JP2012208540A - シミュレーション方法およびシミュレーションプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】作業コストを抑制しつつ空気溜まりの予測精度を高める。
【解決手段】車体解析モデルを構成する複数の節点から、端に位置する節点ｉ１０を電着液に接する境界節点として設定される。この境界節点に隣接する隣接節点ｉ９が電着液に接するか否かを判定する際には、節点ｉ９，ｉ１０間のワーク面に付着する気泡モデルが設定され、この気泡モデルに作用する浮力Ｆｕからワーク面に平行となる浮力分力Ｆｕｐが算出される。続いて、気泡モデルに作用する電着液の流動推力Ｆｌから、ワーク面に平行となる推力分力Ｆｌｐが算出される。そして、浮力分力Ｆｕｐおよび推力分力Ｆｌｐから気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が算出され、この合力がワーク面に付着する気泡モデルの付着力Ｆｓを上回るか否かが判定される。合力が付着力を上回る場合には、気泡モデルが移動するため隣接節点ｉ９が電着液に接すると判定される。
【選択図】図９

Description

本発明は、ワークを処理槽に沈めたときの空気溜まりを予測するシミュレーション技術に関する。

ワークに塗装やメッキを施す方式として、処理液を溜めた処理槽にワークを沈めるディップ方式がある。このようなディップ方式においては、塗装皮膜や金属皮膜を良好に形成するため、空気溜まりが発生することのないワーク形状が求められている。そこで、空気溜まりが発生することのないワーク形状を効率良く設計するため、設計段階において空気溜まりを予測するシミュレーション方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００７−３９８０２号公報

特許文献１のシミュレーション方法は、処理槽内における処理液の流動状況と空気溜まりの発生状況とをデータベース化し、このデータベースを参照して空気溜まりの発生状況を予測している。このように、処理液の流動状況を考慮したものであるため、高精度に空気溜まりを予測することが可能であるが、個々のワーク形状に合わせて処理液の流動状況と空気溜まりの発生状況とをデータベース化することは、作業コストを増大させる要因となっていた。

本発明の目的は、作業コストを抑制しつつ空気溜まりの予測精度を高めることにある。

本発明のシミュレーション方法は、ワークを処理液に沈めたときの空気溜まりを予測するシミュレーション方法であって、前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、端に位置する要素を処理液に接する境界要素として設定する境界設定ステップと、前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、前記境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定する気液判定ステップとを有し、前記気液判定ステップは、前記境界要素と前記隣接要素との間のワーク面に、所定の付着力で付着する気泡モデルを設定する気泡設定ステップと、前記気泡モデルに作用する浮力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の浮力分力を算出する浮力分力算出ステップと、前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の推力分力を算出する推力分力算出ステップと、前記浮力分力と前記推力分力とを合算し、前記気泡モデルに対して前記ワーク面に平行となる方向に作用する合力を算出する合力算出ステップと、前記合力が前記付着力を上回る場合には前記隣接要素が処理液に接すると判定する一方、前記合力が前記付着力を下回る場合には前記隣接要素が空気に接すると判定する判定ステップとを有することを特徴とする。

本発明のシミュレーション方法は、前記隣接要素が処理液に接すると判定された場合に、この隣接要素を新たな境界要素として設定する境界更新ステップを有し、前記気液判定ステップは、新たに設定された境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定することを特徴とする。

本発明のシミュレーション方法は、前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力は、前記解析モデルの座標毎に処理液の流れ方向および流速が格納されるデータベースを参照して求められることを特徴とする。

本発明のシミュレーション方法は、前記解析モデルを構成する要素は、前記ワークの表面形状を分割する複数の表面要素、または前記表面要素の頂点に設けられる複数の節点要素であることを特徴とする。

本発明のシミュレーションプログラムは、ワークを処理液に沈めたときの空気溜まりを予測するシミュレーションプログラムであって、前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、端に位置する要素を処理液に接する境界要素として設定する境界設定ステップと、前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、前記境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定する気液判定ステップとを有し、前記気液判定ステップは、前記境界要素と前記隣接要素との間のワーク面に、所定の付着力で付着する気泡モデルを設定する気泡設定ステップと、前記気泡モデルに作用する浮力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の浮力分力を算出する浮力分力算出ステップと、前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の推力分力を算出する推力分力算出ステップと、前記浮力分力と前記推力分力とを合算し、前記気泡モデルに対して前記ワーク面に平行となる方向に作用する合力を算出する合力算出ステップと、前記合力が前記付着力を上回る場合には前記隣接要素が処理液に接すると判定する一方、前記合力が前記付着力を下回る場合には前記隣接要素が空気に接すると判定する判定ステップとを有することを特徴とする。

