特許 6876640 ＣＡＥ解析用の接触判定装置および接触判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6876640

(24)【登録日】2021年4月28日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】ＣＡＥ解析用の接触判定装置および接触判定方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/23 20200101AFI20210517BHJP

【ＦＩ】

   G06F17/50 612H

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-23378(P2018-23378)

(22)【出願日】2018年2月13日

(65)【公開番号】特開2019-139585(P2019-139585A)

(43)【公開日】2019年8月22日

【審査請求日】2019年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】301069030

【氏名又は名称】株式会社トヨタ車体研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100133271

【弁理士】

【氏名又は名称】東 和博

(72)【発明者】

【氏名】大津 義郎

【審査官】 松浦 功

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２０４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６１８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４５４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０９０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２１７９４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３０／００ −３０／２８

Ｇ０６Ｔ １１／８０

Ｇ０６Ｔ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータを用いて物体モデルの接触解析を行うＣＡＥ解析用の接触判定装置であって、
相対する複数の物体モデルについて、相対する物体モデルの接触条件を設定する条件設定部と、
相対する一方の物体モデルの節点と、当該節点を基準節点として他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに得られる節点との間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの前記節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するギャップ要素設定部と、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた従属節点と前記複数の独立節点を連結する複数の拘束要素を設定し、あわせて、他方の物体モデルの各独立節点について、全ての独立節点により囲まれる面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立接点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与する拘束要素設定部と、
他方の物体モデルの各独立節点の変位と、当該各独立節点に割り付けられた前記重み値から従属節点の変位を算出する変位算出部と、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出し、算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行う接触判定処理部を備える
ことを特徴とするＣＡＥ解析用の接触判定装置。

【請求項2】

両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、
前記拘束要素設定部において、
各独立節点に割り付けられる重み値が、各独立節点について、４つの独立節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積のうち、前記座標変換後の従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与されることを特徴とする請求項１記載のＣＡＥ解析用の接触判定装置。

【請求項3】

両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、
前記拘束要素設定部において、
各独立節点に割り付けられる重み値が、各独立節点について、３つの独立節点により囲まれる三角形の実要素の面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で囲まれる三角形の実要素の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＡＥ解析用の接触判定装置。

【請求項4】

コンピュータを用いて物体モデルの接触判定を行うＣＡＥ解析用の接触判定方法であって、
前記コンピュータが、
３次元形状要素からなる複数の物体モデルを読み込むステップと、
読み込まれた複数の物体モデルのうち、相対する一方の物体モデルの節点を基準節点として、当該節点から他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに節点を設けるステップと、
一方の物体モデルの節点と他方の物体モデルの新たに得られた節点間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するステップと、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた従属節点と前記複数の独立節点を連結する複数の拘束要素を設定するステップと、
他方の物体モデルの各独立節点について、全ての独立節点により囲まれる面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立接点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重みとして付与するステップと、
他方の物体モデルの各独立節点の変位と、当該各独立節点に割り付けられた重み値から従属節点の変位を算出するステップと、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出するステップと、
算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行うステップを、
それぞれ実行することを特徴とするＣＡＥ解析用の接触判定方法。

【請求項5】

両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、各独立節点について、４つの独立節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積のうち、前記座標変換後の従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重みとして付与することを特徴とする請求項４記載のＣＡＥ解析用の接触判定方法。

【請求項6】

両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、各独立節点について、３つの独立節点により囲まれる三角形の実要素の面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で囲まれる三角形の実要素の面積が占める割合を、前記各独立節点の重みとして付与することを特徴とする請求項４記載のＣＡＥ解析用の接触判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンピュータを用いて物体モデルの接触解析を行う際に用いる、ＣＡＥ解析用の接触判定装置と接触判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、製品の設計段階でコンピュータを用いて、設計上の問題を事前に解析し評価するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析が広く行われている（特許文献１参照）。例えば、自動車の設計においては、軽量化と低コスト化の両立を図るため、アウターパネルとインナーパネルを複合材料（例えばアルミニウムと鋼板、鋼板とＦＲＰ樹脂など）から構成する例が多い。このような複合材料の接合には樹脂接着剤が主に用いられるが、焼き付け塗装時に、材料の熱膨張の違いによって両パネル間に接触挙動（変形）が生じる場合があることから、事前に解析し評価する必要がある。また、外力の入力条件によっては両パネル間に接触変形が生じることもある。

