JP2006202093A - 車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】 構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成できるようにする。
【解決手段】 構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムであって、上記ＣＡＤデータに基づいて一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面を検出するフィレット面検出手段９と、このフィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去する境界線消去手段１０と、上記フィレット面内の境界線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づき、フィレット面のメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に示すように、構造解析対象物の図面に対応して任意の線要素を入力する入力手段と、線要素相互の交点を算出して交点データとする交点算出手段と、線要素に関して隣接する交点から線分データを算出し、線分データと交点データとからメッシュデータを生成するメッシュ生成部とを設け、上記入力手段を使用して任意に入力された線要素から交点や線分データを抽出してメッシュデータを生成することが行われている。

また、下記特許文献２では、複数の線の組み合わせにより形状規定される構造解析対象物のＣＡＤデータに対して、上記各線に対応する複数の線データの集合体となる構造解析用の形状データを生成し、プログラムに基づいて上記形状データを演算処理することにより複数の要素にメッシュ分割された構造解析モデルを自動生成する装置であって、上記形状データから複数の線が共有していない独立端点を検出し、この独立端点を有する独立線を延在方向に伸縮して他の線に当接状態にすることにより、上記ＣＡＤデータを構造解析モデル生成用のプログラムで演算処理可能なデータに変換する際に、当接状態にあるべき各線分の端点同士が離間する等の異常が生じた場合においても、これを自動的に修正して構造用解析モデルを適正に形成できるように構成されている。
特開平７−４４５２５号公報 特開２００４−１４５７１８号公報

上記特許文献１，２に開示されているように、ＣＡＤデータから読み出された交点データおよび線分データから構造解析用の形状データを抽出するとともに、この形状データに基づいて有限要素法等の数値解析に使用されるメッシュデータを自動的に作成するように構成した場合には、メッシュデータを形成するための形状データを、使用者がキーボード等を使用して手動操作で入力するものに比べ、車両用ボディーパネル等の構造解析に使用されるメッシュデータを容易に作成できるという利点がある。

しかし、多数の湾曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルを構造解析対象物とする場合には、そのＣＡＤデータに上記湾曲面の境界部を表す形状線等のデータが大量に含まれているため、上記ＣＡＤデータに基づいてメッシュデータを自動的に作成すると、様々な形状および大きさを有するメッシュが複雑に組み合わされた構造用解析モデルが形成されることになる。したがって、この構造用解析モデルに基づいて有限要素法等の数値解析を行う際に計算時間が長くなるとともに、正確な構造解析結果が得られない等の弊害がある。

上記弊害を防止して均一な形状および大きさを有するメッシュにより分割された構造解析用モデルを形成できるようにするため、ＣＡＤデータからメッシュ形成用として必要な形状線を残し、作業者の手動操作または構造解析モデル作成システムの自動操作により不必要な形状線を消去するように構成することも考えられる。しかし、このように構成した場合には、上記ＣＡＤデータに基づいてメッシュ形成用に必要な形状線であるか否かを正確に判別することが困難であり、メッシュ形成用に必要とされる形状線が誤って消去されたり、不必要な形状線が残されたりする等の問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成することが可能な車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムを提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムであって、上記ＣＡＤデータに基づいて一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面を検出するフィレット面検出手段と、このフィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去する境界線消去手段と、上記フィレット面内の境界線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段と、この形状線データ記憶手段に記憶された形状線のデータに基づき、フィレット面のメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段とを備えたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムにおいて、フィレット面を構成するフィレットの円弧長さが予め設定された基準値未満であるか否かを判定して基準値未満であることが確認された場合に、フィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを上記境界線消去手段により消去するものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムにおいて、上記境界線消去手段による境界線データの消去を行うか否かの判定基準となるフィレットの円弧長さを、入力手段により指定されたメッシュの標準サイズに対応した値に設定したものである。

