３次元構造解析条件データ生成装置および３次元構造解析条件データ生成方法

【課題】
２次元軸対称モデルの要素形状と３次元解析モデルの任意断面内部の要素形状や座標系が異なる場合でも、２次元軸対称モデルの解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する。
【解決手段】
３次元構造解析条件データ自動マッピング装置は、３次元モデル節点座標変換部と、２次元軸対称解析モデルの節点の解析結果を３次元構造解析モデルの節点の解析条件データとして求める、同一節点座標判定部と、同一点として判定されなかった３次元構造解析モデルの節点の解析条件データを求めるため、２次元モデル要素分割部と、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定する点座標の３角形内外判定部と、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求める、３次元モデル節点値補間部と、解析条件データ設定部を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元構造解析条件データ生成技術に係わり、特に２次元軸対称モデルの解析結果から、その２次元軸対称モデル形状を軸回りに回転して得られる３次元形状と相似とみなせる３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在製品設計において３次元ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）ソフトウェアを用いた構造解析による設計が一般的になってきており、例えば圧力容器などの対称構造体の熱的健全性を評価する場合、まず２次元軸対称モデルで温度伝導解析を行い節点温度を求め、その求めた温度を用いて熱応力解析を実施して応力などの発生状態を把握し、次に３次元モデルを用いた詳細な解析・評価を行う方法が一例としてあげられる。この場合３次元モデルによる解析を実施するには２次元軸対称モデルで求めた節点温度などの条件を、３次元解析モデルに反映させ詳細解析を実施し解を求め、最終的な製品の構造上の健全性を評価する手順となる。しかしながら２次元軸対称解析の結果を３次元構造解析モデルの解析条件に設定するためには、３次元構造解析モデルの各節点に対し２次元軸対称解析の結果を当てはめる必要があり、従来は人間が３次元構造解析モデルの節点座標と２次元軸対称モデルの節点座標との関係を判断し、手動で３次元構造解析条件の節点値として入力していたため、多大な工数を必要とし、また転記ミスなどの理由で解析結果の信頼性確保にも問題を起こす要因となっていた。
【０００３】
そこで２次元軸対称モデルの解析結果を、自動的に３次元構造解析モデルの条件データとして反映できることが望まれていた。２次元軸対称モデルの解析結果を、自動的に３次元構造解析モデルの条件データとして反映する技術としては、一例として特許文献１に示されているが、２次元軸対称モデルの要素形状と３次元構造解析モデルの任意の断面の要素形状が同一であることが前程であり、任意断面内部の要素形状や座標系が異なる場合の２次元軸対称モデルの解析結果を、自動的に３次元構造解析モデルの条件データとして反映する技術は見あたらない。
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
本発明の目的は、２次元軸対称モデルの要素形状と３次元構造解析モデルの任意断面内部の要素形状や座標系が異なる場合でも、２次元軸対称モデルの解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
表示装置，入力装置，記憶装置，作業用データメモリ及び演算処理装置からなる３次元構造解析条件データ生成装置において、前記演算処理装置は２次元軸対称解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する３次元構造解析条件データ自動マッピング装置を有し、３次元構造解析条件データ自動マッピング装置は、２次元軸対称解析結果読み込み部と、３次元構造解析モデルデータ読み込み部と、３次元構造解析条件データ処理部と、３次元構造解析モデルの節点座標を２次元軸対称解析座標系へ座標変換する、３次元モデル節点座標変換部と、変換した座標と２次元軸対称解析モデルの節点座標との距離を判定し同一点と判定された場合、２次元軸対称解析モデルの節点の解析結果を３次元構造解析モデルの節点の解析条件データとして求める、同一節点座標判定部と、同一点として判定されなかった３次元構造解析モデルの節点の解析条件データを求めるため、２次元モデル要素分割部と、点座標が３角形内部にあるかどうかを判定する点座標の３角形内外判定部と、３角形内部の点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の点座標に対応する節点値を補間して求める、３次元モデル節点値補間部と、解析条件データ設定部を有することを特徴とした３次元構造解析条件データ生成装置および方法にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の３次元構造解析条件データ生成装置は、２次元軸対称モデルの要素形状と３次元構造解析モデルの任意断面内部の要素形状や座標系が異なる場合でも、２次元軸対称モデルの解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成することにより、従来は人間が３次元構造解析モデルの節点座標と２次元軸対称モデルの節点座標との関係を判断し、手動で３次元構造解析条件の節点値として入力していた多大な工数を削減することが可能になり、また転記ミスなどをなくすことで解析結果の信頼性を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上述の３次元構造解析条件データ生成方法は、３次元構造解析データ生成装置を使用して、２次元軸対称解析モデルの要素形状を２つの３角形に分割し、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定し、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求めて、３次元構造モデルの節点についての解析データを求めることを特徴とする。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明による３次元構造解析条件データ生成装置の構成の一実施例を示したものである。
【００１１】
本発明の３次元構造解析条件データ生成装置は、表示装置１，入力装置２，記憶装置４，作業用データメモリ５及び演算処理装置３からなる３次元構造解析条件データ生成装置において、前記演算処理装置３は２次元軸対称解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６を有し、前記３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６は、２次元軸対称解析結果データを入力装置２から指示し記憶装置４から作業用メモリ５に読み込む、２次元軸対称解析結果読み込み部６ｇと、３次元構造解析モデルデータを入力装置２から指示し記憶装置４から作業用データメモリ５に読み込む、３次元構造解析モデルデータ読み込み部６ｈと、３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６で自動生成した３次元構造解析条件データを記憶装置４または表示装置１に出力する、３次元構造解析条件データ処理部６ｉと、前記３次元構造解析モデルデータ読み込み部６ｈで読み込んだ３次元構造解析モデルの節点座標を、２次元軸対称解析座標系へ座標変換する、３次元モデル節点座標変換部６ａと、前記３次元モデル節点座標変換部６ａで変換した座標と２次元軸対称解析モデルの節点座標との距離を判定し同一点と判定した場合、２次元軸対称解析モデルの節点の解析結果を３次元構造解析モデルの節点の解析条件データとして求める、同一節点座標判定部６ｂと、前記同一節点座標判定部６ｂでは、同一点として判定されなかった３次元構造解析モデルの節点の解析条件データを求めるため、２次元軸対称解析モデルの要素形状を２つの３角形に分割する２次元モデル要素分割部６ｃと、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定する節点座標の３角形内外判定部６ｄと、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求める、３次元モデル節点値補間部６ｅと、前記同一節点座標判定部６ｂまたは、３次元構造解析モデル節点値補間部６ｅで求めた、３次元構造解析モデルの各節点の解析条件データを設定する解析条件データ設定部６ｆを有する。
【００１２】
