JPH07219984A - リブ補強製品の最適設計システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】応力集中の問題を解消して、最適なリブ補強に
よる製品設計を可能としたリブ補強製品の最適設計シス
テムを提供する。 【構成】全てのリブを除いた形状モデルでの剛性解析を
行い、その最大たわみが許容範囲を超えている部分にリ
ブを形成して再度剛性解析を行うといった処理を最大た
わみが許容範囲内となるまで繰り返し行う剛性解析部１
と、この剛性解析部１での解析により得られた形状モデ
ルに基づいて強度解析を行い、その最大応力が許容範囲
を超えている部分を補強して再度強度解析を行い、その
補強部分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰り返
し行う強度解析部２とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リブによる補強を行う
製品の最適設計システムに関し、コンピュータによる支
援を行うＣＡＥ分野において利用される。

【０００２】

【従来の技術】射出成形等の分野では、一つの製品を作
る場合、従来は金型による製品の仮打ち等を行って製品
の良、不良を判定し、その判定結果に基づいて、必要が
ある場合にはリブを付ける等の処理を行って、再度製品
設計をやり直すといった作業を行っていた。

【０００３】しかしながら、近時のコンピュータによる
支援を行うＣＡＥ分野の発達により、実際の製品を仮打
ちすることなく、シミュレーションによる最適製品の設
計が可能となっている。

【０００４】このようなシミュレーション装置として、
例えば特願平３−１９６４６２号公報の薄板形状製品の
最適化設計データ出力装置がある。

【０００５】この装置は、底面に補強用のリブと補強用
のボルト脚とを備えた薄板形状製品を初期設計品とする
とき、この初期設計品の各部に荷重をかけることによっ
て各部の変位量を求めるとともに、その最大変位量と予
め内部に設定された基準値との比較を行う第１の構造解
析部と、この第１の構造解析部によって求めた最大変位
量が前記基準値を越えている場合には、各部の変位量に
基づいて前記初期設計品の各部板厚、弾性率等の設計変
数を変化させた際の影響度を求める構造感度解析部と、
この構造感度解析部によって求めた影響度に基づいて前
記初期設計品の最も弱い部分の判別を行うとともに、そ
の判別した最も弱い部分に前記ボルト脚を設けて補強を
行う第１の設計修正部と、この第１の設計修正部によっ
て修正された設計品の構造解析を行ってその最大変位量
を求める第２の構造解析部と、前記第１の設計修正部に
よって補強された設計品の強度とほぼ同じ強度となるま
で、初期設計品の前記リブ高さ、肉厚を増加する補強を
行う第２の設計修正部と、この第２の設計修正部によっ
て修正された設計品を示すデータ、及び前記第１の設計
修正部によって修正された設計品を示すデータを出力す
るデータ出力部とを備えた構成となっている。

【０００６】つまり、構造解析及び構造感度解析を一定
の条件下で関連付けた一連のシステムとして構築し、ボ
ルト脚による補強とリブの高さ、肉厚の増加による補強
との比較結果を数値データとして出力するように構成し
たものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の最適化設計データ出力装置では、リブの補強による
応力集中の問題については、何ら考慮されていないとい
った問題が残されていた。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決すべく創
案されたもので、その目的は、応力集中の問題を解消し
て、最適なリブ補強による製品設計を可能としたリブ補
強製品の最適設計システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のリブ補強製品の最適設計システムは、全て
のリブを除いた形状モデルでの剛性解析を行い、その最
大たわみが許容範囲を超えている部分にリブを形成して
再度剛性解析を行うといった処理を最大たわみが許容範
囲内となるまで繰り返し行う剛性解析部と、この剛性解
析部での解析により得られた形状モデルに基づいて強度
解析を行い、その最大応力が許容範囲を超えている部分
を補強して再度強度解析を行い、その補強部分が許容応
力範囲内となるまで強度解析を繰り返し行う強度解析部
とを備え、この強度解析部での解析により得られた形状
モデルを最終製品として設計するものである。

