JP2000231579A - ３次元ｃａｄ／ｃａｅ連成システム - Google Patents
３次元ｃａｄ／ｃａｅ連成システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接着層により積層された接合部を有する積層
構造体に対しても正確かつ迅速な有限要素解析が可能な
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムを提供する。 【解決手段】 ステップＳ１２、Ｓ１３において、３次
元形状物の３次元ＣＡＤデータを中間ファイル形式で出
力し、ステップＳ１４で上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサで読み込む。ステップＳ１５では上記
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自動生成された３次元形
状データよりなるマスターモデルにおいて、接着層によ
り積層された接合部における中立面を積層梁理論を用い
て抽出する。ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８におい
て、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を生
成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェル
要素を生成させ、ステップＳ１９では上記接合部と上記
非接合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して
定義し、有限要素モデルを生成する。ステップＳ２０、
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３では上記有限要素モデルを用い
て有限要素解析を行う。
構造体に対しても正確かつ迅速な有限要素解析が可能な
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムを提供する。 【解決手段】 ステップＳ１２、Ｓ１３において、３次
元形状物の３次元ＣＡＤデータを中間ファイル形式で出
力し、ステップＳ１４で上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサで読み込む。ステップＳ１５では上記
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自動生成された３次元形
状データよりなるマスターモデルにおいて、接着層によ
り積層された接合部における中立面を積層梁理論を用い
て抽出する。ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８におい
て、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を生
成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェル
要素を生成させ、ステップＳ１９では上記接合部と上記
非接合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して
定義し、有限要素モデルを生成する。ステップＳ２０、
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３では上記有限要素モデルを用い
て有限要素解析を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元ＣＡＤ（Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）／ＣＡＥ
（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ）連成システムに関するものであり、例えばＡｕｔ
ｏ ＣＡＤ（Ａｕｔｏ Ｄｅｓｋ社）などの３次元ＣＡ
Ｄを用いて設計された３次元形状データをＩＧＥＳ（Ｉ
ｎｉｔｉａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｅｘｃｈａｎｇｅ
Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）やＤＸＦ（Ｄｒａｗｉｎ
ｇ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｆｉｌｅ）、ＳＴＥＰ
（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｅｘｃｈａｎｇ
ｅ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｍｏｄｅｌ Ｄａｔａ）などの中
間ファイル形式で出力し、そのファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサーで読み込むことにより、ＣＡＥ解析に
おいて用いられるＣＡＥ用有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ
Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ： ＦＥＭ）モデル作
成のための形状データ（点やカーブで定義されたＳｕｒ
ｆａｃｅと呼ばれる領域のデータ）を自動生成させ、モ
デル化に要する時間を削減することができる３次元ＣＡ
Ｄ／ＣＡＥ連成システムにおいて、特に接着層により積
層された積層構造体を対象とする３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ
連成システムを実現するものである。
ｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）／ＣＡＥ
（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ）連成システムに関するものであり、例えばＡｕｔ
ｏ ＣＡＤ（Ａｕｔｏ Ｄｅｓｋ社）などの３次元ＣＡ
Ｄを用いて設計された３次元形状データをＩＧＥＳ（Ｉ
ｎｉｔｉａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｅｘｃｈａｎｇｅ
Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）やＤＸＦ（Ｄｒａｗｉｎ
ｇ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｆｉｌｅ）、ＳＴＥＰ
（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｅｘｃｈａｎｇ
ｅ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｍｏｄｅｌ Ｄａｔａ）などの中
間ファイル形式で出力し、そのファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサーで読み込むことにより、ＣＡＥ解析に
おいて用いられるＣＡＥ用有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ
Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ： ＦＥＭ）モデル作
成のための形状データ（点やカーブで定義されたＳｕｒ
ｆａｃｅと呼ばれる領域のデータ）を自動生成させ、モ
デル化に要する時間を削減することができる３次元ＣＡ
Ｄ／ＣＡＥ連成システムにおいて、特に接着層により積
層された積層構造体を対象とする３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ
連成システムを実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に３次元形状物のＦＥＭ解析を行な
う場合、対象物を有限要素（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅ
ｎｔ）と呼ばれる有限の領域に離散化する必要がある。
有限要素の作成には、一般にＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッ
サー（例えば、ＳＤＲＣ社製Ｉ−ＤｅａｓやＥＳＰ社製
ＦＥＭＡＰなど）と呼ばれるソフトウェアが用いられ
る。図１７にＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーにおけるモ
デル化の流れを示す。図１７において、１はカーブ、２
は点、３は領域平面、４は（有限）要素、５は節点（ノ
ード）であり、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーを用いて
要素４を生成させるには、モデル化対象における要素生
成領域を定義する必要がある。要素生成領域は、２次元
平面の場合、点２、カーブ１で定義された領域平面３
（Ｓｕｒｆａｃｅと呼ぶことにする）、３次元立体の場
合、Ｓｕｒｆａｃｅ３で定義された立体（Ｖｏｌｕｍｅ
と呼ぶことにする）が必要となる。図１７においては、
まず、ステップＳ１で各点２の座標を入力し、ステップ
Ｓ２〜Ｓ４で対象物が２次元平面の場合、点２、カーブ
１で定義された領域平面３、３次元立体の場合、Ｓｕｒ
ｆａｃｅ３で定義された立体を生成する。次に、ステッ
プＳ５、Ｓ６では要素４の材料特性および形状特性を定
義し、さらにステップＳ７では要素分割数を定義して、
ステップＳ８で要素を生成する。このようにして得られ
た要素に対して、境界条件を設定して解析を実行する
（ステップＳ９、Ｓ１０）。