図２は、本発明による３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６における処理フローの一実施例を示したものであり、図３、及び図４は図２におけるステップ４０００の詳細フローの一実施例を示したものである。図５は本実施例による２次元軸対称解析モデルの好適な一実施例を示す。図５に示すように２次元軸対称解析モデルは、Ｙ軸を中心軸としてＸＹ平面上に形状を定義した例である。図６は本実施例による３次元構造解析モデルの好適な一実施例を示す（図６（ａ））。図６に示すように３次元構造解析モデルはＺ軸を中心軸としてＸＺ平面状に定義した要素形状を９０度回転して得られる形状を定義した例である。図６の（ｂ）に示すように３次元構造解析モデルの任意断面が２次元軸対称解析モデルと座標系及び断面の内部の要素形状が異なっている場合の一実施例である。
【００１３】
次に本実施例による３次元構造解析条件データ自動マッピング装置の処理手順の一実施例を図２，図３，図４を用いて説明する。
【００１４】
まずステップ１０００で、２次元軸対称解析結果読み込み部６ｇにおいて、入力装置２から指示した２次元軸対称解析結果データを記憶装置４から作業用データメモリ５に読み込む。２次元軸対称解析結果は、２次元軸対称モデルの節点座標データと、解析結果の節点値と、２次元要素の構成節点番号とからなる。図７に図５に示す２次元軸対称解析モデルの２次元軸対称解析結果データの一実施例を示す。図７（ａ）は節点座標と解析結果を示し、図７（ｂ）は要素を構成する節点データを示す。次にステップ２０００で、３次元構造解析モデルデータ読込み部６ｈにおいて、入力装置２から支持した３次元構造解析モデルデータを記憶装置４から作業用データメモリ５読み込む。３次元構造解析モデルデータは３次元構造解析モデルの節点座標であり、図８に３次元構造解析モデルデータの一実施例を示す。次にステップ３０００で、３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６の３次元モデル節点座標変換部６ａにおいて、ステップ２０００で読み込んだ３次元構造解析モデルデータの節点座標を、２次元軸対称解析座標系に座標変換する。図５に示す２次元軸対称解析モデルと図６に示す３次元構造解析モデルの場合、３次元構造解析モデルのＸ−Ｙ平面上の節点座標と原点との距離を、２次元軸対称解析座標系におけるＸ座標とし、３次元構造解析モデルのＺ座標を２次元軸対称解析座標系におけるＹ座標とすることができる。図９に３次元構造解析モデルの節点座標を２次元軸対称解析座標系に座標変換した実施例を示す。
【００１５】
次に、ステップ４０００で、３次元構造解析条件データ自動マッピング装置６の同一節点座標判定部６ｂと２次元モデル要素分割部６ｃと節点座標の３角形内外判定部６ｄと３次元構造解析モデル節点値補間部６ｅと解析条件データ設定部６ｆで、２次元軸対称解析結果を３次元構造解析モデルの各節点値にマッピングする。ステップ４０００の詳細な処理内容を図３，図４を用いて説明する。
【００１６】
作業用データメモリ５には、図１０に示すように、３次元モデル節点座標変換部６ａにおいて３次元構造解析モデルの節点座標を２次元軸対称解析座標系に座標変換した座標Ｘ，Ｙ，Ｚと節点状態データ、及び解析条件データを３次元構造解析モデルの節点数分保持する。節点状態データは０または１であり、その節点に解析条件データを設定済かどうかを示すフラグである。０は未設定、１は設定済を示すものとする。まず、ステップ４００１で３次元構造解析モデルの節点状態データを全て０に初期化する。つまり全節点が解析条件データ未設定とする。次にステップ４００２で、３次元構造解析モデルの座標変換後の節点Ｎ１を取り出す。ステップ４００３では、節点Ｎ１が存在するかどうか判定し、存在しなければ、ステップ４０１０へ移る。節点Ｎ１が存在すれば、ステップ４００４において、２次元軸対称モデルの節点Ｎ２を取り出す。ステップ４００５では、節点Ｎ２が存在するかどうか判定し、存在しなければ、ステップ４００２に戻る。Ｎ２が存在すれば、ステップ４００６で、同一節点座標判定部６ｂにおいて、Ｎ１とＮ２との距離Ｄを計算し、ステップ４００７でＤが閾値未満かどうかを調べる。閾値未満であれば、Ｎ１とＮ２は同一点座標であると判断し、３次元構造解析モデル条件設定部６ｆにおいてステップ４００８でＮ１の節点状態データを１にセットし、ステップ４００９でＮ２の解析結果データをＮ１の解析条件データにセットする。ステップ４００７でＤが閾値を超えている場合は、ステップ４００４に戻る。以上ステップ４００３で、節点Ｎ１が無くなるまで同一節点座標判定部６ｂにおいて、ステップ４００１からステップ４００９までの同一点座標判定を繰り返す。
【００１７】