本発明のシミュレーションプログラムは、前記隣接要素が処理液に接すると判定された場合に、この隣接要素を新たな境界要素として設定する境界更新ステップを有し、前記気液判定ステップは、新たに設定された境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定することを特徴とする。

本発明のシミュレーションプログラムは、前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力は、前記解析モデルの座標毎に処理液の流れ方向および流速が格納されるデータベースを参照して求められることを特徴とする。

本発明のシミュレーションプログラムは、前記解析モデルを構成する要素は、前記ワークの表面形状を分割する複数の表面要素、または前記表面要素の頂点に設けられる複数の節点要素であることを特徴とする。

本発明によれば、ワーク面に所定の付着力で付着する気泡モデルを設定し、気泡モデルに作用する浮力からワーク面に平行となる浮力分力を算出し、気泡モデルに作用する処理液の流動推力からワーク面に平行となる推力分力を算出する。そして、浮力分力と推力分力とに基づき気泡モデルに作用する合力を算出し、この合力と付着力とを比較することで気液判定を行っている。これにより、処理液の流動推力を考慮することができ、空気溜まりの予測精度を向上させることが可能となる。しかも、処理液の流動推力による空気溜まりへの影響について、気泡モデルを用いて演算するようにしたので、大規模なデータベースを準備する必要がなく、作業コストを大幅に引き下げることが可能となる。

電着塗装工程を示す概略図である。 シミュレーション装置を示すブロック図である。 車体解析モデルを示す概略図である。 記憶装置に格納される車体解析モデルのデータを示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は車体解析モデルを気液判定する際の手順を示す説明図である。 (ａ)は図５(ａ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルを示す説明図であり、(ｂ)は図５(ｂ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルを示す説明図である。 (ａ)〜(ｃ)は隣接節点について気液判定を行う際の手順を示す説明図である。 流動推力を算出する際に参照されるデータベースの一例を示す概略図である。 (ａ)〜(ｃ)は隣接節点について気液判定を行う際の手順を示す説明図である。 (ａ)は流動推力を考慮していない従来のシミュレーション方法やシミュレーションプログラムによる車体解析モデルの気液判定結果を示す説明図である。また、(ｂ)は流動推力を考慮した本発明のシミュレーション方法やシミュレーションプログラムによる車体解析モデルの気液判定結果を示す説明図である。 (ａ)は図１０(ａ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルを示す説明図であり、(ｂ)は図１０(ｂ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルを示す説明図である。 空気溜まりの予測手順を示すフローチャートである。 ステップＳ７における気液判定の手順を詳細に示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電着塗装工程を示す概略図である。図１に示すように、ワークである車体１０に対して電着塗装を施すため、電着塗装工程には電着液(処理液)を溜めた処理槽１１が設置されている。車体１０に対して脱脂や表面調整等の前処理を施した後に、車体１０を処理槽１１に沈めて通電を施すことにより、車体１０のアウタ面やインナ面には電着塗膜が形成されることになる。この電着塗装工程において良好な塗装品質を得るためには、車体１０を処理槽１１に沈めたときに空気溜まりを発生させることのない車体形状が求められている。このような車体形状を効率良く設計するため、設計段階において空気溜まりの発生状況を予測することが重要となっている。また、処理槽１１には図示しないノズルが複数設置されており、これらのノズルから電着液が吐出されている。このため、空気溜まりの発生状況を高精度に予測するためには、処理槽１１における電着液の流れを考慮することが必要となっている。

以下、本発明の一実施の形態であるシミュレーション方法およびシミュレーションプログラムについて説明する。ここで、図２はシミュレーション装置１２を示すブロック図であり、このシミュレーション装置１２によってシミュレーション方法やシミュレーションプログラムが実行される。図２に示すように、シミュレーション装置１２は、ＣＰＵやメモリ等によって構成される演算装置１３、キーボード等の入力装置１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１５、磁気ディスク等の記憶装置１６を備えている。このシミュレーション装置１２は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等の単一のコンピュータを用いて構成しても良く、ネットワークを介して相互に接続される複数のコンピュータを用いて構成しても良い。