【0003】

このような接触挙動をコンピュータ上でＣＡＥ解析するために用いるモデルとして、図７に示す接触判定モデルが知られている。

【0004】

図７に示す接触判定モデルＭ_０は、接触判定要素としてギャップ要素を用いるもので、相対する部品モデル１０，２０の節点間にギャップ要素（接触判定要素）Ｇを接続するように設定し、接触条件や付加条件付与による両部品モデル１０，２０の変位に伴って、ギャップ要素Ｇが設定された節点間の相対変位量が一定値以下となった場合には接触したものと判定し、両節点の変位を拘束するようになっており、かかる拘束状態下での接触挙動（変形、応力分布など）を再現することが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１０９０２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、図７に示す従来の接触判定モデルＭ_０は、ギャップの閉じる方向（接触判定方向）がギャップ要素Ｇの両端に位置する節点の位置関係により決定されることから、接触判定の精度を十分に確保するには、ギャップ要素Ｇの向きを両部品モデル１０，２０に対してできるだけ面直方向（法線方向）に設定する必要がある。

【0007】

しかしながら、上記のような設定をモデル上で実現するためには、一方の部品モデル１０の節点Ａを基準とすると、図７に示すように、他方の部品モデル２０の最も近い節点Ｐ１を、節点Ａに対し面直方向（法線方向）位置まで移動させるための修正作業が必要であり、また、節点Ｐ１の位置の修正に伴って、節点Ｐ１の周囲にある要素（Ｓ１〜Ｓ４）の形状品質が悪化するという問題が生じる。修正作業は、設計従事者にとって非常に煩雑な作業であり、また、要素の形状品質の悪化は、計算精度（応力、剛性）の低下を招くという問題があった。

【0008】

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、設計従事者による煩雑な作業を省略することが可能で、また、要素品質の低下を防いで計算精度の向上を図ることのできる、ＣＡＥ解析用の接触判定装置と、接触判定モデルを用いた接触判定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明は、コンピュータを用いて物体モデルの接触解析を行う際に用いる、ＣＡＥ解析用の接触判定装置であって、
相対する複数の物体モデルについて、相対する物体モデルの接触条件を設定する条件設定部と、
相対する一方の物体モデルの節点と、当該節点を基準節点として他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに得られる節点との間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの前記節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するギャップ要素設定部と、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた従属節点と前記複数の独立節点を連結する複数の拘束要素を設定し、あわせて、他方の物体モデルの各独立節点について、全ての独立節点により囲まれる面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立接点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与する拘束要素設定部と、
他方の物体モデルの各独立節点について、全ての独立節点により囲まれる面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立接点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与し、他方の物体モデルの各独立節点の変位と、当該各独立節点に割り付けられた前記重み値から従属節点の変位を算出する変位算出部と、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出し、算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行う接触判定処理部を備えることを主要な特徴とする。

【0011】

本発明に係る接触判定装置は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、
前記拘束要素設定部において、
各独立節点に割り付けられる重み値が、各独立節点について、４つの独立節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積のうち、前記座標変換後の従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与されることを第２の特徴とする。

【0012】

本発明に係る接触判定装置は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、
前記拘束要素設定部において、
各独立節点に割り付けられる重み値が、各独立節点について、３つの独立節点により囲まれる三角形の実要素の面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で囲まれる三角形の実要素の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与されることを第３の特徴とする。

