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技術 接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体

出願人 シャープ株式会社
発明者 大谷祐介野田浩明
出願日 2000年4月26日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-125345
公開日 2001年11月2日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2001-306634
状態 未査定
技術分野 CAD
主要キーワード 部分部品 変位関数 原型モデル 圧縮箇所 実モデル 圧縮加重 接触解析 計算機性能
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年11月2日)のものです。
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図面 (19)

課題

少ない手間で数値解析が必要な部品のみから構成される簡易解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置を提供すること。

解決手段

接触解析モデル作成装置は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成する評価モデル作成部1と、評価モデル作成部1によって作成された評価モデルを評価する影響度評価部2と、影響度評価部2による評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成する簡易解析モデル作成部3とを含む。簡易解析モデル作成部3は、評価モデルの評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するようにしたので、数値解析が必要な部品のみから構成される接触解析モデルを作成することが可能となる。

概要

背景

近年、PDA(Personal Digital Assistant)を代表とする小型携帯型情報端末機ペンコンピュータが広く普及している。通常、これらの情報端末機においては、ユーザが手書用ペンを使用して文字の入力や各種編集機能等の指示を行なう。また、ユーザによる指示は、手書用ペンを液晶画面上で移動させることにより行なうのが一般的である。これらの操作方法に関しては、たとえば、シャープ株式会社製の小型携帯情報端末機「ザウルス」PI−7000の取扱説明書を参照されたい。

このような液晶表示画面上で移動させる手書用ペン入力装置を有する機器は、一般にタブレットと他の複数の部品とが積み重なった階層構造を有している。ユーザがペンによってデータを入力する際に、上面のタブレットをペンによって押圧することにより行なう。しかし、タブレットとその下部に配置される液晶などの部品とが近接していたり、導光板フィルム基板などのそれぞれの部品が近接しているため、押圧によって部品間の接触が発生し、その影響によってタブレットの下に配置された部品に圧縮加重が加わり接触現象が発生する。その結果、タブレットの下に配置された部品にひずみや応力が発生する。タブレットや液晶は、一般にガラスなどの破損しやすい材料が使用されており、製品設計を行なう際に各部品の力学的特性を把握する必要がある。

一方、コンピュータを用いた数値解析シミュレーション、たとえばFEM(Finite Element Method)やBEM(Boundary Element Method)等によって、構造物応力解析熱伝導解析など種々の物理現象解析が可能となっている。上述したPDA等の情報端末機の製品設計を行なう際、たとえば製品設計段階において数多くの設計案に対して数値解析シミュレーションを実行し、それらのシミュレーション結果を参照して、設計案の優劣を検討することが行なわれている。

また、設計案全体に関わる力学的特性を調べたい場合であっても、現在の計算機性能では、製品の設計案全体をそのままシミュレートするのは、形状が複雑すぎて実際上不可能である。そのため、設計案全体についてシミュレーションを行なうための計算モデルに置き換える作業が必要となり、ある種の簡略化を行ないつつも検討すべき本質から外れないように計算量の削減を図ることが必要となる。

従来の計算モデル簡略化手法の一例として、特開平6−4629号公報に開示された発明がある。図18は、この特開平6−4629号公報に開示された数値解析方法を説明するための図である。まず、解析対象となる原型モデルから解析を必要としない領域を省略し、解析を必要とする領域のみからなる省略モデルを作成する(P1)。

そして、省略モデルに対する省略部の影響度を定量的に評価し(P2)、この評価結果に基づいて省略モデルを規定する1または複数のパラメータ修正することにより、原型モデルと等価な修正省略モデルを作成する(P3)。

概要

少ない手間で数値解析が必要な部品のみから構成される簡易解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置を提供すること。

接触解析モデル作成装置は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成する評価モデル作成部1と、評価モデル作成部1によって作成された評価モデルを評価する影響度評価部2と、影響度評価部2による評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成する簡易解析モデル作成部3とを含む。簡易解析モデル作成部3は、評価モデルの評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するようにしたので、数値解析が必要な部品のみから構成される接触解析モデルを作成することが可能となる。