請求項１に係る発明によれば、多数の湾曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルのＣＡＤデータに基づき、一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面が上記フィレット面検出手段により検出された場合に、上記フィレット面内に存在するフィレットの境界線となる形状線を検出してそのデータを消去するように構成したため、原則的に上記フィレット面の輪郭線を構成する形状線のデータだけが形状線データ記憶手段に記憶されることになる。したがって、上記フィレット面内に、フィレットの境界線となる形状線が残されることに起因して、標準サイズのメッシュに比べて著しく小さいメッシュにより上記フィレット面が分割されるという事態の発生を防止し、所定サイズのメッシュにより上記フィレット面が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成できるという利点がある。

請求項２に係る発明によれば、フィレット面を構成するフィレットの円弧長さが、予め設定された基準値未満であるか否かを判定して基準値未満であることが確認された場合にのみ、フィレット面に存在するフィレットの境界線となる形状線が検出されてそのデータが消去されるため、消去する必要のない形状線のデータが消去されるのを防止しつつ、所定サイズのメッシュにより上記フィレット面が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成できるという利点がある。

請求項３に係る発明によれば、上記フィレット面を構成するフィレットの円弧長さが、入力手段により指定されたメッシュの標準サイズに対応した値に設定された基準値未満であるか否かを判定して基準値未満であることが確認された場合にのみ、フィレット面内に存在するフィレットの境界線となる形状線が検出されてそのデータが消去されるため、消去する必要のない形状線のデータが消去されるのを防止しつつ、標準サイズのメッシュにより上記フィレット面が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成できるという利点がある。

図１は、本発明に係る車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムの実施形態を示すブロック図である。この車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムは、ＣＡＤ装置１から入力されたＣＡＤデータに基づいてメッシュにより分割された構造解析モデルを自動的に作成するための制御ユニット２と、この制御ユニット２に所定の指令信号を入力するキーボート３およびマウス４等からなる入力手段と、上記制御ユニット２から出力された画像情報等を表示するＣＲＴ５またはこの画像情報等を印刷するプリンタ６等からなる出力手段とを有している。

上記ＣＡＤ装置１から制御ユニット２に入力された構造解析対象物、つまり多数の湾曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する車両用ボディーパネルのＣＡＤデータに基づき、制御ユニット２により作成された構造解析モデルのメッシュデータは、構造解析装置７に入力され、この構造解析装置７において有限要素法等を使用した車両用ボディーパネルの構造解析が実行されるようになっている。また、上記キーボート３およびマウス４等からなる入力手段は、メッシュデータを作成する際に標準となるメッシュのサイズおよび形状を指定するための指定信号等を入力する機能と、上記データ作成用の制御ユニット２においてＣＡＤデータを加工することにより得られたメッシュデータ作成用の形状線を修正するための修正信号等を入力する機能とを有している。

上記制御ユニット２には、ＣＡＤ装置１から入力されたＣＡＤデータを記憶するＣＡＤデータ記憶手段８と、このＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータから一対のフィレットが並列に配設されたフィレット面を検出するフィレット面検出手段９と、このフィレット面検出手段９により検出されたフィレット面内の境界線を検出してそのデータを消去する境界線消去手段１０と、上記境界線が消去されることにより残されたフィレット面の形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づいてフィレット面内のメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とが設けられている。

上記フィレット面検出手段９は、ＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータからフィレットを構成する形状線のデータを抽出することにより任意のフィレットを検索するとともに、このフィレットと平行もしくは略平行に延びる他のフィレットを検索することによりフィレット面を検出するように構成されている。

例えば、図２に示すように、曲率半径Ｒ１の湾曲面からなる第１フィレットＦ１ａの存在が、その上部境界線および下部境界線を構成する形状線Ｌ１，Ｌ２のデータ等により確認された場合には、上記第１フィレットＦ１ａに近接した位置において平行に延びるとともに、第１フィレットＦ１ａとは湾曲方向が逆向きに設定された第２フィレットＦ１ｂが存在しているか否かを、その上部境界線および下部境界線を構成する形状線Ｌ２，Ｌ４のデータ等に基づいて判別する。そして、第１フィレットＦ１ａの下部境界線を上部境界線としてこの第１フィレットＦ１ａに連続した曲率半径Ｒ２の湾曲面からなる第２フィレットＦ１ｂが存在していることが確認された場合に、上記第１フィレットＦ１ａの上部境界線となる形状線Ｌ１と第２フィレットＦ１ｂの下部境界線となる形状線Ｌ４とにより区画されたフィレット面Ｆ１が存在していると見なされる。

