特許 7087761 荷重伝達経路の解析方法及び解析装置

(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】

(24)【登録日】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】荷重伝達経路の解析方法及び解析装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/23 20200101AFI20220614BHJP

   G06F 30/10 20200101ALI20220614BHJP

   G06F 3/0481 20220101ALI20220614BHJP

   G06F 119/14 20200101ALN20220614BHJP

【ＦＩ】

G06F30/23

G06F30/10 200

G06F3/0481

G06F119:14

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018135363

(22)【出願日】2018-07-18

(65)【公開番号】P2020013354

(43)【公開日】2020-01-23

【審査請求日】2021-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】釼持 寛正

(72)【発明者】

【氏名】小平 剛央

(72)【発明者】

【氏名】岡本 定良

【審査官】堀井 啓明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０３５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０５２７８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】高橋 邦弘, 櫻井 俊彰，構造物内部における荷重伝達経路の新たな表現方法，日本機械学會論文集. A編，日本，一般社団法人日本機械学会，2005年08月25日，第71巻／第708号，第1097-1102頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３０／００－３０／３９８

Ｇ０６Ｆ ３／０４８１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

演算部と、該演算部の演算結果を表示可能な表示装置を制御する表示制御部とを有するコンピュータを用いた荷重伝達経路の解析方法であって、
上記演算部が、予め設定されたモデルの特定負荷点に荷重をかけた際の、該モデル上における剛性指標の分布を、有限要素法による構造解析を行うことで算出する剛性指標算出工程と、
上記演算部が、上記剛性指標算出工程で算出された上記剛性指標をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する分割工程と、
上記表示制御部が、上記分割工程で分割された上記剛性指標の各レンジうちの、１つのレンジの上記剛性指標が占める領域を、上記モデルに重ねて上記表示装置に表示させる剛性指標表示制御を、１番目のレンジからｎ番目のレンジまで順に断続的に実行する表示工程と、
上記表示工程で上記表示装置に表示される上記領域における尾根に相当する部分である山部を、レンジ毎に求める山部探索工程と、
上記山部探索工程で求められた、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジの領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジの領域の上記山部とを順次結ぶことで荷重伝達経路を算出する経路算出工程とを含むことを特徴とする荷重伝達経路の解析方法。

【請求項2】

請求項１に記載の荷重伝達経路の解析方法において、
上記経路算出工程は、上記荷重伝達経路が連続するように、ｉ番目のレンジにある領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジにある領域の上記山部とを結ぶ工程であることを特徴とする荷重伝達経路の解析方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の荷重伝達経路の解析方法において、
上記経路算出工程は、上記各レンジの領域において、上記山部が複数ある場合には、該山部毎に分けて複数の荷重伝達経路を同時に算出する工程であることを特徴とする荷重伝達経路の解析方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載の荷重伝達経路の解析方法において、
上記表示制御部が、上記経路算出工程で算出された上記荷重伝達経路を、上記モデルに重ねて上記表示装置に表示する経路表示工程を更に含むことを特徴とする荷重伝達経路の解析方法。

【請求項5】

請求項４に記載の荷重伝達経路の解析方法において、
上記表示制御部が、上記表示装置により、上記経路表示工程で表示される上記荷重伝達経路に対して、該荷重伝達経路が途切れている点を表示する中断点表示工程を更に含むことを特徴とする荷重伝達経路の解析方法。

【請求項6】

荷重伝達経路の解析装置であって、
予め設定されたモデルの特定負荷点に荷重をかけた際の、該モデル上の剛性指標を、有限要素法による構造解析を行うことで算出する第１演算部と、
上記第１演算部で算出された上記剛性指標をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する第２演算部と、
上記第２演算部で分割された上記剛性指標の各レンジうちの、１つのレンジの上記剛性指標が占める領域を、上記モデルに重ねて表示装置に表示させる剛性指標表示制御を、１番目のレンジからｎ番目のレンジまで順に断続的に実行する表示制御部と、
上記表示装置に表示される上記領域における尾根に相当する部分である山部を、レンジ毎に求める第３演算部と、
上記第３演算部で求められた、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジの領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジの領域の上記山部とを順次結ぶことで荷重伝達経路を算出する第４演算部とを備えることを特徴とする荷重伝達経路の解析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、荷重伝達経路の解析方法及び解析装置に関する技術分野に属する。