う場合、対象物を有限要素（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅ
ｎｔ）と呼ばれる有限の領域に離散化する必要がある。
有限要素の作成には、一般にＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッ
サー（例えば、ＳＤＲＣ社製Ｉ−ＤｅａｓやＥＳＰ社製
ＦＥＭＡＰなど）と呼ばれるソフトウェアが用いられ
る。図１７にＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーにおけるモ
デル化の流れを示す。図１７において、１はカーブ、２
は点、３は領域平面、４は（有限）要素、５は節点（ノ
ード）であり、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーを用いて
要素４を生成させるには、モデル化対象における要素生
成領域を定義する必要がある。要素生成領域は、２次元
平面の場合、点２、カーブ１で定義された領域平面３
（Ｓｕｒｆａｃｅと呼ぶことにする）、３次元立体の場
合、Ｓｕｒｆａｃｅ３で定義された立体（Ｖｏｌｕｍｅ
と呼ぶことにする）が必要となる。図１７においては、
まず、ステップＳ１で各点２の座標を入力し、ステップ
Ｓ２〜Ｓ４で対象物が２次元平面の場合、点２、カーブ
１で定義された領域平面３、３次元立体の場合、Ｓｕｒ
ｆａｃｅ３で定義された立体を生成する。次に、ステッ
プＳ５、Ｓ６では要素４の材料特性および形状特性を定
義し、さらにステップＳ７では要素分割数を定義して、
ステップＳ８で要素を生成する。このようにして得られ
た要素に対して、境界条件を設定して解析を実行する
（ステップＳ９、Ｓ１０）。
【０００３】これらのステップを実行するにあたり、こ
れまでは設計図面から座標を作業者が読み取り、手入力
していたが、近年の３次元ＣＡＤの普及により、自動生
成させることが可能となっている。例えばＡｕｔｏ Ｃ
ＡＤ（Ａｕｔｏ Ｄｅｓｋ社）などの３次元ＣＡＤを用
いて設計されたものの３次元形状データをＩＧＥＳやＤ
ＸＦなどの中間ファイルに出力し、そのファイルをＰｒ
ｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込むことができる。読
み込まれたデータは、図１８にその一例を示すように、
設計された製品をポイント、カーブで定義した３次元形
状データ（マスターモデル）が含まれている。図１８に
示す３次元形状データ（マスターモデル）をもとに、有
限要素を自動生成したものが図１９である。最近のＰｒ
ｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーにおいては、図１９に示すよ
うに、３次元ＣＡＤデータから読み取ったＶｏｌｕｍｅ
内に四面体要素６を生成させる機能を有しており、従来
手作業で行なっていた図１７中のステップＳ１〜Ｓ４、
およびステップＳ８を自動で行なえる。
れまでは設計図面から座標を作業者が読み取り、手入力
していたが、近年の３次元ＣＡＤの普及により、自動生
成させることが可能となっている。例えばＡｕｔｏ Ｃ
ＡＤ（Ａｕｔｏ Ｄｅｓｋ社）などの３次元ＣＡＤを用
いて設計されたものの３次元形状データをＩＧＥＳやＤ
ＸＦなどの中間ファイルに出力し、そのファイルをＰｒ
ｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込むことができる。読
み込まれたデータは、図１８にその一例を示すように、
設計された製品をポイント、カーブで定義した３次元形
状データ（マスターモデル）が含まれている。図１８に
示す３次元形状データ（マスターモデル）をもとに、有
限要素を自動生成したものが図１９である。最近のＰｒ
ｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーにおいては、図１９に示すよ
うに、３次元ＣＡＤデータから読み取ったＶｏｌｕｍｅ
内に四面体要素６を生成させる機能を有しており、従来
手作業で行なっていた図１７中のステップＳ１〜Ｓ４、
およびステップＳ８を自動で行なえる。
【０００４】一方、薄板構造物などのモデル化対象物に
おいて、平面応力状態（Ｐｌａｎｅｓｔｒｅｓｓ）が仮
定できる場合、対象物を２次元平面応力要素（シェル要
素）で離散化（モデル化）できる。シェル要素は通常、
板厚の中間に位置する面（中立面）を作成してメッシュ
を作成する。薄板構造物であれば、十分な精度が得られ
る。板厚方向のモデル化が不要なためメッシュが簡略化
でき、解析時間を短縮できる。
おいて、平面応力状態（Ｐｌａｎｅｓｔｒｅｓｓ）が仮
定できる場合、対象物を２次元平面応力要素（シェル要
素）で離散化（モデル化）できる。シェル要素は通常、
板厚の中間に位置する面（中立面）を作成してメッシュ
を作成する。薄板構造物であれば、十分な精度が得られ
る。板厚方向のモデル化が不要なためメッシュが簡略化
でき、解析時間を短縮できる。
【０００５】３次元ＣＡＤからＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセ
ッサーへ渡された３次元形状データ（マスターモデル）
より、中立面を自動的に抽出する方法は、例えば日経メ
カニカル（１９９６．３．４ Ｎｏ．４７５ ｐ．６
３）に公開されている。図２０、２１に示すように、薄
板構造のマスターモデル９において、断面７に対して円
を描写し、その中心を線でつなぐことで中立軸８を抽出
する（円描写法と称する）。このようにして３次元薄板
構造物に対し、円描写法により抽出した中立面１０が図
２１である。
ッサーへ渡された３次元形状データ（マスターモデル）
より、中立面を自動的に抽出する方法は、例えば日経メ
カニカル（１９９６．３．４ Ｎｏ．４７５ ｐ．６
３）に公開されている。図２０、２１に示すように、薄
板構造のマスターモデル９において、断面７に対して円
を描写し、その中心を線でつなぐことで中立軸８を抽出
する（円描写法と称する）。このようにして３次元薄板
構造物に対し、円描写法により抽出した中立面１０が図
２１である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムは以上のようにしてＣＡＥとの連成
を行っていた。次に、薄板構造物において接着層により
積層された接着接合部を含む構造体を対象とする場合の
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムについて説明する。
上記構造体を３次元ＣＡＤで設計する場合、図２２
（ｂ）に示すように、極薄である接着層１２は図面化し
ない場合が多く、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み
込んだマスターモデルに接着層がない形で読み込まれ
る。なお、図２２（ａ）は設計対象である薄板接着継手
であり、図２２（ｂ）は３次元ＣＡＤデータ、図２２
（ｃ）はＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだマ
スターモデルである。また、図２２において、１１は被
着体Ａ、１２は接着層、１３は被着体Ｂ、１４は３次元
ＣＡＤデータから読み取ったカーブ、１５ ３次元ＣＡ
Ｄデータから読み取ったポイントである。
ＣＡＥ連成システムは以上のようにしてＣＡＥとの連成
を行っていた。次に、薄板構造物において接着層により
積層された接着接合部を含む構造体を対象とする場合の
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムについて説明する。
上記構造体を３次元ＣＡＤで設計する場合、図２２
（ｂ）に示すように、極薄である接着層１２は図面化し
ない場合が多く、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み
込んだマスターモデルに接着層がない形で読み込まれ
る。なお、図２２（ａ）は設計対象である薄板接着継手
であり、図２２（ｂ）は３次元ＣＡＤデータ、図２２
（ｃ）はＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだマ
スターモデルである。また、図２２において、１１は被
着体Ａ、１２は接着層、１３は被着体Ｂ、１４は３次元
ＣＡＤデータから読み取ったカーブ、１５ ３次元ＣＡ
Ｄデータから読み取ったポイントである。
【０００７】図２３は、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサー
で読み込んだ上記マスターモデルに対して、上下被着体
Ａ、Ｂの中立面を円描写法で抽出し、シェル要素１６、
１７を生成したものであるが、図２３に示すように、従
来の積層構造体を対象とした３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成
システムでは、接着されていることをモデル化できず、
接着継手であることを考慮した解析が不可能である。
で読み込んだ上記マスターモデルに対して、上下被着体
Ａ、Ｂの中立面を円描写法で抽出し、シェル要素１６、
１７を生成したものであるが、図２３に示すように、従
来の積層構造体を対象とした３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成
システムでは、接着されていることをモデル化できず、
接着継手であることを考慮した解析が不可能である。
【０００８】仮に、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すよ
うに、接着層１２を３次元ＣＡＤで図面化し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーへ読み込めば、接着層１８がマス
ターモデルに含まれた状態となる。このようなマスター