【００１０】また、本発明のリブ補強製品の最適設計シ
ステムは、全てのリブを除いた形状モデルでの剛性解析
を行い、その最大たわみが許容範囲を超えている部分に
リブを形成して再度剛性解析を行うといった処理を最大
たわみが許容範囲内となるまで繰り返し行う剛性解析部
と、この剛性解析部での解析により得られた形状モデル
に基づいて強度解析を行い、その最大応力が許容範囲を
超えている場合に、許容応力を超えている部分がリブ近
傍であればそのリブの補強を行う一方、許容応力を超え
ている部分がリブ近傍でなければその超えている部分に
リブを形成して再度強度解析を行い、このようにして補
強された部分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰
り返し行う強度解析部とを備え、この強度解析部での解
析により得られた形状モデルを最終製品として設計する
ものである。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明の作用について説明す
る。

【００１２】リブによる補強を行う製品の設計に当た
り、剛性解析部では、まず全てのリブを除いた形状モデ
ルでの剛性解析を行い、その最大たわみが許容範囲を超
えている部分にリブを形成して再度剛性解析を行うとい
った処理を、最大たわみが許容範囲内となるまで繰り返
し行う。これにより、製品としての剛性を得るための最
適なリブが形成されたことになる。

【００１３】強度解析部では、この剛性解析部での解析
により得られた形状モデルに基づいて強度解析を行い、
その最大応力が許容範囲を超えている部分を補強して再
度強度解析を行い、その補強部分が許容応力範囲内とな
るまで強度解析を繰り返し行う。これにより、製品とし
ての強度を得るための最適な補強がされることになる。

【００１４】この結果、集中応力の問題が解消され、最
終製品としての剛性及び強度を得るための最適なリブが
形成されることになる。

【００１５】請求項２に記載の発明の作用について説明
する。

【００１６】リブによる補強を行う製品の設計に当た
り、剛性解析部では、まず全てのリブを除いた形状モデ
ルでの剛性解析を行い、その最大たわみが許容範囲を超
えている部分にリブを形成して再度剛性解析を行うとい
った処理を、最大たわみが許容範囲内となるまで繰り返
し行う。これにより、製品としての剛性を得るための最
適なリブが形成されたことになる。

【００１７】強度解析部では、この剛性解析部での解析
により得られた形状モデルに基づいて強度解析を行う。
そして、その最大応力が許容範囲を超えている場合に
は、許容応力を超えている部分がリブ近傍であればその
リブの補強を行う一方、許容応力を超えている部分がリ
ブ近傍でなければその超えている部分に新たにリブを形
成して再度強度解析を行う。このようにして、補強され
た部分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰り返し
行う。これにより、製品としての強度を得るための最適
な補強がされることになる。

【００１８】この結果、集中応力の問題が解消され、最
終製品としての剛性及び強度を得るための最適なリブが
形成されることになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００２０】図１は、本発明に係わるリブ補強製品の最
適設計システムの電気的構成を示すブロック図である。

【００２１】同図において、リブによる補強を行う剛性
解析部１には、設計すべき製品の全てのリブを除いた形
状モデルが入力データとして与えられており、この剛性
解析部１の出力は、リブによる補強を行う強度解析部２
に導かれている。そして、強度解析部２からは、最終製
品としての剛性及び強度を得るための最適なリブが形成
された最終形状モデルが、設計データとして出力される
ようになっている。

【００２２】剛性解析部１は、入力された形状モデルで
の剛性解析を行い、その最大たわみが許容範囲を超えて
いる部分にリブを形成して再度剛性解析を行うといった
処理を、最大たわみが許容範囲内となるまで繰り返し行
うブロックとなっている。

【００２３】また、強度解析部２は、この剛性解析部１
での解析により得られた形状モデルに基づいて強度解析
い、その応力が許容範囲を超えている部分を補強して再
度強度解析を行うといった処理を、その補強部分が許容
応力範囲内となるまで繰り返し行うブロックとなってい
る。

【００２４】次に、上記のように構成したリブ補強製品
の最適設計システムの動作について、図２及び図３に示
すフローチャートを参照して説明する。

【００２５】まず剛性解析部１に、設計すべき製品から
全てのリブを除いた形状モデルを入力データとして与え
る（ステップＳ１）。

【００２６】また、剛性解析部１には、この与えられた
形状モデルに基づく最大たわみの許容値が入力されると
ともに、強度解析部２には、許容応力の基準値が入力さ
れる（ステップＳ２）。ここで、最大たわみの許容値及
び許容応力の基準値は、通常その製品に対する設計基準
により決められる。

