JP2000331193A - 有限要素メッシュモデルの形状変更方法 - Google Patents

有限要素メッシュモデルの形状変更方法

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JP2000331193A
JP2000331193A JP11136320A JP13632099A JP2000331193A JP 2000331193 A JP2000331193 A JP 2000331193A JP 11136320 A JP11136320 A JP 11136320A JP 13632099 A JP13632099 A JP 13632099A JP 2000331193 A JP2000331193 A JP 2000331193A
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JP
Japan
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node
shape
moving
amount
movement
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JP11136320A
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Hidemoto Odaka
秀元 小高
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有限要素メッシュモデルの形状変更を短時間
で行うことができる有限要素メッシュモデルの変更方法
を提供する。 【解決手段】 有限要素メッシュモデルの形状を変更す
るための変更情報を入力する段階と、入力された変更情
報から、形状変更部位におけるメッシュ節点の移動方向
と移動量を求める段階と、メッシュ節点の移動により影
響を受ける範囲内の節点を求める段階と、影響を受ける
範囲内の節点の移動量を求める段階と、求めた移動量で
全ての節点を移動させる段階とを有することを特徴とす
る有限要素メッシュモデルの形状変更方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有限要素メッシュ
モデルの形状変更方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、高品質のプレス成形品が得ら
れるようにするために、量産に入る前に金型形状の検討
が行なわれている。
【0003】近年、このような金型形状の検討には、コ
ンピュータグラフィックを利用し、有限要素メッシュに
より描かれた3次元モデルによるシミュレーションが用
いられている。このようなコンピュータグラフィックを
用いたシミュレーションでは、いろいろな形状をコンピ
ュータ上で検討することができるメリットがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一度完成し
たメッシュモデルの形状を変更する際には、解析用メッ
シュを一旦削除して、面データのみとし、この面データ
を変更した後、再び解析用メッシュを張り付けるといっ
た処理が行われる。このため、一部の形状を変更する場
合でも、変更時間が多くかかるといった問題がある。特
に、金型形状の検討の場合には、細部の状態を適確に現
す必要からメッシュ間隔を細かくするため、メッシュデ
ータ量が多く、これを形状変更の度に全て削除したり張
り直したりすると、そのための処理時間が非常に長くな
る。
【0005】本発明は、このような従来の問題点を解消
するためになされたものであり、有限要素メッシュモデ
ルの形状変更をメッシュの削除や張り直しを行うことな
く、簡単にしかも短時間で実行することができる有限要
素メッシュモデル形状変更方法の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成される。
【0007】(1)有限要素メッシュモデルの形状変更
方法であって、前記モデルの形状を変更するための変更
情報を入力する段階と、前記入力された変更情報から、
形状変更指示部位における節点の移動方向と移動量を算
出する段階と、前記形状変更指示部位における節点の移
動により影響を受ける範囲を求める段階と、前記影響を
受ける範囲内の各節点の移動方向と移動量を算出する段
階と、以上の各段階により算出した移動方向と移動量に
従って各節点を移動させる段階と、を有することを特徴
とする有限要素メッシュモデルの形状変更方法。
【0008】(2)有限要素メッシュモデルの形状変更
方法であって、前記モデルの形状を変更するための変更
情報を入力する段階と、前記形状変更指示部位にフィレ
ット面がある場合に、該フィレット面の半径情報をもつ
節点を検索する段階と、前記入力された変更情報から、
前記フィレット面の半径情報をもつ節点を除く形状変更
指示部位における節点について、該節点の周囲のメッシ
ュから法線ベクトルを求め、求めた法線ベクトルから該
節点の移動方向と移動量を算出する段階と、前記算出さ
れた節点の移動量から、最大移動量を求め、該最大移動
量と節点間隔から前記形状変更指示部位における節点の
移動により影響を受ける範囲を求める段階と、前記影響
を受ける範囲内の各節点の接線ベクトルを求め、該接線
ベクトルから前記影響を受ける範囲内の各節点の移動方
