特開 2023-127320 解析システム、解析方法、及び解析プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127320

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】解析システム、解析方法、及び解析プログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/23 20200101AFI20230906BHJP

   G06F 30/10 20200101ALN20230906BHJP

【ＦＩ】

G06F30/23

G06F30/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031035

(22)【出願日】2022-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】507228172

【氏名又は名称】株式会社ＪＳＯＬ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】林 信哉

【テーマコード（参考）】

5B146

【Ｆターム（参考）】

5B146AA05

5B146DC04

5B146DJ02

5B146DJ07

5B146DJ08

5B146DJ14

5B146EA01

(57)【要約】

【課題】各部材をビーム要素でモデル化し、互いの部材の接合を接続用ビーム要素によりモデル化できる解析システム、解析方法、及び解析プログラムを提供する。
【解決手段】互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析システムは、前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込み部Ｓ１と、前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定部Ｓ２と、前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化部Ｓ３と、前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定部Ｓ４と、前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算部Ｓ５とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析システムであって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込み部と、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定部と、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化部と、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定部と、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算部とを有する、
ことを特徴とする解析システム。

【請求項2】

前記ビーム要素は、前記部材の断面の図心を通過するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の解析システム。

【請求項3】

前記接続用ビーム要素設定部は、前記接続用ビーム要素に所定の剛性を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の解析システム。

【請求項4】

前記接続用ビーム要素の前記剛性は、前記部材をビーム要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性が、最適化手法に基づく収束計算により、前記部材をシェル要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性に一致するように自動的に調整されることを特徴とする請求項３に記載の解析システム。

【請求項5】

前記ビーム要素モデル化部は、前記形状データを前記ビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の解析システム。

【請求項6】

前記ビーム要素モデル化部は、前記部材の形状のアスペクト比を指標として自動的に判定することによって、前記形状データを前記ビーム要素又は前記シェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の解析システム。

【請求項7】

互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析方法であって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込みステップと、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定ステップと、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化ステップと、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定ステップと、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算ステップとを有する、
ことを特徴とする解析方法。

【請求項8】

互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析プログラムであって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込みプロセスと、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定プロセスと、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化プロセスと、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定プロセスと、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算プロセスとを有する、
ことを特徴とする解析プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、解析システム、解析方法、及び解析プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、自動車のボデーやシャシーなどのフレーム構造体は、スポット溶接やボルト締結によって複数の部材を接合することによって形成されている。この構造体が、全体として、どのように変形するか、特に塑性変形するかを知ることは、自動車の衝突安全性を向上させるために重要であり、これを、コンピュータを用いて行う試みがなされている。コンピュータを用いて構造体がどのように変形するかを知る方法として、構造体を有限要素法によりモデル化して、有限要素解析によって構造体全体の変形を解析するものが知られている。これを、構造体解析モデルと呼ぶ。

【0003】

例えば特許文献１には、フレームなどの部材を面方向に配置された有限要素法のシェル要素（板要素）としてモデル化すると共に、スポット溶接の溶融凝固部を該シェル要素に連結された有限要素法のソリッド要素（立体要素）としてモデル化することにより、構造体全体の有限要素解析を行うようにしたものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２００６５５号公報

【0005】

シェル要素とソリッド要素の構造体解析モデルに基づく有限要素解析は、高い計算精度を持つ優れた手法であるが、構造体に含まれる部材全体の形状データをシェル要素により詳細にモデル化する必要があるため、非常に煩雑であり、作成に多くの時間を必要とする。また、得られたモデルに基づいて有限要素解析を行うために、多くの計算時間が必要となる。さらに、有限要素解析の結果を検討して、部材の形状を変える場合、再び構造体をモデル化するためにさらに多くの時間を必要とする。

【0006】

構造体をモデル化する別の方法として、有限要素法のビーム要素（梁要素）が考えられる。ビーム要素は、一般的に、部材の断面１次モーメントと断面積から計算される図心または部材の重心を通過する線形状の有限要素として構成されていると共に、形状データは断面特性値（断面２次モーメント、断面２次極モーメント）、または応力とひずみを計算する積分点の集合によって設定される。ビーム要素は、シェル要素やソリッド要素より変形自由度が少ないため、大変形に対して計算精度は高くないが、形状データの作成と変更が容易であり、有限要素解析に必要な計算時間も少ないことが利点である。

【0007】

多くの構造体は、複数の部材により構成され、各部材を適切に接合することにより作製されている。この様な構造体に対して、部材をシェル要素でモデル化した場合、各部材の接合は特許文献１で示すようなソリッド要素による接合モデルを使用することができる。一方、部材をビーム要素でモデル化した場合、ソリッド要素による接合モデルを使用することができない。したがって、複数の部材から構成される複雑な構造体をビーム要素でモデル化するには、新しい接合方法を導入しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明は、各部材をビーム要素でモデル化し、互いの部材の接合を接続用ビーム要素によりモデル化できる解析システム、解析方法、及び解析プログラムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

【0010】

まず、本願の請求項１に記載の発明は、互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析システムであって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込み部と、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定部と、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化部と、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定部と、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算部とを有する、
ことを特徴とする。