モデルに対し、図２５（ａ）に示すように、３次元立体
要素１９を生成させることで、接着層を考慮したモデル
化および有限要素解析が可能になる。なお、図２５
（ｂ）は立体要素を用いたシングルラップ接着継手モデ
ルの端部に引張荷重２０を負荷した場合の変形状態解析
結果を示した図である。
うに、接着層１２を３次元ＣＡＤで図面化し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーへ読み込めば、接着層１８がマス
ターモデルに含まれた状態となる。このようなマスター
モデルに対し、図２５（ａ）に示すように、３次元立体
要素１９を生成させることで、接着層を考慮したモデル
化および有限要素解析が可能になる。なお、図２５
（ｂ）は立体要素を用いたシングルラップ接着継手モデ
ルの端部に引張荷重２０を負荷した場合の変形状態解析
結果を示した図である。
【０００９】しかしながら、上記のような方法によりモ
デル化し、有限要素解析を行った場合、極薄である接着
層の厚さが要素分割度合いの基準となるため、解析精度
上大きな縦横比の要素を許容できない立体要素によるモ
デル化では、要素数の膨大化を招き、実製品などの複雑
３次元形状物に適用する場合、計算時間が長くなるばか
りでなく、計算機の容量オーバーにより解析不能になる
ケースが多発する。
デル化し、有限要素解析を行った場合、極薄である接着
層の厚さが要素分割度合いの基準となるため、解析精度
上大きな縦横比の要素を許容できない立体要素によるモ
デル化では、要素数の膨大化を招き、実製品などの複雑
３次元形状物に適用する場合、計算時間が長くなるばか
りでなく、計算機の容量オーバーにより解析不能になる
ケースが多発する。
【００１０】一方、図２４（ｃ）に示されるマスターモ
デルに対し、図２６に示すように、上下被着体１１、１
３および接着層に円描写法を適用し、シェル要素により
モデル化することで、計算量の削減は可能となるが、被
着体１１、１３の中立面上に生成したシェル要素１６、
１７、および接着層の中立面上に生成したシェル要素２
１間の結合がなされず、接着されていることをモデル化
することができないという問題がある。
デルに対し、図２６に示すように、上下被着体１１、１
３および接着層に円描写法を適用し、シェル要素により
モデル化することで、計算量の削減は可能となるが、被
着体１１、１３の中立面上に生成したシェル要素１６、
１７、および接着層の中立面上に生成したシェル要素２
１間の結合がなされず、接着されていることをモデル化
することができないという問題がある。
【００１１】上記問題点を解決できる有限要素モデリン
グ方法として、“積層シェル要素モデル”が提案されて
いる。図２７に示すように、接合部を、被着体１１、接
着層１２、被着体１３の積層板ととらえることにより、
積層理論（ＬａｍｉｎａｔｅＴｈｅｏｒｙ）が適用で
き、積層板としての等価弾性特性（弾性率や線膨張係数
など）を求め、要素特性として与えることでシェル要素
（積層シェル要素と呼ぶことにする）でモデル化（離散
化）することができる。即ち、積層板としてとらえられ
た接合部に対し、円描写法で抽出された面上に積層シェ
ル要素２５を生成することにより、接合部を積層シェル
要素化し、非接合部に対しては被着体１１、１３の中立
面にシェル要素２２、２３を生成し、積層シェル要素２
５との間に生じたギャップは、節点間の剛体リンク２６
で結合する。
グ方法として、“積層シェル要素モデル”が提案されて
いる。図２７に示すように、接合部を、被着体１１、接
着層１２、被着体１３の積層板ととらえることにより、
積層理論（ＬａｍｉｎａｔｅＴｈｅｏｒｙ）が適用で
き、積層板としての等価弾性特性（弾性率や線膨張係数
など）を求め、要素特性として与えることでシェル要素
（積層シェル要素と呼ぶことにする）でモデル化（離散
化）することができる。即ち、積層板としてとらえられ
た接合部に対し、円描写法で抽出された面上に積層シェ
ル要素２５を生成することにより、接合部を積層シェル
要素化し、非接合部に対しては被着体１１、１３の中立
面にシェル要素２２、２３を生成し、積層シェル要素２
５との間に生じたギャップは、節点間の剛体リンク２６
で結合する。
【００１２】しかしながら、こような方法によりモデル
化し、有限要素解析を行った場合、接合部に対し、円描
写法で抽出した中立面の位置は、接合部すべての板厚の
１／２の位置（すなわち図心）となるが、被着体１１、
１３の材質および板厚が同一でない限り、接合部の真の
中立面２４は図心を通らない。そのため、円描写法で抽
出した位置に積層シェル要素２５を生成させた場合、真
の中立面２４との間にずれが生じ、正確な有限要素解析
が不可能であるという問題があった。
化し、有限要素解析を行った場合、接合部に対し、円描
写法で抽出した中立面の位置は、接合部すべての板厚の
１／２の位置（すなわち図心）となるが、被着体１１、
１３の材質および板厚が同一でない限り、接合部の真の
中立面２４は図心を通らない。そのため、円描写法で抽
出した位置に積層シェル要素２５を生成させた場合、真
の中立面２４との間にずれが生じ、正確な有限要素解析
が不可能であるという問題があった。
【００１３】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたものであり、接着層により積層された接
合部を有する積層構造体に対しても正確かつ迅速な有限
要素解析が可能な３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムを
提供することを目的とする。
ためになされたものであり、接着層により積層された接
合部を有する積層構造体に対しても正確かつ迅速な有限
要素解析が可能な３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムを
提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よる３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、３次元形状
物の３次元ＣＡＤデータを、中間ファイル形式で出力す
る手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッ
サで読み込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで
自動生成されたマスターモデルにおいて、接着層により
積層された接合部における中立面を積層梁理論を用いて
抽出する手段、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェ
ル要素を生成させる手段、および上記積層シェル要素を
用いて有限要素モデルを生成する手段を備えたものであ
る。
よる３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、３次元形状
物の３次元ＣＡＤデータを、中間ファイル形式で出力す
る手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッ
サで読み込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで
自動生成されたマスターモデルにおいて、接着層により
積層された接合部における中立面を積層梁理論を用いて
抽出する手段、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェ
ル要素を生成させる手段、および上記積層シェル要素を
用いて有限要素モデルを生成する手段を備えたものであ
る。
【００１５】また、この発明の第２の構成による３次元
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、３次元形状物の３次元
ＣＡＤデータより、接着層により積層された接合部にお
ける中立面を積層梁理論を用いて抽出する手段、上記中
立面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを中間ファイル
形式で出力する手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサで読み込む手段、および上記Ｐｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサで自動生成されたマスターモデルにお
いて、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させる手段、および上記積層シェル要素を用いて有
限要素モデルを生成する手段を備えたものである。
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、３次元形状物の３次元
ＣＡＤデータより、接着層により積層された接合部にお
ける中立面を積層梁理論を用いて抽出する手段、上記中
立面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを中間ファイル
形式で出力する手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサで読み込む手段、および上記Ｐｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサで自動生成されたマスターモデルにお
いて、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させる手段、および上記積層シェル要素を用いて有
限要素モデルを生成する手段を備えたものである。
【００１６】また、この発明の第３の構成による３次元
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１または第２の構成