目的

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第1の目的は、少ない手間で数値解析が必要な部品のみから構成される簡易解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第2の目的は、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮できる接触解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するための評価モデル作成手段と、前記評価モデル作成手段によって作成された評価モデルを評価するための評価手段と、前記評価手段による評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するための接触解析モデル作成手段とを含む接触解析モデル作成装置

請求項2

前記評価モデル作成手段は、部品を部分部品に分割するための分割手段と、前記分割手段によって分割された部分部品に荷重を加えて、変形量を算出するための第1の算出手段と、前記第1の算出手段によって算出された変形量に基づいて、前記部分部品を前記評価モデルに加えるか否かを判定するための第1の判定手段と、前記第1の判定手段による判定結果に基づいて、前記評価モデルを作成するための作成手段とを含む、請求項1記載の接触解析モデル作成装置。

請求項3

前記第1の判定手段は、変形量の閾値を入力するための手段と、前記入力された変形量の閾値と前記第1の算出手段によって算出された変形量とを比較して、前記部分部品を前記評価モデルに加えるか否かを判定するための手段とを含む、請求項2記載の接触解析モデル作成装置。

請求項4

前記評価手段は、前記評価モデルに荷重を加えて変形量を算出するための第2の算出手段と、前記第2の算出手段によって算出された変形量に基づいて、前記評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するための第2の判定手段とを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の接触解析モデル作成装置。

請求項5

前記第2の判定手段は、前記評価モデルにおける接触判定トレランスを算出するための手段と、前記トレランスと前記第2の算出手段によって算出された変形量とを比較して、前記評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するための手段とを含む、請求項4記載の接触解析モデル作成装置。

請求項6

前記接触解析モデル作成手段は、前記評価モデルの変形による影響が少ない部品を剛体としてモデル化する、請求項1〜5のいずれかに記載の接触解析モデル作成装置。

請求項7

解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するステップと、前記作成された評価モデルを評価するステップと、前記評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するステップとを含む接触解析モデル作成方法

請求項8

コンピュータに接触解析モデル作成方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記接触解析モデル作成方法は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するステップと、前記作成された評価モデルを評価するステップと、前記評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するステップとを含む、接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体。

技術分野

0001

本発明は、製品設計製造装置開発過程で必要となる製品力学的特性数値解析によって求める技術に関し、特に、数値解析の際に使用される接触解析モデルを作成する接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体に関する。

背景技術

0002

近年、PDA(Personal Digital Assistant)を代表とする小型携帯型情報端末機ペンコンピュータが広く普及している。通常、これらの情報端末機においては、ユーザが手書用ペンを使用して文字の入力や各種編集機能等の指示を行なう。また、ユーザによる指示は、手書用ペンを液晶画面上で移動させることにより行なうのが一般的である。これらの操作方法に関しては、たとえば、シャープ株式会社製の小型携帯情報端末機「ザウルス」PI−7000の取扱説明書を参照されたい。

0003

このような液晶表示画面上で移動させる手書用ペン入力装置を有する機器は、一般にタブレットと他の複数の部品とが積み重なった階層構造を有している。ユーザがペンによってデータを入力する際に、上面のタブレットをペンによって押圧することにより行なう。しかし、タブレットとその下部に配置される液晶などの部品とが近接していたり、導光板フィルム基板などのそれぞれの部品が近接しているため、押圧によって部品間の接触が発生し、その影響によってタブレットの下に配置された部品に圧縮加重が加わり接触現象が発生する。その結果、タブレットの下に配置された部品にひずみや応力が発生する。タブレットや液晶は、一般にガラスなどの破損しやすい材料が使用されており、製品設計を行なう際に各部品の力学的特性を把握する必要がある。

0004

一方、コンピュータを用いた数値解析シミュレーション、たとえばFEM(Finite Element Method)やBEM(Boundary Element Method)等によって、構造物応力解析熱伝導解析など種々の物理現象解析が可能となっている。上述したPDA等の情報端末機の製品設計を行なう際、たとえば製品の設計段階において数多くの設計案に対して数値解析シミュレーションを実行し、それらのシミュレーション結果を参照して、設計案の優劣を検討することが行なわれている。

