは、「評価点」を起点とするベクトルであり、「要素」を評価するためのベクトルである。具体的には、「評価方向ベクトル」は、「要素」の平面に対する法線ベクトルである。
なお、評価方向ベクトルの上下方向は、立体図が見やすいように、ユーザが上方向または下方向を指定することとしてもよい。例えば、図３（ｂ）の評価方向ベクトルは、上方向に指定すると形状データ３１ｃ（図３（ａ）参照）と重なって見づらくなってしまうので、太線の評価ラインからみて下方向に指定することが、望ましい。
【００１８】
【表１】
【００１９】
表１は、節点データ３１ａの一例を示す。節点データ３１ａは、接点ごとに、その接点を一意に特定するための接点番号と、その接点の３次元上での位置を示す接点座標と、を対応づけて構成する。これらの節点データ３１ａは、プリプロセッサ部１１が、入力装置９２を介して、入力を受け付ける。
【００２０】
【表２】
【００２１】
表２は、要素データ３１ｂの一例を示す。要素データ３１ｂは、要素ごとに、その要素を一意に特定するための要素番号と、その要素を構成する各頂点となる３つの接点番号（第１接点番号〜第３接点番号）と、を対応づけて構成する。３つの接点番号の割り当て方法は、例えば、第１接点番号から第３接点番号まで、順に反時計回りに割り当てる方法がある。なお、要素データ３１ｂの接点番号と、節点データ３１ａの接点番号とは、同じ番号が同じ接点として互いに対応する。
【００２２】
【表３】
【００２３】
表３は、形状データ３１ｃの一例を示す。形状データ３１ｃは、解析モデルデータ３１を、ＳＴＬ（Stadard Triangulation Language）データ形式に変換したものである。ＳＴＬデータ形式とは、光造形装置などに応用されるデータ形式であり、立体の形状が、三角形の頂点座標と三角形の法線ベクトルとで表現される。
２行目の「facet normal」から８行目の「endfacet」までが１つの要素（三角形）に該当し、９行目の「facet normal」から１５行目の「endfacet」までが別の要素に該当する。各要素内の３行の「vertex」が、その要素を構成する各頂点の座標を示す。
三角形の法線ベクトル（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）は、「facet normal」の後につづく３つの数値により、Ｘ，Ｙ，Ｚの順で示される。この数値における「E」以降は、数値の指数部を示す。
三角形の各頂点の位置（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）は、４行目〜６行目などの「vertex」の後につづく３つの数値により、Ｘ，Ｙ，Ｚの順で示される。１行が１頂点分に対応する。この「vertex」行の順序は、例えば、各頂点の位置を反時計回りに列挙することにより決定される。
【００２４】
【表４】
【００２５】
表４は、評価ラインデータ３２の一例を示す。評価ラインデータ３２は、３つの評価点を１組として、その組を特定する組番号と、評価点を特定する評価点番号と、評価点座標と、を対応づけて構成する。
組番号「１」の評価点番号「１８」と、評価点番号「２４」とが、評価ライン上の評価点であり、評価点番号「９８」は、評価点番号「１８」と評価点番号「２４」との評価方向を定義するために必要とする評価点である。
つまり、評価点番号「１８」と評価点番号「２４」との評価方向は、評価点番号「１８」、評価点番号「２４」、および、評価点番号「９８」の３点で定義する平面の法線方向とする。
組番号「２」の３つの評価点は、評価点番号「２４」、評価点番号「２５」、および、評価点番号「９８」である。組番号「１」の２番目の評価点番号「２４」と、組番号「２」の１番目の評価点番号「２４」と、は、互いに重複している。
このように重複した評価点について、評価方向がそれぞれの組で計算されるため、複数の評価方向が計算される。よって、重複した評価点について、それぞれの組で計算された評価方向を平均化することにより、１つの評価方向を特定すればよい。
【００２６】
【表５】
【００２７】
表５は、評価点データ３３の一例を示す。評価点データ３３は、評価点番号と、登録数と、評価点座標と、評価方向ベクトルと、を対応づけて構成する。
「登録数」は、対応する「評価点番号」の評価ラインデータ３２における登録されているレコードの数を示す。例えば、評価点番号＝２４について、評価ラインデータ３２の組番号＝１，２にそれぞれ１つずつ、合計２つ登録されているため、評価点データ３３の「登録数」は「２」である。
【００２８】
【表６】
【００２９】
表６は、線分データ３４の一例を示す。
１行目の「ＰＯＬＹＬＩＮＥ」は、線分を示すキーワードである。
２行目の「５」は、線分を構成する点数が５つであることを示す。
３〜７行目は、線分を構成する点の座標（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）をスペースで区切って示す。
