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技術 最適化モデル解析装置、最適化モデル解析方法及び最適化モデル解析プログラム

出願人 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社ヴァンダープラッツリサーチアンドデヴェロップメントインコーポレイテッド
発明者 井手貴範北嶋裕之小坂郁
出願日 2009年11月24日 (11年1ヶ月経過) 出願番号 2009-266726
公開日 2011年6月9日 (9年6ヶ月経過) 公開番号 2011-113145
状態 特許登録済
技術分野 CAD
主要キーワード 平板要素 変更モデル 要素板 立体形 最適化モデル 変更段階 音響構造 シェルモデル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

設計モデルの重量の増大を抑制しつつ設計モデルの最適な構造形状解析することができる最適化モデル解析装置最適化モデル解析方法、及び最適化モデル解析プログラムを提供する。

解決手段

制御装置11は、トランスファーケース音響特性有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成した後、生成した有限要素モデルの表面を複数の多角形状をなす平板要素に分割してシェルモデルを生成する。また、制御装置11は、シェルモデルを有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する。また、制御装置11は、シェルモデルの平板要素の頂点となる各節点を平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、各節点のうち少なくとも一つの節点を最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる。

概要

背景

従来、最適な設計モデル構造形状解析するに際して、例えば、設計モデルの音響特性を最適化する場合には、まず、数値解析プログラムを用いた数値シミュレーションによって、設計モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で個別に解析する。そして、設計者がそれらの解析結果を総合的に案することにより音響特性の改善に有効な構造部分を特定する。続いて、設計者は、特定した構造部分を補強等して変更した変更モデルを作成した後、作成した変更モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で解析することにより、変更モデル上で再度補強すべき構造部分を特定する。そして以後、設計者は、このサイクルを反復して行うことにより、設計モデルの最適な構造形状を導出するようにしていた。

しかしながら、上記の方法では、複雑な設計モデルを解析対象とする場合には、コンピュータから出力される設計モデルの構造特性及び音響特性の解析結果が煩雑となるため、設計者に過大な知的作業を要するという問題があった。そこで、特許文献1に記載の音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの構造特性及び音響特性をそれぞれ解析した後、それらの解析結果を用いて、設計モデルの音響特性を最適化するために設計モデル上で変更すべき構造部分を示した設計モデルの最適な構造形状をコンピュータ上で自動的に導出するようになっていた。

概要

設計モデルの重量の増大を抑制しつつ設計モデルの最適な構造形状を解析することができる最適化モデル解析装置最適化モデル解析方法、及び最適化モデル解析プログラムを提供する。制御装置11は、トランスファーケースの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成した後、生成した有限要素モデルの表面を複数の多角形状をなす平板要素に分割してシェルモデルを生成する。また、制御装置11は、シェルモデルを有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する。また、制御装置11は、シェルモデルの平板要素の頂点となる各節点を平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、各節点のうち少なくとも一つの節点を最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる。

目的

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計モデルの重量の増大を抑制しつつ設計モデルの最適な構造形状を解析することができる最適化モデル解析装置、最適化モデル解析方法、及び最適化モデル解析プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

立体的形状をなす設計モデル構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段と、前記有限要素モデルの表面を複数の多角形状をなす平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段と、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成手段と、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更手段とを備えることを特徴とする最適化モデル解析装置

請求項2

請求項1に記載の最適化モデル解析装置において、前記最適化モデル変更手段は、前記各節点のうち前記シェルモデルの輪郭形状を規定する外縁上に位置する節点については変位させないことを特徴とする最適化モデル解析装置。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載の最適化モデル解析装置において、前記最適化モデル変更手段によって、前記節点が変位した前記最適化モデルの重量が最適化されたか否かを判定する判定手段を更に備え、前記最適化モデル変更手段は、前記判定手段の判定結果が否定判定である場合に、前記最適化モデルの重量を減少させる方向に前記節点を変位させることを特徴とする最適化モデル解析装置。

請求項4

立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成段階と、前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成段階と、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成段階と、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更段階とを備えることを特徴とする最適化モデル解析方法

請求項5

立体的形状をなす設計モデルを最適化する際の処理手順を制御する制御手段を備えた最適化モデル解析装置を稼動させるために用いられる最適化モデル解析プログラムにおいて、前記制御手段を、前記設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段、前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成手段、及び、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更手段、として機能させることを特徴とする最適化モデル解析プログラム。

