設計支援装置および剛性構造決定方法
【課題】軽量化を前提とした剛性構造を高精度に得ることができ、かつ解析にかかる時間を短縮する。
【解決手段】メッシュ状の要素に分割されたモデル１９の各要素を、クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行う処理を行う。
【解決手段】メッシュ状の要素に分割されたモデル１９の各要素を、クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行う処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する設計支援装置及び剛性構造決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンピュータに有限要素法による構造解析を実行させるプログラムや、当該プログラムを実装した設計支援装置（コンピュータ）が提案されており、構造物の設計において、前記プログラムや前記設計支援装置が広く利用されるようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インストルメントパネル等の構造物に対する構造解析を行い、構造物の弱体部位を抽出したり、構造物における剛性強化が必要な部位を抽出して表示したりする設計支援装置（コンピュータ）が開示されている。
また、特許文献２には、均質化法による位相最適化手法により構造物の剛性を最大にする構造物形状を検出する形状解析処理を行う設計支援装置が開示されている。
【０００４】
ところで、前記インストルメントパネルのような樹脂成形品は、温度変化に対する物性変化が非線形となり、特に高温時に非線形性の大きなクリープ変化を発生する。
しかしながら、構造物を軽量化し、且つ剛性を最大にする構造物形状を検出するための前記位相最適化手法にあっては、その入力条件として、線形特性（剛性パラメータ）が必要となるため、非線形性のクリープ変化を呈する樹脂成形品の熱変形に対応した解析が困難であった。
【０００５】
前記課題に対し、本願出願人は、特許文献３において、複数点で拘束される樹脂成形品について、熱変形を抑制するように、有限要素法及び位相最適化処理による構造解析により剛性構造を決定する樹脂成形品の剛性構造決定方法を提案した。
【０００６】
特許文献３に開示の方法においては、コンピュータ上においてメッシュ状の要素に分割された樹脂成形品の解析用モデルに対し、有限要素法により、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形が解析される。
また、このクリープ変形の解析結果に対応するように、樹脂の応力と歪との関係を含む解析条件で所定の温度下で強制的に弾性変形がなされ、モデルの各要素に生じる反力が線形解析される。
【０００７】
そして、反力の解析結果、モデル形状、物性、拘束条件及び最大許容応を入力とする位相最適化構造解析により、各要素の可変の剛性パラメータを、最大許容応力を越えない範囲において軽量化目的で最適に制御し、板厚等を決定する参考データとして、剛性パラメータの分布データが作成される。
【０００８】
この特許文献３に開示された発明は、モデルのクリープ変形の解析結果と同一変形状態になるように、所定の温度下でモデルを強制的に弾性変形させた場合に生じる反力は、樹脂の歪みに対する非線形的な応力変化の考慮を要するとしても有限要素法により線形解析が可能であり、この反力の解析結果に対応して応力をしきい値として剛性構造の最適化解析が可能になることに着眼したものである。
これにより、非線形的に熱変形する樹脂成形品について、軽量化を意識して所定の高温環境下でのクリープ変形に対する最適の板厚或はリブ構造が容易に決定可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２１７５４７号公報
【特許文献２】特開２００２−７４８７号公報
【特許文献３】特開２００４−１６７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に開示の剛性構造決定方法にあっては、モデル上でメッシュ状に細かく分割された要素の数が多く、各要素について、その剛性パラメータを、最大許容応力を越えない範囲において最適値に制御する必要があるため、解析に要する演算時間が膨大になるという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する剛性構造決定処理において、軽量化を前提とした剛性構造を高精度に得ることができ、かつ解析にかかる時間を短縮することのできる設計支援装置及び剛性構造決定方法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】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより剛性構造を解析する設計支援装置であって、樹脂成形品の構造物の設計情報及び解析条件を用いて、有限要素法による構造解析と位相最適化の演算処理とを行う構造解析部を備え、前記構造解析部は、メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを行うことに特徴を有する。
尚、前記構造解析部は、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定するようにしてもよい。
【００１３】
このように構成することにより、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより構造解析し、剛性構造を決定する剛性構造決定方法であって、メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを含むことに特徴を有する。
尚、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定するようにしてもよい。
