形狀最優(yōu)化解析方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于提高例如汽車(automobile)等(automotive)構(gòu)造體的剛性(stiffness)并實現(xiàn)輕量化(weight reduct1n of automotive body)，或者用于提高碰撞特性(crash worthiness)并實現(xiàn)輕量化的、構(gòu)造體的形狀最優(yōu)化解析方法及裝置。需要說明的是，在本說明書中稱為形狀最優(yōu)化的情況下，不是設(shè)想預(yù)先規(guī)定的形狀(例如T字形狀)而以該形狀為前提來求出最優(yōu)的形狀，而是不設(shè)想規(guī)定的形狀來求出滿足解析條件的最優(yōu)選的形狀。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，特別是在汽車產(chǎn)業(yè)中，以環(huán)境問題為起因的車身整體(full vehicle)的輕量化不斷發(fā)展，成為車身(automotive body)的設(shè)計不可缺少基于計算機輔助工程學(xué)的解析(以下，稱為“CAE(computer aided engineering)角軍析，，)的技術(shù)。在該CAE解析中，已知通過使用數(shù)理最優(yōu)化(mathematical optimizat1n)、板厚最優(yōu)化、形狀最優(yōu)化(shapeoptimizat1n)、拓?fù)渥顑?yōu)化(topology optimizat1n)等最優(yōu)化技術(shù)來實現(xiàn)剛性的提高、輕量化。例如，CAE解析的最優(yōu)化技術(shù)經(jīng)常使用于發(fā)動機組等的鑄件的構(gòu)造最優(yōu)化。在這樣的CAE解析的最優(yōu)化技術(shù)中，尤其是拓?fù)渥顑?yōu)化逐漸引起關(guān)注。
[0003]拓?fù)渥顑?yōu)化是如下的方法:設(shè)置某程度的大小的設(shè)計空間，向該設(shè)計空間裝入立體要素(three-dimens1nal element)，殘留滿足所賦予的條件且必要最小限度的立體要素的部分，由此形成為滿足該條件的最優(yōu)形狀。因此，拓?fù)渥顑?yōu)化中，使用的是對作為設(shè)計空間的立體要素直接進行限制且直接施加載荷這樣的方法。作為與這樣的拓?fù)渥顑?yōu)化相關(guān)的技術(shù)，在日本特開2010-250818號公報中公開了復(fù)雜的構(gòu)造體的組件的拓?fù)渥顑?yōu)化用的方法。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2010-250818號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]汽車等的構(gòu)造體主要使用薄板(thin sheet)構(gòu)成，在進行由這樣的薄板構(gòu)成的車身的一部分的最優(yōu)化的情況下，難以使該部位獨立作為設(shè)計空間并使載荷、限制狀態(tài)反映于該設(shè)計空間。因而，存在難以在構(gòu)造體的一部分應(yīng)用最優(yōu)化技術(shù)這樣的課題。而且，即使通過立體要素求出最優(yōu)化形狀，也存在應(yīng)當(dāng)如何將其適當(dāng)?shù)胤从秤诒“鍢?gòu)造這樣的課題。
[0009]日本特開2010-250818號公報公開的技術(shù)涉及數(shù)學(xué)運算方面的手法及解析的物理系統(tǒng)，對于上述的課題沒有提供任何的解決手段。近年來，希望開發(fā)出用于解決上述課題的技術(shù)。
[0010]本發(fā)明為了解決上述那樣的課題而作出，其目的在于提供一種在承受外力的構(gòu)造體的一部分能夠應(yīng)用最優(yōu)化技術(shù)且有助于構(gòu)造體的最優(yōu)化的技術(shù)。
[0011]用于解決課題的方案
[0012]為了解決上述的課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析方法使用平面要素(two-dimens1nal element)或立體要素對具有可動部分的構(gòu)造體模型的一部分進行最優(yōu)化，其特征在于，包括如下步驟:設(shè)計空間設(shè)定步驟，將所述可動部分中的成為最優(yōu)化的對象的部分設(shè)定作為設(shè)計空間；最優(yōu)化塊模型生成步驟，在所設(shè)定的所述設(shè)計空間生成由立體要素構(gòu)成且進行最優(yōu)化的解析處理的最優(yōu)化塊模型；結(jié)合處理步驟，將生成了的所述最優(yōu)化塊模型與所述構(gòu)造體模型結(jié)合；材料特性設(shè)定步驟，對所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；最優(yōu)化解析條件設(shè)定步驟，對所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出最優(yōu)形狀的最優(yōu)化解析條件；機構(gòu)解析條件設(shè)定步驟，對結(jié)合有所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進行機構(gòu)角軍析(computer aided kinematics and dynamics of mechanical systems:機械系統(tǒng)的計算機輔助運動學(xué)和動力學(xué))的機構(gòu)解析條件；及最優(yōu)形狀解析步驟，基于所設(shè)定的所述最優(yōu)化解析條件及所述機構(gòu)解析條件來對所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行機構(gòu)解析，求出所述最優(yōu)化塊模型的最優(yōu)形狀。
[0013]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述機構(gòu)解析條件設(shè)定步驟設(shè)定對所述構(gòu)造體模型預(yù)先進行了機構(gòu)解析的結(jié)果所得到的載荷或位移。
[0014]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述材料特性設(shè)定步驟在所述構(gòu)造體模型中的結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的部位由平面要素構(gòu)成的情況下，將所述最優(yōu)化塊模型的立體要素中的楊氏模量(Young’ s modulus)設(shè)定得比所述平面要素中的楊氏模量低。
[0015]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析方法以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，作為構(gòu)成所述最優(yōu)化塊模型的立體要素，由五面體以上且八面體以下、具有至少一組相互平行的兩面的立體要素構(gòu)成。