向と移動量を算出する段階と、前記フィレット面の半径
情報をもつ節点について、周囲のメッシュから移動方向
と移動量を算出する段階と、以上の各段階により算出し
た移動方向と移動量に従って各節点を移動させる段階
と、を有することを特徴とする有限要素メッシュモデル
の形状変更方法。
【0009】(3)前記変更情報は、形状変更指示部位
の面の変更角度、または稜線の変更移動量であることを
特徴とする。
【0010】(4)前記各節点を移動させる段階では、
フィレット面の半径情報をもつ節点がその半径情報を維
持したまま移動されることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】請求項1〜3に記載の本発明によれば、
有限要素メッシュモデルの形状を変更する際に、形状変
更部位におけるメッシュの節点を直接移動することとし
たので、メッシュの削除や張り直しを行わないため、非
常に速く形状の変更を行うことができる。
【0012】また、請求項4に記載の本発明によれば、
変更前のフェレット形状がそのまま変更後のモデルに反
映されるため、別途フィレトデータを作成する必要がな
く、変更が容易である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
面にしたがって詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明の方法を実施するために用
いられる一装置構成を示したものである。
【0015】この装置は、画像処理をすることができる
コンピュータであり、入力されたデータに基づく画像処
理は図形演算装置10によって行なわれる。図形演算装
置10には完成したプレス形成解析用モデルのデータが
記憶された記憶装置30が接続されていて、適宜このデ
ータが読み出されて形状変更や解析などが行われる。。
後述するプレス成形解析用モデルの変更情報の入力は、
キーボード15によって行なわれる。また、図形演算装
置10によって画像処理が施された後に得られるプレス
成形解析用モデルは、表示装置(たとえば、CRT,L
CD,プラズマディスプレイ等)20に表示される。
【0016】図2に示すフローチャートは、本発明にか
かる有限要素メッシュモデル変更方法の手順を示すフロ
ーチャートである。
【0017】まず、図形演算装置10は、キーボード1
5からの入力に基づき変更するプレス形成解析用モデル
(以下単にモデルと称する)のデータを読み込む(S
1)。
【0018】読み込んだデータは、図3に示すような有
限要素メッシュで描かれた3次元モデルである。このモ
デルにおいて線と線との交点(たとえば図の黒丸部分)
を節点として定義し、また、このモデルの元になってい
る矩形図形(図示点線)の角(山折り部分、谷折り部
分)を構成する部分の線を稜線A1,A2として定義す
る。このモデルにおいては、稜線上の節点は、すでにフ
ィレット面として形成されている。なお、基準となる矩
形図形は、変更する有限要素メッシュモデル内において
平面を形成している各節点を結んで新たに作成してもよ
い。この場合、作成する矩形図形は、変更部位に関わる
ものだけでよい。
【0019】次に、キーボード15から変更情報が入力
される(S2)。入力される変更情報は、図4に示すよ
うに、モデルの元の矩形図形(図中点線)における1つ
の稜線A1を頂点とし、矩形図形の面とする形状変更指
示部位の面のなす角θ、または、同図に示すように、矩
形図形(図示点線)の稜線A2を移動させる距離Xとし
て入力される。なお、図4および後述する各図において
白丸は形状変更後に現れる節点を示す。
【0020】次に、図形演算装置10は、読み込んだデ
ータからフィレット半径情報をもつ節点r(図4参照)
を検索する(S3)。検索結果は一時保存する。
【0021】次に、図形演算装置10は、入力された変
更情報に基づき、フィレット半径情報をもつ節点rを除
いた形状変更指示部位に存在する各節点ごとに法線ベク
トルaを求め、移動方向と移動量を算出する(S4)。
法線ベクトルaの方向は、図5に示すように、法線ベク
トルを求める節点(注目節点i)の周囲のメッシュの角
度から求め、法線ベクトルaの長さは、入力された変更
角度θ(稜線移動量が変更情報として入力されている場
合は、稜線移動量から変更角度を算出する)と1つの稜
線A1から注目節点までの距離ΔLから求める。そし
て、法線ベクトルaの向きが移動方向となり、法線ベク
トルaの長さが移動量となる。なお、この移動方向と移
動量は、変更部位における全ての節点に対して算出する
が、法線ベクトルを求めた後、同一の法線ベクトルを持
つ節点を一纏めにして、その内の一つの節点について移
動方向と移動量を算出してもよい。
【0022】次に、図形演算装置10は、形状変更指示
部位の移動によって影響を受ける範囲を求め、影響を受
ける範囲内の節点の移動方向と移動量を算出する(S
5)。影響を受ける範囲は、ステップS4で求めた移動
量の内、最大の移動量と節点間隔から算出する。そして
影響を受ける範囲内の各節点について、図6に示すよう
に、各節点ごとにその周りのメッシュから接線ベクトル
b1、b2、b3を算出する。この接線ベクトルの向き
が各節点の移動方向となり、長さが移動量となる。
【0023】具体的には、影響を受ける節点数(影響節
点数)は、影響節点数Nn=|(MAX_X−dL)/
dL| により求める。なお、ここで、MAX_Xは最
