JPH0652268A - 有限要素検査装置及びこれを用いた構造物解析方法 - Google Patents

有限要素検査装置及びこれを用いた構造物解析方法

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JPH0652268A
JPH0652268A JP4207954A JP20795492A JPH0652268A JP H0652268 A JPH0652268 A JP H0652268A JP 4207954 A JP4207954 A JP 4207954A JP 20795492 A JP20795492 A JP 20795492A JP H0652268 A JPH0652268 A JP H0652268A
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JP
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dimensional
expression
error
inspection device
analysis
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JP4207954A
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Shuichi Nakajima
秀一 中嶋
Tadashi Tateno
正 舘野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】解析所要時間を短縮化する。 【構成】面要素EPが立体要素ECの面と同一面になっ
ているかどうかを判断し、同一面と判断された面要素E
P及び立体要素ECを抽出し、抽出された面要素EPを
表す節点座標N1,N2,N3,N4の順番の方向が、
立体要素ECの該同一面を表す節点座標P1,P2,P
3,P4の順番の方向と逆方向であるかどうかを判断
し、逆方向と判断された場合には、該判断対象の面要素
EP又は立体要素ECの表現がエラーであることを出力
することにより、解析実行前に要素の表現の適否を自動
的にチェックする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有限要素法に基づいて
構造物を解析するためにこの構造物の幾何モデルを要素
(有限要素)に分割したときの該要素の表現を検査する
有限要素検査装置及びこれを用いた構造物解析方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】例えば図5(A)に示すような構造物の
応力解析等を行う場合について考える。この構造物の幾
何モデル10は、基台11の上面にこの上面よりも広い
天板12が固着されている。天板12は比較的薄いの
で、面として取扱う。天板12上に図示のような荷重W
を加えた場合の応力分布等を有限要素法で数値解析する
場合、図5(B)に示す如く、基台11を立体要素に分
割し、天板12を面要素に分割する。そして、各要素の
節点における変数の連立1次微分方程式を数値計算す
る。このような解析を各種条件の下に行い、解析結果に
応じてモデルの形状等を変更し、変更後のモデルに対し
同様の解析を行い、このような処理を繰返して最適モデ
ルを決定する。
【0003】製品のライフサイクル短期化に伴い、構造
物解析をより短時間で行うことが要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】例えば図6に示す如
く、立体要素ECが(P1,P2,P3,P4,P5,
P6,P7,P8)で表され、面要素EPが(N1,N
2,N3,N4)で表されるとする。ここで、P1〜P
8及びN1〜N4はそれぞれ、立体要素EC及び面要素
EPの各節点の座標とする。この立体要素ECの面P5
P6P7P8が面要素EPと同一面である場合に、すな
わちN1=P5,N2=P6,N3=P7,N4=P8
である場合に、面要素EPが誤って(N1,N4,N
3,N2)のように立体要素ECのP5〜P8と反対方
向で表されていると、数値解析が不可能となったり、解
析結果が誤ったものとなる。
【0005】このような場合、誤った計算に長時間を要
し、しかも、その誤りを発見し、誤りを修正して再度計
算し直さなければならないので、解析所要時間が長時間
となる。
【0006】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、要素の表現の適否を自動的にチェックすることによ
り、解析所要時間を短縮化することが可能な有限要素検
査装置及びこれを用いた構造物解析方法を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段及びその作用】図1は、第
1発明に係る有限要素検査装置の原理構成を示す。
【0008】第1発明は、構造物を有限要素法に基づい
て解析するために該構造物の幾何モデル10が立体要素
ECと面要素EPとに分割された該要素の表現を検査す
る有限要素検査装置であって、該要素の表現を入力する
入力手段1と、入力された該要素の該表現を記憶する要
素記憶手段2と、記憶されている面要素EPが立体要素
ECの面と同一面になっているかどうかを判断し同一面
と判断された面要素EP及び立体要素ECを抽出する共