【００２７】この後、剛性解析部１での剛性解析を開始
する（ステップＳ３）。すなわち、全てのリブを除いた
形状モデルでの剛性解析を行う。その結果、最大たわみ
が許容範囲内であれば、次の強度解析へと移行する（ス
テップＳ４，Ｓ１０）。

【００２８】一方、最大たわみが許容範囲を超えている
場合には、その最大たわみが許容範囲を超えている部分
にリブを形成して再度剛性解析を行う（ステップＳ４，
Ｓ５，Ｓ６）。つまり、形成したリブの位置とリブの肉
厚とを調整してその影響度を調べる感度解析を行い（ス
テップＳ７，Ｓ８）、その結果、最大たわみが許容範囲
となったか否かの判断を行う（ステップＳ９）。

【００２９】ここで、ステップＳ７でのリブの位置調整
については、図４に示すように、リブ３の肉厚をｔとし
たとき、図中に斜線で示す３ｔの範囲内での調整とす
る。また、リブの肉厚調整については、例えば形成した
リブの肉厚ｔに対して、±１０パーセント程度の範囲内
での調整とする。

【００３０】剛性解析部１では、このようなステップＳ
５〜ステップＳ９の処理を、最大たわみが許容範囲内と
なるまで繰り返し行う。これにより、製品としての剛性
を得るための最適なリブが形成されたことになる。

【００３１】剛性解析の結果、最大たわみが許容範囲内
になると、次に強度解析へと移行する（ステップＳ１
０）。

【００３２】すなわち、強度解析部２では、剛性解析部
１での解析により得られた形状モデルに基づいて強度解
析を行う。その結果、最大応力が許容範囲内であれば、
その時点で全ての処理を終了する（ステップＳ１１）。
そして、そのときの形状データを、最終製品の設計デー
タとして出力（例えば、設計図面として印字出力、又は
画面表示）する。

【００３３】一方、その最大応力が許容範囲を超えてい
る場合には、許容応力を超えている部分がリブ近傍であ
ればそのリブの補強を行う一方（ステップＳ１２，Ｓ１
７，Ｓ１８）、許容応力を超えている部分がリブ近傍で
なければ、その超えている部分に新たにリブを形成して
再度強度解析を行う（ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１
４）。ステップＳ１２におけるリブの近傍か否かの判断
は、リブの位置調整についての図４に示す範囲と同様と
する。すなわち、図中に斜線で示す３ｔの範囲内であれ
ばリブ３の近傍であると判断する。

【００３４】ここで、ステップＳ１２からそれぞれのス
テップＳ１８及びＳ１４に進むに際して、繰り返しの許
容回数内か否かの判断を行っている（ステップＳ１３，
Ｓ１７）。ステップＳ１３は、リブを形成することによ
る強度解析の繰り返し許容回数であり、ステップＳ１７
は、リブの付け根にＲを付けることによる強度解析の繰
り返し許容回数である。

【００３５】この繰り返しの許容回数は、いずれも下式
（１）により求められる。

【００３６】

【数１】

【００３７】ただし、式（１）の基準値に関する最適値
といったものは特には無いが、コンピュータでの処理時
間を考慮すれば、だいたい０．００１〜０．０３（１〜
３パーセント）程度が好適である。

【００３８】そして、許容範囲を超えている部分に新た
にリブを形成した場合には（ステップＳ１４）、形成し
たリブの位置とリブの肉厚とを調整して（ステップＳ１
５，Ｓ１６）、再度強度解析を行い（ステップＳ１
０）、最大応力が許容範囲となったか否かの判断を再度
行う（ステップＳ１１）。

【００３９】ここで、ステップＳ１５でのリブの位置調
整については、上記した図４に示す場合と同様に、リブ
の肉厚をｔとしたとき、図中に斜線で示す３ｔの範囲内
での調整とする。また、リブの肉厚調整についても、例
えば形成したリブの肉厚ｔに対して、±１０パーセント
程度の範囲内での調整とする。

【００４０】一方、許容応力を超えている部分がリブの
近傍であるために、そのリブの補強を行う場合には、そ
の最大応力が生じているリブの付け根にＲを付ける（ス
テップＳ１８）。そして、リブのＲを調整して（ステッ
プＳ１９）、再度強度解析を行い（ステップＳ１０）、
最大応力が許容範囲となったか否かの判断を再度行う
（ステップＳ１１）。