【００３０】
【表７】
【００３１】
表７は、変位投影データ３５ａを示す。変位投影データ３５ａは、接点番号と、変位と、評価方向変位と、を対応づけて構成する。変位は、ソルバ部１２による解析結果であり、ＸＹＺ直交座標系の物理量として表現される。評価方向変位は、変位投影部２５による「変位」の評価方向ベクトルへの投影結果である。
【００３２】
【表８】
【００３３】
表８は、応力投影データ３５ｂを示す。応力投影データ３５ｂは、接点番号と、垂直応力と、せん断応力と、評価方向応力と、を対応づけて構成する。垂直応力、および、せん断応力は、ソルバ部１２による解析結果であり、ＸＹＺ直交座標系の物理量として表現される。評価方向応力は、変位投影部２５による「垂直応力」、および、「せん断応力」の評価方向ベクトルへの投影結果である。
【００３４】
図２に戻って、各処理部を説明する。
【００３５】
解析モデル登録部２１は、節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂを読み込み、表示装置９１で表示可能なＳＴＬデータ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
評価ラインデータ登録部２２は、入力装置９２を介して、評価ラインデータ３２の１組ごとに、その３つの評価点の入力を受け付けると、その３つの評価点で定義される面の法線方向を１点目の節点と２点目の節点の評価方向として計算する。
評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の各評価点の節点番号、節点座標、および、評価方向を、評価点データ３３に登録する。
線分データ出力部２４は、評価ラインデータ３２の評価点および評価方向を、表示装置９１で表示可能な形状データである線分データ３４として出力する。
【００３６】
変位投影部２５は、ソルバ部１２の計算結果である変位を、評価点の評価方向に座標変換することで投影し、その投影結果を変位投影データ３５ａに登録する。
応力投影部２６は、ソルバ部１２の計算結果である応力（垂直応力、せん断応力）を、評価点の評価方向に座標変換することで投影し、その投影結果を応力投影データ３５ｂに登録する。
【００３７】
図４は、評価ラインデータ登録部２２が計算する、要素の法線ベクトルの計算方法を詳細に説明するための説明図である。
【００３８】
図４（ａ）は、１つの要素を構成する平面（三角形）と、その平面に対する法線ベクトルと、を立体的に表記する説明図である。
三角形の３つの頂点（評価点）は、ベクトル（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）で示される。
三角形の２つの辺は、ベクトル（Ａ，Ｂ）で示される。
三角形の平面に対する法線ベクトルは、ベクトル（Ｃ）で示される。
法線ベクトルの単位ベクトルは、ベクトル（Ｕ）で示される。
【００３９】
図４（ｂ）は、図４（ａ）で示される各変数の内容と計算方法を示す表である。
各頂点（評価点）は、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａ）として入力される。
三角形の２つの辺は、各頂点の差分ベクトルとして計算される。
三角形の平面に対する法線ベクトルは、三角形の２つの辺の外積として計算される。
法線ベクトルの単位ベクトルは、法線ベクトルの各成分を法線ベクトルの長さで除算して計算される。
【００４０】
図５（ａ）は、形状解析装置１のポストプロセッサ部１３による解析後処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、プリプロセッサ部１１の解析前処理と、ソルバ部１２の解析処理と、が順に実行された後、実行される。
【００４１】
Ｓ１１において、解析モデル登録部２１は、解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）を読み込み、ＳＴＬ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
Ｓ１２において、評価ラインデータ登録部２２は、形状データ３１ｃ上の評価ライン（図３（ａ）参照）を示す評価ラインデータ３２を、記憶装置９４からメモリ９５に読み込む。そして、評価点データ登録部２３は、評価ラインデータ３２の３点で定義する面の法線方向を１点目の節点と２点目の節点の評価方向として計算する。その計算結果を評価方向ベクトルとして評価点データ３３に登録する。
【００４２】
Ｓ１３において、線分データ出力部２４は、読み込んだ評価ラインデータ３２の評価ラインと、評価点データ３３の評価方向ベクトルと、を折れ線形式の線分データ３４として出力する（図３（ｂ）参照）。
そのため、線分データ出力部２４は、評価ラインデータ３２の全評価点の点座標を接続することで、折れ線データを作成する。