また、図３に示すように、曲率半径Ｒ１の湾曲面からなる第１フィレットＦ２ａの存在が、その上部境界線および下部境界線を構成する上下一対の形状線Ｌ１，Ｌ２のデータにより確認されるとともに、上記第１フィレットＦ２ａの下方に平坦面Ｈ１を介して曲率半径Ｒ２の湾曲面からなる第２フィレットＦ２ｂが存在していることが、この第２フィレットＦ２ｂの上部境界線および下部境界線を構成する形状線Ｌ３，Ｌ４のデータ等に基づいて確認された場合には、上記第１フィレットＦ２ａの上部境界線となる形状線Ｌ１と第２フィレットＦ２ｂの下部境界線となる形状線Ｌ４とにより区画されたフィレット面Ｆ２が存在していると見なされる。

上記境界線消去手段１０は、フィレット面Ｆ１，Ｆ２を構成する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの円弧長さが、上記キーボード３等からなる入力手段により指定された標準サイズのメッシュ寸法に対応した値に設定された基準値未満である場合に、フィレット面Ｆ１，Ｆ２内に存在する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの境界線を検出してそのデータを消去するように構成されている。上記基準値は、入力手段により指定された標準メッシュのサイズに対応した値に設定され、例えば１０ｍｍの辺長さを有するメッシュが標準メッシュとして指定されている場合には、その辺長さの７０％である７ｍｍ程度に上記基準値が設定されるようになっている。

そして、図２示す例では、フィレット面Ｆ１を構成する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの円弧長さＡ１，Ａ２の少なくとも一方が上記基準値（７ｍｍ程度）未満であることが確認された場合に、上記フィレット面Ｆ１内に存在する第１フィレットＦ１ａの下部境界線および第２フィレットＦ１ｂの上部境界線となる形状線Ｌ２のデータが上記境界線消去手段１０により消去されることになる。

また、図３示す例では、フィレット面Ｆ２を構成する両フィレットＦ２ａ，Ｆ２ｂの円弧長さＢ１，Ｂ２がそれぞれ上記基準値（７ｍｍ程度）未満であることが確認された場合に、上記フィレット面Ｆ２内に存在する第１フィレットＦ２ａの下部境界線となる形状線Ｌ２のデータと、第２フィレットＦ１ｂの上部境界線となる形状線Ｌ３のデータとの両方が上記境界線消去手段１０により消去されることになる。

上記のようにしてフィレット面Ｆ１，Ｆ２内の境界線が消去されることにより、フィレット面Ｆ１，Ｆ２の輪郭線を構成する第１フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの上部境界線Ｌ１および第２フィレットＦ２ａ，Ｆ２ｂの下部境界線Ｌ４のデータが残されて形状線データ記憶手段１１に記憶されることになる。

なお、図２に示す例において、上記第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの円弧長さＡ１，Ａ２の両方が、上記基準値以上であることが確認された場合には、上記フィレット面Ｆ１内に存在する第１フィレットＦ１ａの下部境界線および第２フィレットＦ１ｂの上部境界線となる上記形状線Ｌ２のデータが消去されることなく、各形状線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４のデータがそれぞれ形状線データ記憶手段１１に入力されて記憶される。