技術分野

0001

本発明は、設計モデルの最適な構造形状解析するための最適化モデル解析装置最適化モデル解析方法及び最適化モデル解析プログラムに関する。

背景技術

0002

従来、最適な設計モデルの構造形状を解析するに際して、例えば、設計モデルの音響特性を最適化する場合には、まず、数値解析プログラムを用いた数値シミュレーションによって、設計モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で個別に解析する。そして、設計者がそれらの解析結果を総合的に案することにより音響特性の改善に有効な構造部分を特定する。続いて、設計者は、特定した構造部分を補強等して変更した変更モデルを作成した後、作成した変更モデルの構造特性及び音響特性をコンピュータ上で解析することにより、変更モデル上で再度補強すべき構造部分を特定する。そして以後、設計者は、このサイクルを反復して行うことにより、設計モデルの最適な構造形状を導出するようにしていた。

0003

しかしながら、上記の方法では、複雑な設計モデルを解析対象とする場合には、コンピュータから出力される設計モデルの構造特性及び音響特性の解析結果が煩雑となるため、設計者に過大な知的作業を要するという問題があった。そこで、特許文献1に記載の音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの構造特性及び音響特性をそれぞれ解析した後、それらの解析結果を用いて、設計モデルの音響特性を最適化するために設計モデル上で変更すべき構造部分を示した設計モデルの最適な構造形状をコンピュータ上で自動的に導出するようになっていた。

先行技術

0004

特開2007−188164号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、特許文献1に記載の音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの設計対象領域に補強位相部材として補強用シェル要素を設定する。そして、補強用シェル要素の各要素板厚を設計変数として変更しながら設計モデルの音響特性を最適化する。この場合、補強用シェル要素の各要素板厚は、正の値の範囲内で変化する。そのため、補強用シェル要素を設定すると、補強用シェル要素を設定する前の状態と比較して、設計モデルの肉厚は増大する。すなわち、この音響構造最適設計解析システムでは、設計モデルの音響特性を最適化する際には、設計モデルの重量の増大が不可避となるという問題があった。

0006

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計モデルの重量の増大を抑制しつつ設計モデルの最適な構造形状を解析することができる最適化モデル解析装置、最適化モデル解析方法、及び最適化モデル解析プログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明の最適化モデル解析装置は、立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段と、前記有限要素モデルの表面を複数の多角形状をなす平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段と、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成手段と、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更手段とを備えることを要旨とする。

0008

上記構成によれば、平板要素の節点を最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させた場合には、最適化モデルの重量が減少する。したがって、平板要素の頂点となる各節点のうち少なくとも一つの節点を最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させることにより、設計モデルの重量の増大を抑制しつつ、設計モデルの最適な構造形状を解析することができる。

0009

また、本発明の最適化モデル解析装置において、前記最適化モデル変更手段は、前記各節点のうち前記シェルモデルの輪郭形状を規定する外縁上に位置する節点については変位させないことを要旨とする。

0010

上記構成によれば、シェルモデルの各節点のうち、シェルモデルの輪郭形状を規定する外縁上に位置する節点は設計変数から除外される。そのため、設計モデルを最適化する際に、コンピュータの処理負荷が低減されるため、設計モデルの最適な構造形状を迅速且つ容易に解析することができる。

0011

また、本発明の最適化モデル解析装置は、前記最適化モデル変更手段によって、前記節点が変位した前記最適化モデルの重量が最適化されたか否かを判定する判定手段を更に備え、前記最適化モデル変更手段は、前記判定手段の判定結果が否定判定である場合に、前記最適化モデルの重量を減少させる方向に前記節点を変位させることを要旨とする。

0012

上記構成によれば、最適化モデル変更手段は、重量が最適化された設計モデルの構造形状が得られるまで、最適化モデルの重量の最適化を再帰的に実行することができる。
また、本発明の最適化モデル解析方法は、立体的形状をなす設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成段階と、前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成段階と、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成段階と、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更段階とを備えることを要旨とする。上記構成によれば、上記最適化モデル解析装置の発明と同様の効果が得られる。