【背景技術】

【0002】

従来より、種々の荷重に対する車体等の構造の最適化を図るために、荷重伝達経路を解析することが求められている。

【0003】

荷重伝達経路を明らかにするために、従来より設計支援ツールとしてのＣＡＥを用いた荷重伝達経路の解析が行われている。

【0004】

例えば、特許文献１には、解析対象構造物（モデル）における線形弾性変形が支配的な部分を完全な線形弾性体とみなした上で、有限要素法を用いた構造解析により、線形弾性変形が支配的な部分の変形を計算して、剛性指標を求めることにより荷重伝達経路を求める方法が開示されている。特許文献１では、解析対象構造物の剛性指標を該解析対象構造物上に等高線により示し、該等高線の尾根線を結ぶことで荷重伝達経路を求めるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－８２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、モデルが車体のように複雑な形状であるときには、特許文献１に記載のように等高線全体から尾根線を探索することが難しい。このため、等高線から目視で荷重伝達経路を求める場合も、等高線のデータを基にコンピュータによる演算により求める場合も、荷重伝達経路の解析効率が低いという問題がある。また、尾根に相当する部分が複数ある場合には、どの尾根同士を連結すべきか判断する必要があり、このことでも、荷重伝達経路の解析効率を悪化させてしまう。

【0007】

よって、モデルに対して算出された剛体指標に基づいて、荷重伝達経路を効率良く解析する観点からは改良の余地がある。

【0008】

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モデルに対して算出された剛体指標に基づく荷重伝達経路の解析効率を向上させることにある。

【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、ここに開示された技術では、演算部と、該演算部の演算結果を表示可能な表示装置を制御する表示制御部とを有するコンピュータを用いた荷重伝達経路の解析方法を対象にして、上記演算部が、予め設定されたモデルの特定負荷点に荷重をかけた際の、該モデル上における剛性指標の分布を、有限要素法による構造解析を行うことで算出する剛性指標算出工程と、上記演算部が、上記剛性指標算出工程で算出された上記剛性指標をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する分割工程と、上記表示制御部が、上記分割工程で分割された上記剛性指標の各レンジうちの、１つのレンジの上記剛性指標が占める領域を、上記モデルに重ねて上記表示装置に表示させる剛性指標表示制御を、１番目のレンジからｎ番目のレンジまで順に断続的に実行する表示工程と、上記表示工程で上記表示装置に表示される上記領域における尾根に相当する部分である山部を、レンジ毎に求める山部探索工程と、上記山部探索工程で求められた、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジにある領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジにある領域の上記山部とを順次結ぶことで荷重伝達経路を算出する経路算出工程とを含む、構成とした。

【0010】

この構成によると、モデルに対して算出された剛体指標の全体から荷重伝達経路を算出するのではなく、先ず、上記剛体指標を、一旦、ｎ個のレンジに分割して、分割されたレンジのうちの、１つのレンジにある剛性指標が占める領域を、モデルに重ねて表示する。次に、表示された領域から尾根に相当する部分である山部を探索する。この剛性指標のモデル上への表示と山部の探索とを、１番目のレンジからｎ番目のレンジまでレンジ毎に行う。そして、ｉ番目のレンジにある領域で求められた山部とｉ＋１番目のレンジにある領域で求められた山部を結ぶことで荷重伝達経路を算出する。このように、剛性指標が１つのレンジにある領域のみを表示するのであれば、山部を探索しやすい。このため、各山部を結ぶことで求められる荷重伝達経路を算出しやすくなる。したがって、モデルに対して算出された剛体指標に基づく荷重伝達経路の解析効率を向上させることができる。

【0011】

また、荷重伝達経路が複数ある場合には、連続するレンジにおいて、一方のレンジにおけるどの山部と、他方のレンジにおけるどの山部とを繋げるべきかを特定しやすくなる。これにより、荷重伝達経路の解析効率を向上させるとともに、荷重伝達経路の解析精度も向上させることができる。

【0012】

上記荷重伝達経路の解析方法において、上記経路算出工程は、上記荷重伝達経路が連続するように、ｉ番目のレンジにある領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジにある領域の上記山部とを結ぶ工程である、という構成でもよい。

【0013】

この構成によると、連続するレンジにおいて、各レンジ同士の山部のつながりを考慮することにより、連続性に優れた荷重伝達経路を求めることができる。これにより、荷重伝達経路の解析精度もより向上させることができる。

【0014】

上記荷重伝達経路の解析方法において、上記経路算出工程は、上記各レンジにおいて、上記山部が複数ある場合には、該山部毎に分けて複数の荷重伝達経路を同時に算出する工程である、という構成でもよい。

【0015】

この構成によると、複数の荷重伝達経路がある場合には、荷重伝達経路毎に解析することができる。これにより、荷重伝達経路の解析効率をより向上させることができる。

【0016】

また、複数の荷重伝達経路を同時に算出することで、荷重伝達経路同士の優劣（長さ等）を比較することができる。これにより、荷重伝達経路として機能しにくい部分を解析することができる。

【0017】

上記荷重伝達経路の解析方法において、上記表示制御部が、上記経路算出工程で算出された上記荷重伝達経路を、上記モデルに重ねて上記表示装置に表示する経路表示工程を更に含む、という構成でもよい。