また、図３に示す例において、上記第１，第２フィレットＦ２ａ，Ｆ２ｂの円弧長さＢ１，Ｂ２の少なくとも一方が、上記基準値以上であることが確認された場合には、上記フィレット面Ｆ２内に存在する第１フィレットＦ２ａの下部境界線となる上記形状線Ｌ２および第２フィレットＦ２ｂの上部境界線となる上記形状線Ｌ３の一方、または両方のデータが消去されることなく、各形状線Ｌ１〜Ｌ４のデータがそれぞれ形状線データ記憶手段１１に入力されて記憶される。例えば、上記第１フィレットＦ２ａ，の円弧長さＢ１が上記基準値以上であり、かつ上記第２フィレットＦ２ｂの円弧長さＢ２が上記基準値未満であることが確認された場合には、第２フィレットＦ２ｂの上部境界線となる上記形状線Ｌ３のデータが消去されるとともに、第１フィレットＦ２ａの下部境界線となる上記形状線Ｌ２のデータが消去されることなく、形状線データ記憶手段１１に記憶されるようになっている。

上記メッシュデータ作成手段１２は、形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータ、つまり上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２の輪郭線を構成する第１フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの上部境界線Ｌ１および第２フィレットＦ２ａ，Ｆ２ｂの下部境界線Ｌ４のデータ等に基づき、これらの境界線Ｌ１，Ｌ４により区画されたフィレット面Ｆ１，Ｆ２を、入力手段により予め指定された標準サイズおよび形状に対応したメッシュにより分割するためのメッシュデータを作成し、このメッシュデータを構造解析装置７に入力するように構成されている。

上記制御ユニット２による制御動作を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。この制御動作がスタートすると、まず上記ＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータから一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面を検出した後（ステップＳ１）、このフィレット面を構成するフィレットの円弧長さが予め設定された基準値Ｋ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて基準値Ｋ未満の円弧長さを有するフィレットが存在していることが確認された場合には、上記フィレット面内に存在する境界線を検出して該当する境界線のデータを上記境界線消去手段１０により消去する（ステップＳ３）。次いで、上記境界線が消去されることにより残された形状線のデータを形状線データ記憶手段１１に入力して記憶させる（ステップＳ４）。

一方、上記ステップＳ２でＮＯと判定されて基準値Ｋ未満の円弧長さを有するフィレットが存在しないことが確認された場合には、上記境界線消去手段１０による境界線のデータ消去を実行することなくステップＳ４に移行し、上記フィレット面を構成する全ての形状線のデータを形状線データ記憶手段１１に入力して記憶させた後、ＣＲＴ５等による形状線の表示と、入力手段による形状線のデータ修正とを実行する（ステップＳ５）。

実際には、上記ステップＳ１〜Ｓ４の制御動作を繰り返すことにより、構造解析対象物内に存在するフィレット面の検出と、形状線データの消去および記憶操作が全て終了した後にステップＳ５に移行することにより、上記形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータをＣＲＴ５に出力し、上記形状線により区画されたフィレット面の画像を表示させるとともに、この画像情報に基づいて入力手段を用いた手動操作によって不必要な形状線を消去し、あるいは必要な形状線を追加する修正を必要に応じて実行する（ステップＳ５）。そして、上記形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づいてフィレット面のメッシュデータをメッシュデータ作成手段１２において自動的に作成するとともに、このメッシュデータを構造解析装置７に出力した後に（ステップＳ６）、制御動作を終了する。

上記のようにＣＡＤデータ記憶手段８に記憶されたＣＡＤデータに基づいて一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面を検出するフィレット面検出手段９と、このフィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去する境界線消去手段１０と、上記フィレット面内の境界線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段１１と、この形状線データ記憶手段１１に記憶された形状線のデータに基づき、フィレット面のメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段１２とを設けたため、上記車両用ボディーパネルからなる構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、略均一な形状および大きさを有するメッシュによって分割された構造解析モデルを自動的かつ正確に作成することができる。

すなわち、多数の湾曲面等が組み合わされた複雑な形状を有する上記車両用ボディーパネルを構成する各種の形状線に基づき、例えば図２に示すように、一対のフィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂが並列に配置されるとともに、その湾曲方向が逆向きに設定されたフィレット面Ｆ１が上記フィレット面検出手段９により検出された場合に、このフィレット面Ｆ１内に存在する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂの境界線となる形状線Ｌ２を検出してそのデータを消去するように構成したため、上記フィレット面Ｆ１の輪郭線を構成する形状線Ｌ１，Ｌ４のデータが形状線データ記憶手段１１に記憶されることになる。