【0011】

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１の発明において、前記ビーム要素は、前記部材の断面の図心を通過するように構成されていることを特徴とする。

【0012】

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の発明において、前記接続用ビーム要素設定部は、前記接続用ビーム要素に所定の剛性を設定するように構成されていることを特徴とする。

【0013】

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の発明において、前記接続用ビーム要素の前記剛性は、前記部材をビーム要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性が、最適化手法に基づく収束計算により、前記部材をシェル要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性に一致するように自動的に調整されることを特徴とする。

【0014】

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から前記請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記ビーム要素モデル化部は、前記形状データを前記ビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されていることを特徴とする。

【0015】

また、請求項６に記載の発明は、前記請求項５の発明において、前記ビーム要素モデル化部は、前記部材の形状のアスペクト比を指標として自動的に判定することによって、前記形状データを前記ビーム要素又は前記シェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されていることを特徴とする。

【0016】

さらに、請求項７に記載の発明は、互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析方法であって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込みステップと、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定ステップと、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化ステップと、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定ステップと、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算ステップとを有する、
ことを特徴とする。

【0017】

さらに、請求項８に記載の発明は、互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化する解析プログラムであって、
前記部材の形状データを取り込む形状データ取り込みプロセスと、
前記形状データに対して、前記部材が互いに接合される接合位置を設定する接合位置設定プロセスと、
前記形状データをビーム要素としてモデル化するビーム要素モデル化プロセスと、
前記接合位置と前記ビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定プロセスと、
前記ビーム要素と前記接合位置と前記接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって前記部材の変形を計算する変形計算プロセスとを有する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

【0019】

まず、本願の請求項１に記載の発明によれば、解析システムは、接合位置とビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定部を有する。この接続用ビーム要素、及びビーム要素と接合位置に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析が行われて、部材の変形が計算される。したがって、複数の部材の間の接合をビーム要素によりモデル化できる解析システムを提供できる。

【0020】

また、請求項２に記載の発明によれば、ビーム要素は、部材の断面の図心を通過するように構成されている。したがって、図心と接合位置が接続用ビーム要素により接続されることにより、複数の部材が互いに接合されている複雑な構造体を簡易的にモデル化できる。

【0021】

また、請求項３に記載の発明によれば、接続用ビーム要素設定部は、接続用ビーム要素に所定の剛性を設定するように構成されている。したがって、接続用ビーム要素により接続される部材の変形の計算精度が向上する。

【0022】

また、請求項４に記載の発明によれば、前記接続用ビーム要素の前記剛性は、前記部材をビーム要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性が、最適化手法に基づく収束計算により、前記部材をシェル要素によりモデル化した場合の構造体解析モデルの剛性に一致するように自動的に調整される。したがって、解析システムには最適化手法に基づく収束計算を行う機能を実装することにより、計算結果を一致させるように剛性が自動的に調整される。または、解析システムには、過去の計算結果を基にした剛性データが登録されており、これを使用することもできる。この場合、剛性の再現精度は少し劣るが、収束計算を行う必要がないため、効率的である。

【0023】

また、請求項５に記載の発明によれば、ビーム要素モデル化部は、形状データをビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されている。したがって、所定の厚みを有する平坦な板金などの平板部品をシェル要素としてモデル化することを選択すること、及び所定の断面形状を有して所定の中立軸に沿って延びる梁状部品をビーム要素としてモデル化することを選択することによって、平板部品と梁状部品とが互いに組み合わされている複雑な構造体をモデル化できる。

【0024】

また、請求項６に記載の発明によれば、ビーム要素モデル化部は、部材の形状のアスペクト比を指標として自動的に判定することによって、形状データをビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを選択するように構成されている。したがって、平板部品と梁状部品とが互いに組み合わされている複雑な構造体を自動的にモデル化できる。

【0025】

さらに、請求項７に記載の発明によれば、解析方法は、接合位置とビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定ステップを有する。この接続用ビーム要素、及びビーム要素と接合位置に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析が行われて、部材の変形が計算される。したがって、複数の部材の間の接合をビーム要素によりモデル化できる解析方法を提供できる。

【0026】

同様に、請求項８に記載の発明によれば、解析プログラムは、接合位置とビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定プロセスを有する。この接続用ビーム要素、及びビーム要素と接合位置に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析が行われて、部材の変形が計算される。したがって、複数の部材の間の接合をビーム要素によりモデル化できる解析プログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施形態に係る解析システムの全体構成を示す図である。

【図2】図１の記憶装置の構成を示す図である。

【図3】図２の解析プログラムのフローチャートである。

【図4】図３の形状データ取り込みプロセスの入力画面を示す図である。

【図5】図３の形状データ取り込みプロセスにおいて取り込まれる３次元データを示す図である。

【図6】図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図である。

【図7】図３の接合位置設定プロセスを説明する図である。

【図8】図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、接合位置設定プロセスを説明する図である。

【図9】図３のビーム要素モデル化プロセスを説明する図である。

【図10】図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、ビーム要素モデル化プロセスを説明する図である。