0005

また、設計案全体に関わる力学的特性を調べたい場合であっても、現在の計算機性能では、製品の設計案全体をそのままシミュレートするのは、形状が複雑すぎて実際上不可能である。そのため、設計案全体についてシミュレーションを行なうための計算モデルに置き換える作業が必要となり、ある種の簡略化を行ないつつも検討すべき本質から外れないように計算量の削減を図ることが必要となる。

0006

従来の計算モデル簡略化手法の一例として、特開平6−4629号公報に開示された発明がある。図18は、この特開平6−4629号公報に開示された数値解析方法を説明するための図である。まず、解析対象となる原型モデルから解析を必要としない領域を省略し、解析を必要とする領域のみからなる省略モデルを作成する(P1)。

0007

そして、省略モデルに対する省略部の影響度を定量的に評価し(P2)、この評価結果に基づいて省略モデルを規定する1または複数のパラメータ修正することにより、原型モデルと等価な修正省略モデルを作成する(P3)。

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、上述した特開平6−4629号公報に開示された数値解析方法においては、計算モデルから解析を必要としない部品を省略するので、接触問題などのように部品間の相関が必要な問題には適用できない。したがって、接触問題に適用するためには、全ての部品の計算モデルを作成する必要があり、計算モデルを作成するために莫大な手間が必要となるという問題点があった。また、その計算モデルを作成するために多大な計算時間が必要になるという問題点もあった。

0009

また、計算モデルからどの部品を省略するかの判断基準明記されていないため、計算精度保証することが困難であるという問題点があった。

0010

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第1の目的は、少ない手間で数値解析が必要な部品のみから構成される簡易解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体を提供することである。

0011

第2の目的は、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮できる接触解析モデルを作成することが可能な接触解析モデル作成装置、接触解析モデル作成方法および接触解析モデル作成プログラムを記録した記録媒体を提供することである。

課題を解決するための手段

0012

本発明のある局面に従えば、接触解析モデル作成装置は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するための評価モデル作成手段と、評価モデル作成手段によって作成された評価モデルを評価するための評価手段と、評価手段による評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するための接触解析モデル作成手段とを含む。

0013

接触解析モデル作成手段は、評価モデルの評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するようにしたので、数値解析が必要な部品のみから構成される接触解析モデルを作成することが可能となる。また、数値解析が不要な部品が削除されるので、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮できる接触解析モデルを作成することが可能となる。

0014

好ましくは、評価モデル作成手段は、部品を部分部品に分割するための分割手段と、分割手段によって分割された部分部品に荷重を加えて、変形量を算出するための第1の算出手段と、第1の算出手段によって算出された変形量に基づいて、部分部品を評価モデルに加えるか否かを判定するための第1の判定手段と、第1の判定手段による判定結果に基づいて、評価モデルを作成するための作成手段とを含む。

0015

第1の判定手段は、第1の算出手段によって算出された変形量に基づいて、部分部品を評価モデルに加えるか否かを判定するので、実モデル全体への影響が大きい部分部品のみを評価モデルに加えることが可能となる。

0016

さらに好ましくは、第1の判定手段は、変形量の閾値を入力するための手段と、入力された変形量の閾値と第1の算出手段によって算出された変形量とを比較して、部分部品を評価モデルに加えるか否かを判定するための手段とを含む。

0017

変形量の閾値と算出された変形量とを比較して、部分部品を評価モデルに加えるか否かを判定するので、変形量の閾値を変更することによって、評価モデルに加える部分部品を適宜変更することが可能となる。

0018

さらに好ましくは、評価手段は、評価モデルに荷重を加えて変形量を算出するための第2の算出手段と、第2の算出手段によって算出された変形量に基づいて、評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するための第2の判定手段とを含む。

0019

第2の判定手段は、第2の算出手段によって算出された変形量に基づいて、評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するので、他の部品の変形による影響が大きい部品のみを接触解析モデルに含めることが可能となる。

0020

さらに好ましくは、第2の判定手段は、評価モデルにおける接触判定トレランスを算出するための手段と、トレランスと第2の算出手段によって算出された変形量とを比較して、評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するための手段とを含む。

0021

トレランスと算出された変形量とを比較して、評価モデルを接触解析モデルに含めるか否かを判定するので、トレランスを適宜変更することによって、接触解析モデルに含まれる部品を変更することが可能となる。