したがって、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２内に、第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの境界線となる形状線Ｌ２，Ｌ３が残されることに起因して、標準サイズのメッシュＭに比べて著しく小さいメッシュＭ１により上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２が分割されるという事態の発生を防止することができる。そして、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、標準サイズのメッシュＭにより上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成することにより、上記構造解析モデルに応じて有限要素法等の数値解析を行う際の計算時間を効果的に短縮するとともに、正確な構造解析結果が得られるという利点がある。

また、上記実施形態では、フィレット面Ｆ１，Ｆ２を構成する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの円弧長さＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が予め設定された基準値未満であるか否かを判定して基準値未満であることが確認された場合に、フィレット面Ｆ１，Ｆ２内に存在する第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの境界線となる形状線Ｌ２，Ｌ３を検出してそのデータを消去するように構成したため、消去する必要のない形状線のデータが消去されるのを防止できるという利点がある。すなわち、上記円弧長さＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が充分に長いために、フィレット面Ｆ１，Ｆ２内に境界線となる形状線Ｌ２，Ｌ３が存在していても、標準サイズのメッシュＭ等によりフィレット面Ｆ１，Ｆ２を適正に分割することが可能な場合には、上記形状線Ｌ２，Ｌ３を残すことにより、不必要なデータ消去が行われるのを防止することができる。

特に、上記実施形態に示すように、境界線消去手段９による境界線データの消去を行うか否かの判定基準となる第１，第２フィレットＦ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの円弧長さＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を、上記キーボート３およびマウス４等からなる入力手段により指定されたメッシュの標準サイズに対応した値に設定した場合には、上記円弧長さＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が、メッシュ作成手段１２により作成されるメッシュの標準サイズに対応した値に設定された基準値未満であるか否かを判定することにより、消去する必要のない形状線のデータが消去されるのを防止しつつ、標準サイズのメッシュにより上記フィレット面Ｆ１，Ｆ２が分割された構造解析モデルを自動的かつ適正に作成できるという利点がある。

本発明に係る車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムの実施形態を示すブロック図である。 ＣＡＤデータから読み出された形状線の一例を示す説明図である。 ＣＡＤデータから読み出された形状線の他の例を示す説明図である。 構造解析モデルを作成する制御動作の一例を示すフローチャートである。 構造解析モデルの具体例を示す説明図である。 構造解析モデルの他の具体例を示す説明図である。

符号の説明

８ ＣＡＤデータ記憶手段
９ フィレット面検出手段
１０ 境界線消去手段
１１ 形状線データ記憶手段
１２ メッシュデータ作成手段

Claims (3)

1. 構造解析対象物のＣＡＤデータに基づき、メッシュによって分割された構造解析モデルを自動的に作成する車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システムであって、上記ＣＡＤデータに基づいて一対のフィレットが並列に配置されたフィレット面を検出するフィレット面検出手段と、このフィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去する境界線消去手段と、上記フィレット面内の境界線が消去されることにより残された形状線のデータを記憶する形状線データ記憶手段と、この形状線データ記憶手段に記憶された形状線のデータに基づき、フィレット面のメッシュデータを作成するメッシュデータ作成手段とを備えたことを特徴とする車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム。
2. 上記境界線消去手段は、フィレット面を構成するフィレットの円弧長さが予め設定された基準値未満であるか否かを判定して基準値未満であることが確認された場合に、フィレット面内に存在するフィレットの境界線を検出してそのデータを消去することを特徴とする請求項１に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム。
3. 上記境界線消去手段による境界線データの消去を行うか否かの判定基準となるフィレットの円弧長さを、上記メッシュデータ作成手段により作成されるメッシュの標準サイズに対応した値に設定したことを特徴とする請求項２に記載の車両用ボディーパネルの構造解析モデル作成システム。

Images