シミュレーション装置１２の記憶装置１６には、車体全体を表す車体解析モデル(解析モデル)が格納されている。ここで、図３は車体解析モデルを示す概略図であり、図４は記憶装置１６に格納される車体解析モデルのデータを示す説明図である。図３の拡大部分に示すように、車体解析モデルは、車体１０の表面形状を分割する複数の表面要素(要素)と、表面要素の頂点に設けられる節点要素(要素)とによって構成されている。この車体解析モデルについては、各節点要素(以下、節点という)が位置する座標データ等の形で記憶装置１６に格納されている。図４に示すように、記憶装置１６には、車体解析モデルを構成するパネル部材の番号データ、各パネル部材が備える節点の番号データ、各節点の座標データ(Ｘ座標値，Ｙ座標値，Ｚ座標値)等が格納されている。なお、ＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸の方向は、重力方向Ｇに対して逆向きに設定されている。また、車体解析モデルとしては、衝突変形シミュレーション等に用いられる車体解析モデルを流用することが可能である。

また、演算装置１３には気液判定部１７が設けられており、この気液判定部１７は車体解析モデルの各節点について気液判定処理を実行する。この気液判定処理とは、車体解析モデルを構成する各節点について、電着液(液体)に接する節点であるか、或いは空気(気体)に接する節点であるかを判定する処理である。すなわち、気液判定処理とは、各節点の属性データが電着液または空気の何れであるかを判定する処理である。ここで、図５(ａ)および(ｂ)は車体解析モデルＩを気液判定する際の手順を示す説明図である。なお、説明を容易にするため、図５には簡略化された車体解析モデルＩが示されている。また、図６(ａ)は図５(ａ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルＩを示す説明図であり、図６(ｂ)は図５(ｂ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルＩを示す説明図である。

図５(ａ)および図６(ａ)に示すように、まず、気液判定処理においては、車体解析モデルＩを構成する全節点ｉ１〜ｉ１５の属性データが空気に設定される。続いて、端に位置する節点ｉ１〜ｉ６，ｉ１０〜ｉ１５が境界節点(境界要素)として設定され、図５(ｂ)および図６(ｂ)に示すように、境界節点ｉ１〜ｉ６，ｉ１０〜ｉ１５の属性データが電着液に変更される(境界設定ステップ)。なお、端に位置する節点とは、車体１０の縁の部分に位置する節点、すなわちパネル部材の縁部やパネル部材に形成される穴の縁部に位置する節点を意味し、車体１０を処理槽１１に沈めたときに無条件で電着液に接する節点である。また、換言すれば、端に位置する節点とは、表面要素によって囲まれていない節点、つまり表面要素が四角形で構成される場合に４つの表面要素によって共有されていない節点である。

続いて、図６(ｂ)に示すように、複数の節点から解析対象となる境界節点が設定されるとともに、この境界節点に隣接する隣接節点(隣接要素)が設定される。すなわち、節点ｉ６が解析対象となる境界節点として設定されたときには、節点ｉ６に隣接する節点ｉ７が隣接節点として設定される。また、節点ｉ１０が解析対象となる境界節点として設定されたときには、節点ｉ１０に隣接する節点ｉ９が隣接節点として設定される。このように隣接節点が設定されると、この隣接節点について気液判定が実行される(気液判定ステップ)。以下、隣接節点ｉ７の気液判定について説明した後に、隣接節点ｉ９の気液判定について説明する。