0013

また、本発明の最適化モデル解析プログラムは、立体的形状をなす設計モデルを最適化する際の処理手順を制御する制御手段を備えた最適化モデル解析装置を稼動させるために用いられる最適化モデル解析プログラムにおいて、前記制御手段を、前記設計モデルの構造形状に基づき前記設計モデルの音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデルを生成する有限要素モデル生成手段、前記有限要素モデルの表面を複数の平板要素に分割したシェルモデルを生成するシェルモデル生成手段、前記シェルモデルを前記有限要素モデルの表面に重ね合わせることにより最適化モデルを生成する最適化モデル生成手段、及び、前記平板要素の頂点となる各節点を前記平板要素の面と交差する方向に変位させるに際して、前記各節点のうち少なくとも一つの節点を前記最適化モデルの肉厚を減少させる方向に変位させる最適化モデル変更手段、として機能させることを要旨とする。上記構成によれば、上記最適化モデル解析装置の発明及び上記最適化モデル解析方法の発明と同様の効果が得られる。

図面の簡単な説明

0014

本実施形態のコンピュータシステムを示すブロック図。
解析プログラムの重量最適化処理ルーチンを示すフローチャート
本実施形態の有限要素モデルを示す斜視図。
本実施形態の境界要素モデルを示す斜視図。
本実施形態のシェルモデルを示す斜視図。
本実施形態の最適化モデル及び形状変形モデルを示す斜視図。
最適化モデルから観測点に伝達される音圧周波数との相関関係を示すグラフ

実施例

0015

以下、本発明を具体化した一実施形態を図1図7にしたがって説明する。
図1に示すように、本実施形態のコンピュータシステム10は、制御装置11、入力装置12、出力装置13、読み込み装置14、及びディスク装置15を備えている。そして、コンピュータシステム10は、これらの各装置11〜15がバス16を介して相互に情報を伝達可能に接続されることにより、最適化モデル解析装置として各種の情報処理を行い得るように構成されている。

0016

なお、読み込み装置14には、CD(Compact Disc)などの記録媒体17が挿脱可能とされている。そして、本実施形態では、この読み込み装置14に対して、解析対象となる設計モデルの構造形状に関するCADデータを記録した記録媒体17、該CADデータを有限要素モデルに変換する際に使用される有限要素モデル変換ソフトを記録した記録媒体17、該有限要素モデルを境界要素モデルに変換する際に使用される境界要素モデル変換ソフトを記録した記録媒体17、及び有限要素モデルの表面を多数の平板要素によりモデル化したシェルモデルに変換する際に使用されるシェルモデル変換ソフトを記録した記録媒体17が選択的に挿脱されるようになっている。

0017

制御装置11は、コンピュータシステム10の稼動状態を制御するための制御手段として機能するものであり、その具体的構成については後述する。入力装置12は、キーボードマウス等を備えてなり、各種情報手入力する場合に使用される。出力装置13は、入力装置12を介して入力された各種情報の内容を出力して表示可能なCRTディスプレイ等を備えている。読み込み装置14は、CD等の記録媒体17が挿入された場合に、該記録媒体17に記録されているプログラムデータ等の各種データを読み込む。ディスク装置15は、読み込み装置14により読み込まれた各種データを保存する。

0018

図1に示すように、制御装置11は、外部装置との間の情報のやり取りを仲介するインターフェース(図示略)、中央処理装置としてのCPU18、所定の情報を読み出し可能に記憶するROM19、及び各種の情報を書き込み/読み出し可能に記憶するRAM20を備えたデジタルコンピュータとして構成されている。そして、CPU18は、インターフェースを介して各種の情報が入力された場合に、重量が最適化された設計モデルの構造形状の解析処理のために必要とされる各種の論理演算を行う。また同時に、CPU18は、その論理演算において使用される各種情報の読み出し及び書き込みを行う。その結果、制御装置11は、デジタルコンピュータとして機能し得るようになっている。また、ROM19には、重量が最適化された設計モデルの構造形状の解析処理に際して、CPU18がコンピュータシステム10全体の稼動状態を制御するために用いる解析プログラム21が記憶されている。また、RAM20には、コンピュータシステム10の稼動中にCPU18による論理演算において使用されると共に書き換えられる各種の情報内容が適宜記憶されるようになっている。

0019

そして、上記の各種モデル変換ソフトを記録した記録媒体17が読み込み装置14に挿入された場合、CPU18は、その記録媒体17に記録された各種モデル変換ソフトのデータ内容を読み込み装置14により読み込ませる。また、CPU18は、その読み込んだ内容をディスク装置15に有限要素モデル変換ツール22、境界要素モデル変換ツール23及びシェルモデル変換ツール24としてそれぞれ記憶させる。