【0018】

この構成によると、荷重伝達経路を視覚的に理解しやすいため、荷重伝達経路として機能しにくい部分の解析が容易になる。

【0019】

上記荷重伝達経路の解析方法において、上記表示制御部が、上記表示装置により、上記経路表示工程で表示される上記荷重伝達経路に対して、該荷重伝達経路が途切れた点を表示する中断点表示工程を更に含む、という構成でもよい。

【0020】

この構成によると、剛性が低く、荷重を伝達しにくい箇所を視覚的に理解しやすい。このため、モデルとしての解析対象物における、改良すべき箇所を特定しやすくすることができる。

【0021】

ここに開示された技術の別の態様は、上記荷重伝達経路の解析装置に係る技術である。具体的には、荷重伝達経路の解析装置を対象として、予め設定されたモデルの特定負荷点に荷重をかけた際の、該モデル上の剛性指標を、有限要素法による構造解析を行うことで算出する第１演算部と、上記第１演算部で算出された上記剛性指標をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する第２演算部と、上記第２演算部で分割された上記剛性指標の各レンジうちの、１つのレンジの上記剛性指標が占める領域を、上記モデルに重ねて表示装置に表示させる剛性指標表示制御を、１番目のレンジからｎ番目のレンジまで順に断続的に実行する表示制御部と、上記表示装置に表示される上記領域における尾根に相当する部分である山部を、レンジ毎に求める第３演算部と、上記第３演算部で求められた、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジにある領域の上記山部とｉ＋１番目のレンジにある領域の上記山部とを順次結ぶことで荷重伝達経路を算出する第４演算部とを備える、構成とした。

【0022】

この構成によると、１つのレンジが占める領域のみを表示するので、山部を探索しやすい。このため、各山部を結ぶことで求められる荷重伝達経路を算出しやすくなる。したがって、モデルに対して算出された剛体指標に基づく荷重伝達経路の解析効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、ここに開示された技術によると、モデルに対して算出された剛体指標を複数のレンジに分割して、剛性指標が、分割されたレンジのうちの１つのレンジにある領域のみを表示するため、山部を探索しやすい。そして、レンジ毎に求められた山部を繋げば荷重伝達経路を算出することができる。このため、モデルに対して算出された剛体指標に基づく荷重伝達経路の解析効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】荷重伝達経路の解析装置のハードウェア構成を示す図である。

【図2】荷重伝達経路の解析装置のソフトウェア構成を示す図である。

【図3】有限要素法による構造解析によるモデル上の剛性指標の算出方法を説明するための図である。

【図4】荷重伝達経路を解析する手順を示すフローチャートの一部である。

【図5】荷重伝達経路を解析する手順を示すフローチャートの残部である。

【図6】解析対象物としてのモデルを示す模式図である。

【図7】従来方法を用いて荷重伝達経路を解析した結果を示す図である。

【図8】本実施形態により荷重伝達経路を解析した結果を示す図であって、荷重伝達経路を表示する前の状態を示す。

【図9】本実施形態により荷重伝達経路を解析した結果を示す図であって、荷重伝達経路を表示した状態を示す。

【図10】車体全体に対して、本実施形態の方法を適用した場合の結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0026】

〈装置構成〉
図１は、本実施形態に係る荷重伝達経路の解析装置（厳密には、その解析装置を実現するコンピュータシステム１）のハードウェア構成を模式的に示す。このコンピュータシステム１（以下、コンピュータ１という）は、システム全体の制御を司るＣＰＵ３を有する。コンピュータ１は、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭ５と、メインメモリとして機能するＲＡＭ７と、２次記憶装置としてのハードディスク９（以下、ＨＤＤ９という）とを備えている。コンピュータ１は、表示装置としてのディスプレイ１１と、ディスプレイ１１に表示する画像データを蓄積するメモリとして機能するＶＲＡＭ１３とを備えている。また、コンピュータ１は、入力装置としてのキーボード１５及びマウス１７とを備えている。尚、このコンピュータ１は、インターフェース２１を介して外部機器と通信を行うことが可能に構成されている。

【0027】

ＨＤＤ９には、図２に示すように、そのプログラムメモリに、オペレーティングシステム（ＯＳ）１９、構造解析プログラム２９、荷重伝達経路解析プログラム３９、アプリケーションプログラム４９等が格納されている。一方、ＨＤＤ９には、そのデータメモリにモデルデータ５９等が格納されている。このモデルデータ５９には、自動車の車体を模型化して示す情報や、車体の各部分の弾性率に関する情報等が含まれている。モデルデータ５９に格納される情報は、ユーザが任意に変更及び追加することが可能である。また、ＨＤＤ９のデータメモリには、構造解析プラグラム２９の実行によって作成される有限要素法解析の各種計算結果、荷重伝達経路解析プログラム３９の実行によって作成される各種計算結果、及び、アプリケーションプログラム４９の実行によって作成される各種計算結果も記憶される。尚、構造解析プログラム２９としては、例えば、MSC Software株式会社製の「NASTRAN」を用いることができる。