図１０に同一点座標判定後の節点状態データと解析条件データの一実施例を示す。図１０に示すように、節点状態データ０の節点がまだ解析条件データが設定されていない。次に、図４の処理フローを説明する。ステップ４０１０では、３次元構造解析モデルの座標変換後の節点Ｎ１を取り出す。ステップ４０１１では、節点Ｎ１が存在するかどうか判定し、存在しなければ処理を終了する。節点Ｎ１が存在すれば、ステップ４０１２でＮ１の節点状態データが１の場合は、ステップ４０１０に戻り、節点状態データが０の場合は、ステップ４０１３以降の補間処理に移る。ステップ４０１３では、２次元モデル要素分割部６ｃにおいて、２次元軸対称解析モデルの要素Ｅ１を取り出す。要素Ｅ１は図７（ｂ）に示すように４節点で構成されている。次にステップ４０１４で要素Ｅ１を節点ＮＯ１と節点ＮＯ２と節点ＮＯ４とから構成する３角形Ｔ１と、節点ＮＯ２と節点ＮＯ３と節点ＮＯ４とから構成する３角形Ｔ２に分割する。次にステップ４０１５で、節点座標の３角形内外判定部６ｄにおいて、ステップ４０１０で取り出した節点Ｎ１が、３角形Ｔ１またはＴ２の内部かどうかを判定し、内部でなければステップ４０１３に戻り、内部であれば、ステップ４０１６に移る。ステップ４０１６では、３次元構造解析モデル節点補間部６ｅにおいて、節点Ｎ１を包含する３角形の節点の解析結果データと座標から節点Ｎ１の節点値を補間して求め、３次元構造解析モデル条件設定部６ｆにおいて、ステップ４０１７で節点Ｎ１の解析条件データにセットし、更にステップ４０１８で節点Ｎ１の節点状態データに１をセットして、ステップ４０１０に戻る。以上ステップ４０１１で、節点Ｎ１が無くなるまでステップ４０１０からステップ４０１８までの補間処理を繰り返す。補間処理の一実施例を図１２に示す。点Ｐ１，Ｐ２、及びＰ３からなる３角形内部の点をＰｐとし、Ｐｐを通りＸ軸に平行な直線と３角形の辺の交点をＰａ及びＰｂとし、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の節点値をＶ１，Ｖ２，Ｖ３とすると、Ｐｂでの補間値は図１２に示す式のＶｐとすることができる。
【００１８】
図１１には補間処理後の節点状態データと解析条件データの一実施例を示す。図１０では節点状態データが０であった節点の節点状態データは１となり解析条件データが設定されている。次に本実施例において、２次元軸対称解析結果から自動生成した、３次元構造解析モデルの解析条件データの妥当性を見るために、図１３に示すように、３次元構造解析モデルと２次元軸対称解析モデルの解析条件データと解析結果データが対応するラインを抽出し比較する。図１３（ａ）は３次元構造解析モデルでの解析条件データ抽出ラインを示し、図１３（ｂ）は２次元軸対称モデルでの解析結果データ抽出ラインを示す。図１４には抽出したラインの３次元構造解析モデルの解析条件データと２次元軸対称解析モデルの解析結果データの一実施例を示す。図１５には、抽出したラインの３次元構造解析モデルの解析条件データと２次元軸対称解析モデルの解析結果データをグラフで表示装置１に表示した一実施例を示す。図１５で、○で示す点が２次元軸対称解析モデルの解析結果データ、△で示す点が３次元構造解析モデルの解析条件データを示し、よく一致しているのがわかる。図１６には、３次元構造解析モデルと２次元軸対称解析モデル上に３次元構造解析モデルの解析条件データと２次元軸対称解析モデルの解析結果データを表示した一実施例を示す。図１６に示すように、２次元軸対称モデルの要素形状と３次元解析モデルの任意断面内部の要素形状や座標系が異なる場合でも、２次元軸対称モデルの解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データが自動生成されている。
【００１９】
最後に、図２のステップ５０００で３次元構造解析条件データ処理部６ｉにおいて、作業用メモリ５から３次元構造解析条件データを記憶装置４に出力するようになっている。
【００２０】
以上のように、３次元構造解析データ生成装置を使用して、２次元軸対称解析モデルの要素形状を２つの３角形に分割し、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定し、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求めて、３次元構造モデルの節点についての解析データを求めることを特徴する３次元構造解析条件データ生成方法が構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】３次元構造解析条件データ生成装置の構成の一実施例を示す図。
【図２】３次元構造解析条件データ生成装置における処理フローの一実施例を示す図。
【図３】図２におけるステップ４０００の詳細フローの一実施例を示す図（１）。