0020

次に、車両に搭載される自動変速機トランスファーケース25を解析対象(すなわち、設計モデル)として、本実施形態の制御装置11が、解析プログラム21の起動に伴って実行する重量最適化処理ルーチンについて、図2に基づき説明する。

0021

まず、制御装置11は、トランスファーケース25の立体形状を表すCADデータ26を記録した記録媒体17が読み込み装置14に挿入された場合、その記録媒体17に記録されたCADデータ26をディスク装置15に記憶させる(ステップS10)。

0022

そして次に、有限要素モデル生成段階として、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させた有限要素モデル変換ツール22を起動させる。そして、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させたCADデータ26を有限要素モデル27(図3参照)の仕様データ28に変換し、その変換した有限要素モデル27の仕様データ28をディスク装置15に記憶させる(ステップS11)。この点で、制御装置11は、トランスファーケース25の音響特性を有限要素法により解析するための有限要素モデル27を生成する有限要素モデル生成手段としての有限要素モデル生成部29を備えているといえる。なお、図3では、明細書の説明理解の便宜上、有限要素モデル27を構成する多数の要素領域30の一部のみを図示すると共に、それらの要素領域30がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

0023

続いて、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させた境界要素モデル変換ツール23を起動させる。そして、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させた有限要素モデル27の仕様データ28を境界要素モデル31(図4参照)の仕様データ32に変換し、その変換した境界要素モデル31の仕様データ32をディスク装置15に記憶させる(ステップS12)。この点で、制御装置11は、トランスファーケース25の音響特性を境界要素法により解析するための境界要素モデル31を生成する境界要素モデル生成部33を備えているといえる。なお、図4では、明細書の説明理解の便宜上、境界要素モデル31を構成する多数の要素領域34の一部のみを図示すると共に、それらの要素領域34がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

0024

そして次に、制御装置11は、ステップS11にて生成された有限要素モデル27の表面において三角形状をなす要素領域30の各頂点に設定される節点35(図3参照)と、ステップS12にて生成された境界要素モデル31の表面において四角形状をなす要素領域34の各頂点に設定される節点36とを対応付ける(ステップS13)。具体的には、制御装置11は、ステップS11にて生成された有限要素モデル27の仕様データ28、及びステップS12にて生成された境界要素モデル31の仕様データ32をディスク装置15からそれぞれ読み出す。そして、制御装置11は、読み出したモデル27,31を出力装置13に出力して表示し、出力装置13の画面上でそれらのモデル27,31を重ね合わせる。その後、制御装置11は、境界要素モデル31に複数(本実施形態では4つ)設定された各節点36の各々に対して最も近接した有限要素モデル27の複数(本実施形態では3つ)の節点35を抽出する。そして、下記の[数1]にて示すように、境界要素モデル31の節点36と、該節点36に近接した有限要素モデル27の各節点35との距離に応じて、有限要素モデル27の各節点35における速度を重み付け平均化する。その結果、境界要素モデル31の各節点36における速度が算出される。この点で、制御装置11は、境界要素モデル31を構成する複数の要素領域34間に設定される複数の節点36と、有限要素モデル27を構成する複数の要素領域30間に設定される複数の節点35とを対応付ける節点関連付け部37を備えているといえる。

0025

続いて、シェルモデル生成段階として、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させたシェルモデル変換ツール24を起動させる。そして、制御装置11は、ディスク装置15に記憶させた有限要素モデル27の表面を多数の三角形状をなす平板要素38に分割したシェルモデル39(図5参照)を生成し、その生成したシェルモデル39の仕様データ40をディスク装置15に記憶させる(ステップS14)。この点で、制御装置11は、トランスファーケース25のシェルモデル39を生成するシェルモデル生成手段としてのシェルモデル生成部41を備えているといえる。なお、図5では、明細書の説明理解の便宜上、シェルモデル39を構成する多数の平板要素38の一部のみを図示すると共に、それらの平板要素38がそれぞれ誇張して大きく描かれているものとする。