次に、線分データ出力部２４は、折れ線データを構成する全評価点の座標について、評価点の座標と、評価方向ベクトルに任意の長さを掛けた座標とを接続する線分データを作成し、全評価点の折れ線データに追加することで、線分データ３４を作成する。
【００４３】
Ｓ１４において、変位投影部２５は、各評価点について、ソルバ部１２の解析結果である変位を変位投影データ３５ａから読み込み、評価点データ３３の評価方向ベクトルに変位を投影し、その投影結果を変位投影データ３５ａに評価方向変位として登録する。
Ｓ１５において、応力投影部２６は、各評価点について、ソルバ部１２の解析結果である応力（垂直応力、せん断応力）を応力投影データ３５ｂから読み込み、評価点データ３３の評価方向ベクトルに応力を投影し、その投影結果を応力投影データ３５ｂに評価方向応力として登録する。
【００４４】
そして、Ｓ１４およびＳ１５でそれぞれ登録された、評価方向の射影結果（変位、応力）は、解析担当者に対して、出力される。例えば、評価方向の射影結果は、表示装置９１を介して、形状データ３１ｃの表示上に、ベクトルとして表示される。これにより、解析担当者は、評価ラインデータ３２が示す評価ラインに沿って、射影されたベクトルを参照することができる。よって、解析担当者は、評価ラインから、特に弱点となる（亀裂が生じやすい）箇所を、直観的に把握することができる。なお、Ｓ１４およびＳ１５のうち、片方の処理は、省略してもよい。
【００４５】
図５（ｂ）は、解析モデル登録部２１が実行する、Ｓ１１の処理の詳細を示すフローチャートである。
【００４６】
Ｓ１０１において、プリプロセッサ部１１を介して節点の入力を受け付け、入力されていない節点が存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ１０２へ、満たさないときにはＳ１０３へ、それぞれ移行する。
Ｓ１０２において、Ｓ１０１で入力された接点の節点番号と、節点座標と、を対応づけて節点データ３１ａに登録する。
Ｓ１０３において、節点データ３１ａに登録されている３つの接点番号を組として指定することにより、要素の入力を受け付け、入力されていない要素が存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ１０４へ、満たさないときにはＳ１０５へ、それぞれ移行する。
Ｓ１０４において、Ｓ１０３で入力された要素番号と、３つの接点番号と、を対応づけて要素データ３１ｂに登録する。
Ｓ１０５において、Ｓ１０４で登録された各要素について、その３つの接点から形成される面の法線ベクトルを計算し、その３つの接点番号と対応づけて、ＳＴＬ形式の形状データ３１ｃとして出力する。
【００４７】
図６（ａ）は、評価ラインデータ登録部２２および評価点データ登録部２３が実行する、Ｓ１２の処理の詳細を示すフローチャートである。
このフローチャートが行われる前準備として、評価ラインデータ登録部２２は、Ｓ１１で入力された解析モデルデータ３１（節点データ３１ａおよび要素データ３１ｂ）から、評価ラインデータ３２を作成する処理を実行する。
評価ラインデータ３２の作成処理は、まず、要素タイプおよび評価ライン上の各要素の入力を受け付ける。
要素タイプが「一次」のときには、１つの接点を１つの評価点としてそのまま対応づける。つまり、要素データ３１ｂの評価ライン上の各要素について、要素データ３１ｂの１つの要素を評価ラインデータ３２の１つの組とし、要素データ３１ｂの３つの接点（第１接点番号〜第３接点番号）を、評価ラインデータ３２の接点番号とする。
要素タイプが「二次」のときには、要素（三角形）を構成する３つの接点に加え、その接点間の中点（３つ）をあわせて、合計６点の評価点とする。
なお、評価ライン上の各要素の入力は、例えば、Ｓ１１で出力されるＳＴＬ形式の形状データ３１ｃを３Ｄで画面表示し、その画面表示からドラッグ操作などにより範囲指定された要素を、入力される評価ライン上の各要素とすることとしてもよい。
【００４８】
Ｓ２０１において、評価ラインデータ登録部２２は、３つの評価点の組の読み込み処理（Ｓ２０２）がまだ行われていない組が評価ラインデータ３２に存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ２０２へ、満たさないときにはＳ２０７へ、それぞれ移行する。
【００４９】
Ｓ２０２において、評価ラインデータ登録部２２は、評価ラインデータ３２から、まだ読み込まれていない組を構成する３つの評価点の評価点番号と評価点座標（図４（ｂ）のＮ１，Ｎ２，Ｎ３）とを読み込む。
Ｓ２０３において、評価点データ登録部２３は、読み込んだ３つの評価点の１点目（Ｎ１）から２点目（Ｎ２）へのベクトル（Ａ）を計算する。このベクトルは、読み込んだ３つの評価点から形成される平面（三角形）の一辺に該当する。