【００４１】以上の処理（ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ
１２，Ｓ１７，Ｓ１８，Ｓ１９）を繰り返し行った結
果、ステップＳ１７において、上記式（１）に基づく繰
り返しの許容回数を超えた場合には、ステップＳ２０か
らステップＳ２１へと動作を進め、最大応力の生じてい
るリブの付け根をリブ高さまで埋める処理を行う。そし
て、リブ埋めの高さを調整して（ステップＳ２２）、再
度再度強度解析を行い（ステップＳ１０）、最大応力が
許容範囲となったか否かの判断を再度行う（ステップＳ
１１）。ここで、ステップＳ２０の繰り返し許容回数と
は、リブの付け根をリブ高さまで埋めることによる強度
解析の繰り返し許容回数のことである。

【００４２】以上の処理（ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ
１２，Ｓ１７，Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２）を繰り返し行
った結果、ステップＳ２０において、上記式（１）に基
づく繰り返しの許容回数を超えた場合には、その時点で
動作を終了する。そして、そのときの形状データを、最
終製品の設計データとして出力（例えば、設計図面とし
て印字出力、又は画面表示）する。

【００４３】このようにして、補強された部分が許容応
力範囲内となるまで強度解析を繰り返し行うことによ
り、製品としての強度を得るための最適なリブ補強がさ
れることになる。

【００４４】この結果、応力集中の問題が解消され、最
終製品としての剛性及び強度を得るための最適なリブが
形成された形状モデルが得られるものである。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係わるリブ補強製品の最適設計
システムは、全てのリブを除いた形状モデルでの剛性解
析を行い、その最大たわみが許容範囲を超えている部分
にリブを形成して再度剛性解析を行うといった処理を最
大たわみが許容範囲内となるまで繰り返し行う剛性解析
部と、この剛性解析部での解析により得られた形状モデ
ルに基づいて強度解析を行い、その最大応力が許容範囲
を超えている部分を補強して再度強度解析を行い、その
補強部分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰り返
し行う強度解析部とを備えた構成としたので、応力集中
の問題が解消されるとともに、剛性及び強度的な基準を
満足する最適なリブ補強による製品設計を効率良く行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるリブ補強製品の最適設計システ
ムの電気的構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係わるリブ補強製品の最適設計システ
ムの動作を説明するためのフローチャートである。

【図３】本発明に係わるリブ補強製品の最適設計システ
ムの動作を説明するためのフローチャートである。

【図４】形成したリブ位置の調整可能範囲及び最大応力
がリブ近傍が否かを判断する範囲を示す図である。

【符号の説明】

１ 剛性解析部 ２ 強度解析部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リブによる補強を行う製品の設計システ
   ムであって、 全てのリブを除いた形状モデルでの剛性解析を行い、そ
   の最大たわみが許容範囲を超えている部分にリブを形成
   して再度剛性解析を行うといった処理を最大たわみが許
   容範囲内となるまで繰り返し行う剛性解析部と、 この剛性解析部での解析により得られた形状モデルに基
   づいて強度解析を行い、その最大応力が許容範囲を超え
   ている部分を補強して再度強度解析を行い、その補強部
   分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰り返し行う
   強度解析部とを備え、 この強度解析部での解析により得られた形状モデルを最
   終製品として設計することを特徴とするリブ補強製品の
   最適設計システム。
2. 【請求項２】 リブによる補強を行う製品の設計システ
   ムであって、 全てのリブを除いた形状モデルでの剛性解析を行い、そ
   の最大たわみが許容範囲を超えている部分にリブを形成
   して再度剛性解析を行うといった処理を最大たわみが許
   容範囲内となるまで繰り返し行う剛性解析部と、 この剛性解析部での解析により得られた形状モデルに基
   づいて強度解析を行い、その最大応力が許容範囲を超え
   ている場合に、許容応力を超えている部分がリブ近傍で
   あればそのリブの補強を行う一方、許容応力を超えてい
   る部分がリブ近傍でなければその超えている部分にリブ
   を形成して再度強度解析を行い、このようにして補強さ
   れた部分が許容応力範囲内となるまで強度解析を繰り返
   し行う強度解析部とを備え、 この強度解析部での解析により得られた形状モデルを最
   終製品として設計することを特徴とするリブ補強製品の
   最適設計システム。