0026

そして次に、最適化モデル生成段階として、制御装置11は、ステップS11にて生成した有限要素モデル27の仕様データ28、及びステップS14にて生成したシェルモデル39の仕様データ40をディスク装置15からそれぞれ読み出す。そして、制御装置11は、それらのモデル27,39を出力装置13に出力して表示し、出力装置13の画面上でシェルモデル39を有限要素モデル27の表面に重ね合わせる。その結果、制御装置11は、シェルモデル39の平板要素38の各頂点に設定される節点42を平板要素38の面と直交する方向に変位可能に設定された最適化モデル43(図6参照)を生成する。その後、制御装置11は、生成した最適化モデル43の仕様データ44をディスク装置15に記憶させる(ステップS15)。この点で、制御装置11は、トランスファーケース25の最適化モデル43を生成する最適化モデル生成手段としての最適化モデル生成部45を備えているといえる。なお、シェルモデル39の平板要素38は、有限要素モデル27の表面に位置する要素領域30と同一の形状をなしている。そのため、シェルモデル39を有限要素モデル27の表面に重ね合わせた場合、シェルモデル39の節点42は有限要素モデル27の節点35と同一の位置に重なるように配置される。

0027

続いて、制御装置11は、ステップS14にて生成した最適化モデル43に関する各種の条件を設定するための設定画面を入力装置12に出力して表示させる。そして、操作者は、入力装置12の画面上において、最適化モデル43の表面に配置されたシェルモデル39の各節点42に作用させる加振力を設定する。また同時に、操作者は、入力装置12の画面上において、最適化モデル43の外側の所定位置に、最適化モデル43の重量の最適化に際して最適化モデル43から伝達される音圧を観測する観測点(図示略)を設定する。その後、操作者は、設定した観測点にて観測される音圧のうち、解析対象とする音圧の周波数帯を設定する(ステップS16)。

0028

そして次に、制御装置11は、ステップS15にて生成した最適化モデル43の仕様データ44をディスク装置15から読み出す。そして、制御装置11は、読み出した最適化モデル43の表面に位置するシェルモデル39の各節点42が、ステップS16にて設定した加振力に応じて変位する際の変位速度を算出する(ステップS17)。

0029

続いて、制御装置11は、ステップS12にて生成した境界要素モデル31の仕様データ32をディスク装置15から読み出す。そして、制御装置11は、読み出した境界要素モデル31に設定された各節点36とステップS16にて設定した音圧の観測点との相対的な位置関係に基づいて音響伝達関数を算出する(ステップS18)。この音響伝達関数は、境界要素モデル31の各節点36の変位速度と、各節点36の変位に応じて境界要素モデル31から観測点に向けて伝達される音圧とを対応付ける関数となっている。この点で、制御装置11は、境界要素モデル31の各節点36と、該各節点36の変位に応じて境界要素モデル31から伝達される音圧とを対応付ける音響伝達関数を算出する音響伝達関数算出部46を備えているといえる。なお、境界要素モデル31の各節点36から伝達される音圧は、ステップS18にて算出された音響伝達関数を用いて、下記の[数2]にて表される。

0030

そして次に、制御装置11は、境界要素モデル31の各節点36と、有限要素モデル27の各節点35とを対応付ける関係式である[数1]を、境界要素モデル31の各節点36と該各節点36から観測点に向けて伝達される音圧とを対応付ける関係式である[数2]に代入する。そして、制御装置11は、下記の[数3]にて示すように、有限要素モデル27の各節点35から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する。

0031

なお、本実施形態では、最適化モデル43の表面には、シェルモデル39の各節点42と同一の位置に重なるように有限要素モデル27の各節点35が配置されている。そこで、制御装置11は、ステップS17にて算出したシェルモデル39の各節点42の変位速度をこの音圧の計算式に算入する。そして、制御装置11は、最適化モデル43の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する(ステップS19)。この点で、制御装置11は、最適化モデル43から観測点に向けて伝達される音圧を算出する音圧算出部47を備えているといえる。

0032

続いて、制御装置11は、ステップS15にて生成した最適化モデル43の仕様データ44をディスク装置15から読み出す。そして、制御装置11は、読み出した最適化モデル43において、シェルモデル39の各平板要素38が該平板要素38の面と垂直な方向で有限要素モデル27の内面に対して離間した距離を、最適化モデル43の領域毎の肉厚として設定する。更に、制御装置11は、設定された最適化モデル43の領域毎の肉厚に基づいて最適化モデル43の重量を算出し、算出した最適化モデル43の重量をWoldとしてRAM20に一次記憶する(ステップS20)。