【0028】

上記構成において、構造解析プラグラム２９、荷重伝達経路解析プログラム３９、及び、アプリケーションプログラム４９は、キーボード１５やマウス１７からの入力される特定指令に応じて起動される。その際、構造解析プラグラム２９、荷重伝達経路解析プログラム３９、及び、アプリケーションプログラム４９が、ＨＤＤ９からＲＡＭ７にロードされ、ＣＰＵ３によって実行されることによって、このコンピュータ１が荷重伝達経路の解析装置として機能することになる。本実施形態では、ＣＰＵ３が、本開示でいう演算部（第１～第４演算部）及び表示制御部に相当する。

【0029】

〈剛性指標の算出〉
次に、本実施形態では、剛性指標としてＵ^＊を用いる。剛性指標Ｕ^＊とは、弾性構造体に荷重が入力されたときに、該荷重の入力点（以下、特定負荷点という）と、弾性構造体内の任意の点との結合の強さを示す指標である。

【0030】

剛性指標Ｕ^＊は、弾性構造体に荷重が入力ときに、弾性構造体内の任意の点を固定しないとき仕事量Ｕと、該任意の点を固定したときの仕事量Ｕ’との比によって定義される。詳しくは、図３に示すような、弾性構造体のモデルＭを定義して、特定負荷点をＡとし、固定点をＢとし、モデルＭ内の任意点をＣとする。モデルＭが弾性体であるため、これらの各点Ａ～Ｃは、それぞれ線形バネで連結されていると仮定することができる。先ず、任意点Ｃが固定されていない状態で、特定負荷点Ａに荷重を入力して特定負荷点Ａを所定量だけ変位させるとする。このときに、特定負荷点Ａを該所定量だけ変位させるのに必要な仕事量がＵである。一方で、任意点Ｃが固定された状態で、特定負荷点Ａに荷重を入力して特定負荷点Ａを上記所定量だけ変位させるとする。このときに、特定負荷点Ａを該所定量だけ変位させるのに必要な仕事量がＵ’である。そして、剛性指標Ｕ^＊は、以下の式で表される。
Ｕ^＊＝１－（Ｕ／Ｕ’）

【0031】

ここで、任意点Ｃが固定されている場合には、特定負荷点Ａは変位しにくくなる。このため、仕事量Ｕと比較して仕事量Ｕ’は大きくなる。よって、Ｕ／Ｕ’は必ず１以下の値になる。また、任意点Ｃが特定負荷点Ａに位置しているときには、任意点Ｃを固定すると特定負荷点Ａは変位不可能になる。このときには、Ｕ’を無限大とみなすことができるため、剛性指標Ｕ^＊は１となる。一方で、任意点Ｃが固定点Ｂに位置しているときに、任意点Ｃを固定したとしても、任意点Ｃが固定されていないときと同じ状態になる。よって、このときには、剛性指標Ｕ^＊は０となる。これらのことから、剛性指標Ｕ^＊は０～１の値を有する。

【0032】

モデルＭ全体の剛性指標Ｕ^＊の分布を算出するときには、図３に示すように、モデルＭに対して特定負荷点Ａ、固定点Ｂ及び任意点Ｃを設定する。次に、仕事量Ｕを算出する。次いで仕事量Ｕ’を算出する。続いて、上記式により剛性指標Ｕ^＊を算出する。その後、任意点Ｃの位置を変えて、別の仕事量Ｕ’を算出して、上記式により剛性指標Ｕ^＊を算出する。これを、求めたい任意点Ｃの全点での剛性指標Ｕ^＊が算出されるまで繰り返す。以上により、モデルＭ全体の剛性指標Ｕ^＊の分布を求めることができる。

【0033】

この剛性指標Ｕ^＊が大きい部分は、特定負荷点Ａとの結合が強い部分であり、荷重が伝達しやすい部分である。よって、例えば、モデルＭに剛性指標Ｕ^＊を等高線で示したときには、その尾根線に相当する部分が荷重伝達経路に相当することになる。