0022

さらに好ましくは、接触解析モデル作成手段は、評価モデルの変形による影響が少ない部品を剛体としてモデル化する。

0023

接触解析モデル作成手段は、評価モデルの変形による影響が少ない部品を剛体としてモデル化するので、作成された接触解析モデルを用いて数値解析する際の演算量をさらに削減することが可能となる。

0024

本発明の別の局面に従えば、接触解析モデル作成方法は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するステップと、作成された評価モデルを評価するステップと、評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するステップとを含む。

0025

評価モデルの評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するようにしたので、数値解析が必要な部品のみから構成される接触解析モデルを作成することが可能となる。また、数値解析が不要な部品が削除されるので、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮できる接触解析モデルを作成することが可能となる。

0026

本発明のさらに別の局面に従えば、コンピュータに接触解析モデル作成方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、接触解析モデル作成方法は、解析対象となる実モデルから、押圧方向に関係する部品の一部を抽出して評価を行なうための評価モデルを作成するステップと、作成された評価モデルを評価するステップと、評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するステップとを含む。

0027

評価モデルの評価結果に基づいて、接触解析モデルを作成するようにしたので、数値解析が必要な部品のみから構成される接触解析モデルを作成することが可能となる。また、数値解析が不要な部品が削除されるので、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮できる接触解析モデルを作成することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0028

まず、本発明の実施の形態における接触解析モデル作成装置によって作成された接触解析モデルをが使用した接触解析方法について説明する。図1は、この接触解析方法の処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、解析対象となる形状から接触解析モデルを生成する(S1)。そして、生成された解析モデルに対して構造解析を行ない、応力や変位等を計算する(S2)。最後に、構造解析による計算結果に基づいて構造解析結果を評価する(S3)。

0029

本実施の形態における接触解析モデル作成装置は、ステップS1に示す接触解析モデル生成工程を実現するものであり、以下にその詳細について説明する。なお、ステップS2に示す構造解析工程およびステップS3に示す評価工程は、市販されている有限要素法ステム等を用いることによって実現可能であるので、ここでの詳細な説明は行なわない。

0030

図2は、設計案を元に作成された実際のモデル(以下、実モデルと呼ぶ。)の一例を示しており、部品31、部品32、部品33および部品34を含むものとする。この実モデルに荷重Pの押圧を加えると、図3に示すように部品31に曲げ変形が発生して部品32に接触し、さらに部品32にも曲げ変形が発生する。荷重Pをさらに大きくすると、部品32の中央部が部品33に接触する。以下、荷重Pを最大荷重Pmaxまで増やしたときに発生する変形と、その接触状態について検討するものとする。なお、図2および図3は簡単のために2次元のモデルを記載しているが、3次元のモデルに容易に拡張することができる。

0031

図4は、本発明の実施の形態における接触解析モデル作成装置の概略構成を示すブロック図である。この接触解析モデル作成装置は、解析対象となる実モデルを単純な直方体などの基本形状に分割し、荷重による変形がどの部分まで影響するかを評価するための評価モデルを作成する評価モデル作成部1と、評価モデル作成部1によって作成された評価モデルの変位をシミュレートし、その変位が他の部品に与える影響を評価する影響度評価部2と、影響度評価部2による評価結果に基づいて簡易解析モデルを作成する簡易解析モデル作成部3とを含む。

0032

図5は、本実施の形態における接触解析モデル作成装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、評価モデル作成部1は、解析対象となる実モデルを用いて、解析対象の実モデルを単純な直方体などの基本形状に分割する。なお、この分割された基本形状を、部分部品と呼ぶことにする。そして、評価モデル作成部1は、部分部品を組み合わせて荷重を加えることにより、押圧方向に関係する部品の中から変形の主体要因となる部分を抽出し、荷重による変形がどこまで影響するかを評価するための評価モデルを作成する(S11)。