【００１５】
このような方法によれば、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する剛性構造決定処理において、軽量化を前提とした剛性構造を高精度に得ることができ、かつ解析にかかる時間を短縮することのできる設計支援装置及び剛性構造決定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の設計支援装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
【図３】本発明の実施形態の設計支援装置が行う剛性構造決定処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態のモデルに用いるグラブボックスの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態において、熱変形の解析結果をモデルの前面について、変位量を８段階で概略的に示したものである
【図６】本発明の実施形態において、反力計算の解析結果を５段階で概略的に表示したものである。
【図７】本発明の実施形態において、位相最適化処理の結果として、最適な材料密度比を８段階で概略的に表示したものである。
【図８】本発明の実施形態において、位相最適化処理の結果に基づき、最適な板厚、及びリブ配置（形状）を解析した結果を表示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る設計支援装置及び剛性構造決定方法の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の設計支援装置Ｗは、剛性構造の解析を行う情報処理装置１と、設計者からの各種要求を受け付ける入力装置２と、情報処理装置１が行った解析結果を出力する出力装置３とを備えている。また、情報処理装置１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４に接続されている。
【００１９】
ここで、入力装置２は、キーボードやマウス等により構成され、設計者からの各種要求や解析条件（物性値情報、拘束条件、荷重条件、体積密度等）等を受け付け情報処理装置１に出力する。出力装置３は、液晶ディスプレイ等により構成され、情報処理装置１が出力する画像情報を表示する。
また、ＣＡＤ装置４には、構造解析を行う対象の構造物のＣＡＤ情報（例えば、自動車の構成部品の設計情報）が格納されている。そして、ＣＡＤ装置４は、情報処理装置１からの要求にしたがい、情報処理装置１にＣＡＤ情報を出力する。なお、本実施形態のＣＡＤ装置４は、公知の技術により実現されるため、詳細な説明を省略する。
【００２０】
また、情報処理装置１は、制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０および出力部４０を備えている。
制御部１０は、情報処理装置１の全体の動作を制御する。また、制御部１０は、入力装置２を介して、設計者が入力する各種要求を受け付ける。そして、制御部１０は、上記の受け付けた要求にしたがい、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０を制御して、設計者からの要求に応じた各種の処理を行う。
【００２１】
また、データ取得部２０は、ネットワークＮＷに接続されている外部装置（例えば、ＣＡＤ装置４）と通信を行い、外部装置との間でデータの授受を行う。例えば、データ取得部２０は、ネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されている設計情報（ＣＡＤ情報）を取得する。
また、データ取得部２０は、入力装置２を介して、設計者が入力する、解析対象の構造物の解析条件の入力を受け付ける。
【００２２】
構造解析部３０は、ＣＡＤ装置４から取得した構造物の「設計情報」および「解析条件」を用いて、後述する図３に示す各処理ステップを実行し、構造物の剛性及び耐熱性を向上させるために強化が必要な部位（強度必要部位）を求めるための位相最適化処理の入力値として用いる線形バネ定数等を算出する。
また、出力部４０は、構造解析部３０から解析結果を取得し、その解析結果を示す画像情報を生成し、出力装置３に、その生成した画像情報を出力する。
【００２３】
次に、本実施形態の情報処理装置１のハードウェア構成を説明する。図２は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
図示するように、情報処理装置１は、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）５０と、ＲＡＭ（RandomAccess Memory）等により構成された主記憶装置５１と、Ｉ／Ｏインタフェース５２と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置５３と、ネットワークＮＷに接続されている装置との間で行うデータ授受の制御を行うネットワークインタフェース５４とを有する。
また、補助記憶装置５３には、上述した各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能を実現するためのプログラム（設計支援プログラム５５）が格納されている。
【００２４】
そして、情報処理装置１の各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能は、ＣＰＵ５０が補助記憶装置５３に格納されている前記プログラムを主記憶装置５１にロードして実行することにより実現される。
【００２５】
続いて、前記設計支援装置Ｗにより実施される樹脂成形品の剛性構造決定方法について、自動車のグラブボックスに適用した場合について図３のフローに沿って説明する。