【図11】図１０のビーム要素モデル化プロセスが実施されるフロアーパネルの３次元データを示す図である。

【図12】図１０のビーム要素モデル化プロセスが実施されるサイドシルアウターの３次元データを示す図である。

【図13】図３の接続用ビーム要素設定プロセスを説明する図である。

【図14】図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、接続用ビーム要素設定プロセスを説明する図である。

【図15】図３の変形計算プロセスによって計算される構造体のねじりモーメントの計算結果について、シェル要素による有限要素解析の計算結果とを比較する図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

【0029】

図１は、本発明の実施形態に係る解析システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態に解析システムは、コンピュータ１０を中心として構成され、コンピュータ１０は、中央演算装置１１と、形状データの取り込み及び構造体解析モデルの作成に必要なデータなどを入力するためのキーボートやマウスなどの入力装置１２と、形状データ及び構造体解析モデルを表示するためのディスプレイなどの表示装置１３と、形状データ、構造体解析モデル及び有限要素解析のための解析プログラムなどを記憶するメモリなどの記憶装置１４と、計算結果などを出力するディスプレイやプリンタなどの出力装置１５とを有する。

【0030】

中央演算装置１１は、入力装置１２及び表示装置１３を制御するとともに、記憶装置１４にアクセス可能に構成され、例えば入力装置１２を介して外部のシステムから形状データを受け取り、形状データを記憶装置１４に保存すると共に、入力装置１２を介して入力された情報と記憶装置１４に記録されているプログラムやデータを用いて、有限要素解析をするように構成されている。

【0031】

図２は、図１の記憶装置１４の構成を示す図である。図２に示すように、記憶装置１４は、プログラム記憶部とデータ記憶部を有しており、プログラム記憶部には、互いに接合される複数の部材をビーム要素によりモデル化して、該ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって部材の変形を計算するための解析プログラムが記憶されている。

【0032】

一方、データ記憶部には、複数の部材を接合してなる構造体の形状データが取り込まれる構造体形状データファイルと、接合情報データ（接合位置と接合される部材の組み合わせが記録されているデータ）が記録される接合情報データファイルと、有限要素解析による構造体解析モデルの変形の計算結果が記録される変形計算結果ファイルと、構造体解析モデルが記録される構造体解析モデルファイルとが設けられている。

【0033】

次に、複数の部材を接合してなる構造体解析モデルの変形を有限要素解析によって計算する動作について具体的に説明する。

【0034】

図３は、図２の解析プログラムのフローチャートである。

【0035】

まず、解析プログラムは、形状データ取り込みプロセスＳ１を動作させる。この形状データ取り込みプロセスＳ１は、入力装置１２を介して、外部のシステムから構造体の形状データを記憶装置１４のデータ記憶部、特に構造体形状データファイルに取り込むように構成されている。構造体の形状データとして、有限要素法のシェル要素だけでなく、ＣＡＤデータなども読み込むことができる。本解析システムでは、選択した部材の形状データ（シェル要素またはＣＡＤデータ）からビーム要素を作成して有限要素解析を行うことができる。あるいは、選択した部材をシェル要素でモデル化することも可能であり、その部材は読み込まれたシェル要素またはＣＡＤデータからシェル要素を作成して有限要素解析を行う。なお、ＣＡＤデータについては、有限要素法とは異なる数値シミュレーション手法を使って解析するなどの機能を実装してもよい。

【0036】

図４は、図３の形状データ取り込みプロセスＳ１の入力画面を示す図である。この入力画面は、表示装置１３に表示される。

【0037】

図４に示す入力画面Ｗ１には、記憶装置１４のデータ記憶部に取り込まれた構造体の形状データを示すように構成されている形状データ描画画面Ｗ１１が表示されている。この形状データ描画画面Ｗ１１の下方には、外部のシステムにある構造体の形状データを選択して記憶装置１４に取り込むための読込ボタンＷ１２が表示されている。形状データに接合情報データ（接合位置と接合される部材の組み合わせが記録されているデータ）が含まれる場合、各部材の接合はその情報を使用する。外部のシステムに形状データとは別に接合情報データがある場合、そのデータを選択して、読込ボタンＷ１２により記憶装置１４のデータ記憶部の接合情報データファイルに取り込ませる。接合情報データが存在しない場合、本解析システム内で接合位置と接合される部材を選択して、接合情報データを作成することもできる。

【0038】

本実施形態において、形状データ描画画面Ｗ１１には、記憶装置１４のデータ記憶部に取り込まれている構造体１００の３次元データが表示されている。

【0039】

図４の入力画面Ｗ１には、読込ボタンＷ１２に隣接するように実行ボタンＷ１３が表示されている。この実行ボタンＷ１３を押すことにより、形状データ描画画面Ｗ１１に表示されている構造体１００の３次元データに対して、以下の処理が行われる。

【0040】

形状データ取り込みプロセスＳ１では、入力装置１２を介して、構造体１００の機械特性（質量密度、ヤング率、ポアソン比、降伏応力など）の材料物性が入力される。

【0041】

図５は、図３の形状データ取り込みプロセスＳ１において取り込まれる３次元データを示す図である。図５に示す構造体１００の３次元データは、自動車のボデーフレームである。以下の説明では、図１における車体前後方向をＸ方向、車幅方向をＹ方向、上下方向をＺ方向という。