Ｓ２０４において、評価点データ登録部２３は、読み込んだ３つの評価点の２点目（Ｎ２）から３点目（Ｎ３）へのベクトル（Ｂ）を計算する。このベクトルは、平面（三角形）のＳ２０３とは別の一辺に該当する。
【００５０】
Ｓ２０５において、評価点データ登録部２３は、Ｓ２０３で求めたベクトルＡと、Ｓ２０４で求めたベクトルＢとの外積を計算し、その計算結果を平面（三角形）の法線ベクトル（Ｃ）とする。この法線ベクトル（Ｃ）は、評価点Ｎ１および評価点Ｎ２の評価方向ベクトルである。
Ｓ２０６において、評価点データ登録部２３は、Ｓ２０２で読み込んだ３つの評価点の１点目（Ｎ１）と２点目（Ｎ２）とを、それぞれ評価点データ３３に登録する（詳細は、図６（ｂ））。
Ｓ２０７において、評価点データ登録部２３は、評価点データ３３から「登録数」が２以上の行を検索し、検索した行の「評価方向ベクトル」を「登録数」で割ることにより、評価方向ベクトルを平均化する。さらに、評価方向ベクトル（Ｃ）をその長さ（Ｃlength）で割ることにより、単位ベクトル（Ｕ）を求める。
【００５１】
図６（ｂ）は、評価点データ登録部２３が実行する、Ｓ２０６の処理の詳細を示すフローチャートである。
【００５２】
Ｓ２１１において、登録対象の評価点の評価点番号が、評価点データ３３に登録済か否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ２１２へ、満たさないときにはＳ２１３へ、それぞれ移行する。
Ｓ２１２において、評価点データ３３に登録されている行を修正し、既に存在する行について、行の「登録数」に１を加算し、行の「評価方向ベクトル」に登録対象の評価点の評価方向ベクトルを加算する。
Ｓ２１３において、評価点データ３３に新規に行を追加し、追加する行の評価点番号と、評価点座標と、登録数＝１と、登録対象の評価点の評価方向ベクトルと、を評価点データ３３に書き込む。
【００５３】
図７（ａ）は、変位投影部２５が実行する、Ｓ１４の詳細な処理を示すフローチャートである。このフローチャートが開始される前に、変位投影データ３５ａには、接点ごとに、プリプロセッサ部１１により入力を受け付けた接点番号と、ソルバ部１２により解析された変位（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、が記録されている。そして、このフローチャートを実行することにより、変位投影データ３５ａの「評価方向変位」が接点ごとに求まる。本フローチャートで使用される各パラメータ、および、各計算式は、以下の通りである。
【００５４】
【数１】
【００５５】
Ｓ３１１において、変位投影データ３５ａに登録されている接点の中から、評価点データ３３に登録されている評価点に適合する接点に絞り込む。そして、Ｓ３１２以下の処理では、変位投影データ３５ａの接点のうち、絞り込まれた接点を対象とする。
これにより、評価ラインとは関係ない接点を計算対象から除外することができるので、計算量を削減することができる。
【００５６】
Ｓ３１２において、接点読み込み処理（Ｓ３１３）がまだ行われていない接点が変位投影データ３５ａに存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ３１３へ移行し、満たさないときには、このフローチャートを終了する。
Ｓ３１３において、変位投影データ３５ａからまだ読み込まれていない接点の接点番号と変位（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）とを１接点分読み込む。
Ｓ３１４において、読み込んだ節点の変位（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を、評価点データ３３の評価方向ベクトル（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）上の投影点（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）に投影する。
Ｓ３１５において、Ｓ３１４の投影点（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）の原点からの距離を、投影後の変位Ｄとする。そして、投影後の変位Ｄを、変位投影データ３５ａに書き込む。そして、処理をＳ３１２に戻す。
【００５７】
図７（ｂ）は、応力投影部２６が実行する、Ｓ１５の詳細な処理を示すフローチャートである。このフローチャートが開始される前に、応力投影データ３５ｂには、接点ごとに、プリプロセッサ部１１により入力を受け付けた接点番号と、ソルバ部１２により解析された垂直応力（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、せん断応力（Ｘ成分，Ｙ成分，Ｚ成分）と、が記録されている。そして、このフローチャートを実行することにより、応力投影データ３５ｂの「評価方向応力」が接点ごとに求まる。本フローチャートで使用される各パラメータ、および、各計算式は、以下の通りである。