0033

図6は、図5のステップS11の処理をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。まず、ユーザは、解析対象のモデルを検討する際に使用されるパラメータを入力する(S111)。たとえば、実モデルに荷重を加えた場合に、部分部品の変形が実モデル全体の変形に重要であるか否かを判断し、重要な部分部品を抽出するための基準値が入力される。この判定基準値として、一定荷重を加えた場合の部分部品の変位量等が使用される。この判定基準値を適宜変更することによって、評価モデルに加える部分部品を変更することができる。

0034

次に、評価モデル作成部1は、解析対象の実モデルの各部品を立方体などの基本形状(部分部品)に分割する(S112)。この分割は、部分部品の曲げ変形が圧縮方向により大きくなるよう、広い平面を有する直方体となるように分割される。図7は、図2に示す実モデルを部分部品に分割したところを示しており、部品33が部分部品65〜67に分割され、部品34が部分部品63、64および68に分割されている。なお、部分部品61および62はそれぞれ、部品31および32に対応している。

0035

次に、評価モデル作成部1は、ステップS112において分割された部分部品に、荷重条件拘束条件および接触条件に基づく部分部品抽出用モデルを作成する(S113)。すなわち、部分部品の境界条件箇所だけでなく、接触箇所も支持されているものとして、その箇所を境界条件化して部分部品抽出用モデルを作成する。

0036

図8は、図7に示す部分部品から作成された部分部品抽出用モデルを示している。図8(a)は、部分部品61から作成された部分部品抽出用モデルを示しており、部分部品61の両端において支持され、その中央部において荷重Pが押圧されている。また、図8(b)は、部分部品63から作成された部分部品抽出用モデルを示しており、部分部品63の両端において支持され、その中央部において荷重Pが押圧されている。また、図8(c)は、部分部品62から作成された部分部品抽出用モデルを示しており、部分部品62の両端において支持され、その中央部において荷重Pが押圧されている。

0037

次に、評価モデル作成部1は、作成された部分部品抽出用モデルに荷重を加え、部分部品の変形量をシミュレートする(S114)。本部分部品の変形量は、数値解析シミュレーションだけではなく理論解を用いて求めることも可能である。板の曲げによる変形量の理論解は、公知文献(機械工学便覧A4材料力学基礎編A4−52,平板の曲げ等)に記載された計算式によって求めることができる。詳細は、これらの公知文献を参照されたい。

0038

次に、評価モデル作成部1は、ステップS114において算出された変形量と、ステップS111において入力された判定基準値とを比較し、その部分部品の変形が実モデル全体の変形に重要であるか否かを判定する(S115)。部分部品の変形量が判定基準値以上である場合には(S115,Yes)、部分部品の変形が大きく実モデル全体への影響が大きいと判断されるため、評価モデル作成部1は、その部分部品を抽出して保存する(S116)。以下、抽出された部分部品を抽出部分部品と呼ぶ。

0039

また、部分部品の変形が判定基準値より小さい場合には(S115,No)、部分部品の変形が小さく本モデル全体への影響が小さいと判断されるため、評価モデル作成部1は、その部分部品を保存せずに次の処理へ進む。なお、全ての部分部品に対して、ステップS113〜S116の処理が行なわれる。

0040

図9は、図7に示す部分部品から抽出された抽出部分部品を示す図である。抽出部分部品81〜84はそれぞれ、部分部品61、62、67および68に対応している。なお、抽出部分部品81と82との間の距離をr1とし、抽出部分部品82と83との間の距離をr2とする。

0041

抽出部分部品の保存処理が終了すると、評価モデル作成部1は、その保存された抽出部分部品を圧縮箇所から圧縮方向へ順番に組み合わせることによって、評価モデルを作成する(S117)。

0042

図10は、評価モデルの作成手順を説明するための図である。まず、評価モデル作成部1は、保存された抽出部分部品の中から、図10(a)に示すように荷重Pが加えられる抽出部分部品81を取り出す。次に、評価モデル作成部1は、図10(b)に示すように、抽出部分部品81に近接する抽出部分部品82を付け加える。このようにして、荷重Pが加えられる抽出部分部品81から順番に近接する抽出部分部品を付け加えることにより、図10(c)に示す評価モデルが作成され、最終的に図10(d)に示す評価モデルが作成される。距離が同一である抽出部分部品がある場合には、それらの抽出部分部品が組み合わされて、1つの抽出部分部品として使用される。したがって、評価モデルの数は、抽出部分部品の数から、ほぼ同一の距離にある抽出部分部品の組み合わせ数け引いた数となる。なお、全ての抽出部分部品に対してステップS117の処理が行なわれ、評価モデルが作成される。