【0013】

本発明に係る接触判定方法は、コンピュータを用いて物体モデルの接触判定を行うＣＡＥ解析用の接触判定方法であって、
前記コンピュータが、
３次元形状要素からなる複数の物体モデルを読み込むステップと、
読み込まれた複数の物体モデルのうち、相対する一方の物体モデルの節点を基準節点として、当該節点から他方の物体モデルに対し法線方向に投影して新たに節点を設けるステップと、
一方の物体モデルの節点と他方の物体モデルの新たに得られた節点間に、両節点を接続し、かつ、両物体モデルの節点間の相対変位量が一定値以下となった場合に接触すると判定するギャップ要素を設定するステップと、
他方の物体モデルについて、新たに得られた節点を従属節点とし、かつ、当該節点の周囲に配置されている既存の複数の節点を独立節点として、新たに得られた従属節点と前記複数の独立節点を連結する複数の拘束要素を設定するステップと、
他方の物体モデルの各独立節点について、全ての独立節点により囲まれる面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立接点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重みとして付与するステップと、
他方の物体モデルの各独立節点の変位と、当該各独立節点に割り付けられた重み値から従属節点の変位を算出するステップと、
算出された変位からギャップ要素が設定されている両物体モデルの節点間の相対変位量を算出するステップと、
算出された相対変位量に基づき両物体モデルの接触判定を行うステップを、
それぞれ実行することを主要な特徴とする。

【0014】

本発明に係る接触判定方法は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が四辺形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、各独立節点について、４つの独立節点により囲まれる四辺形の実要素を正方形に座標変換して得られる親要素の面積のうち、前記座標変換後の従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で規定される領域の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与することを第２の特徴とする。

【0015】

本発明に係る接触判定方法は、
両物体モデルがシェル要素またはソリッド要素からなり、各要素が三角形要素から構成される場合、
重み値を付与するステップが、各独立節点について、３つの独立節点により囲まれる三角形の実要素の面積のうち、従属節点の変位前の座標位置と前記各独立節点以外の独立節点で囲まれる三角形の実要素の面積が占める割合を、前記各独立節点の重み値として付与することを第３の特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明によれば、ＣＡＥ解析用の接触判定モデルにギャップ要素を設定するにあたり、ギャップ要素を設定する節点の位置の移動や、節点の移動に伴う三次元形状要素の形状の修正作業を全く不要とし、これによって、工数削減と設計従事者の負担軽減を図ることができるという効果を奏する。

【0017】

また、本発明によれば、接触解析にあたり、要素品質の悪化を防いで計算精度の向上を図り、もって設計作業の効率性を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るＣＡＥ解析用の接触判定モデルを示す説明図、

【図2】図１の接触判定モデルが適用される２つの部品モデルを示す斜視図、

【図3】部品モデルが四辺形要素のシェル要素からなる場合の、重み値を算出するための説明に用いる図、

【図4】部品モデルが三角形要素のシェル要素からなる場合の、重み値を算出するための説明に用いる図、

【図5】本発明に係る接触判定装置の構成を示す図、

【図6】本発明に係る接触判定方法の実行手順を示すフロー図、

【図7】従来の接触判定モデルを示す説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0019】

本発明を実施するための一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るＣＡＥ解析用の接触判定モデルの一例を示している。

【0020】

まず、本発明の接触判定モデルが適用される物品モデルについて説明すると、図２は車両のボディ構成用の部品モデル１０，２０を示している。同図に示すように、部品モデル１０，２０はいずれも、頂点と稜線からなる薄いパネル形状の６面体であって、それぞれの面が、円Ｂに示すように、メッシュ状に分割された多数のシェル要素Ｅから構成されている。シェル要素は四辺形要素または三角形要素（図２の例は四辺形要素）からなり、各要素の頂部および中間点には節点が設けられ、各節点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）には変位ベクトル（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）が付与されるようになっている。なお、部品モデル１０，２０は四辺形要素または三角形要素からなる多数のソリッド要素から構成されてもよい。

【0021】

図１に示す接触判定モデルＭは、上側の部品モデル１０における下面の任意に選択された節点Ａと、節点Ａを基準節点として下側の部品モデル２０における上面に新たに設けられた節点Ｐ０の間に、接触判定用のギャップ要素Ｇが設定されている。節点Ｐ０は、部品モデル１０における下面の前記節点Ａを基準節点として、同節点Ａから部品モデル２０に対し法線方向に投影して上面の面直上に新たに設定されるようになっている。