【００５８】
【数２】
【００５９】
Ｓ３２１において、応力投影データ３５ｂに登録されている接点の中から、評価点データ３３に登録されている評価点に適合する接点に絞り込む。そして、Ｓ３２２以下の処理では、応力投影データ３５ｂの接点のうち、絞り込まれた接点を対象とする。
これにより、評価ラインとは関係ない接点を計算対象から除外することができるので、計算量を削減することができる。
【００６０】
Ｓ３２２において、接点読み込み処理（Ｓ３２３）がまだ行われていない接点が応力投影データ３５ｂに存在するか否かを判定する。この判定を満たすときにはＳ３２３へ移行し、満たさないときには、このフローチャートを終了する。
Ｓ３２３において、応力投影データ３５ｂからまだ読み込まれていない接点の接点番号と、垂直応力（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）と、せん断応力（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）と、を１接点分読み込む。
Ｓ３２４において、読み込んだ節点の垂直応力（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）と、せん断応力（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）と、をもとに、投影後の応力Ｓを計算し、応力投影データ３５ｂに書き込む。そして、処理をＳ３２２に戻す。
【００６１】
以上説明した本実施形態によれば、ソルバ部１２の解析結果である変位や応力を、３点で指定して定義する面の法線方向に投影することにより、面に対して亀裂が想定されるか否かを容易に判断させることができる。よって、亀裂解析を効率的に支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１のポストプロセッサ部１３の詳細を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に関する形状データ３１ｃとその評価ラインの一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に関する評価ラインデータ登録部２２が計算する、要素の法線ベクトルの計算方法を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に関する形状解析装置１のポストプロセッサ部１３による解析後処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に関する評価方向ベクトルの計算処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に関する解析結果を評価方向ベクトル上に投影する処理の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 形状解析装置
１１ プリプロセッサ部
１２ ソルバ部
１３ ポストプロセッサ部
２１ 解析モデル登録部
２２ 評価ラインデータ登録部
２３ 評価点データ登録部
２４ 線分データ出力部
２５ 変位投影部
２６ 応力投影部
３１ 解析モデルデータ
３１ａ 節点データ
３１ｂ 要素データ
３１ｃ 形状データ
３２ 評価ラインデータ
３３ 評価点データ
３４ 線分データ
３５ａ 変位投影データ
３５ｂ 応力投影データ
９１ 表示装置
９２ 入力装置
９３ 演算処理装置
９４ 記憶装置
９５ メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置であって、
前記形状解析装置は、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部は、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部は、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部は、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部は、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
形状解析装置。
【請求項２】
前記投影部は、前記形状データの解析結果として、前記形状データに対して力が加わった結果として前記形状データの変形度合いを示す、前記節点データごとの変位を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
請求項１に記載の形状解析装置。
【請求項３】