【0042】

構造体１００は、自動車のルーフ１０２を支えるように構成されているルーフサイドレール１０４、自動車のフロアーとして構成されているフロアーパネル１０６、フロアーパネル１０６のＹ方向左右両端に配設されて、且つＸ方向に延びる一対のサイドシル１０８、及びルーフサイドレール１０４とサイドシル１０８との間において、Ｚ方向に延びるＢピラー１１０を備える。

【0043】

図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図である。図６は、特に、サイドシル１０８をＸ方向から見た断面図である。

【0044】

本実施形態において、サイドシル１０８は、Ｂピラー１１０のＺ方向下方に設けられ、Ｘ方向に延びるサイドアウターパネル１１２と、サイドアウターパネル１１２のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びると共に、サイドアウターパネル１１２にスポット溶接されているサイドシルアウターレインフォース１１４と、サイドシルアウターレインフォース１１４のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びると共に、サイドシルアウターレインフォース１１４にスポット溶接されているサイドシルアウター１１６と、サイドシルアウター１１６のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びると共に、サイドシルアウター１１６にスポット溶接されているサイドシルインナー１１８と、サイドシルインナー１１８のＹ方向外側において、Ｘ方向に延びると共に、サイドシルインナー１１８にスポット溶接されているサイドシルインナーレインフォース１２０とを備える。

【0045】

サイドアウターパネル１１２は、Ｙ方向外側に突出しているサイドアウターパネル突出部１２２を有する。サイドシルアウターレインフォース１１４は、サイドアウターパネル突出部１２２のＹ方向内側に沿うように、Ｙ方向外側に突出しているサイドシルアウターレインフォース突出部１２４を有する。サイドシルアウター１１６は、サイドシルアウターレインフォース突出部１２４のＹ方向内側に沿うように、Ｙ方向外側に突出しているサイドシルアウター突出部１２６を有する。サイドシルインナー１１８は、Ｙ方向内側に突出しているサイドシルインナー突出部１２８を有する。サイドシルインナーレインフォース１２０は、サイドシルインナー突出部１２８のＹ方向内側に沿うように、Ｙ方向内側に突出しているサイドシルインナーレインフォース突出部１３０を有する。

【0046】

図３に戻り、解析プログラムは、形状データ取り込みプロセスＳ１を動作させた後、接合位置設定プロセスＳ２を動作させる。

【0047】

図７は、図３の接合位置設定プロセスＳ２を説明する図である。この接合位置設定プロセスＳ２は、表示装置１３に表示される入力画面Ｗ１において、接合位置設定画面Ｗ１４が表示されていると共に、図１に示す入力装置１２を介して、構造体１００の３次元データに対して、接合位置を設定するように構成されている。なお、接合位置、特にスポット溶接点は、形状データに接合情報データが含まれる、または記憶装置１４のデータ記憶部に接合情報データファイルがあれば、そのデータから自動的に設定される。接合情報データが存在しない場合、図７に示す形状データ描画画面Ｗ１１上で接合点と接合する部材をマウスなどの入力装置１２で選択することにより設定する。

【0048】

図８は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、接合位置設定プロセスＳ２を説明する図である。

【0049】

本実施形態において、サイドシル１０８のＺ方向上方には、サイドアウターパネル１１２とサイドシルアウターレインフォース１１４とサイドシルアウター１１６とサイドシルインナー１１８とを重ねてＹ方向に沿ってスポット溶接する第１スポット溶接点１３２が第１の接合位置として設定される。サイドシル１０８のＹ方向外側には、サイドアウターパネル１１２のサイドアウターパネル突出部１２２とサイドシルアウターレインフォース１１４のサイドシルアウターレインフォース突出部１２４とサイドシルアウター１１６のサイドシルアウター突出部１２６とを重ねてＹ方向に沿ってスポット溶接する第２スポット溶接点１３４が第２の接合位置として設定される。サイドシル１０８のＺ方向下方には、サイドシルアウター１１６とサイドシルインナー１１８とを重ねてＹ方向に沿ってスポット溶接する第３スポット溶接点１３６が第３の接合位置として設定される。サイドシル１０８のＹ方向内側の下方には、サイドシルインナー１１８のサイドシルインナー突出部１２８とフロアーパネル１０６とを重ねてＹ方向に沿ってスポット溶接する第４スポット溶接点１３８が第４の接合位置として設定される。サイドシル１０８のＹ方向内側の上方には、サイドシルインナー１１８のサイドシルインナー突出部１２８とサイドシルインナーレインフォース１２０のサイドシルインナーレインフォース突出部１３０とを重ねてＹ方向に沿ってスポット溶接する第５スポット溶接点１４０が第５の接合位置として設定される。

【0050】

本実施形態において、接合位置設定プロセスＳ２は、入力装置１２を介して、構造体１００の３次元データに対して、接合位置を設定するように構成されているが、接合位置が予め３次元データに含まれている場合、３次元データから接合位置を抽出するように構成されていてもよい。