有要素抽出手段3と、抽出された面要素EPを表す節点
座標N1,N2,N3,N4の順番の方向が、立体要素
ECの該同一面を表す節点座標P1,P2,P3,P4
の順番の方向と逆方向であるかどうかを判断する方向判
断手段4と、逆方向と判断された場合には、該判断対象
の面要素EP又は立体要素ECの表現がエラーであるこ
とを出力するエラー出力手段5とを備えている。なお、
節点座標N1,N2,N3,N4の順番をサイクリック
にずらしたものの方向、例えば、節点座標N2,N3,
N4,N1の順番の方向及び節点座標N3,N4,N
1,N2の順番の方向等は、節点座標N1,N2,N
3,N4の順番の方向と同一である。
【0009】第2発明の構造物解析方法では、構造物の
幾何モデル10を作成し、幾何モデル10を立体要素E
Cと面要素EPとに分割し、上記構成の有限要素検査装
置を用いて該要素の表現を検査し、有限要素検査装置か
らエラーが出力された場合にはこれを修正し、修正後の
該要素に対し有限要素法に基づいて数値解析を行う。
【0010】本発明によれば、解析実行前に要素の表現
の適否が自動的にチェックされ、これに基づいてエラー
が修正されるので、その後の数値解析において、計算不
可能となったり、計算結果が誤ったりするのが防止さ
れ、しかも、誤りの原因を人が判断する必要がないの
で、解析所要時間を短縮することが可能となる。
【0011】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。
【0012】構造物解析装置のハードウエア構成は、計
算器と、データ入力装置と、データ出力装置とからなる
公知の構成であり、その説明を省略する。
【0013】図2は、この装置で有限要素法に基づき解
析を行う概略手順を示す。以下、括弧内の数値は、図中
のステップ識別番号を表す。
【0014】(20)CADで、例えば図5(A)に示
すような構造物幾何モデル10を会話的に作成する。
【0015】(21)この幾何モデル10を、例えば図
5(B)に示すような立体要素ECと面要素EPとに分
割する。この分割は、計算器を用い、表示画面を見なが
ら会話的に行う。
【0016】(22)後の数値計算結果を有効なものと
するために、後述のように、分割された要素の表現をチ
ェックする。
【0017】(23、24)このチェックによりエラー
が検出された場合には、要素の表現を修正し、上記ステ
ップ22へ戻る。
【0018】(25)エラーが無くなった場合には、モ
デルを数値解析して応力分布や歪み分布等を得る。
【0019】(26)解析結果を表示装置に表示させ
る。
【0020】次に、上記ステップ22の詳細を図3に基
づいて説明する。
【0021】(30)解析精度向上のために、全ての立
体要素及び面要素について、各面が平面であるかどうか
をチェックする。面の種類は三角形と四角形のみであ
り、三角形は必ず平面であるので、四角形のみについて
チェックする。例えば図7(A)に示す如く、面N1N
2N3N4が平面であるかどうかを次のようにしてチェ
ックする。すなわち、三角形N1N2N3を含む面上に
N4から垂線を下ろしたときの該垂線の長さHを算出
し、長さHがほぼ0、すなわち、H≦εであれば面N1
N2N3N4が平面であると判断し、そうでなければ平
面が歪んでいると判断してエラーを出力する。
【0022】(31、32)解析精度向上のために、立
体要素に対しては、例えば図7(B)に示すように押し
潰されたような形状であるかどうかを判断する。例え
ば、面P1P2P3P4上にP5、P6、P7及びP8
の各々から垂線を下ろしたときの各垂線の長さの最小値
Vminと、辺P1P5、P2P6、P3P7及びP4
P8の最小値Lminとを求め、Vmin/Lminが
1より小さい設定値、例えば0.6以上であるかどうか
を判断し、否定判定された場合にはエラーを出力する。
【0023】(31、33)面要素と立体要素とが共有
面を有する要素のみを抽出し、次に、抽出された面要素
を表す節点座標の順番の方向が、立体要素の該共有面を
表す節点座標の順番の方向と逆方向であるかどうかを判
断し、逆方向と判断した場合には、判断対象の面要素又
は立体要素の表現がエラーであることを出力する。この
判断及びエラー出力は、図4に示す如く、以下のように
して行う。
【0024】(40)面要素を読み出し、面要素の形状
が三角形又は四角形のいずれであるかを判断する。四角
形である場合には、以下ステップ41〜44の処理を行
い、三角形である場合には、ステップ51〜54の処理
を行う。
【0025】(41)この面要素を表す節点座標の組、
例えば図6における面要素EP(N1,N2,N3,N
4)を抽出する。
【0026】(42)面要素EPの法線ベクトルNPを
算出する。例えばベクトルN1N2とベクトルN2N3
の外積N1N2×N2N3により法線ベクトルNPを算
出する。
【0027】(43)面要素EP(N1,N2,N3,
N4)と同一面を有する立体要素、すなわち、順番に関
係無く節点N1,N2,N3及びN4を含む立体要素、
例えば図6に示すような立体要素EC(P1,P2,P
3,P4,P5,P6,P7,P8)を抽出する。
【0028】(44)共有面が問題面であるかどうか、
すなわち面要素EP(N1,N2,N3,N4)が立体
要素EC(P1,P2,P3,P4,P5,P6,P
7,P8)の前半の4個の節点で表される面(P1,P
2,P3,P4)又は後半の4個の節点で表される面