【0034】

〈荷重伝達経路の解析方法〉
図４及び図５に、本実施形態に係る荷重伝達経路の解析装置を用いた荷重伝達経路の解析手順を示す。コンピュータシステム１のＣＰＵ３は、構造解析プログラム２９及び荷重伝達経路解析プログラム３９に従って、解析対象物としてのモデル上における剛性指標Ｕ^＊の分布を、有限要素法による構造解析を行うことで算出する剛性指標算出工程（Ｓ１～Ｓ７）と、剛性指標算出工程で算出された剛性指標Ｕ^＊をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する分割工程（Ｓ８）と、分割工程で分割された剛性指標Ｕ^＊の各レンジうちの１つのレンジの剛性指標Ｕ^＊が占める領域ＵＳ（図８参照）を、モデルに重ねてディスプレイ１１に表示する表示工程（Ｓ９，Ｓ１１）と、表示工程でディスプレイ１１に表示される領域ＵＳにおける尾根に相当する部分である山部Ｐ（図８参照）を求める山部探索工程（Ｓ１０，Ｓ１２）と、各山部Ｐをそれぞれ結ぶことで荷重伝達経路Ｒ（図９参照）を算出する経路算出工程（Ｓ１３）と、を順に実行する。また、コンピュータシステム１のＣＰＵ３は、経路算出工程で算出された荷重伝達経路Ｒを、上記モデルに重ねてディスプレイ１１に表示する経路表示工程（Ｓ１６）を実行する。さらに、コンピュータシステム１のＣＰＵ３は、ディスプレイ１１に表示される荷重伝達経路Ｒに対して、該荷重伝達経路Ｒが途切れている経路中断点ＳＰ（図９参照）を表示する中断点表示工程（Ｓ１７，Ｓ１８）を更に含む。

【0035】

以下、図３及び図４のフローチャートを参照しながら、荷重伝達経路を解析する際のコンピュータシステム１の動作について詳細に説明する。

【0036】

先ず、ステップＳ１において、ＣＰＵ３は、データメモリに格納されたモデルデータ５９等をＨＤＤ９から読み込んで計算の初期設定を行う。このステップＳ１では、解析対象物としてのモデルの形状や、剛性指標Ｕ^＊を計算するための計算格子を設定したり、そのような情報が予め記録された設定ファイルを読み込んだりもする。

【0037】

次のステップＳ２では、ＣＰＵ３は、剛性指標Ｕ^＊を算出するための荷重条件を設定する。このステップＳ２では、ＣＰＵ３は、上記モデルに対して、特定負荷点Ａ、固定点Ｂ及び複数の任意点Ｃを設定する。また、ＣＰＵ３は、特定負荷点Ａを変位させる量を設定する。

【0038】

次いでステップＳ３において、ＣＰＵ３は、全ての任意点Ｃを固定していない条件のもと、有限要素法による構造解析を実行して、第１仕事量Ｕを算出する。具体的には、全ての任意点Ｃを固定していない状態で、特定負荷点Ａに荷重をかけて、該特定負荷点Ａを設定量（上記ステップＳ２で設定された量）だけ変位させる際の第１仕事量Ｕを算出する。

【0039】

続くステップＳ４において、ＣＰＵ３は、複数の任意点Ｃのうち剛性指標Ｕ^＊を算出する任意点Ｃを指定する。

【0040】

次のステップＳ５では、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ４で指定した任意点Ｃを固定した条件のもと、有限要素法による構造解析を実行して、第２仕事量Ｕ’を算出する。具体的には、上記任意点Ｃを固定した状態で、特定負荷点Ａに荷重をかけて、該特定負荷点Ａを設定量（上記ステップＳ２で設定された量）だけ変位させる際の第２仕事量Ｕ’を算出する。

【0041】

次いでステップＳ６において、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ３で算出した第１仕事量Ｕ及び上記ステップＳ５で算出した第２仕事量Ｕ’から、指定した任意点Ｃにおける剛性指標Ｕ^＊を算出する。このステップＳ６において、ＣＰＵ３は上記式に基づいて剛性指標Ｕ^＊を算出する。

【0042】

続くステップＳ７において、ＣＰＵ３は、全ての任意点Ｃについて剛性指標Ｕ^＊の計算が完了したか否かを判定する。全ての任意点Ｃについて剛性指標Ｕ^＊の計算が完了したＹＥＳのときには、ステップＳ８に進む一方、一部の任意点Ｃについてしか剛性指標Ｕ^＊の計算が完了していないＮＯのときには、ステップＳ４に戻り、残りの任意点Ｃについて剛性指標Ｕ^＊の計算を行う。

【0043】

上記ステップＳ８において、ＣＰＵ３は、剛性指標Ｕ^＊をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割する。上述したように、剛性指標Ｕ^＊は０～１の値を有する。このステップＳ８では、この０～１の値を各レンジの幅が同じになるように均等に分割する。例えば、剛性指標Ｕ^＊を４０個のレンジに分割する場合には、各レンジの幅は０．０２５となる。ここでの分割数は、上記モデルの大きさ等に対応して、ユーザが任意に設定可能であるが、後述する経路の探索を行う観点からは、少なくとも２０個程度のレンジに分割することが好ましい。

【0044】

次のステップＳ９では、ＣＰＵ３は、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジの剛性指標Ｕ^＊の領域ＵＳを、上記モデルに重ねて、ディスプレイ１１に表示させる。このステップＳ９は、最初は１番目のレンジある領域ＵＳがディスプレイ１１に表示される。ここでは、１番目のレンジが最も剛性指標Ｕ^＊の大きいレンジであり、ｎ番目のレンジが最も剛性指標Ｕ^＊の小さいレンジである。例えば、剛性指標Ｕ^＊を４０個のレンジに分割しているときには、剛性指標Ｕ^＊の値が１～０．９７５のレンジが１番目のレンジに相当し、剛性指標Ｕ^＊の値が１～０．９７５のレンジにある領域ＵＳがディスプレイ１１に表示される。