0043

再び、図5に示すフローチャートの説明に戻る。次に、影響度評価部2は、評価モデル作成部1によって作成された評価モデルを用いて、簡易解析モデルを作成するための評価を行なう(S12)。影響度評価部2は、作成された評価モデルに荷重Pを加えたときの変位をシミュレートし、近接する部品との距離などを評価基準にして評価を行なう。すなわち、荷重Pを加えた部品が変位することによる近接する部品への接触の有無、接触してもその部分の変位が小さく影響がない等を判断する。実モデルが図2に示すモデルの場合には、荷重Pによる変位は単調増加するので、最大荷重量まで荷重を変化させたときの変位量を評価するだけで十分である。

0044

図11は、図5のステップS12の処理をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。まず、ユーザは最大荷重量Fmax(設計上保証する最大荷重)を入力する(S121)。そして、ユーザは、評価を行なうための判断基準となる接触判定用トレランスを決定するため、ステップS11において作成された評価モデルの中から対象とする部分部品、その部分部品が変位することにより接触する他の部分部品との間の距離、部分部品の板厚重み係数安全率等を入力する(S122)。

0045

次に、影響度評価部2は、ステップS122において入力された各種パラメータを用いて、接触判定用トレランスtiを決定する(S123)。この接触判定用トレランス値tiは、評価モデルが変位することにより接触が発生するか否かを判定するための値である。評価モデルの変位が、接触判定用トレランス値tiよりも大きい場合には、その部分部品が接触していると判定される。この接触判定用トレランスとして、部分部品と、その部分部品が変位することにより接触する他の部分部品との間の距離等がある。また、部品の製造誤差組立誤差を考慮して、安全係数を接触判定用トレランス値に乗算しても良い。また、いくつかのパラメータの重み付けを変えるために、重み係数を考慮するようにしても良い。また、部分部品の板厚を考慮することも可能である。このトレランスを適宜変更することによって、簡易解析モデルに含まれる部品を変更することができる。

0046

次に、影響度評価部2は、評価モデルに荷重Pを加えて変位を計算する(S124)。この変位の計算は、荷重Pが加わる部分部品から順番に圧縮方向に部分部品を増やしながら行なわれる。簡易解析モデルは部品数が少ない方が計算しやすいので、圧縮方向に順番に部品を増やしながら処理するのが効率的である。そして、影響度評価部2は、評価モデルの変位ui(P)を求める(S125)。なお、変位ui(P)は、ステップS114と同様にシミュレーションまたは理論解によって算出され、最大荷重Fmaxまで行なわれる。

0047

次に、影響度評価部2は、現在評価を行なっている評価モデルにおける荷重−変位関数と、過去に評価を行なった評価モデルにおける荷重−変位関数と、現在評価している評価モデルの接触判定トレランスと、過去に評価を行なった評価モデルの接触判定トレランスとを用いて、簡易解析モデルをどこまで考慮するかを判定する(S126)。なお、簡易解析モデルをどこまで考慮するかが決定するまで、ステップS122〜S126の処理が繰り返される。

0048

図12図14は、ステップS126に示す簡易解析モデルをどこまで考慮するかを説明するための図である。図12は、図2に示す部品31に荷重を加えたときの荷重−変位関数を示している。部分部品81に荷重Pを加えたときの荷重−変位関数が直線111で表わされ、接触判定トレランスt1が直線112で表わされるとする。なお、荷重−変位関数は微小変形理論を用いて表わされているが、大変形理論を用いても同様に以下の処理が可能である。

0049

荷重−変位関数111と接触判定トレランス112とが交差する場合には、部品31と部品32とが接触すると考えられるため、部品32も簡易解析モデルに加える必要があると判定される。また、荷重−変位関数が直線113で表わされる場合には、最大荷重Fmaxを加えても荷重−変位関数113と接触判定トレランス112とが交差しないので、部品31と部品32とが接触しないと考えられ、部品32は簡易解析モデルに加える必要がないと判定される。

