JP5928488B2 - 構造体の解析方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車体または部品等の構造体についての有限要素法による解析方法および解析装置に関する。

自動車を構成する部品の衝突解析を行う装置および方法が知られている。
特許文献１には、設定されたメッシュ長に応じて解析の対象である構造体の形状データを基にメッシュモデルを生成し、その生成したメッシュモデルに有限要素法を施すことによって構造体の変形量を解析する変形解析手段を有する構造体の解析装置が開示されている。
このような解析装置では、歪、変位、応力等の解析結果が、変形した後の形状に、等値線で表示され、等値線で囲まれた領域がグレースケールまたはカラースケールで表されたコンター（等値輪郭線）図として、表示装置の表示画面に表示される。

特開平１１−２１９４５３号公報

特許文献１をはじめとする従来の解析装置では、解析結果が、変形した後の部品の形状の各要素（メッシュ）に対応付けて表示されていた。具体的には、変形後の部品の各要素に解析結果をマッピングして、コンターにより表示していた。
衝突解析後の部品形状は、変形前の部品形状から大きく変形しており、例えば、衝突の激しい箇所では、部材が折り重なるように変形する場合もある。そのため、変形後の部品の各要素に解析結果をコンターにより表示しても、折り重なった部分では表示結果を見ることができず、部品のどの部分にどの程度の歪、変位、応力等が生じたのかを視覚的に捉えることができない。変形が大きい箇所ほど、歪等を視覚的に捉えたいのであるが、当該部位ほど、見えにくいという歯痒いものであった。
このように、従来の解析装置は解析結果を視覚的に明瞭に捉えることができず、解析結果について評価を行うのに利用価値が高いとは言えない。

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、解析結果を視覚的に明瞭に捉えやすくし、解析結果について評価を行うのに利用価値の高い構造体の解析方法および装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る構造体の解析方法は、衝突によって折り重なるように変形する自動車の車体または部品を構成する構造体の解析方法であって、
コンピュータにより、
複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、
該解析モデル生成ステップで生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析ステップと、
該衝突解析ステップで取得された前記解析データの中から前記構造体解析モデルにおける評価対象となる折り重なるように変形した評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得ステップと、
前記解析モデル生成ステップで生成された生成時であって変形前の構造体解析モデルにおける前記評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が前記構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成ステップと、
前記評価データ取得ステップで得られた前記要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する表示ステップとを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記評価データ取得ステップで取得する前記評価データは、変位、歪、応力、内部エネルギー密度のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記解析モデル生成ステップは、前記構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成するステップを有し、
前記衝突解析ステップは、前記第１構造体解析モデルと前記第２構造体解析モデルのそれぞれについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得するステップを有し、
前記評価データ取得ステップは、前記第１構造体解析モデル及び前記第２構造体解析モデルの前記評価部分についての解析データをそれぞれ取得し、取得したそれぞれの解析データの前記要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を評価データとして取得する差分取得ステップを含み、
前記表示ステップは、前記差分取得ステップで取得された差分に基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示することを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルの一部を切り出して境界条件を設定した部分解析モデルであることを特徴とするものである。

（５）また、上記（３）記載のものにおいて、前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルと形状が同一で、一部または全部の材料、または材料の組み合わせが異なるモデルであることを特徴とするものである。

（６）本発明に係る構造体の解析装置は、衝突によって折り重なるように変形する自動車の車体または部品を構成する構造体の解析装置であって、
コンピュータによって構成され、
複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、
該解析モデル生成手段で生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析手段と、
該衝突解析手段で取得された前記解析データの中から前記構造体解析モデルにおける評価対象となる折り重なるように変形した評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得手段と、
前記解析モデル生成手段で生成された生成時であって変形前の構造体解析モデルにおける前記評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が前記構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成手段と、
前記評価データ取得手段によって前記要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

（７）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記評価データ取得手段で取得する前記評価データは、変位、歪、応力、内部エネルギー密度のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするものである。

（８）また、上記（６）又は（７）に記載のものにおいて、前記解析モデル生成手段は、前記構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成する機能を有し、
前記衝突解析手段は、前記第１構造体解析モデルと前記第２構造体解析モデルのそれぞれについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する機能を有し、
前記評価データ取得手段は、前記第１構造体解析モデル及び前記第２構造体解析モデルの前記評価部分についての解析データをそれぞれ取得し、取得したそれぞれの解析データの前記要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を評価データとして取得する差分取得機能を含み、
前記表示手段は、前記評価データ取得手段で取得された前記差分に基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する機能を有することを特徴とするものである。

（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルの一部を切り出して境界条件を設定した部分解析モデルであることを特徴とするものである。

（１０）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルと形状が同一で、一部または全部の材料または材料の組み合わせが異なるモデルであることを特徴とするものである。