【0051】

図３に戻り、解析プログラムは、接合位置設定プロセスＳ２を動作させた後、ビーム要素モデル化プロセスＳ３を動作させる。

【0052】

図９は、図３のビーム要素モデル化プロセスＳ３を説明する図である。このビーム要素モデル化プロセスＳ３は、表示装置１３に表示される入力画面Ｗ１において、ビーム要素モデル化画面Ｗ１５が表示されていると共に、構造体１００の３次元データに対して、各部材をビーム要素としてモデル化するように構成されている。

【0053】

図１０は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、ビーム要素モデル化プロセスＳ３を説明する図である。

【0054】

本実施形態において、サイドアウターパネル１１２は、サイドアウターパネル１１２のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びるサイドアウターパネル１１２の断面の図心を有しており、該図心を通過するようにＸ方向に延びるサイドアウターパネルビーム要素１４２としてモデル化される。サイドアウターパネルビーム要素１４２は、連結された複数の所定の長さの線形状の有限要素から構成されていると共に、サイドアウターパネル１１２の断面に沿って配置される積分点（図示せず）によって、サイドアウターパネル１１２の断面形状が設定されている。

【0055】

サイドシルアウターレインフォース１１４は、サイドシルアウターレインフォース１１４のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びるサイドシルアウターレインフォース１１４の断面の図心を有しており、該図心を通過するようにＸ方向に延びるサイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４としてモデル化される。サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４は、連結された複数の所定の長さの線形状の有限要素から構成されていると共に、サイドシルアウターレインフォース１１４の断面に沿って配置される積分点（図示せず）によって、サイドシルアウターレインフォース１１４の断面形状が設定されている。

【0056】

サイドシルアウター１１６は、サイドシルアウター１１６のＹ方向内側において、Ｘ方向に延びるサイドシルアウター１１６の断面の図心を有しており、該図心を通過するようにＸ方向に延びるサイドシルアウタービーム要素１４６としてモデル化される。サイドシルアウタービーム要素１４６は、連結された複数の所定の長さの線形状の有限要素から構成されていると共に、サイドシルアウター１１６の断面に沿って配置される積分点（図示せず）によって、サイドシルアウター１１６の断面形状が設定されている。

【0057】

サイドシルインナー１１８は、サイドシルインナー１１８のＹ方向外側において、Ｘ方向に延びるサイドシルインナー１１８の断面の図心を有しており、該図心を通過するようにＸ方向に延びるサイドシルインナービーム要素１４８としてモデル化される。サイドシルインナービーム要素１４８は、連結された複数の所定の長さの線形状の有限要素から構成されていると共に、サイドシルインナー１１８の断面に沿って配置される積分点（図示せず）によって、サイドシルインナー１１８の断面形状が設定されている。

【0058】

サイドシルインナーレインフォース１２０は、サイドシルインナーレインフォース１２０のＹ方向外側において、Ｘ方向に延びるサイドシルインナーレインフォース１２０の断面の図心を有しており、該図心を通過するようにＸ方向に延びるサイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０としてモデル化される。サイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０は、連結された複数の所定の長さの線形状の有限要素から構成されていると共に、サイドシルインナーレインフォース１２０の断面に沿って配置される積分点（図示せず）によって、サイドシルインナーレインフォース１２０の断面形状が設定されている。

【0059】

図９に戻り、ビーム要素モデル化プロセスＳ３は、サイドアウターパネル１１２とサイドシルアウターレインフォース１１４とサイドシルアウター１１６とサイドシルインナー１１８とサイドシルインナーレインフォース１２０とを、ビーム要素としてモデル化する一方、ルーフ１０２及びフロアーパネル１０６などの平板部品はシェル要素としてモデル化するように構成されている。

【0060】

本実施形態において、ビーム要素モデル化プロセスＳ３は、部材をビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかについて、それぞれの部材をマウスなどの入力装置１２で選択することにより設定するように構成されている。一方、ビーム要素モデル化プロセスＳ３は、それぞれの部材の形状の縦方向の長さと横方向の長さの比率、すなわちアスペクト比を指標として、ビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを自動的に判定するように構成されてもよい。

【0061】

図１１は、図１０のビーム要素モデル化プロセスＳ３が実施されるフロアーパネル１０６の３次元データを示す図である。また、図１２は、図１０のビーム要素モデル化プロセスＳ３が実施されるサイドシルアウター１１６の３次元データを示す図である。本実施形態において、フロアーパネル１０６は、所定の厚みを有する平坦な板金から形成されているため、平板部品である。一方、サイドシルアウター１１６は、所定の断面形状を有してＸ方向に沿って延びるため、梁状部品である。

【0062】

上述のように、ビーム要素モデル化プロセスＳ３が、アスペクト比を指標として、ビーム要素又はシェル要素としてモデル化するかを自動的に判定するように構成されている変形例において、ビーム要素モデル化プロセスＳ３は、フロアーパネル１０６やサイドシルアウター１１６などの部材のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に沿った寸法を測定するように構成されている。部材のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に沿って測定された寸法は、大きい順に、寸法値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３として識別される。