【0022】

ギャップ要素Ｇは、上記部品モデル１０，２０の接近動作に伴い、部品モデル１０側の節点Ａと部品モデル２０側の節点Ｐ０間の相対変位量が一定値以下となった場合、接触すると判定するもので、接触すると判定されると、両節点Ａ、Ｐ０の変位をそれぞれ拘束するようになっている。

【0023】

ギャップ要素Ｇが設定された下側の部品モデル２０の節点Ｐ０と、同じ面上で節点Ｐ０の周囲の４つの節点Ｐ１〜Ｐ４は、節点Ｐ０を従属節点とし、かつ、各節点Ｐ１〜Ｐ４を独立節点とする重み値付きの拘束要素Ｋ１〜Ｋ４を介してそれぞれ連結されている。なお、拘束されるのは節点（従属節点）節点Ｐ０と節点（独立節点）Ｐ１〜Ｐ４間の相対変位であり、節点Ｐ１〜Ｐ４相互間の相対変位は互いに拘束されない。

【0024】

上記拘束要素Ｋ１〜Ｋ４は、各節点Ｐ１〜Ｐ４に重み値（Ｗ１〜Ｗ４）を付けて、各節点Ｐ１〜Ｐ４の変位と、各節点Ｐ１〜Ｐ４の重み値（Ｗ１〜Ｗ４）から、従属節点となる節点Ｐ０の変位を算出するためのもので、従属節点Ｐ０の変位は、以下の計算式（１）により求められる。

【0025】

【0026】

また、上記拘束要素Ｋ１〜Ｋ４において、各節点Ｐ１〜Ｐ４の重み値Ｗ１〜Ｗ４は、各節点Ｐ１〜Ｐ４により囲まれるシェル要素（Ｓ１〜Ｓ４）の合計面積に対する、従属節点となる節点Ｐ０を基準とする割合（面積比）として付与される。

【0027】

シェル要素が四辺形要素から構成される場合、図３に示す四辺形の実要素において、まず、節点Ｐ０から四辺のうち相対する二つの辺に向けて各辺を分割する割合が二つの辺で互いに同じになるように（図３の実要素で上下の辺がそれぞれａ：ｂの割合、左右の辺がそれぞれｃ：ｄの割合で分割されるように）、節点Ｐ０で交差する分割線Ｌ１，Ｌ２と各辺に分割点Ｃ１〜Ｃ４が設定される。

【0028】

次に、これを矢印のように座標変換して得られる正方形の親要素において、相対する二つの辺の分割割合が実要素の対応する二つの辺の前記分割割合と同じになるように（図３の親要素で上下の辺がそれぞれａ：ｂの割合、左右の辺がそれぞれｃ：ｄの割合で分割されるように）、座標変換後の節点Ｐ０’で交差する分割線Ｌ１’，Ｌ２’と各辺に分割点Ｃ１’〜Ｃ４’が設定される。そして、各節点Ｐ１〜Ｐ４の重み値Ｗ１〜Ｗ４は、以下の計算式（２）により求められる。

【0029】

【0030】

シェル要素が三角形要素から構成される場合、図４に示す三角形の実要素において、各節点Ｐ１〜Ｐ３の重み値は、節点Ｐ０から各節点Ｐ１〜Ｐ３に分割線Ｌ１〜Ｌ３が設定され、分割線Ｌ１〜Ｌ３で得られる実要素の面積に対する割合（面積比）として付与される。すなわち、各節点Ｐ１〜Ｐ３の重み値Ｗ１〜Ｗ３は、以下の計算式（３）により求められる。

【0031】

【0032】

図５は、上記接触判定モデルＭを実現するための接触判定装置Ｓを示している。接触判定装置Ｓは、装置本体（コンピュータ）１００と、入力装置２００と、出力装置３００を備え、装置本体１００がデータベース４００と通信回線１０１により接続されている。装置本体１００は、条件設定部１１０と、モデル読み込み部１２０と、ギャップ要素設定部１３０と、拘束要素設定部１４０と、変位算出部１５０と、接触判定処理部１６０と、記憶部１７０と、出力部１８０と、制御部１９０を備えている。