尚、図４に示すように、グラブボックス１１は、両側の下端部１２，１３がヒンジで枢着され、上端中央部１４がロック部で開閉可能にロックされることにより拘束点となる。
【００２６】
先ず、情報処理装置１のデータ取得部２０が、解析対象のデータの読み込みを行う（図３のステップＳ１）。
具体的には、データ取得部２０は、ネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されているグラブボックス１１の設計情報（ＣＡＤ情報）を取得し、情報処理装置１のメモリ（主記憶装置５１又は補助記憶装置５３）に、前記取得したグラブボックス１１の設計情報を格納する。
また、データ取得部２０は、設計者が入力装置２を介して入力する「グラブボックスの解析条件」を受け付け（受信し）、前記メモリ（主記憶装置５１又は補助記憶装置５３）に、前記解析条件を格納する。
【００２７】
そして、ステップＳ１の処理が終わると、構造解析部３０は、前記メモリに格納された「グラブボックスの設計情報」および「グラブボックスの解析条件」を用いて、有限要素法による耐熱ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）の解析処理を実行する（図３のステップＳ２）。
この耐熱ＣＡＥでは、樹脂成形品のグラブボックス１１の外形形状及び樹脂原料を同一とするモデルをメッシュ状に細かく分割して、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析する。
尚、グラブボックス１１のポリオレフィンを主材料とする原料樹脂の試験片で熱歪みデータを求めておくことにより、例えば８０℃に対するクリープ変形を解析することができる。
【００２８】
構造解析部３０による前記熱変形の解析結果は、出力部４０において図５に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される。
図５は、この熱変形の解析結果をモデル１９の前面について、簡単のために０〜３ｍｍの変位量を８段階で概略的に示したものである。実際には、モデル１９の裏面を含めた全域について画像表示される。右側上端部分Ａｒ１の変位量が大きくなるのは、グラブボックス１１の上端中央部１４のロック部が左寄りで左右対称でなく、またこの拘束点から離れているためである。また、下端領域は拘束点に近いために全体的に変位量が小さくなっている。
【００２９】
次いで、構造解析部３０は、前記熱変形の解析結果に応じて、同一の変形状態にモデル１９を常温２０℃で強制的に弾塑性変形させた場合のモデル１９に生じる反力を有限要素法により解析する（図３のステップＳ３）。
この反力計算にあっては、例えば周知のＳｉｍｕｌｉａ社製の商品名ＡＢＡＱＵＳのコンピュータソフトウエアを用いることができ、樹脂原料の応力と歪みとの関係、拘束条件及びクリープ変形を入力条件として線形解析を行う。
【００３０】
構造解析部３０による前記反力計算の解析結果は、出力部４０において図６に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される。
図６は、この反力計算の解析結果を、０〜２０ｋｇｆの５段階で概略的に表示したものである。この解析結果は、図５の変位量分布に対応して、前述の右側上端部分Ａｒ１の反力が大きく、下端領域は小さくなっている。
【００３１】
尚、この反力計算の解析は、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させる荷重を加熱温度下での所定時間経過後の非直線のクリープ変形に対応させたものであるが、このクリープ変形に対抗すべき剛性を略相関させることができる。
【００３２】
次いで、構造解析部３０は、モデル１９において分割された全要素について、その変位量に基づき複数のグループのいずれかに仕分ける処理を行う（図３のステップＳ４）。
例えば、図５に示したように０〜３ｍｍの変位量が８つのグループに分けられ、各要素には、そのデータ上に、どのグループに属するかを示すフラグが付される。
【００３３】
続いて、構造解析部３０は、ステップＳ４で分けられたグループ単位で剛性構造の線形解析を行い、グループ毎に剛性パラメータＫを決定する（図３のステップＳ５）。
この剛性パラメータＫの解析にあたっては、モデルの形状、原料樹脂の物性であるヤング率、拘束条件及び反力の解析結果、モデルの最大許容応力σａ、温度等が入力条件となされる。
ここで、剛性マトリックスの方程式［Ｆ］＝［Ｋ］［Ｕ］（Ｆ：反力（荷重）、Ｋ：モデルの要素の剛性を規定する要素の厚み、ヤング率等の剛性パラメータ、Ｕ：変位）を基に、所定の反力Ｆに対して剛性パラメータＫが設定されると、変位Ｕが解析される。さらに、σｎ＝ＥＵ（σｎ：応力、Ｅ：ヤング率）により、変位Ｕに対応する応力σｎが求まる。これらの基本関係を前提に、ヤング率等の物性及び拘束条件を設定された図示形状のモデルに対して、各グループの反力に対応した剛性パラメータＫが解析される。
【００３４】
続いて、構造解析部３０は、前記グループ単位でそれぞれ決定した剛性パラメータＫを、そのグループに属する各要素に付与し、更なる入力条件として、ステップＳ３で算出された反力値（荷重値）Ｆ、拘束条件を用いて線形解析を行う（図３のステップＳ６）。
構造解析部３０は、線形解析によるモデル１９の変形量をステップＳ２の耐熱ＣＡＥでの変形量と比較する（図３のステップＳ７）。
ここで、線形解析による変形量と、耐熱ＣＡＥでの変形量とが所定の許容範囲内で一致しない場合、例えば、両処理の結果として、各要素の変位量が同一グループに属さない場合には、一致しない要素の剛性パラメータＫのみを変更し（図３のステップＳ８）、ステップＳ６の線形解析を再び実施する。
このステップＳ６〜Ｓ８の処理は、線形解析後の全要素の変位量が耐熱ＣＡＥでの変位量と一致する（同一グループとなる）まで繰り返される。
【００３５】