0050

この評価方法を、図10に示す評価モデルに適用した場合について考える。まず、図10(a)に示す評価モデルを初期モデルとして使用し、接触判定トレランスt1として抽出部分部品81と82との間の距離r1を使用する。図10(a)に示す評価モデルに荷重Pを徐々に加えてゆくと、抽出部分部品81が変形して、図13に示すように変位関数u1が得られる。ここで、簡単のために、u1は抽出部分部品81の中心最上部における変位としている。これ以外にも、必要に応じて抽出部分部品の中立面や下部などに変更しても良い。

0051

この変位関数u1を用いて簡易解析モデルをどこまで考慮する必要があるかが判定される。図13に示すグラフにおいて、変位関数u1が直線121で与えられるとすると、この変位関数121と接触判定トレランス123(=r1)とが交差するので、荷重F1において部品31と部品32とが接触すると判定され、次の評価モデルを用いた評価が行なわれる。

0052

次に、図10(b)に示す評価モデルを使用し、接触判定トレランスt2として抽出部分部品82と83との間の距離r2を使用する。図10(b)に示す評価モデルに荷重Pを徐々に加えてゆくと、抽出部分部品81および82が一緒に変形して、図13に示すような変位関数u2が得られる。図13においては、最大荷重Fmaxを加えても変位関数u2と接触判定トレランス125とが交差しないので、部品32と部品33とが接触しないと考えられ、部品33は簡易解析モデルに加える必要がないと判定される。なお、変位関数u2と接触判定トレランス125とが交差する場合には、続いて図10(c)に示す評価モデルを使用した評価が行なわれる。

0053

以上説明したように、変位u(P)は次式によって表わされる。
u(P)=u1(P) |P<F1 …(1)
u1(F1)+u2(P) |P>F1
ただし、u1は図10(a)に示す評価モデルの変位関数、u2は図11(b)に示す評価モデルの変位関数、Pは荷重、F1は変位関数u1が接触判定トレランスt1になった時の荷重を示している。

0054

また、図10(a)に示す評価モデルから、図10(b)に示す評価モデルへ変更する場合に、以下に示す式を用いることも可能である。

0055

u(P)=u1(P) |P<F1 …(2)
u1(F1)+u2(P−F1) |P>F1
なお、P>F1のときに、(1)式においては初期荷重からの増分が加わり、(2)式においては荷重F1からの増分が加わることになるので、大変形理論において(1)式を用いる方がより安全な評価となる。

0056

また、図14に示すように、部品32の変位量によっては、部品32と部品33とが接触しているが、部品32の変位量が著しく小さいと判断できる場合がある。ステップS122において、接触判定トレランスt1からさらにある範囲q2を入力するようにし、変位関数131がこの範囲q2に含まれる場合には接触が発生しているが、下部への影響は少ないと考えられるため、部品33を剛体として取り扱うようにしても良い。

0057

再び、図5に示すフローチャートの説明に戻る。次に、簡易解析モデル作成部3は、ステップS12における評価内容に基づいて、図2に示す実モデルから簡略化された計算モデル(簡易解析モデル)を作成する(S13)。図15は、図2に示す実モデルから作成された簡易解析モデルを示している。この簡易解析モデルは、図2に示す部品31に対応する部品141と、部品32に対応する部品142とを含む。なお、図2に示す部品33および34は、部品31の変形による影響が少ないため、剛体としてモデル化されている。変形による影響が少ない部品を剛体とすることによって、作成された接触解析モデルを用いて数値解析する際の演算量をさらに削減することができる。

0058

また、各評価において使用したシミュレーションとして、簡単な論理式を用いることも可能である。この場合、さらにモデル化に要する時間を短縮することが可能である。

0059

以上説明した接触解析モデル作成装置は、図16に示す一般的なコンピュータを用いて実現することが可能である。このコンピュータ130は、コンピュータ本体131、マウス134、キーボード136およびモニタ148を含む。また、コンピュータ本体131は、FD(Floppy Disk)150が装着されるFDドライブ142およびCD−ROM(Compact Disc-Read Only Memory)152が装着されるCD−ROMドライブ144を含む。