【0063】

その後、ビーム要素モデル化プロセスＳ３において、以下の数１に基づいて、部材のアスペクト比が計算される。

【0064】

【数1】

【0065】

その後、ビーム要素モデル化プロセスＳ３において、上述の部材のアスペクト比に基づいて、それぞれの部材の形状がビーム要素又はシェル要素に分類される。部材のアスペクト比が１以上であり、且つ所定の閾値以下、例えば２以下であるとき、該部材の形状はシェル要素としてモデル化されることが自動的に判定される。一方、部材のアスペクト比が２より大きいとき、該部材の形状はビーム要素としてモデル化されることが自動的に判定される。ビーム要素としてモデル化されることが判定された部材の形状は、寸法値Ｌ１として識別された寸法の方向に沿って延びるビーム要素としてモデル化される。

【0066】

本実施形態において、フロアーパネル１０６は、Ｙ方向の長さの寸法値Ｌ１とＸ方向の長さの寸法値Ｌ２に基づいて計算されるアスペクト比が１以上であり、且つ２以下であるため、シェル要素としてモデル化されることが判定される。一方、サイドシルアウター１１６は、Ｘ方向の長さの寸法値Ｌ１とＺ方向の長さの寸法値Ｌ２に基づいて計算されるアスペクト比が２より大きいため、ビーム要素としてモデル化されることが判定される。

【0067】

上述の変形例において、閾値は２として設定されているが、別の値が設定されてもよい。また、ビーム要素としてモデル化されることが判定された部材の形状は、例えばマウスなどの入力装置１２で選択された方向に沿って延びるビーム要素としてモデル化されてもよい。

【0068】

図３に戻り、解析プログラムは、ビーム要素モデル化プロセスＳ３を動作させた後、接続用ビーム要素設定プロセスＳ４を動作させる。

【0069】

図１３は、図３の接続用ビーム要素設定プロセスＳ４を説明する図である。この接続用ビーム要素設定プロセスＳ４は、表示装置１３に表示される入力画面Ｗ１において、接続用ビーム要素設定画面Ｗ１６が表示されていると共に、モデル化された構造体１００のビーム要素に対して、接合位置とビーム要素とを接続する接続用ビーム要素を設定するように構成されている。

【0070】

図１４は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った、形状データの断面図に対して、接続用ビーム要素設定プロセスを説明する図である。

【0071】

本実施形態において、サイドアウターパネル１１２は、第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４において、スポット溶接されている。したがって、サイドアウターパネルビーム要素１４２と第１スポット溶接点１３２との間には、サイドアウターパネルビーム要素１４２と第１スポット溶接点１３２とを接続する第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５２が設定される。また、サイドアウターパネルビーム要素１４２と第２スポット溶接点１３４との間には、サイドアウターパネルビーム要素１４２と第２スポット溶接点１３４とを接続する第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５４が設定される。第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５２と第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５４の節点は、それぞれ、サイドアウターパネルビーム要素１４２の節点に接続される。

【0072】

サイドシルアウターレインフォース１１４は、第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４において、スポット溶接されている。したがって、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４と第１スポット溶接点１３２との間には、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４と第１スポット溶接点１３２とを接続する第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５６が設定される。また、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４と第２スポット溶接点１３４との間には、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４と第２スポット溶接点１３４とを接続する第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５８が設定される。第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５６と第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５８の節点は、それぞれ、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４の節点に接続される。

【0073】

サイドシルアウター１１６は、第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４と第３スポット溶接点１３６において、スポット溶接されている。したがって、サイドシルアウタービーム要素１４６と第１スポット溶接点１３２との間には、サイドシルアウタービーム要素１４６と第１スポット溶接点１３２とを接続する第１サイドシルアウター接続用ビーム要素１６０が設定される。また、サイドシルアウタービーム要素１４６と第２スポット溶接点１３４との間には、サイドシルアウタービーム要素１４６と第２スポット溶接点１３４とを接続する第２サイドシルアウター接続用ビーム要素１６２が設定される。さらに、サイドシルアウタービーム要素１４６と第３スポット溶接点１３６との間には、サイドシルアウタービーム要素１４６と第３スポット溶接点１３６とを接続する第３サイドシルアウター接続用ビーム要素１６４が設定される。第１サイドシルアウター接続用ビーム要素１６０と第２サイドシルアウター接続用ビーム要素１６２と第３サイドシルアウター接続用ビーム要素１６４の節点は、それぞれ、サイドシルアウタービーム要素１４６の節点に接続される。

【0074】

サイドシルインナー１１８は、第１スポット溶接点１３２と第３スポット溶接点１３６と第４スポット溶接点１３８と第５スポット溶接点１４０において、スポット溶接されている。したがって、サイドシルインナービーム要素１４８と第１スポット溶接点１３２との間には、サイドシルインナービーム要素１４８と第１スポット溶接点１３２とを接続する第１サイドシルインナー接続用ビーム要素１６６が設定される。また、サイドシルインナービーム要素１４８と第３スポット溶接点１３６との間には、サイドシルインナービーム要素１４８と第３スポット溶接点１３６とを接続する第２サイドシルインナー接続用ビーム要素１６８が設定される。さらに、サイドシルインナービーム要素１４８と第４スポット溶接点１３８との間には、サイドシルインナービーム要素１４８と第４スポット溶接点１３８とを接続する第３サイドシルインナー接続用ビーム要素１７０が設定される。同様に、サイドシルインナービーム要素１４８と第５スポット溶接点１４０との間には、サイドシルインナービーム要素１４８と第５スポット溶接点１４０とを接続する第４サイドシルインナー接続用ビーム要素１７２が設定される。第１サイドシルインナー接続用ビーム要素１６６と第２サイドシルインナー接続用ビーム要素１６８と第３サイドシルインナー接続用ビーム要素１７０と第４サイドシルインナー接続用ビーム要素１７２の節点は、それぞれ、サイドシルインナービーム要素１４８の節点に接続される。