において、接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェ
ル要素を生成させる手段、および上記接合部と上記非接
合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して定義
し、有限要素モデルを生成する手段を備えたものであ
る。
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１または第２の構成
において、接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェ
ル要素を生成させる手段、および上記接合部と上記非接
合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して定義
し、有限要素モデルを生成する手段を備えたものであ
る。
【００１７】また、この発明の第４の構成による３次元
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１ないし第３のいず
れかの構成において、生成した有限要素モデルを用いて
有限要素解析を行う手段を備えたものである。
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１ないし第３のいず
れかの構成において、生成した有限要素モデルを用いて
有限要素解析を行う手段を備えたものである。
【００１８】また、この発明の第５の構成による３次元
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１ないし第４のいず
れかの構成において、３次元形状物が、繊維強化プラス
チックよりなる積層構造を有する構造体であるものであ
る。
ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムは、第１ないし第４のいず
れかの構成において、３次元形状物が、繊維強化プラス
チックよりなる積層構造を有する構造体であるものであ
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．前述したように、
積層構造体における構造解析において、均一材の場合
は、接合部における中立面は断面の図心を通るが、通常
の積層板の場合、対称積層など特殊な積層構成を除き、
図心を通らない。そのため、従来のように円描写法で中
立面を求めることができない。本発明では積層梁理論に
より中立面を抽出して、積層シェル要素生成位置を正確
に決定するとともに、このような積層シェル要素モデル
を用いて、３次元ＣＡＤを用いた設計からＣＡＥによる
構造解析シミュレーション（線形および非線形応力解析
や熱応力解析など）までを正確かつ迅速に、自動で実施
可能とするものである。
積層構造体における構造解析において、均一材の場合
は、接合部における中立面は断面の図心を通るが、通常
の積層板の場合、対称積層など特殊な積層構成を除き、
図心を通らない。そのため、従来のように円描写法で中
立面を求めることができない。本発明では積層梁理論に
より中立面を抽出して、積層シェル要素生成位置を正確
に決定するとともに、このような積層シェル要素モデル
を用いて、３次元ＣＡＤを用いた設計からＣＡＥによる
構造解析シミュレーション（線形および非線形応力解析
や熱応力解析など）までを正確かつ迅速に、自動で実施
可能とするものである。
【００２０】以下に本発明の実施の形態を説明する。図
１は積層梁理論による中立面について説明する説明図で
あり、ｎ層からなる積層板の断面に対し、任意の軸ｙ、
ｚをとったものである。図１において、２７ａは１層目
の積層、２７ｂは２層目の積層、２７ｃはｎ層目の積
層、２８は積層板の中立面であり、例えば文献「ＦＲＰ
構造強度計算の実際」（植村益次著、Ｐ．５８、１９８
４）に記載されるように、各層の、弾性率、厚さをそれ
ぞれＥｘｉ、Ａｉとすると、積層板の中立面２８の位置
は
１は積層梁理論による中立面について説明する説明図で
あり、ｎ層からなる積層板の断面に対し、任意の軸ｙ、
ｚをとったものである。図１において、２７ａは１層目
の積層、２７ｂは２層目の積層、２７ｃはｎ層目の積
層、２８は積層板の中立面であり、例えば文献「ＦＲＰ
構造強度計算の実際」（植村益次著、Ｐ．５８、１９８
４）に記載されるように、各層の、弾性率、厚さをそれ
ぞれＥｘｉ、Ａｉとすると、積層板の中立面２８の位置
は
【００２１】
【数１】
【００２２】として与えられる。従来の円描写法ではな
く、上記式（１）を用いて積層板の中立面の位置を決定
することにより、真の積層シェル要素２４生成位置を決
定することができる。
く、上記式（１）を用いて積層板の中立面の位置を決定
することにより、真の積層シェル要素２４生成位置を決
定することができる。
【００２３】図２に、本発明の実施の形態１による３次
元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムのフローチャートを示
す。本実施の形態では、図２２に示すようなシングルラ
ップ接着継手への適用例を示す。ステップＳ１２におい
て対象物を３次元ＣＡＤで設計し、ＩＧＥＳ、ＤＸＦな
どの中間ファイルを出力（ステップＳ１３）した後、Ｐ
ｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーへ中間ファイルを読み込む
（ステップＳ１４）と、図２２（ｃ）のようにポイント
およびカーブで定義した形状データを受け渡すことがで
きる。このようにして得られたマスターモデルにおける
接合部に対し、前述の積層梁理論を適用して中立面の位
置を決定する（ステップＳ１５）。例えば、板厚３．２
ｍｍの鋼鈑（弾性率２１０００ｋｇｆ／ｍｍ2）と板厚
１．６ｍｍのアルミニウム板（弾性率７０００ｋｇｆ／
ｍｍ2）を０．２ｍｍ厚の接着剤（弾性率１０３ｋｇｆ
／ｍｍ2）で接合した場合、式（１）より、中立面の位
置は、１．９７ｍｍとなる。仮に円描写法で抽出する
と、２．５ｍｍとなり、誤差が生じる。接合部には、抽
出した位置に積層板としての等価剛性を有した積層シェ
ル要素を、非接合部には、従来と同様の方法により中立
面を決定し、被着体の材料定数を有したシェル要素を生
成させる（それぞれステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１
８）。さらに、被着体Ａ、Ｂの中立面と接合部の中立面
とのずれをシェル要素中立面のオフセットとして定義す
る（ステップＳ１９）。これにより図３に示すような有
限要素モデルが作成できる。図３において、２９はグリ
ップ部、３０はモデルに負荷した引張荷重である。この
モデルに拘束条件および例えば荷重などの境界条件を定
義（ステップＳ２０）し、有限要素解析を行なう（ステ
ップＳ２１）。有限要素解析は、例えばＭＳＣ／ＮＡＳ
ＴＲＡＮやＡＤＩＮＡ、ＣＯＳＭＯＳ、ＡＮＳＹＳなど
の汎用構造解析プログラムが利用できる。解析結果とし
て、例えば要素応力や節点変位などをＰｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサーで読み込み（ステップＳ２２）、例えば応
力分布図や変形図の表示により解析結果の可視化を行な
う（ステップＳ２３）。
元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムのフローチャートを示
す。本実施の形態では、図２２に示すようなシングルラ
ップ接着継手への適用例を示す。ステップＳ１２におい
て対象物を３次元ＣＡＤで設計し、ＩＧＥＳ、ＤＸＦな
どの中間ファイルを出力（ステップＳ１３）した後、Ｐ
ｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーへ中間ファイルを読み込む
（ステップＳ１４）と、図２２（ｃ）のようにポイント
およびカーブで定義した形状データを受け渡すことがで
きる。このようにして得られたマスターモデルにおける
接合部に対し、前述の積層梁理論を適用して中立面の位
置を決定する（ステップＳ１５）。例えば、板厚３．２
ｍｍの鋼鈑（弾性率２１０００ｋｇｆ／ｍｍ2）と板厚
１．６ｍｍのアルミニウム板（弾性率７０００ｋｇｆ／
ｍｍ2）を０．２ｍｍ厚の接着剤（弾性率１０３ｋｇｆ
／ｍｍ2）で接合した場合、式（１）より、中立面の位
置は、１．９７ｍｍとなる。仮に円描写法で抽出する
と、２．５ｍｍとなり、誤差が生じる。接合部には、抽
出した位置に積層板としての等価剛性を有した積層シェ
ル要素を、非接合部には、従来と同様の方法により中立
面を決定し、被着体の材料定数を有したシェル要素を生
成させる（それぞれステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１
８）。さらに、被着体Ａ、Ｂの中立面と接合部の中立面
とのずれをシェル要素中立面のオフセットとして定義す
る（ステップＳ１９）。これにより図３に示すような有
限要素モデルが作成できる。図３において、２９はグリ
ップ部、３０はモデルに負荷した引張荷重である。この
モデルに拘束条件および例えば荷重などの境界条件を定
義（ステップＳ２０）し、有限要素解析を行なう（ステ
ップＳ２１）。有限要素解析は、例えばＭＳＣ／ＮＡＳ
ＴＲＡＮやＡＤＩＮＡ、ＣＯＳＭＯＳ、ＡＮＳＹＳなど
の汎用構造解析プログラムが利用できる。解析結果とし
て、例えば要素応力や節点変位などをＰｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサーで読み込み（ステップＳ２２）、例えば応
力分布図や変形図の表示により解析結果の可視化を行な
う（ステップＳ２３）。
【００２４】図４に、シングルラップ接着継手の端部を
拘束し、他端に引張荷重を負荷した際の、変形状態解析
結果を示す。接合されていることにより上下被着体の中