0060

上述した接触解析モデル作成装置(接触解析モデル作成方法)は、コンピュータ130がプログラムを実行することによって実現される。この接触解析モデル作成プログラムは、FD150またはCD—ROM152等の記憶媒体によって供給される。接触解析モデル作成プログラムはコンピュータ本体131によって実行され、接触解析モデルの作成が行なわれる。また、接触解析モデル作成プログラムは他のコンピュータより通信回線を経由し、コンピュータ本体131に供給されてもよい。

0061

図17は、図16に示すコンピュータの構成例を示すブロック図である。図16に示すコンピュータ130は、接触解析モデル作成プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)132と、形状入力および解析条件を入力するためのマウス134およびキーボード136と、データおよびプログラムを記憶するメモリ138と、データおよびプログラムを記憶する固定ディスク140と、FD150との間のデータの入出力を行なうためのFDドライブ142と、CD−ROM152からデータを読み出すためのCD−ROMドライブ144と、データを出力するためのプリンタ146と、表示用のモニタ148と、このコンピュータ130をネットワークに接続するためのネットワークインタフェース154とを含む。

0062

CPU132は、マウス134、キーボード136、メモリ138、固定ディスク140、FDドライブ142、CD−ROMドライブ144、プリンタ146、モニタ148またはネットワークインタフェース154との間でデータを入出力しながら処理を行なう。FD150またはCD−ROM152に記録された接触解析モデル作成プログラムは、CPU132によりFDドライブ142またはCD−ROMドライブ144を介して一旦固定ディスク140に格納される。CPU132は、固定ディスク140から適宜接触解析モデル作成プログラムをメモリ138にロードして実行することによって接触解析モデルの作成を行なう。

0063

なお、接触解析モデル作成プログラムが記録される記録媒体として、FD150およびCD−ROM152が図示されているが、これに限定されるものではない。

0064

以上説明したように、本実施の形態における接触解析モデル作成装置によれば、荷重による変形がどの部分にまで影響するかを評価するための評価モデルを作成し、この評価モデルに荷重を加えて評価することによって簡易解析モデルを作成するようにしたので、ユーザは少ない手間で数値解析が必要な部品のみから構成される簡易解析モデルを作成することが可能となった。また、この簡易解析モデルを用いて数値解析を行なうことにより、演算精度の低下を防止しつつも、数値解析に要する演算時間を短縮することが可能となった。

0065

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図面の簡単な説明

0066

図1本発明の実施の形態における接触解析方法を説明するためのフローチャートである。
図2設計案を元に作成された実際のモデルの一例を示す図である。
図3図2に示すモデルに荷重Pを加えた場合を示す図である。
図4本発明の実施の形態における接触解析モデル作成装置の概略構成を示すブロック図である。
図5本発明の実施の形態における接触解析モデル作成装置の処理手順を説明するためのフローチャートである。
図6図5のステップS11の処理をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。
図7図2に示す実モデルを分割して作成された部分部品を示す図である。
図8図7に示す部分部品から作成された部分部品抽出用モデルを示す図である。
図9図7に示す部分部品から作成された抽出部分部品を示す図である。
図10評価モデルの作成手順を説明するための図である。
図11図5のステップS12の処理をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。
図12図2に示す部品31に荷重を加えたときの荷重−変位関数を示す図である。
図13図2に示す部品31と部品32とが接触するときの荷重−変位関数を示す図である。
図14図2に示す部品32の変位量が著しく小さい場合の荷重−変位関数を示す図である。
図15図2に示す実モデルから作成された簡易解析モデルを示す図である。
図16接触解析モデル作成装置を実現するコンピュータの外観例を示す図である。
図17図16に示すコンピュータの概略構成を示すブロック図である。
図18従来の数値解析方法を説明するためのフローチャートである。

--

0067

1評価モデル作成部、2影響度評価部、3簡易解析モデル作成部、130コンピュータ、131 コンピュータ本体、132 CPU、134マウス、136キーボード、138メモリ、140固定ディスク、142FDドライブ、144CD−ROMドライブ、146プリンタ、148モニタ、150FD、152 CD−ROM、154ネットワークインタフェース。

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