【図４】図２におけるステップ４０００の詳細フローの一実施例を示す図（２）。
【図５】２次元軸対称解析モデルの一実施例を示す図。
【図６】３次元構造解析モデルの一実施例を示す図。
【図７（ａ）】２次元軸対称解析結果データの一実施例を示す図で、節点座標と解析結果データを示す図。
【図７（ｂ）】２次元軸対称解析結果データの一実施例を示す図で、要素を構成する節点データを示す図。
【図８】３次元構造解析モデルデータの一実施例を示す図。
【図９】３次元構造解析モデルの節点座標を２次元軸対称解析座標系に座標変換した実施例を示す図。
【図１０】同一点座標判定後の節点状態データと解析条件データの一実施例を示す図。
【図１１】補間処理後の節点状態データと解析条件データの一実施例を示す図。
【図１２】補間方法の一実施例を示す図。
【図１３】３次元構造解析モデルと２次元軸対称解析モデルの解析条件データと解析結果データ抽出ラインの一実施例を示す図。
【図１４】抽出したラインの解析条件データと解析結果データの一実施例を示す図。
【図１５】抽出したラインの解析条件データと解析結果データをグラフ表示した一実施例を示す図。
【図１６】３次元構造解析モデルと２次元軸対称解析モデル上に表示した一実施例を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１…表示装置、２…入力装置、３…演算処理装置、４…記憶装置、５…作業用データメモリ、６…３次元構造解析条件データ自動マッピング装置、６ａ…３次元モデル節点座標変換部、６ｂ…同一節点座標判定部、６ｃ…２次元モデル要素分割部、６ｄ…節点座標の３角形内外判定部、６ｅ…３次元構造解析モデル節点値補間部、６ｆ…３次元解析モデル条件設定部、６ｇ…２次元軸対称解析結果読み込み部、６ｈ…３次元構造解析モデルデータ読み込み部、６ｉ…３次元構造解析条件データ処理部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置、入力装置、記憶装置、作業用データメモリ及び演算処理装置からなる３次元構造解析条件データ生成装置において、前記演算処理装置は２次元軸対称解析結果から、３次元構造解析モデルの解析条件データを自動生成する３次元構造解析条件データ自動マッピング装置を有し、前記３次元構造解析条件データ自動マッピング装置は、２次元軸対称解析結果データを入力装置から指示し記憶装置から作業用メモリに読み込む、２次元軸対称解析結果読み込み部と、３次元構造解析モデルデータを入力装置から指示し記憶装置から作業用データメモリに読み込む、３次元構造解析モデルデータ読み込み部と、３次元構造解析条件データ自動マッピング装置で自動生成した３次元構造解析条件データを記憶装置または表示装置に出力する、３次元構造解析条件データ処理部と、前記３次元構造解析モデルデータ読み込み部で読み込んだ３次元構造解析モデルの節点座標を、２次元軸対称解析座標系へ座標変換する、３次元モデル節点座標変換部と、前記３次元モデル節点座標変換部で変換した座標と２次元軸対称解析モデルの節点座標との距離を判定し同一点と判定した場合、２次元軸対称解析モデルの節点の解析結果を３次元構造解析モデルの節点の解析条件データとして求める、同一節点座標判定部と、前記同一節点座標判定部では、同一点として判定されなかった３次元構造解析モデルの節点の解析条件データを求めるため、２次元軸対称解析モデルの要素形状を２つの３角形に分割する２次元モデル要素分割部と、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定する節点座標の３角形内外判定部と、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求める、３次元モデル節点値補間部と、前記同一節点座標判定部または、３次元モデル節点値補間部で求めた、３次元構造解析モデルの各節点の解析条件データを設定する解析条件データ設定部を有することを特徴とした３次元構造解析条件データ生成装置。
【請求項２】
請求項１の３次元構造解析データ生成装置を使用して、２次元軸対称解析モデルの要素形状を２つの３角形に分割し、節点座標が３角形内部にあるかどうかを判定し、３角形内部の節点座標と３角形の頂点座標と３角形の頂点に対応する２次元軸対称解析結果から３角形内部の節点座標に対応する節点値を補間して求めて、３次元構造モデルの節点についての解析データを求めることを特徴とする３次元構造解析条件データ生成方法。
【請求項３】
請求項２において、３次元構造解析モデルの各節点の解析データを前記表示装置に表示することを特徴とする３次元構造解析データ表示方法。

【図１】