より具体的には、線形解析の結果としての変位量が耐熱ＣＡＥの結果よりも小さい場合には、ステップＳ８において剛性パラメータＫが所定値小さい値に再設定され、再び線形解析が行われる。そして、全ての要素について、線形解析の結果としての変位量が、耐熱ＣＡＥの結果に一致する状態での、剛性パラメータＫが求められる。
【００３６】
このようにして全ての要素について剛性パラメータＫが決定すると、それら剛性パラメータＫを用いて位相最適化処理が実施され、その結果は、出力部４０において図７に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される（図３のステップＳ９）。
図７は、最適な材料密度比を８段階で概略的に表示したものである。この図７の結果から、グラブボックスのモデル１９において、板厚を厚く形成する必要がある領域（例えば、領域Ａｒ２）、板厚を薄く形成していい領域（例えば、領域Ａｒ３，４）等を知ることができる。
【００３７】
図７に示すような位相最適化処理の解析結果は、グラブボックスの裏側についても得られ、構造解析部３０は、得られた材料密度比に基づいて、最適な板厚、及びリブ配置（形状）を解析する。この解析結果は出力部４０において図８に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される（図３のステップＳ１０）。
【００３８】
以上のように本実施の形態によれば、温度変化に対する物性変化が非線形な樹脂成形品において、耐熱ＣＡＥの結果として得られる変位量に基づき、前記樹脂成形品のモデルの各要素がグループ分けされ、グループ単位で剛性パラメータＫが解析される。
このため、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータＫが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【００３９】
尚、前記実施の形態では、構造物として自動車のグラブボックスを例にしたがあくまでもこれは一例に過ぎない。樹脂製の製品や部品の設計であれば、どのようなものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ｗ 設計支援装置
１ 情報処理装置
１０ 制御部（情報処理装置）
１１ グラブボックス（樹脂成形品）
１２ 拘束点
１３ 拘束点
１４ 拘束点
１９ モデル
２０ データ取得部（情報処理装置）
３０ 構造解析部（情報処理装置）
４０ 出力部（情報処理装置）
２ 入力装置
３ 出力装置
４ ＣＡＤ装置
５０ ＣＰＵ
５１ 主記憶装置
５２ Ｉ／Ｏインタフェース
５３ 補助記憶装置
５４ ＮＷインタフェース
５５ 設計支援プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する設計支援装置及び剛性構造決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンピュータに有限要素法による構造解析を実行させるプログラムや、当該プログラムを実装した設計支援装置（コンピュータ）が提案されており、構造物の設計において、前記プログラムや前記設計支援装置が広く利用されるようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インストルメントパネル等の構造物に対する構造解析を行い、構造物の弱体部位を抽出したり、構造物における剛性強化が必要な部位を抽出して表示したりする設計支援装置（コンピュータ）が開示されている。
また、特許文献２には、均質化法による位相最適化手法により構造物の剛性を最大にする構造物形状を検出する形状解析処理を行う設計支援装置が開示されている。
【０００４】
ところで、前記インストルメントパネルのような樹脂成形品は、温度変化に対する物性変化が非線形となり、特に高温時に非線形性の大きなクリープ変化を発生する。
しかしながら、構造物を軽量化し、且つ剛性を最大にする構造物形状を検出するための前記位相最適化手法にあっては、その入力条件として、線形特性（剛性パラメータ）が必要となるため、非線形性のクリープ変化を呈する樹脂成形品の熱変形に対応した解析が困難であった。
【０００５】
前記課題に対し、本願出願人は、特許文献３において、複数点で拘束される樹脂成形品について、熱変形を抑制するように、有限要素法及び位相最適化処理による構造解析により剛性構造を決定する樹脂成形品の剛性構造決定方法を提案した。
【０００６】
特許文献３に開示の方法においては、コンピュータ上においてメッシュ状の要素に分割された樹脂成形品の解析用モデルに対し、有限要素法により、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形が解析される。
また、このクリープ変形の解析結果に対応するように、樹脂の応力と歪との関係を含む解析条件で所定の温度下で強制的に弾性変形がなされ、モデルの各要素に生じる反力が線形解析される。
【０００７】
そして、反力の解析結果、モデル形状、物性、拘束条件及び最大許容応を入力とする位相最適化構造解析により、各要素の可変の剛性パラメータを、最大許容応力を越えない範囲において軽量化目的で最適に制御し、板厚等を決定する参考データとして、剛性パラメータの分布データが作成される。
【０００８】
この特許文献３に開示された発明は、モデルのクリープ変形の解析結果と同一変形状態になるように、所定の温度下でモデルを強制的に弾性変形させた場合に生じる反力は、樹脂の歪みに対する非線形的な応力変化の考慮を要するとしても有限要素法により線形解析が可能であり、この反力の解析結果に対応して応力をしきい値として剛性構造の最適化解析が可能になることに着眼したものである。
これにより、非線形的に熱変形する樹脂成形品について、軽量化を意識して所定の高温環境下でのクリープ変形に対する最適の板厚或はリブ構造が容易に決定可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２１７５４７号公報
【特許文献２】特開２００２−７４８７号公報