立面のずれが生じ、その結果曲げモーメントによる曲げ
変形が生じていることをシェル要素単層で解析できてい
る。接合部においては、要素歪から歪−応力変換を用い
て各層面内の応力を求めることができるため、接着層面
内のみの応力分布図の作成も可能である（図５）。
拘束し、他端に引張荷重を負荷した際の、変形状態解析
結果を示す。接合されていることにより上下被着体の中
立面のずれが生じ、その結果曲げモーメントによる曲げ
変形が生じていることをシェル要素単層で解析できてい
る。接合部においては、要素歪から歪−応力変換を用い
て各層面内の応力を求めることができるため、接着層面
内のみの応力分布図の作成も可能である（図５）。
【００２５】図６、図７は本実施の形態に係わる積層シ
ェル要素モデルによる解析結果と従来の立体要素モデル
による解析結果とを比較した図である。図６に示すよう
に、変形量を従来の立体要素モデル解析結果と比較して
もほぼ同様の結果が得られている。一方、図７に示すよ
うに、計算時間は、立体要素モデルに対し、約１／２０
０の短縮が可能である。この計算量の削減により、複雑
三次元形状を呈する実機形状での接着構造体の有限要素
解析が可能となる。
ェル要素モデルによる解析結果と従来の立体要素モデル
による解析結果とを比較した図である。図６に示すよう
に、変形量を従来の立体要素モデル解析結果と比較して
もほぼ同様の結果が得られている。一方、図７に示すよ
うに、計算時間は、立体要素モデルに対し、約１／２０
０の短縮が可能である。この計算量の削減により、複雑
三次元形状を呈する実機形状での接着構造体の有限要素
解析が可能となる。
【００２６】なお、本実施の形態において、被着体１
１、１３は金属材料を積層したものを対象としたが、例
えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラミド繊維な
どで強化されたプラスチック積層板の場合でも適用可能
である。
１、１３は金属材料を積層したものを対象としたが、例
えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラミド繊維な
どで強化されたプラスチック積層板の場合でも適用可能
である。
【００２７】実施の形態２．図８は本発明の実施の形態
２による３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムのフローチ
ャートである。本実施の形態では、ステップＳ１２にお
いて対象物を３次元ＣＡＤで設計した後、構成部材の接
合部に対し、前述の積層梁理論を適用して中立面を抽出
する（ステップＳ１５）。即ち、図２２（ａ）に示すよ
うなシングルラップ接着継手の場合、図２２（ｂ）に示
される３次元ＣＡＤデータの接合部に対して、積層梁理
論を適用して中立面を抽出する。その後、接合部の中立
面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを、ＩＧＥＳ、Ｄ
ＸＦなどの中間ファイル形式で出力し（ステップＳ１
３）、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーへ中間ファイルを
読み込む（ステップＳ１４）と、ポイントおよびカーブ
で定義した形状データを受け渡すことができる。上記接
合部の中立面抽出位置は、正しい位置で定義されたポイ
ントおよびカーブとしてＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサー
上にとりこまれる。このようにして得られたマスターモ
デルに対し、接合部には、前述の中立面抽出位置に積層
板としての等価剛性を有した積層シェル要素を、非接合
部には、被着体の材料定数を有したシェル要素を生成さ
せる（それぞれステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８）。さ
らに、被着体Ａ、Ｂの中立面と接合部の中立面とのずれ
をシェル要素中立面のオフセットとして定義する（ステ
ップＳ１９）。これにより実施の形態１と同様の有限要
素モデルが作成できる。このモデルに実施の形態１と同
様、拘束条件および例えば荷重などの境界条件を定義
（ステップＳ２０）し、有限要素解析を行なう（ステッ
プＳ２１〜Ｓ２３）。
２による３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムのフローチ
ャートである。本実施の形態では、ステップＳ１２にお
いて対象物を３次元ＣＡＤで設計した後、構成部材の接
合部に対し、前述の積層梁理論を適用して中立面を抽出
する（ステップＳ１５）。即ち、図２２（ａ）に示すよ
うなシングルラップ接着継手の場合、図２２（ｂ）に示
される３次元ＣＡＤデータの接合部に対して、積層梁理
論を適用して中立面を抽出する。その後、接合部の中立
面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを、ＩＧＥＳ、Ｄ
ＸＦなどの中間ファイル形式で出力し（ステップＳ１
３）、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーへ中間ファイルを
読み込む（ステップＳ１４）と、ポイントおよびカーブ
で定義した形状データを受け渡すことができる。上記接
合部の中立面抽出位置は、正しい位置で定義されたポイ
ントおよびカーブとしてＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサー
上にとりこまれる。このようにして得られたマスターモ
デルに対し、接合部には、前述の中立面抽出位置に積層
板としての等価剛性を有した積層シェル要素を、非接合
部には、被着体の材料定数を有したシェル要素を生成さ
せる（それぞれステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８）。さ
らに、被着体Ａ、Ｂの中立面と接合部の中立面とのずれ
をシェル要素中立面のオフセットとして定義する（ステ
ップＳ１９）。これにより実施の形態１と同様の有限要
素モデルが作成できる。このモデルに実施の形態１と同
様、拘束条件および例えば荷重などの境界条件を定義
（ステップＳ２０）し、有限要素解析を行なう（ステッ
プＳ２１〜Ｓ２３）。
【００２８】本実施の形態２による解析結果は、実施の
形態１と同様、従来の立体要素モデル解析結果とほぼ同
様の結果となり、計算時間も著しく短縮する。
形態１と同様、従来の立体要素モデル解析結果とほぼ同
様の結果となり、計算時間も著しく短縮する。
【００２９】実施の形態３．本実施の形態では、上記実
施の形態１または２のシステムを用いて、ハット型補強
を接着した構造パネルの解析事例を示す。図９はハット
型補強を接着した構造パネルの３次元ＣＡＤによる設計
においてその形状を示した図であり、ハット型補強と構
造パネル間が接着接合されている。図９では対称性を利
用して１／２に分割している。図において、３１は接着
接合部、３２は構造パネル、３３はハット型補強、３４
はＬ字型補強である。図１０はハット型補強を接着した
構造パネルの解析において接着部を示した図であり、接
着部には積層シェル要素を生成させ、その他は、パネル
材の機械的特性を有したシェル要素を生成させる。図１
１は生成した有限要素モデルである。
施の形態１または２のシステムを用いて、ハット型補強
を接着した構造パネルの解析事例を示す。図９はハット
型補強を接着した構造パネルの３次元ＣＡＤによる設計
においてその形状を示した図であり、ハット型補強と構
造パネル間が接着接合されている。図９では対称性を利
用して１／２に分割している。図において、３１は接着
接合部、３２は構造パネル、３３はハット型補強、３４
はＬ字型補強である。図１０はハット型補強を接着した
構造パネルの解析において接着部を示した図であり、接
着部には積層シェル要素を生成させ、その他は、パネル
材の機械的特性を有したシェル要素を生成させる。図１
１は生成した有限要素モデルである。
【００３０】本モデルにより、接着接合された構造パネ
ルの剛性や接合部の強度評価など、仮想試作が正確かつ
迅速に実施できるとともに低コストで実施できる。
ルの剛性や接合部の強度評価など、仮想試作が正確かつ
迅速に実施できるとともに低コストで実施できる。
【００３１】なお、本実施の形態において、構造パネル
が、例えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラミド
繊維などで強化されたプラスチック積層板の場合でも適
用可能である。
が、例えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラミド
繊維などで強化されたプラスチック積層板の場合でも適
用可能である。
【００３２】実施の形態４．本実施の形態では、上記実
施の形態１のシステムを用いて、接着接合を適用して組
み立てられた制御盤への適用事例を示す。３次元ＣＡＤ
で設計された制御盤の各部品を、ＩＧＥＳ形式の中間フ
ァイルを通して、例えばＦＥＭＡＰ（ＥＳＰ社）などの
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を図１
２および図１３に示す。図１４は底板と側板の接合部を
示す。これら３次元形状データをマスターモデルとして
作成した有限要素モデルを図１５（ａ）に示す。図１５
（ｂ）は図１５（ａ）において、接合部（積層シェル要
素）と非接合部（シェル要素）の領域を色分けで示した
図であるり、３５は積層シェル要素領域、３６は非接合
部領域である。図１６は本発明によるシステムを用いて
制御盤の変形解析を行った解析結果を示した図であり、
３７は変形前、３８は変形後の状態を示す。複雑３次元
形状である接着構造体をシェル要素単層でモデル化でき
ていることがわかる。