0033

そして次に、制御装置11は、最適化モデル43の表面に配置されたシェルモデル39の各節点42をシェルモデル39の平板要素38の面と直交する方向に変位させた場合に、最適化モデル43の重量に対して、最適化モデル43の挙動を規定する各設計変数がどの程度影響するかを解析する感度解析を実行する(ステップS21)。なお、本実施形態では、制御装置11は、シェルモデル39の各節点42,42aのうち、シェルモデル39の輪郭形状を規定する外縁39a上に位置する節点42aについては、最適化モデル43の重量の最適化に際して変位させることはない。すなわち、これらの節点42aは、最適化モデル43の挙動を規定する設計変数から除外されている。

0034

続いて、制御装置11は、最適化モデル43の重量を最適化するための最適化アルゴリズムをROM19から読み出し、読み出した最適化アルゴリズムに対して、ステップS21にて実行された感度解析の解析結果を算入する。そして、制御装置11は、最適化モデル43の重量を最適化するために、最適化モデル43の表面に位置するシェルモデル39の各節点42毎に、変位すべき変位量を示した最適解を算出する(ステップS22)。なお、本実施形態では、制御装置11は、シェルモデル39を構成する多数の平板要素38のうち、一部の平板要素38について、該平板要素38の頂点となる三つの節点42を最適化モデル43の肉厚を減少させる方向に変位させるように最適解を算出する。

0035

そして次に、最適化モデル変更段階として、制御装置11は、ステップS22にて算出した最適解に基づき、最適化モデル43の表面に位置するシェルモデル39の各節点42を変位させて最適化モデル43の形状を変更した形状変更モデル48(図6参照)を生成する。そして、制御装置11は、生成した形状変更モデル48の仕様データ49をディスク装置15に記憶する(ステップS23)。この点で、制御装置11は、最適化モデル43の重量を最適化するように、シェルモデル39の各節点42を変位させて最適化モデル43の形状を変更する最適化モデル変更手段としての最適化モデル変更部50を備えているといえる。

0036

続いて、制御装置11は、ステップS23にて生成した形状変更モデル48の仕様データ49をディスク装置15から読み出す。そして、制御装置11は、読み出した形状変更モデル48の表面に位置するシェルモデル39の各節点42がステップS16にて設定した加振力に応じて変位する際の変位速度を算出する(ステップS24)。なお、形状変更モデル48は、最適化モデル43と比較して、シェルモデル39の各節点42の変位に応じて領域毎の肉厚が変更されている。そのため、形状変更モデル48におけるシェルモデル39の各節点42の変位速度は、ステップS17にて導出される最適化モデル43におけるシェルモデル39の各節点42の変位速度に対して互いに相違するようになっている。

0037

そして次に、制御装置11は、ステップS24にて算出した形状変更モデル48におけるシェルモデル39の各節点42の変位速度を、ステップS18にて導出した最適化モデル43の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式に算入する。そして、制御装置11は、形状変更モデル48の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する(ステップS25)。なお、本実施形態では、制御装置11は、ステップS25にて形状変更モデル48から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を導出する過程で、ステップS18にて算出された音響伝達関数を再帰的に用いるようになっている。

0038

続いて、制御装置11は、ステップS25にて導出された音圧の計算式に基づき、ステップS23にて生成した形状変更モデル48の音響特性が予め設定した制約条件を満たすか否かを判定する(ステップS26)。具体的には、まず、制御装置11は、形状変更モデル48の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式をRAM20から読み出し、読み出した計算式に相当するグラフを出力装置13に出力して表示する(図7参照)。次に、制御装置11は、出力装置13に出力されたグラフにおいて、ステップS16で設定した周波数帯(本実施形態では、第1周波数F1と第2周波数F2との間)での音圧が、制約条件として予め設定された閾値Xを超えることがないか否かを判定する。

0039

そして、ステップS26の判定結果が否定判定(すなわち、音圧が閾値Xを超える)である場合、制御装置11は、形状変更モデル48の表面から観測点に向けて伝達される音圧が適切な値ではないと判断する。そして、制御装置11は、形状変更モデル48の音響特性を改善するように、更なる形状変更モデル48の形状の変更をするべく、本処理をステップS21に移行し、再度、ステップS21〜S25の処理を実行する。