前記投影部は、前記形状データの解析結果として、前記形状データに対して力が加わった結果として前記形状データに発生する応力を示す、前記節点データごとの垂直応力およびせん断応力の組を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
請求項１に記載の形状解析装置。
【請求項４】
解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置による形状解析方法であって、
前記形状解析装置は、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部は、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部は、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部は、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部は、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
形状解析方法。
【請求項５】
請求項４に記載の形状解析方法を、コンピュータである前記形状解析装置に実行させるための形状解析プログラム。
【請求項１】
解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置であって、
前記形状解析装置は、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部は、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部は、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部は、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部は、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
形状解析装置。
【請求項２】
前記投影部は、前記形状データの解析結果として、前記形状データに対して力が加わった結果として前記形状データの変形度合いを示す、前記節点データごとの変位を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
請求項１に記載の形状解析装置。
【請求項３】
前記投影部は、前記形状データの解析結果として、前記形状データに対して力が加わった結果として前記形状データに発生する応力を示す、前記節点データごとの垂直応力およびせん断応力の組を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
請求項１に記載の形状解析装置。
【請求項４】
解析対象の形状を３次元で示す形状データの解析結果を、亀裂解析に適するように処理する形状解析装置による形状解析方法であって、
前記形状解析装置は、記憶装置を有するとともに、解析モデル登録部と、評価ラインデータ登録部と、評価点データ登録部と、投影部とを備える制御装置、を有し、
前記解析モデル登録部は、入力装置を介して、３次元の前記形状データをメッシュ状にした三角形の平面集合の入力を受け付け、各三角形を示す要素データと、その三角形を構成する各頂点を示す節点データと、を対応づけて前記形状データとして前記記憶装置に格納し、
前記評価ラインデータ登録部は、前記形状データを表示装置に表示し、前記入力装置を介して、表示された前記形状データから複数の前記要素データを選択させ、選択された複数の前記要素データを評価ラインデータとして前記記憶装置に格納し、
前記評価点データ登録部は、前記評価ラインデータの前記各要素データについて、その要素データが示す三角形の２辺のベクトルの外積を計算することで、平面に対する法線ベクトルを計算し、三角形の頂点の座標と対応づけて評価点データとして前記記憶装置に格納し、
前記投影部は、前記評価ラインデータの各前記要素データについて、前記形状データの前記要素データに対応する部分の解析結果を、前記評価点データの法線ベクトル上に射影し、その射影結果を出力すること、を特徴とする
形状解析方法。
【請求項５】
請求項４に記載の形状解析方法を、コンピュータである前記形状解析装置に実行させるための形状解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３１９１（Ｐ２０１０−３１９１Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６２６８８（Ｐ２００８−１６２６８８）
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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