[0016]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型生成步驟中，生成沿著所述構(gòu)造體模型中的設(shè)置有所述設(shè)計空間的周圍的面且與所述設(shè)計空間的具有最大面積的面平行地細(xì)分立體要素的所述最優(yōu)化塊模型。
[0017]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型如下所述地生成:在與構(gòu)成所述構(gòu)造體模型的平面要素或立體要素的結(jié)合部配置節(jié)點，使用六面體立體要素作為構(gòu)成所述最優(yōu)化塊模型的立體要素，并且以沿著包含配置于所述結(jié)合部的所述節(jié)點的平面的方式堆積立體要素。
[0018]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型通過由立體要素構(gòu)成的多個塊體組成，并且所述最優(yōu)化塊模型使用剛體(rigid body)要素、梁要素或平面要素將該多個塊體連結(jié)而成。
[0019]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析方法以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，在基于數(shù)值解析(numerical analysis)的最優(yōu)化計算中，利用最優(yōu)化參數(shù)進行離散化(discretizat1n)。
[0020]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析裝置使用平面要素或立體要素對具有可動部分的構(gòu)造體模型的一部分進行最優(yōu)化，其特征在于，具備:設(shè)計空間設(shè)定部，將所述可動部分中的成為最優(yōu)化的對象的部分設(shè)定作為設(shè)計空間；最優(yōu)化塊模型生成部，在所設(shè)定的所述設(shè)計空間生成由立體要素構(gòu)成且進行最優(yōu)化的解析處理的最優(yōu)化塊模型；結(jié)合處理部，將生成了的所述最優(yōu)化塊模型與所述構(gòu)造體模型結(jié)合；材料特性設(shè)定部，對所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；最優(yōu)化解析條件設(shè)定部，對所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出最優(yōu)形狀的最優(yōu)化解析條件；機構(gòu)解析條件設(shè)定部，對結(jié)合有所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進行機構(gòu)解析的機構(gòu)解析條件；及最優(yōu)形狀解析部，基于所設(shè)定的所述最優(yōu)化解析條件及所述機構(gòu)解析條件來對所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行機構(gòu)解析，求出所述最優(yōu)化塊模型的最優(yōu)形狀。
[0021]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述機構(gòu)解析條件設(shè)定部設(shè)定對所述構(gòu)造體模型預(yù)先進行了機構(gòu)解析的結(jié)果所得到的載荷或位移。
[0022]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述材料特性設(shè)定部在所述構(gòu)造體模型中的結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的部位由平面要素構(gòu)成的情況下，將所述最優(yōu)化塊模型的立體要素中的楊氏模量設(shè)定得比所述平面要素中的楊氏模量低。
[0023]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析裝置以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，作為構(gòu)成所述最優(yōu)化塊模型的立體要素，由五面體以上且八面體以下、具有至少一組相互平行的兩面的立體要素構(gòu)成。
[0024]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型生成部生成沿著所述構(gòu)造體模型中的設(shè)置有所述設(shè)計空間的周圍的面且與所述設(shè)計空間的具有最大面積的面平行地細(xì)分立體要素的所述最優(yōu)化塊模型。
[0025]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型生成部如下所述地進行生成:在與構(gòu)成所述構(gòu)造體模型的平面要素或立體要素的結(jié)合部配置節(jié)點，使用六面體立體要素作為構(gòu)成所述最優(yōu)化塊模型的立體要素，并且以沿著包含配置于所述結(jié)合部的所述節(jié)點的平面的方式堆積立體要素。
[0026]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型生成部通過由立體要素構(gòu)成的多個塊體組成所述最優(yōu)化塊模型，并使用剛體要素、梁要素或平面要素將該多個塊連結(jié)而生成所述最優(yōu)化塊模型。
[0027]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)形狀解析部在基于數(shù)值解析的最優(yōu)化計算中，利用最優(yōu)化參數(shù)進行離散化。
[0028]另外，以上述的發(fā)明為基礎(chǔ)，其特征在于，所述最優(yōu)形狀解析部進行基于拓?fù)渥顑?yōu)化的最優(yōu)化計算。
[0029]發(fā)明效果
[0030]本發(fā)明能夠在承受外力的構(gòu)造體的一部分應(yīng)用最優(yōu)化技術(shù)，能夠使車身等的構(gòu)造體最優(yōu)化，由此，起到能夠提高構(gòu)造體的可動部分的剛性、碰撞特性并實現(xiàn)構(gòu)造體的輕量化這樣的效果。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的實施方式I的形狀最優(yōu)化解析裝置的框圖。
[0032]圖2是本發(fā)明的實施方式I的構(gòu)造體模型的可動部分(門)的說明圖。
[0033]圖3是說明本發(fā)明的實施方式I的構(gòu)造體模型的可動部分(門)的動作的說明圖。
[0034]圖4A是說明本發(fā)明的實施方式I的形狀最優(yōu)化解析方法的設(shè)計空間的設(shè)定處理的圖。
[0035]圖4B是說明本發(fā)明的實施方式I的形狀最優(yōu)化解析方法的最優(yōu)化塊模型的生成處理的圖。
[0036]圖4C是說明本發(fā)明的實施方式I的形狀最優(yōu)化解析方法的最優(yōu)化塊模型的結(jié)合處理的圖。
[0037]圖5A是說明本發(fā)明的實施方式I的最優(yōu)化塊模型的內(nèi)部的要素的說明圖。
[0038]圖5B是表示圖5A所示的