【0045】

次いでステップＳ１０において、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ９でディスプレイ１１に表示された領域ＵＳから山部Ｐを探索する。この山部Ｐは、剛性指標Ｕ^＊全体を等高線で表示した場合に、尾根線の一部を構成する部分であって、ディスプレイ１１に表示された領域ＵＳのうち剛性指標Ｕ^＊の低い方に向かって突出した部分である。山部Ｐは、例えば、図８に符号Ｐで示すような部分のことをいう。尚、このステップＳ１０において、山部Ｐが複数ある場合には、山部Ｐ毎にそれぞれ独立して探索する。

【0046】

続くステップＳ１１において、ＣＰＵ３は、ｉ＋１番目のレンジにある領域ＵＳを、上記モデルに重ねて、ディスプレイ１１に表示させる。このステップＳ１１では、上記ステップＳ９で表示されていたｉ番目のレンジある領域は上記モデル上に表示されない。

【0047】

次のステップＳ１２では、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ１１でディスプレイ１１に表示された領域ＵＳから山部Ｐを探索する。このステップＳ１２でも、上記ステップＳ１０と同様に、山部Ｐが複数ある場合には、山部Ｐ毎にそれぞれ独立して探索する。

【0048】

次いでステップＳ１３において、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ１０で求めた山部Ｐと上記ステップＳ１２で求めた山部Ｐとを結んで、荷重伝達経路Ｒを算出する。このステップＳ１３では、荷重伝達経路Ｒが連続するように、ｉ番目のレンジにある領域の山部Ｐとｉ＋１番目のレンジにある領域の山部Ｐとが結ばれる。また、１つのレンジにある領域ＵＳに、山部Ｐが複数ある場合には、このステップＳ１３では、該山部Ｐ毎に分けて複数の荷重伝達経路Ｒが同時に算出される。このとき、各荷重伝達経路Ｒが連続するように、ｉ番目のレンジにある領域の各山部Ｐとｉ＋１番目のレンジにある領域の各山部Ｐとのそれぞれが結ばれる。

【0049】

続くステップＳ１４では、ＣＰＵ３は、ｎ番目のレンジまで山部の探索が完了したか否かを判定する。ｎ番目のレンジまで山部Ｐの探索が完了したＹＥＳのときには、ステップＳ１６に一方、ｎ番目のレンジまで山部Ｐの探索が完了していないＮＯのときには、ステップＳ１５に進む。

【0050】

上記ステップＳ１５では、ＣＰＵ３は、ｉに１を加算する。ステップＳ１５の後は、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ９～Ｓ１３を再び実行する。

【0051】

上記ステップＳ１６では、ＣＰＵ３は、上記ステップＳ９～Ｓ１５で算出された荷重伝達経路Ｒを上記モデル上に重ねてディスプレイ１１に表示する。このステップＳ１６では、荷重伝達経路Ｒが複数算出されたときには、全ての荷重伝達経路Ｒを表示する。

【0052】

次のステップＳ１７では、特定荷重点から固定点までの間の途中で途切れた荷重伝達経路Ｒがないか否かを判定する。途切れた荷重伝達経路ＲがないＹＥＳのときには、荷重伝達経路の解析を終了する一方、途切れた荷重伝達経路ＲがあるＮＯのときステップＳ１８に進む。

【0053】

上記ステップＳ１８では、途切れた荷重伝達経路Ｒにおける経路が途切れた経路中断点ＳＰを表示する。ステップＳ１８の後は、荷重伝達経路Ｒの解析を終了する。

【0054】

以上のように、本実施形態では、モデルに対して算出された剛体指標Ｕ^＊の全体から荷重伝達経路Ｒを算出するのではなく、先ず、剛体指標Ｕ^＊を、一旦、ｎ個のレンジに分割して、剛性指標Ｕ^＊が、分割されたレンジのうちの１つのレンジにある領域ＵＳを、モデルに重ねて表示する。次に、表示された領域ＵＳから尾根に相当する部分である山部Ｐを探索する。この剛性指標Ｕ^＊のモデル上への表示と山部Ｐの探索とを、１番目のレンジからｎ番目のレンジまでレンジ毎に行う。そして、ｉ番目のレンジにある領域ＵＳで求められた山部Ｐとｉ＋１番目のレンジにある領域ＵＳで求められた山部Ｐを結ぶことで荷重伝達経路Ｒを算出する。このように、剛性指標Ｕ^＊が１つのレンジにある領域ＵＳのみを表示するのであれば、山部Ｐを探索しやすい。このため、各山部Ｐを結ぶことで求められる荷重伝達経路Ｒを算出しやすくなる。したがって、モデルに対して算出された剛体指標Ｕ^＊に基づく荷重伝達経路Ｒの解析効率を向上させることができる。