【0033】

条件設定部１１０は、部品モデルの接触条件（ギャップ要素を設定する基準節点の選択、接触とみなす節点間の相対変位量の設定等）と付加条件（初期温度、最高温度、加熱時間、熱膨張係数等の加熱条件、荷重、応力分布等の加圧条件等）等を設定する。設定値は入力装置２００からの操作により入力できる。モデル読み込み部１２０は、部品モデルをデータベース４００から記憶部１７０に読み込む。

【0034】

ギャップ要素設定部１３０は、記憶部１７０に読み込まれた２つの部品モデル１０，２０間に１または複数のギャップ要素Ｇを設定する。具体的には、部品モデル１０側の節点Ａを基準節点とし、節点Ａから部品モデル２０に対し法線方向に投影して部品モデル２０の上面の面直上に新たに節点Ｐ０を設定し、両節点Ａ，Ｐ０間にギャップ要素Ｇを設定する。

【0035】

拘束要素設定部１４０は、部品モデル２０において、節点Ｐ０を従属節点とし、同じ面上で節点Ｐ０の周囲の４つの節点Ｐ１〜Ｐ４を独立節点とする拘束要素Ｋ１〜Ｋ４を、節点Ｐ０と各節点Ｐ１〜Ｐ４間に連結設定し、また、上記算出式（２）により求められる重み値Ｗ１〜Ｗ４を各節点Ｐ１〜Ｐ４に付与する。

【0036】

変位算出部１５０は、部品モデル２０において、拘束要素Ｋ１〜Ｋ４が設定された節点Ｐ１〜Ｐ４の各変位（Ｐ１（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｚ１）〜Ｐ４（ｄｘ４，ｄｙ４，ｄｚ４））と、上記算出式（２）により求められた重み値Ｗ１〜Ｗ４から、上記算出式（１）に従い、節点Ｐ０の変位（ｄｘ０，ｄｙ０，ｄｚ０）を算出する。また、部品モデル１０の節点Ａの変位と部品モデル２０の節点Ｐ０の変位から両節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量を算出する。

【0037】

接触判定処理部１６０は、算出された部品モデル１０，２０の節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量の結果により、部品モデル１０，２０が互いに接触するか否かを判定する。また、節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量が設定値（一定値）以下のときは接触すると判定し、節点Ａ，Ｐ０の各変位を拘束処理する。

【0038】

出力部１８０は、変位算出部１５０の算出結果と接触判定処理部１６０の判定処理に基づく解析結果を出力する。出力された結果は、例えば、部品モデル１０、２０の接触触直後の変位量分布を再現するものとして、また、部品モデル１０、２０の熱膨張による接触挙動を再現するものとして、出力装置３００に出力表示させることができる。制御部１９０は、条件設定部１１０〜出力部１８０の実行処理を制御する。

【0039】

次に、上記接触判定装置Ｓを用いて、部品モデル１０，２０について接触判定処理を行う手順について、図６のフロー図などを参照しながら説明する。なお、以下に具体的に記述する条件や設定値は、本発明の実施の形態を説明するための一例であって、本発明はこれに限定されない。

【0040】

まず、コンピュータ操作者が、入力装置２００からの操作により、プログラムを開き、解析対象の部品モデルを選択し、条件設定部１１０により条件（接触条件や加熱条件等）を設定する（ステップＳ１）。次に、入力装置２００からの操作により、プログラムを実行する。プログラムが実行されると、モデル読み込み部１２０が、データベース４００から、部品モデル１０，２０を記憶部１７０に読み込む（ステップＳ２）。

【0041】

次に、ギャップ要素設定部１３０が、部品モデル１０側の節点Ａを基準節点として、節点Ａから部品モデル２０に対し法線方向に投影して部品モデル２０の上面の面直上に新たに節点Ｐ０を設定し、節点Ａ，Ｐ０間にギャップ要素Ｇを設定する（ステップＳ３）。次に、拘束要素設定部１４０が、部品モデル２０において、節点Ｐ０を従属節点とし、同じ面上で節点Ｐ０の周囲の４つの節点Ｐ１〜Ｐ４を独立節点とする拘束要素Ｋ１〜Ｋ４を、節点Ｐ０と各節点Ｐ１〜Ｐ４間に連結設定する（ステップＳ４）と共に、算出式（２）により重み値Ｗ１〜Ｗ４を算出し（ステップＳ５）、得られた重み値Ｗ１〜Ｗ４を節点Ｐ１〜Ｐ４に付与する（ステップＳ６）。