大移動量、dLは節点間隔である。
【0024】また、接線ベクトルは、隣接する2節点に
よる接線方向と2点間距離から算出する。
【0025】各節点の移動量の算出は、最大移動量と前
述で求めた影響節点数から、移動量を均等分割により求
める。あるいは最大移動量と影響を受ける節点数から移
動量を減衰計算する方法により各節点b1,b2,b3
の移動量を算出する。
【0026】次に、図形演算装置10は、ステップS2
で検索したフィレット半径情報をもつ節点について、周
りのメッシュから移動方向と移動量を算出する(S
6)。
【0027】ここで、法線方向については、周りの節点
の接線ベクトルと同一方向であり、周りの接線ベクトル
とR情報からRの節点位置を求めて、移動量を算出す
る。
【0028】最後に、図形演算装置10は、上記各ステ
ップで算出された各節点の移動方向および移動量に従っ
て各節点を移動して、モデルのデータを修正する(S
7)。このとき、フィレット半径情報をもつ節点は、そ
の波形を維持したまま移動される。これにより、図7に
示すように、変更部位の各節点が移動したモデルが得ら
れる。なお、図7において破線白丸は変更前の節点であ
る。修正後のモデルデータは記憶装置30に記憶される
と共に、表示装置20に表示されて、全ての処理が終了
する。
【0029】以上のように、本実施形態によれば、変更
部位の各節点を直接移動するため、元の線データやメッ
シュの書き直しなどが不要となり、有限要素メッシュモ
デルの形状変更に要する時間が非常に少なくてすむよう
になる。
【0030】以上本発明を適用した実施形態を説明した
が、本発明は、この実施形態に限定されるものではな
く、プレス形成解析用モデル以外でも有限要素メッシュ
によって描かれたモデルに対して適用することができ
る。また、本発明は当業者において本発明の技術思想の
範囲内において適宜変形形態として実施できることは言
うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法を実施するために用いられる一
装置構成を示す図面である。
【図2】 本発明の方法の手順を示すフローチャートで
ある。
【図3】 形状変更を行うプレス形成解析用モデルを示
す図面である。
【図4】 変更情報を説明するための図面で、形状変更
部位を示す。
【図5】 移動部位における節点の法線ベクトルを説明
するための図面で、形状変更部位を示す。
【図6】 移動部位における節点を移動させることによ
る影響範囲内の節点の接線ベクトルを説明するための図
面で、形状変更部位を示す。
【図7】 形状変更後の形状変更部位を示す図面であ
る。
【符号の説明】
10…図形演算装置、 15…キーボード、 20…表示装置、 30…記憶装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有限要素メッシュモデルの形状変更方法
    であって、 前記モデルの形状を変更するための変更情報を入力する
    段階と、 前記入力された変更情報から、形状変更指示部位におけ
    る節点の移動方向と移動量を算出する段階と、 前記形状変更指示部位における節点の移動により影響を
    受ける範囲を求める段階と、 前記影響を受ける範囲内の各節点の移動方向と移動量を
    算出する段階と、 以上の各段階により算出した移動方向と移動量に従って
    各節点を移動させる段階と、を有することを特徴とする
    有限要素メッシュモデルの形状変更方法。
  2. 【請求項2】 有限要素メッシュモデルの形状変更方法
    であって、 前記モデルの形状を変更するための変更情報を入力する
    段階と、 前記形状変更指示部位にフィレット面がある場合に、該
    フィレット面の半径情報をもつ節点を検索する段階と、 前記入力された変更情報から、前記フィレット面の半径
    情報をもつ節点を除く形状変更指示部位における節点に
    ついて、該節点の周囲のメッシュから法線ベクトルを求
    め、求めた法線ベクトルから該節点の移動方向と移動量
    を算出する段階と、 前記算出された節点の移動量から、最大移動量を求め、
    該最大移動量と節点間隔から前記形状変更指示部位にお
    ける節点の移動により影響を受ける範囲を求める段階
    と、 前記影響を受ける範囲内の各節点の接線ベクトルを求
    め、該接線ベクトルから前記影響を受ける範囲内の各節
    点の移動方向と移動量を算出する段階と、 前記フィレット面の半径情報をもつ節点について、周囲
    のメッシュから移動方向と移動量を算出する段階と、 以上の各段階により算出した移動方向と移動量に従って
    各節点を移動させる段階と、を有することを特徴とする
    有限要素メッシュモデルの形状変更方法。
  3. 【請求項3】 前記変更情報は、形状変更指示部位の面
    の変更角度、または稜線の変更移動量であることを特徴
    とする請求項2記載の有限要素メッシュモデルの形状変
    更方法。
  4. 【請求項4】 前記各節点を移動させる段階では、フィ
    レット面の半径情報をもつ節点がその半径情報を維持し
    たまま移動されることを特徴とする請求項2または3に
    記載の有限要素メッシュモデルの形状変更方法。
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