施の形態１のシステムを用いて、接着接合を適用して組
み立てられた制御盤への適用事例を示す。３次元ＣＡＤ
で設計された制御盤の各部品を、ＩＧＥＳ形式の中間フ
ァイルを通して、例えばＦＥＭＡＰ（ＥＳＰ社）などの
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を図１
２および図１３に示す。図１４は底板と側板の接合部を
示す。これら３次元形状データをマスターモデルとして
作成した有限要素モデルを図１５（ａ）に示す。図１５
（ｂ）は図１５（ａ）において、接合部（積層シェル要
素）と非接合部（シェル要素）の領域を色分けで示した
図であるり、３５は積層シェル要素領域、３６は非接合
部領域である。図１６は本発明によるシステムを用いて
制御盤の変形解析を行った解析結果を示した図であり、
３７は変形前、３８は変形後の状態を示す。複雑３次元
形状である接着構造体をシェル要素単層でモデル化でき
ていることがわかる。
【００３３】本モデルにより、接着接合された制御盤の
剛性や接合部の強度評価など、仮想試作が正確かつ迅速
に実施できるとともに低コストで実施できる。
剛性や接合部の強度評価など、仮想試作が正確かつ迅速
に実施できるとともに低コストで実施できる。
【００３４】なお、本実施の形態において、制御盤の各
部品が、例えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラ
ミド繊維などで強化されたプラスチック積層板で構成さ
れる場合でも適用可能である。
部品が、例えば一方向カーボン繊維やガラス繊維、アラ
ミド繊維などで強化されたプラスチック積層板で構成さ
れる場合でも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】この発明の第１の構成による３次元ＣＡ
Ｄ／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物の３次
元ＣＡＤデータを、中間ファイル形式で出力する手段、
上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで読み
込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自動生成
されたマスターモデルにおいて、接着層により積層され
た接合部における中立面を積層梁理論を用いて抽出する
手段、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させる手段、および上記積層シェル要素を用いて有
限要素モデルを生成する手段を備えたので、３次元ＣＡ
Ｄデータから正確な積層シェル要素モデルが作成でき、
このモデルを用いて有限要素解析（応力解析、熱伝導解
析、熱応力解析、固有値解析、動解析など）を行うこと
により、コンピュータ上での仮想試作を正確かつ迅速に
行えるとともに、低コストで行うことができる。特に、
通常の立体要素モデルでは計算量の膨大化を招く複雑３
次元形状を示す実機等の接着構造体や積層板に対して
も、正確かつ迅速な有限要素解析が可能となる。
Ｄ／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物の３次
元ＣＡＤデータを、中間ファイル形式で出力する手段、
上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで読み
込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自動生成
されたマスターモデルにおいて、接着層により積層され
た接合部における中立面を積層梁理論を用いて抽出する
手段、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させる手段、および上記積層シェル要素を用いて有
限要素モデルを生成する手段を備えたので、３次元ＣＡ
Ｄデータから正確な積層シェル要素モデルが作成でき、
このモデルを用いて有限要素解析（応力解析、熱伝導解
析、熱応力解析、固有値解析、動解析など）を行うこと
により、コンピュータ上での仮想試作を正確かつ迅速に
行えるとともに、低コストで行うことができる。特に、
通常の立体要素モデルでは計算量の膨大化を招く複雑３
次元形状を示す実機等の接着構造体や積層板に対して
も、正確かつ迅速な有限要素解析が可能となる。
【００３６】この発明の第２の構成による３次元ＣＡＤ
／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物の３次元
ＣＡＤデータより、接着層により積層された接合部にお
ける中立面を積層梁理論を用いて抽出する手段、上記中
立面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを中間ファイル
形式で出力する手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサで読み込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサで自動生成されたマスターモデルにおいて、
上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を生成さ
せる手段、および上記積層シェル要素を用いて有限要素
モデルを生成する手段を備えたので、第１の構成による
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムと同様の効果があ
る。
／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物の３次元
ＣＡＤデータより、接着層により積層された接合部にお
ける中立面を積層梁理論を用いて抽出する手段、上記中
立面抽出位置を含む３次元ＣＡＤデータを中間ファイル
形式で出力する手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏ
ｓｔプロセッサで読み込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサで自動生成されたマスターモデルにおいて、
上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を生成さ
せる手段、および上記積層シェル要素を用いて有限要素
モデルを生成する手段を備えたので、第１の構成による
３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システムと同様の効果があ
る。
【００３７】この発明の第３の構成による３次元ＣＡＤ
／ＣＡＥ連成システムによれば、第１または第２の構成
において、接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェ
ル要素を生成させる手段、および上記接合部と上記非接
合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して定義
し、有限要素モデルを生成する手段を備えたので、接合
部と非接合部とで構成される複雑な３次元形状物に対し
ても、正確かつ迅速な有限要素解析が可能となる。
／ＣＡＥ連成システムによれば、第１または第２の構成
において、接合部の中立面抽出位置に積層シェル要素を
生成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置にシェ
ル要素を生成させる手段、および上記接合部と上記非接
合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して定義
し、有限要素モデルを生成する手段を備えたので、接合
部と非接合部とで構成される複雑な３次元形状物に対し
ても、正確かつ迅速な有限要素解析が可能となる。
【００３８】この発明の第４の構成による３次元ＣＡＤ
／ＣＡＥ連成システムによれば、第１ないし第３のいず
れかの構成において、生成した有限要素モデルを用いて
有限要素解析を行う手段を備えたので、正確かつ迅速な
有限要素解析が可能となる。
／ＣＡＥ連成システムによれば、第１ないし第３のいず
れかの構成において、生成した有限要素モデルを用いて
有限要素解析を行う手段を備えたので、正確かつ迅速な
有限要素解析が可能となる。
【００３９】この発明の第５の構成による３次元ＣＡＤ
／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物が、繊維
強化プラスチックよりなる積層構造を有する構造体であ
るので、上記構造体において正確かつ迅速な有限要素解
析が可能となる。
／ＣＡＥ連成システムによれば、３次元形状物が、繊維
強化プラスチックよりなる積層構造を有する構造体であ
るので、上記構造体において正確かつ迅速な有限要素解
析が可能となる。
【図１】 本発明の実施の形態１に係わる積層梁理論に
おける中立面を説明する説明図である。
おける中立面を説明する説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムにおけるフローチャートを示す図で
ある。
ＣＡＥ連成システムにおけるフローチャートを示す図で
ある。
【図３】 本発明の実施の形態１による３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムにより作成した有限要素モデルを示
す図である。
ＣＡＥ連成システムにより作成した有限要素モデルを示
す図である。
【図４】 本発明の実施の形態１による３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムにおける変形状態の解析結果を示す
図である。
ＣＡＥ連成システムにおける変形状態の解析結果を示す
図である。