【0075】

サイドシルインナーレインフォース１２０は、第５スポット溶接点１４０において、スポット溶接されている。したがって、サイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０と第５スポット溶接点１４０との間には、サイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０と第５スポット溶接点１４０とを接続するサイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素１７４が設定される。サイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素１７４の節点は、サイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０の節点に接続される。接続用ビーム要素とは、６自由度（並進３成分、回転３成分）の剛性を持つバネ要素である。部材が鋼板などの金属材料の場合、高い剛性を持つ。

【0076】

図３に戻り、解析プログラムは、接続用ビーム要素設定プロセスＳ４を動作させた後、変形計算プロセスＳ５を動作させる。この変形計算プロセスＳ５は、ビーム要素と接合位置と接続用ビーム要素に基づいて、有限要素解析によって構造体１００の変形を計算する。

【0077】

上述のように、構造体１００は、サイドアウターパネルビーム要素１４２と第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４とをそれぞれ接続する第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５２と第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５４、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４と第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４とをそれぞれ接続する第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５６と第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５８、サイドシルアウタービーム要素１４６と第１スポット溶接点１３２と第２スポット溶接点１３４と第３スポット溶接点１３６とをそれぞれ接続する第１サイドシルアウター接続用ビーム要素１６０と第２サイドシルアウター接続用ビーム要素１６２と第３サイドシルアウター接続用ビーム要素１６４、サイドシルインナービーム要素１４８と第１スポット溶接点１３２と第３スポット溶接点１３６と第４スポット溶接点１３８と第５スポット溶接点１４０とをそれぞれ接続する第１サイドシルインナー接続用ビーム要素１６６と第２サイドシルインナー接続用ビーム要素１６８と第３サイドシルインナー接続用ビーム要素１７０と第４サイドシルインナー接続用ビーム要素１７２、及びサイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０と第５スポット溶接点１４０とを接続するサイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素１７４を含む複数のビーム要素によってモデル化される。

【0078】

したがって、変形計算プロセスＳ５は、選択された複数の部材がビーム要素によってモデル化される構造体１００の変形を有限要素解析によって計算する。

【0079】

このように、本実施形態に係る解析システムは、第１スポット溶接点１３２、第２スポット溶接点１３４、第３スポット溶接点１３６、第４スポット溶接点１３８、及び第５スポット溶接点１４０を含む接合位置と、サイドアウターパネルビーム要素１４２、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４、サイドシルアウタービーム要素１４６、サイドシルインナービーム要素１４８、及びサイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０を含むビーム要素とをそれぞれ接続する、第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５２、第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５４、第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５６、第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５８、第１サイドシルアウター接続用ビーム要素１６０、第２サイドシルアウター接続用ビーム要素１６２、第３サイドシルアウター接続用ビーム要素１６４、第１サイドシルインナー接続用ビーム要素１６６、第２サイドシルインナー接続用ビーム要素１６８、第３サイドシルインナー接続用ビーム要素１７０、第４サイドシルインナー接続用ビーム要素１７２、及びサイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素１７４を含む接続用ビーム要素を設定する接続用ビーム要素設定部として構成されている解析プログラムの接続用ビーム要素設定プロセスＳ４と、ビーム要素と接合位置と接続用ビーム要素に基づいて作成された構造体解析モデルの有限要素解析によって構造体１００の変形を計算する変形計算部として構成されている解析プログラムの変形計算プロセスＳ５とを有する。

【0080】

この接続用ビーム要素、及びビーム要素と接合位置に基づいて、有限要素解析が行われて、構造体１００の変形が計算される。したがって、複数の部材の間の接合をビーム要素によりモデル化できる解析システムを提供できる。

【0081】

また、サイドアウターパネルビーム要素１４２、サイドシルアウターレインフォースビーム要素１４４、サイドシルアウタービーム要素１４６、サイドシルインナービーム要素１４８、サイドシルインナーレインフォースビーム要素１５０を含むビーム要素は、サイドアウターパネル１１２、サイドシルアウターレインフォース１１４、サイドシルアウター１１６、サイドシルインナー１１８、サイドシルインナーレインフォース１２０を含む部材の断面の図心を通過するように構成されている。したがって、図心と接合位置が接続用ビーム要素により接続されることにより、複数の部材が互いに接合されている複雑な構造体１００を簡易的にモデル化できる。