【特許文献３】特開２００４−１６７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献３に開示の剛性構造決定方法にあっては、モデル上でメッシュ状に細かく分割された要素の数が多く、各要素について、その剛性パラメータを、最大許容応力を越えない範囲において最適値に制御する必要があるため、解析に要する演算時間が膨大になるという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する剛性構造決定処理において、軽量化を前提とした剛性構造を高精度に得ることができ、かつ解析にかかる時間を短縮することのできる設計支援装置及び剛性構造決定方法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】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより剛性構造を解析する設計支援装置であって、樹脂成形品の構造物の設計情報及び解析条件を用いて、有限要素法による構造解析と位相最適化の演算処理とを行う構造解析部を備え、前記構造解析部は、メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを行うことに特徴を有する。
尚、前記構造解析部は、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定するようにしてもよい。
【００１３】
このように構成することにより、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するためになされた本発明は、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより構造解析し、剛性構造を決定する剛性構造決定方法であって、メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを含むことに特徴を有する。
尚、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定するようにしてもよい。
【００１５】
このような方法によれば、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより強度必要部位を算出する剛性構造決定処理において、軽量化を前提とした剛性構造を高精度に得ることができ、かつ解析にかかる時間を短縮することのできる設計支援装置及び剛性構造決定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の設計支援装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
【図３】本発明の実施形態の設計支援装置が行う剛性構造決定処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態のモデルに用いるグラブボックスの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態において、熱変形の解析結果をモデルの前面について、変位量を８段階で概略的に示したものである
【図６】本発明の実施形態において、反力計算の解析結果を５段階で概略的に表示したものである。
【図７】本発明の実施形態において、位相最適化処理の結果として、最適な材料密度比を８段階で概略的に表示したものである。
【図８】本発明の実施形態において、位相最適化処理の結果に基づき、最適な板厚、及びリブ配置（形状）を解析した結果を表示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る設計支援装置及び剛性構造決定方法の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の設計支援装置Ｗは、剛性構造の解析を行う情報処理装置１と、設計者からの各種要求を受け付ける入力装置２と、情報処理装置１が行った解析結果を出力する出力装置３とを備えている。また、情報処理装置１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４に接続されている。
【００１９】
ここで、入力装置２は、キーボードやマウス等により構成され、設計者からの各種要求や解析条件（物性値情報、拘束条件、荷重条件、体積密度等）等を受け付け情報処理装置１に出力する。出力装置３は、液晶ディスプレイ等により構成され、情報処理装置１が出力する画像情報を表示する。
また、ＣＡＤ装置４には、構造解析を行う対象の構造物のＣＡＤ情報（例えば、自動車の構成部品の設計情報）が格納されている。そして、ＣＡＤ装置４は、情報処理装置１からの要求にしたがい、情報処理装置１にＣＡＤ情報を出力する。なお、本実施形態のＣＡＤ装置４は、公知の技術により実現されるため、詳細な説明を省略する。
【００２０】
また、情報処理装置１は、制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０および出力部４０を備えている。
制御部１０は、情報処理装置１の全体の動作を制御する。また、制御部１０は、入力装置２を介して、設計者が入力する各種要求を受け付ける。そして、制御部１０は、上記の受け付けた要求にしたがい、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０を制御して、設計者からの要求に応じた各種の処理を行う。
【００２１】
また、データ取得部２０は、ネットワークＮＷに接続されている外部装置（例えば、ＣＡＤ装置４）と通信を行い、外部装置との間でデータの授受を行う。例えば、データ取得部２０は、ネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されている設計情報（ＣＡＤ情報）を取得する。