図７(ａ)〜(ｃ)は隣接節点ｉ７について気液判定を行う際の手順を示す説明図である。図７(ａ)に示すように、境界節点ｉ６と隣接節点ｉ７との間のワーク面に付着する気泡モデル(例えば直径２ｍｍ)が設定され(気泡設定ステップ)、この気泡モデルに作用する浮力Ｆｕが算出される。また、境界節点ｉ６と隣接節点ｉ７との座標値に基づいて、水平方向に対するワーク面の傾斜角αが算出される。そして、浮力Ｆｕと傾斜角αとに基づいて、ワーク面に平行となる方向の浮力分力Ｆｕｐが算出される(浮力分力算出ステップ)。この浮力分力Ｆｕｐとは、気泡モデルを隣接節点ｉ７に向けて移動させようとする力である。また、図７(ａ)に示すＦｕｖとは、ワーク面に垂直となる方向の浮力分力である。なお、浮力Ｆｕを算出する際には、例えば、以下の式(１)を用いることが可能であり、浮力分力Ｆｕｐを算出する際には、例えば、以下の式(２)を用いることが可能である。ρｗは電着液の密度であり、ρａは空気の密度であり、Ｖは気泡モデルの体積であり、ｇは重力加速度である。
Ｆｕ＝(ρｗ−ρａ)×Ｖ×ｇ …(１)
Ｆｕｐ＝Ｆｕ×ｓｉｎα …(２)
続いて、図７(ｂ)に示すように、隣接節点ｉ７の座標値に基づき所定のデータベースを参照することにより、隣接節点ｉ７に作用する電着液の流れ方向および流速を読み込み、気泡モデルに作用する電着液の流動推力Ｆｌが算出される。ここで、図８は流動推力Ｆｌを算出する際に参照されるデータベースの一例を示す概略図である。図８に示すように、車体解析モデルおよびその周辺が複数の領域に区画されるとともに、これらの領域毎に電着液の流れ方向および流速を示すデータＤ１１〜ＤｎＮが格納されている。このようなデータベースを参照し、電着液が気泡モデルを押し込む流動推力Ｆｌが算出されると、流動推力Ｆｌと傾斜角αとに基づいてワーク面に平行となる方向の推力分力Ｆｌｐが算出される(推力分力算出ステップ)。この推力分力Ｆｌｐとは、気泡モデルを境界節点ｉ６に向けて移動させようとする力である。また、図７(ｂ)に示すＦｌｖとは、ワーク面に垂直となる方向の推力分力である。なお、流動推力Ｆｌを算出する際には、例えば、以下の式(３)を用いることが可能であり、推力分力Ｆｌｐを算出する際には、例えば、以下の式(４)を用いることが可能である。Ｓは気泡モデルの受圧面積（断面積）であり、ｖｗは電着液の流速である。
Ｆｌ＝Ｓ×ρｗ×ｖｗ^２／２ …(３)
Ｆｌｐ＝Ｆｌ×ｃｏｓα …(４)
次いで、図７(ｃ)に示すように、浮力分力Ｆｕｐと推力分力Ｆｌｐとに基づいて、気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が算出される(合力算出ステップ)。なお、図示する場合には、推力分力Ｆｌｐと浮力分力Ｆｕｐとの作用方向が逆向きであり、浮力分力Ｆｕｐが推力分力Ｆｌｐよりも大きいことから、気泡モデルには隣接節点ｉ７に向かう方向に合力が作用している。気泡モデルに作用するスカラー量としての合力は｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜となる。続いて、隣接節点ｉ７の属性データが電着液であるか否かを判定するため、気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が、ワーク面に付着する気泡モデルの付着力Ｆｓを上回るか否かが判定される(判定ステップ)。なお、気泡モデルの付着力Ｆｓとは、気泡モデルを移動させる際に移動方向とは反対方向に作用する抗力であり、電着液の表面張力や分子間力等に基づいて予め設定される力である。そして、気泡モデルに作用する合力が付着力を上回る場合(｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜＞Ｆｓ)には、気泡モデルが移動して抜けることから、隣接節点ｉ９の属性データは電着液であると判定される。一方、気泡モデルに作用する合力が付着力を上回らない場合(｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜≦Ｆｓ)には、気泡モデルがそのまま停止することから、隣接節点ｉ９の属性データは空気であると判定される。なお、図示する場合には、合力(｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜)が付着力Ｆｓを下回ることから、隣接節点ｉ７の属性データは空気のまま維持されることになる。

続いて、隣接節点ｉ９の気液判定について説明する。図９(ａ)〜(ｃ)は隣接節点ｉ９について気液判定を行う際の手順を示す説明図である。図９(ａ)に示すように、境界節点ｉ１０と隣接節点ｉ９との間のワーク面に付着する気泡モデル(例えば直径２ｍｍ)が設定され、この気泡モデルに作用する浮力Ｆｕが算出される。また、境界節点ｉ１０と隣接節点ｉ９との座標値に基づいて、水平方向に対するワーク面の傾斜角αが算出される。そして、浮力Ｆｕと傾斜角αとに基づいて、ワーク面に平行となる方向の浮力分力Ｆｕｐが算出される。この浮力分力Ｆｕｐとは、気泡モデルを境界節点ｉ１０に向けて移動させようとする力である。なお、図９(ａ)に示すＦｕｖとは、ワーク面に垂直となる方向の浮力分力である。