【0082】

本実施形態において、第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５２、第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素１５４、第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５６、第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素１５８、第１サイドシルアウター接続用ビーム要素１６０、第２サイドシルアウター接続用ビーム要素１６２、第３サイドシルアウター接続用ビーム要素１６４、第１サイドシルインナー接続用ビーム要素１６６、第２サイドシルインナー接続用ビーム要素１６８、第３サイドシルインナー接続用ビーム要素１７０、第４サイドシルインナー接続用ビーム要素１７２、及びサイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素１７４を含む接続用ビーム要素は、それぞれ、変形可能な要素としてモデル化され、適切な剛性を持つ。

【0083】

図１５は、図３の変形計算プロセスＳ５によって計算される構造体１００のねじりモーメントの計算結果について、シェル要素による有限要素解析の計算結果とを比較する図である。図１５に示すグラフの横軸は、部材を変形させるようにねじるときの回転角度を示す。図１５に示すグラフの縦軸は、部材を変形させるようにねじるときのねじりモーメントを示す。実線で示す曲線２０１は、シェル要素による有限要素解析の計算結果を示す。破線で示す曲線２０２は、本発明の解析システムによる有限要素解析の計算結果を示す。

【0084】

一般的に、シェル要素による有限要素解析は、実際の部材の変形の特性に近い計算結果が得られる。

【0085】

本発明の解析システムには、同様な計算結果を基にした標準的な剛性データが登録されている。この剛性を接続用ビーム要素に設定して、サイドアウターパネル１１２、サイドシルアウターレインフォース１１４、サイドシルアウター１１６、サイドシルインナー１１８、サイドシルインナーレインフォース１２０を含む複数の部材が互いに接合されている複雑な構造体１００の構造体解析モデルに対してねじり変形を与えた際に発生する曲げモーメントの計算結果を曲線２０２に示す。シェル要素による構造体解析モデルの有限要素解析の計算結果を示す曲線２０１と比較すると、曲線２０２は曲線２０１に近いことが分かる。なお、結果に違いがある場合、最適化手法に基づく収束計算を行う機能を解析システムに実装することにより、計算結果を一致させるように剛性を自動的に調整することもできる。

【0086】

この剛性が設定された接続用ビーム要素を使って、各部材をモデル化するビーム要素を接合することにより、計算精度をあまり落とすことなく、構造体解析モデルの中の多くの部材をビーム要素でモデル化することが可能になる。ビーム要素の断面形状は、断面特性値、または積分点の集合により設定できるため断面形状の作成や変更が容易であり、有限要素解析の計算時間もシェル要素より少ない利点がある。しかし、大変形においてビーム要素はシェル要素よりも精度は高くない。本技術の適用として、製品設計の初期段階（コンセプト設計）が挙げられる。コンセプト設計では様々な形状を短時間で検討することが求められており、その後の詳細設計で発生する問題を大きく減らすことができる。コンセプト設計に対して有限要素解析の適用が求められているが、シェル要素ではモデル化作業が煩雑であり、計算時間もかかるため、効率化に限界がある。そこで、本発明における複雑な構造体を接合も考慮してビーム要素でモデル化する新技術を適応した場合、計算精度はシェル要素より劣るが、形状データの作成と変更を容易に行うことができ、計算時間も少ないため、コンセプト設計を劇的に効率化することが可能になる。

【符号の説明】

【0087】

１１２ サイドアウターパネル（部材）
１１４ サイドシルアウターレインフォース（部材）
１１６ サイドシルアウター（部材）
１１８ サイドシルインナー（部材）
１２０ サイドシルインナーレインフォース（部材）
１３２ 第１スポット溶接点（接合位置）
１３４ 第２スポット溶接点（接合位置）
１３６ 第３スポット溶接点（接合位置）
１３８ 第４スポット溶接点（接合位置）
１４０ 第５スポット溶接点（接合位置）
１４２ サイドアウターパネルビーム要素
１４４ サイドシルアウターレインフォースビーム要素
１４６ サイドシルアウタービーム要素
１４８ サイドシルインナービーム要素
１５０ サイドシルインナーレインフォースビーム要素
１５２ 第１サイドアウターパネル接続用ビーム要素
１５４ 第２サイドアウターパネル接続用ビーム要素
１５６ 第１サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素
１５８ 第２サイドシルアウターレインフォース接続用ビーム要素
１６０ 第１サイドシルアウター接続用ビーム要素
１６２ 第２サイドシルアウター接続用ビーム要素
１６４ 第３サイドシルアウター接続用ビーム要素
１６６ 第１サイドシルインナー接続用ビーム要素
１６８ 第２サイドシルインナー接続用ビーム要素
１７０ 第３サイドシルインナー接続用ビーム要素
１７２ 第４サイドシルインナー接続用ビーム要素
１７４ サイドシルインナーレインフォース接続用ビーム要素
Ｓ１ 形状データ取り込みプロセス（形状データ取り込み部）
Ｓ２ 接合位置設定プロセス（接合位置設定部）
Ｓ３ ビーム要素モデル化プロセス（ビーム要素モデル化部）
Ｓ４ 接続用ビーム要素設定プロセス（接続用ビーム要素設定部）
Ｓ５ 変形計算プロセス（変形計算部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】