また、データ取得部２０は、入力装置２を介して、設計者が入力する、解析対象の構造物の解析条件の入力を受け付ける。
【００２２】
構造解析部３０は、ＣＡＤ装置４から取得した構造物の「設計情報」および「解析条件」を用いて、後述する図３に示す各処理ステップを実行し、構造物の剛性及び耐熱性を向上させるために強化が必要な部位（強度必要部位）を求めるための位相最適化処理の入力値として用いる線形バネ定数等を算出する。
また、出力部４０は、構造解析部３０から解析結果を取得し、その解析結果を示す画像情報を生成し、出力装置３に、その生成した画像情報を出力する。
【００２３】
次に、本実施形態の情報処理装置１のハードウェア構成を説明する。図２は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
図示するように、情報処理装置１は、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）５０と、ＲＡＭ（RandomAccess Memory）等により構成された主記憶装置５１と、Ｉ／Ｏインタフェース５２と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置５３と、ネットワークＮＷに接続されている装置との間で行うデータ授受の制御を行うネットワークインタフェース５４とを有する。
また、補助記憶装置５３には、上述した各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能を実現するためのプログラム（設計支援プログラム５５）が格納されている。
【００２４】
そして、情報処理装置１の各部（制御部１０、データ取得部２０、構造解析部３０、および出力部４０）の機能は、ＣＰＵ５０が補助記憶装置５３に格納されている前記プログラムを主記憶装置５１にロードして実行することにより実現される。
【００２５】
続いて、前記設計支援装置Ｗにより実施される樹脂成形品の剛性構造決定方法について、自動車のグラブボックスに適用した場合について図３のフローに沿って説明する。
尚、図４に示すように、グラブボックス１１は、両側の下端部１２，１３がヒンジで枢着され、上端中央部１４がロック部で開閉可能にロックされることにより拘束点となる。
【００２６】
先ず、情報処理装置１のデータ取得部２０が、解析対象のデータの読み込みを行う（図３のステップＳ１）。
具体的には、データ取得部２０は、ネットワークＮＷを介して、ＣＡＤ装置４にアクセスし、ＣＡＤ装置４に格納されているグラブボックス１１の設計情報（ＣＡＤ情報）を取得し、情報処理装置１のメモリ（主記憶装置５１又は補助記憶装置５３）に、前記取得したグラブボックス１１の設計情報を格納する。
また、データ取得部２０は、設計者が入力装置２を介して入力する「グラブボックスの解析条件」を受け付け（受信し）、前記メモリ（主記憶装置５１又は補助記憶装置５３）に、前記解析条件を格納する。
【００２７】
そして、ステップＳ１の処理が終わると、構造解析部３０は、前記メモリに格納された「グラブボックスの設計情報」および「グラブボックスの解析条件」を用いて、有限要素法による耐熱ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）の解析処理を実行する（図３のステップＳ２）。
この耐熱ＣＡＥでは、樹脂成形品のグラブボックス１１の外形形状及び樹脂原料を同一とするモデルをメッシュ状に細かく分割して、所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析する。
尚、グラブボックス１１のポリオレフィンを主材料とする原料樹脂の試験片で熱歪みデータを求めておくことにより、例えば８０℃に対するクリープ変形を解析することができる。
【００２８】
構造解析部３０による前記熱変形の解析結果は、出力部４０において図５に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される。
図５は、この熱変形の解析結果をモデル１９の前面について、簡単のために０〜３ｍｍの変位量を８段階で概略的に示したものである。実際には、モデル１９の裏面を含めた全域について画像表示される。右側上端部分Ａｒ１の変位量が大きくなるのは、グラブボックス１１の上端中央部１４のロック部が左寄りで左右対称でなく、またこの拘束点から離れているためである。また、下端領域は拘束点に近いために全体的に変位量が小さくなっている。
【００２９】
次いで、構造解析部３０は、前記熱変形の解析結果に応じて、同一の変形状態にモデル１９を常温２０℃で強制的に弾塑性変形させた場合のモデル１９に生じる反力を有限要素法により解析する（図３のステップＳ３）。
この反力計算にあっては、例えば周知のＳｉｍｕｌｉａ社製の商品名ＡＢＡＱＵＳのコンピュータソフトウエアを用いることができ、樹脂原料の応力と歪みとの関係、拘束条件及びクリープ変形を入力条件として線形解析を行う。
【００３０】
構造解析部３０による前記反力計算の解析結果は、出力部４０において図６に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される。
図６は、この反力計算の解析結果を、０〜２０ｋｇｆの５段階で概略的に表示したものである。この解析結果は、図５の変位量分布に対応して、前述の右側上端部分Ａｒ１の反力が大きく、下端領域は小さくなっている。
【００３１】
尚、この反力計算の解析は、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させる荷重を加熱温度下での所定時間経過後の非直線のクリープ変形に対応させたものであるが、このクリープ変形に対抗すべき剛性を略相関させることができる。
【００３２】
次いで、構造解析部３０は、モデル１９において分割された全要素について、その変位量に基づき複数のグループのいずれかに仕分ける処理を行う（図３のステップＳ４）。