【0055】

また、本実施形態では、荷重伝達経路Ｒが連続するように、ｉ番目のレンジにある領域ＵＳの山部Ｐとｉ＋１番目のレンジにある領域ＵＳの山部Ｐとを結ぶ。これにより、連続するレンジにおいて、各レンジ同士の山部Ｐのつながりを考慮することにより、連続性に優れた荷重伝達経路Ｒを求めることができる。これにより、荷重伝達経路Ｒの解析精度もより向上させることができる。

【0056】

さらに、本実施形態では、剛性指標Ｕ^＊の各レンジにおいて、山部Ｐが複数ある場合には、該山部Ｐ毎に分けて複数の荷重伝達経路Ｒを同時に算出する。これにより、複数の荷重伝達経路Ｒがある場合には、荷重伝達経路Ｒ毎に解析することができる。この結果、荷重伝達経路Ｒの解析効率をより向上させることができる。

【0057】

ここで、荷重伝達経路Ｒは、必ずしも特定負荷点から固定点まで伸びているとは限らず、途中で途切れることもある。本実施形態では、該当する荷重伝達経路Ｒを途切れた状態で示すとともに、経路中断点を表示する。荷重伝達経路Ｒが途切れているということは、該経路中断点は、剛性が低く、荷重を伝達しにくい部分であることを意味する。本実施形態では、剛性が低い部分を視覚的に理解しやすくなる。このため、モデルとしての解析対象物における、改良すべき箇所を特定しやすくすることができる。

【0058】

次に、実際に、本実施形態の荷重伝達経路の解析装置により、荷重伝達経路Ｒを解析した結果について説明する。

【0059】

図６は、解析対象物としてのモデルを示す。本解析では、モデルとして１本のフレーム部材１０を用いている。このフレーム部材１０は、断面中空の第１部材１１と、断面中空の第２部材１２とで構成されている。第１及び第２部材１１，１２は、それぞれ、断面ハット状の角形パネル１１ａ，１２ａと、平板状の平板パネル１１ｂ，１２ｂとを有している。角形パネル１１ａ，１２ａと平板パネル１１ｂ，１２ｂとは、それぞれ閉断面を構成するように接合されている。これにより、第１及び第２部材１１，１２は断面中空状をなしている。フレーム部材１０は、第１部材１１の平板パネル１１ｂの一端部と第２部材１２の平板パネル１２ｂの他端部とが接合されることで形成されている。つまり、このフレーム部材１０において、第１部材１１の角形パネル１１ａと第２部材１２の角形パネル１２ａとは接合されていない。

【0060】

本解析では、剛性指標Ｕ^＊の計算には、MSC Software株式会社製の「NASTRAN」を用いた。剛性指標Ｕ^＊を算出するための特定荷重点を第１部材１１の他端部に設定し、固定点を第２部材１２の一端部に設定した。

【0061】

図７は、従来の方法、すなわち、剛性指標Ｕ^＊全体の分布をフレーム部材１０に重ねて等高線で表示した結果を示す。図７に示すように、従来の方法では、山部が見にくくなっており、荷重伝達経路の算出が難しくなっていることが分かる。

【0062】

一方で、図８及び図９は、本実施形態により荷重伝達経路Ｒを算出した結果である。ここでは、剛性指標Ｕ^＊を２０程度のレンジに分割している。尚、図８及び図９では、荷重伝達経路Ｒを理解しやすくするために、分割された剛性指標Ｕ^＊の各レンジうちの複数のレンジを選択して、それぞれのレンジの領域ＵＳをフレーム部材１０に重ねて示している。また、荷重伝達経路Ｒの始点は、第２部材１２の一端部側（つまり、固定点側）に設定している。

【0063】

図８に示すように、各レンジの領域ＵＳにおいて、フレーム部材１０の角部に山部Ｐが位置していることがわかる。詳しくは、角形パネル１１ａ，１２ａと平板パネル１１ｂ、１２ｂとの接合部分における角部（以下、接合側角部という）と、角形パネル１２ａにおける平板パネル１１ｂとは離間した部分の角部（以下、離間側角部という）とに、山部Ｐがあることがわかる。このように、特定のレンジの領域ＵＳのみを示すことで、山部Ｐを探索しやすくなっている。

【0064】

また、図９に示すように、山部Ｐ毎に分けて複数の荷重伝達経路Ｒを同時に算出することにより、上記接合側角部と上記離間側角部との両方に荷重伝達経路Ｒがあることを算出することができている。このとき、荷重伝達経路Ｒが連続するように、連続するレンジにある領域ＵＳの山部Ｐ同士を結ぶようにしているため、上記接合側角部を通る荷重伝達経路Ｒと上記離間側角部を通る荷重伝達経路Ｒとを結ぶような誤った経路は算出されない。