続いて、図９(ｂ)に示すように、隣接節点ｉ９の座標値に基づいて図８のデータベースを参照することにより、隣接節点ｉ９に作用する電着液の流れ方向および流速を読み込み、気泡モデルに作用する電着液の流動推力Ｆｌが算出される。このように流動推力Ｆｌが算出されると、流動推力Ｆｌと傾斜角αとに基づいてワーク面に平行となる方向の推力分力Ｆｌｐが算出される。この推力分力Ｆｌｐとは、気泡モデルを隣接節点ｉ９に向けて移動させようとする力である。なお、図９(ｂ)に示すＦｌｖとは、ワーク面に垂直となる方向の推力分力である。

次いで、図９(ｃ)に示すように、浮力分力Ｆｕｐと推力分力Ｆｌｐとに基づいて、気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が算出される。なお、図示する場合には、推力分力Ｆｌｐと浮力分力Ｆｕｐとの作用方向が逆向きであり、推力分力Ｆｌｐが浮力分力Ｆｕｐよりも大きいことから、気泡モデルには隣接節点ｉ９に向かう方向に合力が作用している。気泡モデルに作用するスカラー量としての合力は｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜となる。続いて、隣接節点ｉ９の属性データが電着液であるか否かを判定するため、気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が、ワーク面に付着する気泡モデルの付着力Ｆｓを上回るか否かが判定される。なお、図示する場合には、合力(｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜)が付着力Ｆｓを上回り、気泡モデルが移動して抜けることから、隣接節点ｉ９の属性データは空気から電着液に変更されることになる。

このように、隣接節点ｉ９の属性データが空気から電着液に変更されると、この隣接節点ｉ９は新たな境界節点として設定される(境界更新ステップ)。そして、境界節点ｉ９に隣接する節点ｉ８が隣接節点として設定されるとともに、この隣接節点ｉ８について同様の気液判定が実行される。このような気液判定は、未解析の隣接節点が存在しなくなるまで繰り返され、車体解析モデルを構成する全節点の属性データが電着液または空気に分けられることになる。なお、全節点に関する気液判定の結果は、演算装置１３のポスト処理部１８を経て表示装置１５に出力される。ポスト処理部１８においては、例えば、電着液に接する節点や空気に接する節点を、色相や濃淡等によって区分して表現する処理が実行される。

ここで、図１０(ａ)は流動推力Ｆｌを考慮していない従来のシミュレーション方法やシミュレーションプログラムによる車体解析モデルＩの気液判定結果を示す説明図である。また、図１０(ｂ)は流動推力Ｆｌを考慮した本発明のシミュレーション方法やシミュレーションプログラムによる車体解析モデルＩの気液判定結果を示す説明図である。また、図１１(ａ)は図１０(ａ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルＩを示す説明図であり、図１１(ｂ)は図１０(ｂ)のＡ−Ａ線に沿って車体解析モデルＩを示す説明図である。

まず、図１０(ａ)および図１１(ａ)に示すように、電着液の流れを考慮していない場合、つまり節点間における上下の位置関係だけを考慮した場合には、車体解析モデルＩが片側に傾斜する構造であるため、全節点ｉ１〜ｉ１５の属性データが電着液と判定される。すなわち、車体解析モデルＩが下方に開口する凹形状を有していないことから、車体解析モデルＩには空気溜まりが発生しないと判定されることになる。一方、図１１(ａ)および図１１(ａ)に示すように、電着液の流れを考慮した場合には、浮力によって上方に抜けようとする空気が流動する電着液によって押し戻されることから、節点ｉ７において空気溜まりが発生するとの正しい結果を導くことが可能となる。

以下、前述した空気溜まりの予測手順をフローチャートに沿って簡単に説明する。図１２は空気溜まりの予測手順を示すフローチャートである。図１２に示すように、ステップＳ１では、車体解析モデルを構成する全節点の属性データが空気に設定される。続いて、ステップＳ２では、端に位置する節点が境界節点として設定され、ステップＳ３では、境界節点の属性データが電着液に変更される(境界設定ステップ)。続くステップＳ４では、後述する隣接節点の有無について未解析の境界節点が存在するか否かが判定される。ステップＳ４において、未解析の境界節点が存在する場合には、ステップＳ５に進み、解析対象となる境界節点が設定される。続くステップＳ６では、境界節点に隣接する隣接節点の有無が判定される。ステップＳ６において、隣接節点が存在する場合には、ステップＳ７に進み、隣接節点について気液判定が実施される(気液判定ステップ)。