例えば、図５に示したように０〜３ｍｍの変位量が８つのグループに分けられ、各要素には、そのデータ上に、どのグループに属するかを示すフラグが付される。
【００３３】
続いて、構造解析部３０は、ステップＳ４で分けられたグループ単位で剛性構造の線形解析を行い、グループ毎に剛性パラメータＫを決定する（図３のステップＳ５）。
この剛性パラメータＫの解析にあたっては、モデルの形状、原料樹脂の物性であるヤング率、拘束条件及び反力の解析結果、モデルの最大許容応力σａ、温度等が入力条件となされる。
ここで、剛性マトリックスの方程式［Ｆ］＝［Ｋ］［Ｕ］（Ｆ：反力（荷重）、Ｋ：モデルの要素の剛性を規定する要素の厚み、ヤング率等の剛性パラメータ、Ｕ：変位）を基に、所定の反力Ｆに対して剛性パラメータＫが設定されると、変位Ｕが解析される。さらに、σｎ＝ＥＵ（σｎ：応力、Ｅ：ヤング率）により、変位Ｕに対応する応力σｎが求まる。これらの基本関係を前提に、ヤング率等の物性及び拘束条件を設定された図示形状のモデルに対して、各グループの反力に対応した剛性パラメータＫが解析される。
【００３４】
続いて、構造解析部３０は、前記グループ単位でそれぞれ決定した剛性パラメータＫを、そのグループに属する各要素に付与し、更なる入力条件として、ステップＳ３で算出された反力値（荷重値）Ｆ、拘束条件を用いて線形解析を行う（図３のステップＳ６）。
構造解析部３０は、線形解析によるモデル１９の変形量をステップＳ２の耐熱ＣＡＥでの変形量と比較する（図３のステップＳ７）。
ここで、線形解析による変形量と、耐熱ＣＡＥでの変形量とが所定の許容範囲内で一致しない場合、例えば、両処理の結果として、各要素の変位量が同一グループに属さない場合には、一致しない要素の剛性パラメータＫのみを変更し（図３のステップＳ８）、ステップＳ６の線形解析を再び実施する。
このステップＳ６〜Ｓ８の処理は、線形解析後の全要素の変位量が耐熱ＣＡＥでの変位量と一致する（同一グループとなる）まで繰り返される。
【００３５】
より具体的には、線形解析の結果としての変位量が耐熱ＣＡＥの結果よりも小さい場合には、ステップＳ８において剛性パラメータＫが所定値小さい値に再設定され、再び線形解析が行われる。そして、全ての要素について、線形解析の結果としての変位量が、耐熱ＣＡＥの結果に一致する状態での、剛性パラメータＫが求められる。
【００３６】
このようにして全ての要素について剛性パラメータＫが決定すると、それら剛性パラメータＫを用いて位相最適化処理が実施され、その結果は、出力部４０において図７に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される（図３のステップＳ９）。
図７は、最適な材料密度比を８段階で概略的に表示したものである。この図７の結果から、グラブボックスのモデル１９において、板厚を厚く形成する必要がある領域（例えば、領域Ａｒ２）、板厚を薄く形成していい領域（例えば、領域Ａｒ３，４）等を知ることができる。
【００３７】
図７に示すような位相最適化処理の解析結果は、グラブボックスの裏側についても得られ、構造解析部３０は、得られた材料密度比に基づいて、最適な板厚、及びリブ配置（形状）を解析する。この解析結果は出力部４０において図８に示すような画像情報として生成され、出力装置３において表示される（図３のステップＳ１０）。
【００３８】
以上のように本実施の形態によれば、温度変化に対する物性変化が非線形な樹脂成形品において、耐熱ＣＡＥの結果として得られる変位量に基づき、前記樹脂成形品のモデルの各要素がグループ分けされ、グループ単位で剛性パラメータＫが解析される。
このため、各要素について逐一、剛性パラメータを演算解析するよりも、最初の段階で、各要素に対し剛性パラメータの最適値、或いはその近似値を付与することができ、モデル全体としての演算時間を大幅に短縮することができる。
また、非拘束点である各要素について熱変形の変位量に基づき剛性パラメータＫが設定され、その要素において解析された反力を荷重として位相最適化処理を行うことができ、軽量化を前提とした剛性構造を容易かつ高精度に得ることができる。
【００３９】
尚、前記実施の形態では、構造物として自動車のグラブボックスを例にしたがあくまでもこれは一例に過ぎない。樹脂製の製品や部品の設計であれば、どのようなものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ｗ 設計支援装置
１ 情報処理装置
１０ 制御部（情報処理装置）
１１ グラブボックス（樹脂成形品）
１２ 拘束点
１３ 拘束点
１４ 拘束点
１９ モデル
２０ データ取得部（情報処理装置）
３０ 構造解析部（情報処理装置）
４０ 出力部（情報処理装置）
２ 入力装置
３ 出力装置
４ ＣＡＤ装置
５０ ＣＰＵ
５１ 主記憶装置
５２ Ｉ／Ｏインタフェース
５３ 補助記憶装置
５４ ＮＷインタフェース
５５ 設計支援プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより剛性構造を解析する設計支援装置であって、
樹脂成形品の構造物の設計情報及び解析条件を用いて、有限要素法による構造解析と位相最適化の演算処理とを行う構造解析部を備え、
前記構造解析部は、
メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、
前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、
前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、
前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、
前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、
全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを行うことを特徴とする設計支援装置。