【0042】

次に、変位算出部１５０が、部品モデル２０において、節点Ｐ１〜Ｐ４の各変位（Ｐ１（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｚ１）〜Ｐ４（ｄｘ４，ｄｙ４，ｄｚ４））と、算出式（２）により求められた重み値Ｗ１〜Ｗ４から、算出式（１）に従い、節点Ｐ０の変位（ｄｘ０，ｄｙ０，ｄｚ０）を算出する（ステップＳ７）と共に、部品モデル１０の節点Ａの変位と部品モデル２０の節点Ｐ０の変位から、両節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量を算出する（ステップＳ８）。

【0043】

次ぎに、接触判定処理部１６０が、算出された部品モデル１０，２０の節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量の結果により、部品モデル１０，２０が互いに接触したか否かを判定する（ステップＳ９）。節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量が設定値以下でないときは接触しないと判定し、ステップＳ７に戻る。節点Ａ，Ｐ０間の相対変位量が設定値以下のときは接触すると判定し（ステップＳ１０）、節点Ａ，Ｐ０の各変位を拘束処理する（ステップＳ１１）。

【0044】

次ぎに、出力部１８０が、変位算出部１５０の算出結果と接触判定処理部１６０の判定処理に基づく結果を出力装置３００に向けて出力し（ステップＳ１２）、これにより、コンピュータ操作者は、出力装置３００に表示された接触解析の結果を参照し、部品モデル１０，２０の接触後の変位量分布、あるいは熱膨張による接触挙動等を把握することができる。

【0045】

本実施形態の接触判定モデルＭを用いることにより、コンピュータ操作者は、部品モデル１０，２０の節点間にギャップ要素Ｇを設定するにあたり、従来のように、一方の部品モデル１０の節点位置に合わせて他方の部品モデル２０の既存の節点を面直位置まで移動させる修正作業が全くなくなり、接触判定モデルの作成工数を大きく削減することができる。

【0046】

また、本実施形態の接触判定モデルＭは、ギャップ要素Ｇを設定するために他方の部品モデル２０側に新たに節点を設けるようにしており、他方の部品モデル２０にある既存の節点を移動させる必要がなく、よって既存の節点は元の位置に独立節点として保持され、これにより、従来のような要素品質の悪化を招かず、計算精度の向上を図ることができる。

【0047】

上記実施形態において、図３に示す四辺形の実要素を座標変換して正方形の親要素を得るようにしたが、得られる親要素は正方形に限らない。長方形の場合もある。

【0048】

以上説明してきたように、本発明によると、ギャップ要素を設定するにあたり、三次元形状要素の形状を修正する作業が全くなくなって工数削減に寄与し、また、要素品質の悪化を防いで計算精度の向上を図り、もって設計作業の効率性を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、コンピュータを使用して物体モデルの接触解析に用いる接触判定装置として、また、接触判定モデルを用いた接触判定方法として利用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１０，２０ 部品モデル
１００ 装置本体（コンピュータ）
１０１ 通信回線
１１０ 条件設定部
１２０ モデル読み込み部
１３０ ギャップ要素設定部
１４０ 拘束要素設定部
１５０ 変位算出部
１６０ 接触判定処理部
１７０ 記憶部
１８０ 出力部
１９０ 制御部
２００ 入力装置
３００ 出力装置
Ａ ギャップ要素が設定される一方の節点（基準節点）
Ｐ０ ギャップ要素が設定される他方の節点（従属節点）
Ｐ１〜Ｐ４ 従属節点と拘束される節点（独立節点）
Ｇ ギャップ要素
Ｋ１〜Ｋ４ 拘束要素
Ｓ 接触判定装置
Ｗ１〜Ｗ４ 重み値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】