本発明においては、コンピュータが構造体解析モデルを生成して、該構造体解析モデルについて衝突解析を行って解析データを取得し、生成時（衝突解析前）の構造体解析モデルと同一形状で、かつ節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成して、該構造体評価モデルに解析データをコンター図として表示することにより、解析結果を視覚的に明瞭に捉えやすく、活用しやすい解析結果の表示をすることができる。

本発明の実施の形態１に係る構造体の解析装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る構造体解析モデルの説明図である。 図２に示した構造体解析モデルの解析結果の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る評価部分の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る評価部分の衝突解析結果の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る構造体評価モデルの説明図である。 本発明の実施の形態１に係る表示ステップにおいて変位を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る表示ステップにおいて歪を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る表示ステップにおいて応力を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る表示ステップにおいて内部エネルギー密度を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る構造体の解析方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態２および実施の形態３に係る構造体の解析装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２および実施の形態３に係る構造体の解析方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態２に係る表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態２に係る表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態２に係る表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る評価部分の他の態様（センターピラーコンポーネント）の説明図である。 図２２に示したセンターピラーコンポーネントのＴＷＢ（テーラードウェルデッドブランク）の継目位置を説明する説明図である。 ＴＷＢの継目位置の変更による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢの継目位置の変更による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢの継目位置の変更による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢの継目位置の変更による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚及び材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて変位差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚及び材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて歪差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚及び材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて応力差を表示したコンター図の一例である。 ＴＷＢを構成する材料の種類の変更（板厚及び材料強度）による影響についての検証結果の説明図であって、表示ステップにおいて内部エネルギー密度差を表示したコンター図の一例である。

以下、解析は全てコンピュータにより行われる。
［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る構造体の解析方法は、コンピュータによって構成される構造体の解析装置１（以下、単に「解析装置１」という）を用いて行うものであるので、まず、解析装置１について説明する。
なお、本発明の一実施の形態に係る構造体の解析方法および解析装置１は、自動車の車体または部品の衝突解析に適用される。

図１は、本発明の一実施の形態に係る解析装置１を示すブロック図である。
解析装置１は、図１に示す通り、表示装置３と入力装置５と主記憶装置７と補助記憶装置９および演算処理部１１を有している。

また、演算処理部１１には、表示装置３と入力装置５と主記憶装置７および補助記憶装置９が接続されている。これらの装置は、演算処理部１１の指令によって各機能を行う。
表示装置３は、解析結果の表示等に用いられ、モニター等で構成される。
入力装置５は、オペレータの条件入力などに用いられる。
主記憶装置７は、ＲＡＭ等で構成され、演算処理部１１で使用するデータの一時保存や演算等に用いられる。
補助記憶装置９は、ハードディスクやＳＳＤ等で構成され、ファイルの記憶等に用いられる。
演算処理部１１はコンピュータのＣＰＵによって構成され、以下に説明する各手段は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。

演算処理部１１内には、複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成手段１３と、解析モデル生成手段１３で生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析手段１４と、衝突解析手段１４で取得された解析データの中から構造体解析モデルにおける評価対象となる評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得手段１５と、解析モデル生成手段１３で生成された生成時の構造体解析モデルにおける評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成手段１７と、評価データ取得手段１５によって要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、構造体評価モデルの対応する要素および／または節点にコンター図として表示する表示手段１９とを備えている。
以下、演算処理部１１内の各手段についてさらに詳細に説明する。

＜解析モデル生成手段＞
解析モデル生成手段１３は、衝突解析の解析対象となる構造体解析モデルを生成するものである。
解析モデル生成手段１３は、３次元ＣＡＤデータ等の形状データに基づいて要素（メッシュ）を生成して解析条件を設定することで構造体解析モデルを生成する。
構造体解析モデルは、複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有するものである。
また、識別情報として、各節点には節点番号が割り振られており、各要素には要素番号が割り振られている。
要素情報としては、要素の型、要素を構成している節点番号などがある。節点情報としては、節点の座標値等がある。解析条件としては、初期条件、接触条件、材料物性等がある。
なお、要素の配置や数は、任意に設定すればよい。

図２に構造体解析モデルの一例を示す。図２に示す構造体解析モデル２１は、車両全体について生成したものである。なお、図２をはじめ、本明細書中の構造体解析モデルおよび構造体評価モデルはメッシュを省略して図示している。
構造体解析モデル２１は、フロントサイドメンバコンポーネントやセンターピラーなどの複数の部品モデルで構成されている。例えばフロントサイドメンバコンポーネントは、車体の前部（図２中に点線枠で囲んだ部分）に配置されている。