【請求項２】
前記構造解析部は、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、
前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載された設計支援装置。
【請求項３】
少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより構造解析し、剛性構造を決定する剛性構造決定方法であって、
メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、
前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、
前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、
前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、
前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、
全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを含むことを特徴とする剛性構造決定方法。
【請求項４】
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、
前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載された剛性構造決定方法。
【請求項１】
少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより剛性構造を解析する設計支援装置であって、
樹脂成形品の構造物の設計情報及び解析条件を用いて、有限要素法による構造解析と位相最適化の演算処理とを行う構造解析部を備え、
前記構造解析部は、
メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、
前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、
前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、
前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、
前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、
全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを行うことを特徴とする設計支援装置。
【請求項２】
前記構造解析部は、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、
前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載された設計支援装置。
【請求項３】
少なくとも１つの拘束点で拘束される樹脂成形品について熱変形を抑制するように、有限要素法と位相最適化処理とにより構造解析し、剛性構造を決定する剛性構造決定方法であって、
メッシュ状の要素に分割され、前記構造物に対応の形状を有するモデルに対して、該構造物の樹脂原料の物性及び拘束条件を入力条件として所定の加熱温度下での所定時間経過後のクリープ変形を有限要素法により解析し、各要素における変形量を出力する処理と、
前記クリープ変形に対応するように、所定の温度下で強制的に弾塑性変形させた場合に、前記モデルの各要素に生じる反力を線形解析する処理と、
前記各要素を、前記クリープ変形による変形量に基づき、複数のグループのいずれかに仕分ける処理と、
前記仕分けられたグループごとに、剛性パラメータを線形解析する処理と、
前記グループごとに求められた剛性パラメータを、そのグループに属する各要素に付与すると共に、各要素に生じる反力と、拘束条件とに基づき線形解析し、前記モデルの変形量を求める処理と、
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理と、
全ての要素について最適値に調整された剛性パラメータを用いて位相最適化処理を行い、前記モデルの材料密度比の分布データを出力する処理とを含むことを特徴とする剛性構造決定方法。
【請求項４】
前記線形解析により求められた前記モデルの変形量と前記クリープ変形により求められた変形量が所定の許容範囲内で一致するように、各要素の剛性パラメータを最適値に調整する処理において、
前記クリープ変形による変形量に基づき仕分けられたグループに、前記線形解析により求められた前記モデルの変形量が属するか否かにより、変形量が一致するか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載された剛性構造決定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２６６３０（Ｐ２０１２−２２６６３０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４７４７（Ｐ２０１１−９４７４７）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００１５７０８３）トヨタ自動車東日本株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（０００１５７０８３）トヨタ自動車東日本株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
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