(P5,P6,P7,P8)と同一面であるかどうかを
判断する。同一面の場合には問題となり、ステップ45
へ進み、同一面でない場合には問題とならず、ステップ
49へ進む。
【0029】なお、面要素が三角形の場合のステップ5
1〜54での処理は、上記ステップ41〜44の説明か
ら容易に類推できるので、その説明を省略する。
【0030】(45)立体要素ECの共有面の法線ベク
トルNCを算出する。例えば図6において、N1=P
5,N2=P6,N3=P7,N4=P8である場合、
ベクトルP5P6とベクトルP6P7の外積P5P6×
P6P7を法線ベクトルNCとして算出する。
【0031】(46)上記の如く算出した法線ベクトル
NPと法線ベクトルNCの内積IM=NP・法線ベクト
ルNCを算出する。
【0032】(47、48)IM<0であれば、すなわ
ち法線ベクトルNPと法線ベクトルNCの向きが逆であ
れば、エラーメッセージを出力する。
【0033】(49)全ての面要素について、上記チェ
ックが終了していなければ、ステップ40へ戻る。
【0034】以上のような処理により、解析実行前に要
素の表現の適否が自動的にチェックされ、これに基づい
てエラーが修正されるので、その後の数値解析におい
て、計算不可能となったり、計算結果が誤ったりするの
が防止され、しかも、誤りの原因を人が判断する必要が
ないので、解析所要時間を短縮することが可能となる。
【0035】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る有限要
素検査装置及びこれを用いた構造物解析方法によれば、
解析実行前に要素の表現の適否が自動的にチェックさ
れ、これに基づいてエラーが修正されるので、その後の
数値解析において、計算不可能となったり、計算結果が
誤ったりするのが防止され、しかも、誤りの原因を人が
判断する必要がないので、解析所要時間を短縮すること
が可能となるという優れた効果を奏し、製品開発期間の
短縮化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る有限要素検査装置の原理構成を示
すブロック図である。
【図2】本発明の実施例に係り、有限要素法による解析
手順を示すフローチャートである。
【図3】図2のステップ22の詳細フローチャートであ
る。
【図4】図3のステップ33の詳細フローチャートであ
る。
【図5】幾何モデル及びその要素分割の例示図である。
【図6】共有面を有する面要素と立体要素を示す図であ
る。
【図7】要素歪みチェック説明図である。
【符号の説明】
10 幾何モデル 11 基台 12 天板 W 荷重 EP 面要素 EC 立体要素 NP、NC 法線ベクトル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造物を有限要素法に基づいて解析する
    ために該構造物の幾何モデル(10)が立体要素(E
    C)と面要素(EP)とに分割された該要素の表現を検
    査する有限要素検査装置であって、 該要素の表現を入力する入力手段(1)と、 入力された該要素の該表現を記憶する要素記憶手段
    (2)と、 記憶されている該面要素が該立体要素の面と同一面にな
    っているかどうかを判断し同一面と判断された該面要素
    及び該立体要素を抽出する共有要素抽出手段(3)と、 抽出された該面要素を表す節点座標(N1,N2,N
    3,N4)の順番の方向が、該立体要素の該同一面を表
    す節点座標(P1,P2,P3,P4)の順番の方向と
    逆方向であるかどうかを判断する方向判断手段(4)
    と、 逆方向と判断された場合には、該判断対象の該面要素又
    は該立体要素の表現がエラーであることを出力するエラ
    ー出力手段(5)と、 を有することを特徴とする有限要素検査装置。
  2. 【請求項2】 構造物の幾何モデル(10)を作成し、
    該幾何モデルを立体要素(EC)と面要素(EP)とに
    分割し、請求項1の有限要素検査装置を用いて該要素の
    表現を検査し、該有限要素検査装置から前記エラーが出
    力された場合にはこれを修正し、修正後の該要素に対し
    有限要素法に基づいて数値解析を行うことを特徴とする
    構造物解析方法。
JP4207954A 1992-08-04 1992-08-04 有限要素検査装置及びこれを用いた構造物解析方法 Withdrawn JPH0652268A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115512078A (zh) * 2022-10-12 2022-12-23 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种复杂形面有限元四边形网格单元面内方向调整方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115512078A (zh) * 2022-10-12 2022-12-23 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种复杂形面有限元四边形网格单元面内方向调整方法

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Effective date: 19991005