【0065】

さらに、図９に示すように、上記離間側角部を通る荷重伝達経路Ｒは、第１部材１１と第２部材１２との接合部分で途切れる一方で、上記接合側角部を通る荷重伝達経路Ｒは、第１部材１１と第２部材１２との接合部分で途切れずに延びるという結果が得られていることが分かる。また、図９に示すように、上記離間側角部を通る荷重伝達経路Ｒが途切れている点（経路中断点ＳＰ）を、色を変えて表示することで、剛性が低い部分を視覚的に理解しやすくなる。経路中断点ＳＰは、領域ＵＳの色とは異なる色で表示することで、より視覚的に理解しやすくなる。尚、本解析において、上記接合側角部を通る荷重伝達経路Ｒにおける、第２部材１２の一端部側の端は、荷重伝達経路Ｒの始点に相当する部分であり、経路中断点ＳＰとは異なるものであるため、経路中断点ＳＰとしては表示されていない。

【0066】

上述したように、第１部材１１の平板パネル１１ｂと第２部材１２の平板パネル１２ｂとは接合されているため、上記接合側角部においては、第１部材１１と第２部材１２との接合部分において剛性の低下があまりなく、該接合部分も荷重伝達経路として機能することができる。一方で、第１部材１１の角形パネル１１ａと第２部材１２の角形パネル１２ａとは接合されていないため、上記離間側角部においては、第１部材１１と第２部材１２との間の部分は荷重伝達経路として機能できない。よって、上記の結果は、第１部材１１と第２部材１２との接合状態が正確に反映された結果であるといえる。

【0067】

図１０は、車体全体に対して、本実施形態を適用した場合の結果の一例である。この図１０では、車両前側のキャブサイドパネル周辺を示している。また、この図では、剛性指標Ｕ＊を４０個のレンジに分割したときの１つのレンジにある領域ＵＳを示している。図１０に示すように、車両全体での荷重伝達経路を解析するときにも、剛性指標が、複数のレンジのうち１つのレンジにある領域ＵＳのみを示すことで、山部Ｐを発見しやすくなり、荷重伝達経路の解析効率を向上させることができることが分かる。

【0068】

したがって、本実施形態では、算出された剛性指標Ｕ^＊をｎ個（ｎは２以上の整数）のレンジに分割し、剛性指標Ｕ^＊が、分割された各レンジうちの１つのレンジにある領域を、モデルに重ねてディスプレイ１１に表示する剛性指標表示制御を、１番目のレンジからｎ番目のレンジまで順に断続的に実行して、ディスプレイ１１に表示される上記領域における尾根に相当する部分である山部を、レンジ毎に求めて、ｉ番目（ｉは１～ｎ－１の整数）のレンジにある領域の山部とｉ＋１番目のレンジにある領域の山部とを結ぶことで荷重伝達経路を算出するため、山部を探索しやすく、各山部Ｐを結ぶことで求められる荷重伝達経路Ｒを算出しやすくなる。したがって、モデルに対して算出された剛体指標Ｕ^＊に基づく荷重伝達経路の解析効率を向上させることができる。

【0069】

ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

【0070】

例えば、上述の実施形態では、剛性指標としてＵ^＊を用いていたが、これに限らず、特定負荷点に荷重を入力したときの応力を剛性指標として用いてもよい。

【0071】

また、複数の荷重伝達経路Ｒが算出されたときに、荷重伝達経路Ｒ同士の優劣を比較するような工程を更に含ませるようにしてもよい。このとき、例えば、経路の長さに対して、剛性指標の低下が小さいほど優れた経路と判断するようにすることができる。

【0072】

さらに、上述の実施形態では、剛性指標の各レンジにおける山部Ｐを探索する度に、山部同士を結ぶようにしていたが、これに限らず、一旦、各レンジの山部Ｐを全て探索して、その後、荷重伝達経路が連続するように、ｉ番目のレンジにある領域の山部Ｐとｉ＋１番目のレンジにある領域の山部Ｐとを結ぶようにしてもよい。

【0073】

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0074】

ここに開示された技術は、荷重伝達経路の解析効率を向上させる場合に有用である。

【符号の説明】

【0075】

１ コンピュータシステム（コンピュータ）
３ ＣＰＵ（演算部、表示制御部、第１演算部、第２演算部、第３演算部、第４演算部）
１０ フレーム部材（モデル）
Ｓ１～Ｓ７ 剛性指標算出工程
Ｓ８ 分割工程
Ｓ９，Ｓ１１ 表示工程
Ｓ１０，Ｓ１２ 山部探索工程
Ｓ１３ 経路算出工程
Ｓ１６ 経路表示工程
Ｓ１７，Ｓ１８ 中断点表示工程
Ｐ 山部
Ｒ 荷重伝達経路
ＵＳ 領域（１つのレンジの剛性指標が占める領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】