【図５】 本発明の実施の形態１による３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムにおける変形状態の解析結果を示す
図であり、接着層面内の最大主応力分布を示す図であ
る。
ＣＡＥ連成システムにおける変形状態の解析結果を示す
図であり、接着層面内の最大主応力分布を示す図であ
る。
【図６】 本発明の実施の形態１に係わる積層シェル要
素モデルによる解析結果と従来の立体要素モデルによる
解析結果とを比較した図である。
素モデルによる解析結果と従来の立体要素モデルによる
解析結果とを比較した図である。
【図７】 本発明の実施の形態１に係わる積層シェル要
素モデルによる解析時間と従来の立体要素モデルによる
解析時間とを比較した図である。
素モデルによる解析時間と従来の立体要素モデルによる
解析時間とを比較した図である。
【図８】 本発明の実施の形態２による３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システムにおけるフローチャートを示す図で
ある。
ＣＡＥ連成システムにおけるフローチャートを示す図で
ある。
【図９】 本発明の実施の形態３に係わるハット型補強
を接着した構造パネルの３次元ＣＡＤによる設計におい
てその形状を示す図である。
を接着した構造パネルの３次元ＣＡＤによる設計におい
てその形状を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係わるハット型補
強を接着した構造パネルの解析において接着部を示す図
である。
強を接着した構造パネルの解析において接着部を示す図
である。
【図１１】 本発明の実施の形態３に係わるハット型補
強を接着した構造パネルの有限要素モデルを示す図であ
る。
強を接着した構造パネルの有限要素モデルを示す図であ
る。
【図１２】 本発明の実施の形態４に係わる接着接合を
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプ
ロセッサーで読み込んだ状態を示す図である。
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプ
ロセッサーで読み込んだ状態を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４に係わる接着接合を
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
および側板のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を示す図であ
る。
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
および側板のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を示す図であ
る。
【図１４】 本発明の実施の形態４に係わる接着接合を
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
および側板のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態において、接合
部を示す図である。
適用した制御盤の３次元ＣＡＤ設計データのうち、底板
および側板のデータを中間ファイルで出力し、Ｐｒｅ／
Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態において、接合
部を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態４に係わる接着接合を
適用した制御盤の有限要素モデルを示す図である。
適用した制御盤の有限要素モデルを示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態４に係わる制御盤の変
形解析の結果を示す図である。
形解析の結果を示す図である。
【図１７】 Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーにおけるモ
デル化の流れを示す図である。
デル化の流れを示す図である。
【図１８】 ３次元ＣＡＤの出力である中間ファイルを
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を示す
図である。
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込んだ状態を示す
図である。
【図１９】 Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーで読み込ま
れた３次元形状データに基づいて生成された有限要素を
示す図である。
れた３次元形状データに基づいて生成された有限要素を
示す図である。
【図２０】 円描写法による中立面の抽出を説明する図
である。
である。
【図２１】 ３次元薄板構造物の中立面を円描写法によ
り抽出した事例を示す図である。
り抽出した事例を示す図である。
【図２２】 薄板構造物において接着層により積層され
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れていない３次元ＣＡＤによる設計とＰｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサーへ読み込んだ状態を示す図である。
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れていない３次元ＣＡＤによる設計とＰｒｅ／Ｐｏｓｔ
プロセッサーへ読み込んだ状態を示す図である。
【図２３】 Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーに読み込ま
れた３次元形状データに対して円描写法により抽出した
中立面上にシェル要素を生成させた図である。
れた３次元形状データに対して円描写法により抽出した
中立面上にシェル要素を生成させた図である。
【図２４】 薄板構造物において接着層により積層され
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れている３次元ＣＡＤによる設計とＰｒｅ／Ｐｏｓｔプ
ロセッサーへ読み込んだ状態を示す図である。
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れている３次元ＣＡＤによる設計とＰｒｅ／Ｐｏｓｔプ
ロセッサーへ読み込んだ状態を示す図である。
【図２５】 Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサーに読み込ま
れた３次元形状データ中に立体要素を生成させて作成し
た有限要素モデル、および変形状態解析結果を示す図で
ある。
れた３次元形状データ中に立体要素を生成させて作成し
た有限要素モデル、および変形状態解析結果を示す図で
ある。
【図２６】 薄板構造物において接着層により積層され
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れている３次元ＣＡＤによる出力ファイルをＰｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサーへ読み込み、円描写法により、被着
体および接着層の中立面を抽出し、それぞれにシェル要
素を生成させた図である。
た接着接合部を含む構造体において、接着層が図面化さ
れている３次元ＣＡＤによる出力ファイルをＰｒｅ／Ｐ
ｏｓｔプロセッサーへ読み込み、円描写法により、被着
体および接着層の中立面を抽出し、それぞれにシェル要
素を生成させた図である。
【図２７】 円描写法により得られる中立面の位置と接
合部の真の中立面とのずれを示す図である。
合部の真の中立面とのずれを示す図である。
１ カーブ、２ 点、３ Ｓｕｒｆａｃｅ、４ （有
限）要素、５ 節点（ノード）、６ 四面体立体要素、
７ 断面、８ 中立軸、９ マスターモデル、１０ 円
描写法により抽出した中立面、１１ 被着体Ａ、１２
接着層、１３ 被着体Ｂ、１４ ３次元ＣＡＤデータか
ら読み取ったカーブ、１５ ３次元ＣＡＤデータから読
み取ったポイント、１６ 被着体Ａの中立面上に生成し
たシェル要素（平面応力要素）、１７ 被着体Ｂの中立
面上に生成したシェル要素（平面応力要素）、１８ ３
次元ＣＡＤから読み込まれた接着層、１９ Ｖｏｌｕｍ
ｅ内に生成した立体要素、２０ モデルに負荷した引張
荷重、２１ 接着層の中立面上に生成したシェル要素
（平面応力要素）、２２ 積層部の中立面上に生成され
た被着体Ａ側非接合部のシェル要素（平面応力要素）、
２３ 積層部の中立面上に生成された被着体Ｂ側非接合
部のシェル要素（平面応力要素）、２４ 接合部の真の
中立面、２５ 円描写法で抽出された面上に生成された
積層シェル要素、２６ 節点間の剛体リンク、２７ａ
１層目の積層、２７ｂ ２層目の積層、２７ｃ ｎ層目
の積層、２８ 積層板の中立面、２９ グリップ部、３
０ モデルに負荷した引張荷重、３１ 接着接合部、３
２ 構造パネル、３３ ハット型補強、３４ Ｌ字型補
強、３５ 積層シェル要素領域、３６ 非接合部領域、
３７変形前、３８ 変形後。
限）要素、５ 節点（ノード）、６ 四面体立体要素、
７ 断面、８ 中立軸、９ マスターモデル、１０ 円
描写法により抽出した中立面、１１ 被着体Ａ、１２
接着層、１３ 被着体Ｂ、１４ ３次元ＣＡＤデータか
ら読み取ったカーブ、１５ ３次元ＣＡＤデータから読
み取ったポイント、１６ 被着体Ａの中立面上に生成し
たシェル要素（平面応力要素）、１７ 被着体Ｂの中立
面上に生成したシェル要素（平面応力要素）、１８ ３
次元ＣＡＤから読み込まれた接着層、１９ Ｖｏｌｕｍ