0040

一方、ステップS26の判定結果が肯定判定(すなわち、音圧が閾値Xを超えない)である場合、制御装置11は、形状変更モデル48の表面から観測点に向けて伝達される音圧が適切な値であると判断し、本処理をステップS27に移行する。

0041

そして、ステップS27において、制御装置11は、形状変更モデル48の表面に位置するシェルモデル39の各平板要素38が該各平板要素38の面と垂直な方向において有限要素モデル27の内面に対して離間した距離を、形状変更モデル48の領域毎の肉厚として設定する。更に、制御装置11は、設定された形状変更モデル48の領域毎の肉厚に基づいて形状変更モデル48の重量を算出し、算出した形状変更モデル48の重量をWnewとしてRAM20に一次記憶する。

0042

なお、形状変更モデル48は、シェルモデル39の平板要素38の頂点となる各節点42が平板要素38の面と直交する方向に変位している。そのため、形状変更モデル48の領域毎の肉厚は、ステップS15にて生成した最適化モデル43の領域毎の肉厚とは互いに相違する。したがって、ステップS27にて算出される形状変更モデル48の重量Wnewは、ステップS20にて算出される最適化モデル43の重量Woldから変化することとなる。

0043

そこで、判定段階として、制御装置11は、シェルモデル39の各節点42が変位した形状変更モデル48の重量が最適化されたか否かを判定する(ステップS28)。具体的には、制御装置11は、ステップS20にて算出した最適化モデル43の重量Woldと、ステップS27にて算出した形状変更モデル48の重量Wnewとの差分絶対値(即ち、|Wold−Wnew|)を算出する。そして、制御装置11は、算出した重量の差分絶対値が、形状変更モデル48の重量が最適化されているか否かを判定する際の判定基準として予め設定した所定の閾値を下回っているか否かを判定する。

0044

そして、ステップS28の判定結果が否定判定(すなわち、重量の差分絶対値が所定の閾値以上)である場合、制御装置11は、形状変更モデル48の重量が十分に低減されていないと判断し、その時点での形状変更モデル48の重量WnewをWoldとしてRAM20に上書きして保存する(ステップS29)。その後、制御装置11は、更なる形状変更モデル48の重量の最適化を行うべく、その処理をステップS21に移行し、以後、ステップS21〜S28の処理を繰り返す。

0045

一方、ステップS28の判定結果が肯定判定(すなわち、重量の差分絶対値が所定の閾値未満)である場合、制御装置11は、形状変更モデル48の重量が十分に低減された状態で収束したと判断し、形状変更モデル48の重量の最適化が完了した旨を判別する。そして、制御装置11は、その時点での形状変更モデル48の仕様データ49をディスク装置15に保存した後(ステップS30)、この重量最適化処理ルーチンを終了する。

0046

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
(1)制御装置11は、最適化モデル43の形状を変更する際に、シェルモデル39を構成する多数の平板要素38のうち、一部の平板要素38について、該平板要素38の頂点となる三つの節点42を最適化モデル43の肉厚を減少させる方向に変位させる。そのため、形状変更モデル48の重量の増大を抑制しつつ、形状変更モデル48の最適な構造形状を解析することができる。

0047

(2)制御装置11は、シェルモデル39の各節点42,42aのうち、シェルモデル39の輪郭形状を規定する外縁39a上に位置する節点42aについては、最適化モデル43の重量の最適化に際して変位させることはない。すなわち、これらの節点42aは、最適化モデル43の挙動を規定する設計変数から除外されている。更には、シェルモデル39の節点42,42aのうち、シェルモデル39の輪郭形状を規定する外縁39a上とは異なる位置にある節点42の個数は、シェルモデル39の平板要素38の個数よりも小さくなる。したがって、シェルモデル39の全ての節点42,42aを設計変数とする場合、又は、シェルモデル39の平板要素38を設計変数とする場合と比較して、形状変更モデル48の重量を最適化する際のCPU18の処理負荷が低減されるため、形状変更モデル48の最適な構造形状を迅速且つ容易に解析することができる。

0048

(3)制御装置11は、シェルモデル39の各節点42が変位する前の最適化モデル43の重量と、シェルモデル39の各節点42が変位した後の形状変更モデル48の重量とを比較する。そして、制御装置11は、両モデル39,48の重量の差分絶対値が予め設定した所定の閾値を下回った時点で、形状変更モデル48の重量が十分に低減された状態で収束したと判断し、形状変更モデル48の重量の最適化が完了した旨を判定することができる。