ここで、図１３はステップＳ７における気液判定の手順を詳細に示すフローチャートである。図１３に示すように、ステップＳ１１では境界節点の座標値が読み込まれ、ステップＳ１２では隣接節点の座標値が読み込まれる。ステップＳ１３では、隣接節点の座標値に基づきデータベースを参照し、電着液の流れ方向および流速が読み込まれる。続くステップＳ１４では、境界節点と隣接節点との間のワーク面に付着する気泡モデルの付着力Ｆｓが読み込まれる(気泡設定ステップ)。また、ステップＳ１５では、境界節点と隣接節点との座標値に基づきワーク面の傾斜角αが算出される。ステップＳ１６では、気泡モデルに作用する浮力Ｆｕと傾斜角αとに基づき、ワーク面に平行となる方向の浮力分力Ｆｕｐが算出される(浮力分力算出ステップ)。ステップＳ１７では、気泡モデルに作用する流動推力Ｆｌと傾斜角αとに基づき、ワーク面に平行となる方向の推力分力Ｆｌｐが算出される(推力分力算出ステップ)。続いて、ステップＳ１８では、浮力分力Ｆｕｐと推力分力Ｆｌｐとに基づき、気泡モデルに作用する合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が算出される(合力算出ステップ)。続くステップＳ１９において、気泡モデルに作用する合力(浮力分力Ｆｕｐと推力分力Ｆｌｐが同方向に働く場合は合力＝｜Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ｜、逆方向に働く場合は合力＝｜Ｆｕｐ−Ｆｌｐ｜)が付着力Ｆｓを上回るか否かが判定される(判定ステップ)。そして、ステップＳ１９において、合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が付着力Ｆｓを上回ると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、隣接節点の属性データが電着液に変更される。一方、ステップＳ１９において、合力(Ｆｕｐ＋Ｆｌｐ)が付着力Ｆｓを下回ると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、隣接節点の属性データが空気のまま維持される。

このように、隣接節点についての気液判定が完了すると、図１２のステップＳ８に進み、隣接節点の属性データが電着液であるか否かが判定される。ステップＳ８において、隣接節点の属性データが電着液であると判定された場合には、ステップＳ９に進み、電着液に変更された隣接節点が新たな境界節点として設定される(境界更新ステップ)。そして、再びステップＳ４に戻り、未解析の境界節点について気液判定が実行されることになる。一方、ステップＳ８において、隣接節点の属性データが空気であると判定された場合には、そのままステップＳ４に戻り、未解析の境界節点について気液判定が実行されることになる。このように、未解析の境界節点が存在しなくなるまで、ステップＳ４からの気液判定が繰り返され、車体解析モデルを構成する全節点の属性データが電着液と空気とに分けられることになる。

これまで説明したように、本発明においては、電着液の流れを考慮して空気溜まりの有無を判断するようにしたので、空気溜まりの予測精度を高めることが可能となる。しかも、電着液の流れによる空気溜まりへの影響について、気泡モデルを用いて演算するようにしたので、大規模なデータベースを準備する必要がなく、作業コストを大幅に引き下げることが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、車体解析モデルの節点要素について気液判定を実行しているが、これに限られることはなく、車体解析モデルの表面要素について気液判定を実行しても良い。この場合には、表面要素の代表点(例えば、重心点、内心点、外心点等)を設定した上で、代表点の座標データを用いて傾斜角αを算出するとともに、座標データを用いて電着液の流れ方向や流速が求められることになる。また、前述の説明では、気泡モデルの直径寸法を２ｍｍに設定しているが、この値に限られることはなく、車体仕様や処理槽仕様等に応じて適宜変更しても良い。

また、前述の説明では、ワークとして車体１０を挙げているが、これに限られることはなく、ワークとしてケース等の他の部品を用いても良い。さらに、図示する場合には、四角形の表面要素によってパネル部材の表面形状を表しているが、これに限られることはなく、三角形や五角形等の表面要素を用いて解析モデルを構成しても良い。なお、電着塗装工程を例に挙げて説明しているが、本発明のシミュレーション方法やシミュレーションプログラムを、単なるディップ方式の塗装処理に対して適用しても良く、ワークに金属皮膜を形成するメッキ処理に対して適用しても良い。