ｅ内に生成した立体要素、２０ モデルに負荷した引張
荷重、２１ 接着層の中立面上に生成したシェル要素
（平面応力要素）、２２ 積層部の中立面上に生成され
た被着体Ａ側非接合部のシェル要素（平面応力要素）、
２３ 積層部の中立面上に生成された被着体Ｂ側非接合
部のシェル要素（平面応力要素）、２４ 接合部の真の
中立面、２５ 円描写法で抽出された面上に生成された
積層シェル要素、２６ 節点間の剛体リンク、２７ａ
１層目の積層、２７ｂ ２層目の積層、２７ｃ ｎ層目
の積層、２８ 積層板の中立面、２９ グリップ部、３
０ モデルに負荷した引張荷重、３１ 接着接合部、３
２ 構造パネル、３３ ハット型補強、３４ Ｌ字型補
強、３５ 積層シェル要素領域、３６ 非接合部領域、
３７変形前、３８ 変形後。
Claims (5)
- 【請求項１】 ３次元形状物の３次元ＣＡＤデータを、
中間ファイル形式で出力する手段、上記中間ファイルを
Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで読み込む手段、上記Ｐｒ
ｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自動生成された３次元形状デ
ータよりなるマスターモデルにおいて、接着層により積
層された接合部における中立面を積層梁理論を用いて抽
出する手段、上記接合部の中立面抽出位置に積層シェル
要素を生成させる手段、および上記積層シェル要素を用
いて有限要素モデルを生成する手段を備えたことを特徴
とする３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成システム。 - 【請求項２】 ３次元形状物の３次元ＣＡＤデータよ
り、接着層により積層された接合部における中立面を積
層梁理論を用いて抽出する手段、上記中立面抽出位置を
含む３次元ＣＡＤデータを中間ファイル形式で出力する
手段、上記中間ファイルをＰｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサ
で読み込む手段、上記Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔプロセッサで自
動生成されたマスターモデルにおいて、上記接合部の中
立面抽出位置に積層シェル要素を生成させる手段、およ
び上記積層シェル要素を用いて有限要素モデルを生成す
る手段を備えたことを特徴とする３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ
連成システム。 - 【請求項３】 接合部の中立面抽出位置に積層シェル要
素を生成させるとともに、非接合部の中立面抽出位置に
シェル要素を生成させる手段、および上記接合部と上記
非接合部の中立面のずれを該当するシェル要素に対して
定義し、有限要素モデルを生成する手段を備えたことを
特徴とする請求項１または２記載の３次元ＣＡＤ／ＣＡ
Ｅ連成システム。 - 【請求項４】 生成した有限要素モデルを用いて有限要
素解析を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の３次元ＣＡＤ／ＣＡＥ連成シ
ステム。 - 【請求項５】 ３次元形状物は、繊維強化プラスチック
よりなる積層構造を有する構造体であることを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元ＣＡＤ／
ＣＡＥ連成システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11032589A JP2000231579A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | ３次元ｃａｄ／ｃａｅ連成システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11032589A JP2000231579A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | ３次元ｃａｄ／ｃａｅ連成システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000231579A true JP2000231579A (ja) | 2000-08-22 |
Family
ID=12363064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11032589A Pending JP2000231579A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | ３次元ｃａｄ／ｃａｅ連成システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000231579A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004157724A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Canon Inc | 解析モデル変換方法 |
| WO2004109413A2 (de) * | 2003-06-11 | 2004-12-16 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur erkennung von verbindbaren flächen |
| JP2006209629A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Fujitsu Ltd | 有限要素法を用いた構造解析方法 |
| US7996196B2 (en) | 2007-03-07 | 2011-08-09 | Fujitsu Limited | Structural analysis of a printed wiring substrate |
| CN110096772A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-06 | 大连理工大学 | 一种面向航空航天薄壳结构的形位偏差特征库建立方法 |
| CN112052514A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-12-08 | 东风延锋汽车饰件***有限公司 | 汽车内饰结构的性能分析方法及*** |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP11032589A patent/JP2000231579A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004157724A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Canon Inc | 解析モデル変換方法 |
| WO2004109413A2 (de) * | 2003-06-11 | 2004-12-16 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur erkennung von verbindbaren flächen |
| WO2004109413A3 (de) * | 2003-06-11 | 2005-06-16 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur erkennung von verbindbaren flächen |
| JP2006209629A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Fujitsu Ltd | 有限要素法を用いた構造解析方法 |
| US7730444B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-06-01 | Fujitsu Limited | Structural analysis method employing finite element method |
| JP4597691B2 (ja) * | 2005-01-31 | 2010-12-15 | 富士通株式会社 | 有限要素法を用いた構造解析方法 |
| US7996196B2 (en) | 2007-03-07 | 2011-08-09 | Fujitsu Limited | Structural analysis of a printed wiring substrate |
| CN110096772A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-06 | 大连理工大学 | 一种面向航空航天薄壳结构的形位偏差特征库建立方法 |
| CN110096772B (zh) * | 2019-04-17 | 2022-10-25 | 大连理工大学 | 一种面向航空航天薄壳结构的形位偏差特征库建立方法 |
| CN112052514A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-12-08 | 东风延锋汽车饰件***有限公司 | 汽车内饰结构的性能分析方法及*** |
| CN112052514B (zh) * | 2020-07-31 | 2023-10-13 | 东风延锋汽车饰件***有限公司 | 汽车内饰结构的性能分析方法及*** |
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Legal Events
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