0049

(4)制御装置11は、有限要素モデル27の表面にシェルモデル39を重ね合うように配置した最適化モデル43を生成し、最適化モデル43の重量を減少させるようにシェルモデル39の節点42を変位させる。すなわち、制御装置11は、有限要素モデル27の表面に位置するシェルモデル39の節点42のみを設計変数としているため、有限要素モデル27の全ての節点35を設計変数とする場合よりも設計変数の個数が少なくなる。したがって、形状変更モデル48の重量を最適化する際のCPU18の処理負荷が低減されるため、形状変更モデル48の最適な構造形状を迅速且つ容易に解析することができる。

0050

(5)制御装置11は、最適化モデル43の重量を最適化する過程において、形状変更モデル48の音響特性が所定の制約条件を満たすか否かを判別する。この場合、制御装置11は、音響伝達関数を再帰的に利用しつつ形状変更モデル48の音響特性を解析している。したがって、制御装置11は、過大な処理負荷を要することなく、重量が最適化された形状変更モデル48の形状を短時間で確実に解析することができる。

0051

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、制御装置11は、シェルモデル39の輪郭形状を規定する外縁39a上に位置する節点42aを、形状変更モデル48の重量を最適化する際の設計変数として設定するようにしてもよい。

0052

・上記実施形態において、制御装置11は、形状変更モデル48の表面から観測点に向けて伝達される音圧の計算式を示すグラフについて、解析対象とする周波数帯内にて周波数方向に積分し、積分によって得られた値が所定の閾値を上回るか否かに基づいて、形状変更モデル48の音響特性が制約条件を満たすか否かを判別するようにしてもよい。

0053

・上記実施形態において、制御装置11は、最適化モデル43の音響特性を最適化するように、最適化モデル43の表面に配置されたシェルモデル39の各節点42をシェルモデル39の平板要素38の面と直交する方向に変位させるようにしてもよい。この場合、制御装置11は、シェルモデル39の各節点42が変位した形状変更モデル48を生成し、生成した形状変更モデル48の重量が予め設定した制約条件を満たすか否かを判定するようにすることが望ましい。

0054

・上記実施形態において、制御装置11は、シェルモデル39を構成する全ての平板要素38について、該平板要素38の頂点となる三つの節点42を最適化モデル43の肉厚を減少させる方向に変位させる構成としてもよい。

0055

・上記実施形態において、制御装置11は、シェルモデル39を構成する平板要素38の頂点となる三つの節点42のうち、一つの節点42又は二つの節点42を最適化モデル43の肉厚を減少させ、その他の節点42を変位させない構成、或いは、その他の節点42を最適化モデル43の肉厚を増大させる方向に変位させる構成としてもよい。すなわち、制御装置11は、シェルモデル39を構成する平板要素38の頂点となる三つの節点42のうち、少なくとも一つの節点42を最適化モデル43の肉厚を減少させる方向に変位させて最適化モデル43の重量を減少させる構成であれば、任意の構成を採用することができる。

0056

・上記実施形態において、制御装置11は、最適化モデル43の表面に配置されたシェルモデル39の各節点42を、シェルモデル39の平板要素38の面に対して傾斜する方向に変位させるようにしてもよい。

0057

・上記実施形態において、制御装置11は、形状変更モデル48の形状を変更する毎に、形状変更モデル48から伝達される音圧を観測する観測点と、形状変更モデル48の表面に位置するシェルモデル39の各節点42との相対的な位置関係の変化を反映させて、音響伝達関数を算出し直すようにしてもよい。

0058

・上記実施形態において、シェルモデル39の平板要素38の形状は、三角形状に限定されず、多角形状であれば任意の形状(例えば四角形状や六角形状など)を採用することができる。

0059

・上記実施形態において、解析対象は、トランスファーケース25に限定されず、任意の立体形状を有する設計モデルを解析対象としてもよい。

0060

10…最適化モデル解析装置としてのコンピュータシステム、11…制御手段、有限要素モデル生成手段、シェルモデル生成手段、最適化モデル生成手段、最適化モデル変更手段、及び判定手段としての制御装置、21…最適化モデル解析プログラムとしての解析プログラム、25…設計モデルとしてのトランスファーケース、27…有限要素モデル、38…平板要素、39…シェルモデル、42…節点、43…最適化モデル。

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