１０ 車体(ワーク)
Ｉ 車体解析モデル(解析モデル)
ｉ１〜ｉ１５ 節点要素(要素)
Ｆｓ 付着力
Ｆｕ 浮力
Ｆｕｐ 浮力分力
Ｆｌ 流動推力
Ｆｕｐ 推力分力
Ｆｕｐ＋Ｆｕｐ 合力

Claims (8)

1. ワークを処理液に沈めたときの空気溜まりを予測するシミュレーション方法であって、
   前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、端に位置する要素を処理液に接する境界要素として設定する境界設定ステップと、
   前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、前記境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定する気液判定ステップとを有し、
   前記気液判定ステップは、
   前記境界要素と前記隣接要素との間のワーク面に、所定の付着力で付着する気泡モデルを設定する気泡設定ステップと、
   前記気泡モデルに作用する浮力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の浮力分力を算出する浮力分力算出ステップと、
   前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の推力分力を算出する推力分力算出ステップと、
   前記浮力分力と前記推力分力とを合算し、前記気泡モデルに対して前記ワーク面に平行となる方向に作用する合力を算出する合力算出ステップと、
   前記合力が前記付着力を上回る場合には前記隣接要素が処理液に接すると判定する一方、前記合力が前記付着力を下回る場合には前記隣接要素が空気に接すると判定する判定ステップとを有することを特徴とするシミュレーション方法。
2. 請求項１記載のシミュレーション方法において、
   前記隣接要素が処理液に接すると判定された場合に、この隣接要素を新たな境界要素として設定する境界更新ステップを有し、
   前記気液判定ステップは、新たに設定された境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定することを特徴とするシミュレーション方法。
3. 請求項１または２記載のシミュレーション方法において、
   前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力は、前記解析モデルの座標毎に処理液の流れ方向および流速が格納されるデータベースを参照して求められることを特徴とするシミュレーション方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のシミュレーション方法において、
   前記解析モデルを構成する要素は、前記ワークの表面形状を分割する複数の表面要素、または前記表面要素の頂点に設けられる複数の節点要素であることを特徴とするシミュレーション方法。
5. ワークを処理液に沈めたときの空気溜まりを予測するシミュレーションプログラムであって、
   前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、端に位置する要素を処理液に接する境界要素として設定する境界設定ステップと、
   前記ワークの解析モデルを構成する複数の要素から、前記境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定する気液判定ステップとを有し、
   前記気液判定ステップは、
   前記境界要素と前記隣接要素との間のワーク面に、所定の付着力で付着する気泡モデルを設定する気泡設定ステップと、
   前記気泡モデルに作用する浮力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の浮力分力を算出する浮力分力算出ステップと、
   前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力に基づいて、前記ワーク面に平行となる方向の推力分力を算出する推力分力算出ステップと、
   前記浮力分力と前記推力分力とを合算し、前記気泡モデルに対して前記ワーク面に平行となる方向に作用する合力を算出する合力算出ステップと、
   前記合力が前記付着力を上回る場合には前記隣接要素が処理液に接すると判定する一方、前記合力が前記付着力を下回る場合には前記隣接要素が空気に接すると判定する判定ステップとを有することを特徴とするシミュレーションプログラム。
6. 請求項５記載のシミュレーションプログラムにおいて、
   前記隣接要素が処理液に接すると判定された場合に、この隣接要素を新たな境界要素として設定する境界更新ステップを有し、
   前記気液判定ステップは、新たに設定された境界要素に隣接する隣接要素を抽出し、この隣接要素が処理液と空気とのいずれに接するかを判定することを特徴とするシミュレーションプログラム。
7. 請求項５または６記載のシミュレーションプログラムにおいて、
   前記気泡モデルに作用する処理液の流動推力は、前記解析モデルの座標毎に処理液の流れ方向および流速が格納されるデータベースを参照して求められることを特徴とするシミュレーションプログラム。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載のシミュレーションプログラムにおいて、
   前記解析モデルを構成する要素は、前記ワークの表面形状を分割する複数の表面要素、または前記表面要素の頂点に設けられる複数の節点要素であることを特徴とするシミュレーションプログラム。

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