＜衝突解析手段＞
衝突解析手段１４は、構造体解析モデルについて衝突解析を行って要素毎および／または節点毎に解析データを取得するものである。
参考例として、図３に構造体解析モデル２１について衝突解析を行った結果を示す。図３は、構造体解析モデル２１の前方に配置された壁２０（壁面のみを図示している）に構造体解析モデル２１が衝突した状態を図示したものである。図３に示すように、衝突によって構造体解析モデル２１の前部が大きく変形している。
なお、取得した解析データは構造体解析モデル生成時の節点番号や要素番号に紐付いている。

本実施の形態では、一例として、フロントサイドメンバコンポーネントの一部分であるフロントサイドメンバを評価部分とした。
図４は、衝突解析前の構造体解析モデル２１（図２参照）からフロントサイドメンバコンポーネントを抜き出して形状を簡略化して図示したものである。図４に示すフロントサイドメンバコンポーネント２２は、フロントサイドメンバ２２ａとフロントサイドメンバ２２ａの一端に接続されたフロントサイドメンバエクステンション２２ｂとで構成されている。

参考として、図５に衝突解析後のフロントサイドメンバ２２ａのみの形状（変形後の形状）の一例を示す。図５に示すように、フロントサイドメンバ２２ａは非常に複雑に変形して重なり合う部分が生じており、そのため前述したように、解析後のこの形状上にコンター表示をしても、変形の激しい部分がどのようになっているのか確認することが困難となるのである。

＜評価データ取得手段＞
評価データ取得手段１５は、衝突解析手段１４で取得された解析データの中から構造体解析モデルにおける評価対象となる評価部分についての解析データを評価データとして取得するものである。
評価データは、変位、歪、応力、内部エネルギー密度のうち少なくとも１つを含む。
本実施の形態では、評価部分としてのフロントサイドメンバ２２ａの解析データを評価データとして取得した。

＜評価モデル生成手段＞
評価モデル生成手段１７は、節点情報及び要素情報からなり、解析モデル生成手段１３で生成された生成時の構造体解析モデル（変形前の形状）における評価部分と同一形状でで、かつ節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成するものである。

図６に、構造体評価モデルの一例として、フロントサイドメンバ２２ａについて生成された構造体評価モデル２３を示す。構造体評価モデル２３の節点情報及び要素情報は、構造体解析モデル２１の節点情報及び要素情報と対応付けられている。
構造体評価モデル２３の節点番号や要素番号は、構造体解析モデル２１のものと同一にするとよい。もっとも、同一でなくても構造体解析モデル２１の節点番号や要素番号と、構造体評価モデル２３の節点番号や要素番号との対応関係が分かっていればよい。

＜表示手段＞
表示手段１９は、解析データ取得ステップで得られた要素毎および／または節点毎に取得した解析データを、節点番号や要素番号に基づいて、構造体評価モデル２３の対応する要素および／または節点にコンター図として表示装置３に表示するものである。

上記取得した解析データを構造体評価モデル２３の対応する要素および／または節点にコンター図として表示した例を図７〜図１０に示す。
図７は変位、図８は歪、図９は応力、図１０は内部エネルギー密度をそれぞれ表示したものである。
なお、例えば変位をコンター図として表示するには、例えば、要素を構成する各節点の変位の平均値、最大値、あるいは最小値を求め、これらのいずれかを選択して対応する要素に表示してもよいし、各節点の値をそのまま表示してもよい。

このように、構造体評価モデル２３上に表示することで、対象の部品のどの箇所の変位や歪が大きいか等を一見して確認することができ、これにより対象の部品のどの箇所が衝突に弱いか等を容易に判断することができる。

以上のように構成された本実施の形態に係る解析装置１を用いた構造体の解析方法の一例を、解析装置１の動作と共に説明する。
本実施の形態に係る構造体の解析方法は、複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、該解析モデル生成ステップで生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析ステップと、該衝突解析ステップで取得された解析データの中から構造体解析モデルにおける評価対象となる評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得ステップと、解析モデル生成ステップで生成された生成時の構造体解析モデルにおける評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成ステップと、評価データ取得ステップで得られた要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、構造体評価モデルの対応する要素および／または節点にコンター図として表示する表示ステップとを備えている。
以下に、上記各ステップについて図１１に基づいて詳細に説明する。

＜解析モデル生成ステップ＞
まず、解析モデル生成手段１３を用いて、複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデル２１を生成する（Ｓ１、図２参照）。

＜衝突解析ステップ＞
次に、衝突解析手段１４を用いて、構造体解析モデル２１について衝突解析を行って（図３参照）要素毎および／または節点毎に解析データを取得する（Ｓ２）
取得した解析データは構造体解析モデル２１の節点番号や要素番号に紐付いている。

＜評価データ取得ステップ＞
次に、評価データ取得手段１５を用いて、上記取得された解析データの中から評価部分としてのフロントサイドメンバ２２ａ（図４参照）についての解析データを評価データとして取得する（Ｓ３）。

＜評価モデル生成ステップ＞
次に、評価モデル生成手段１７を用いて、解析モデル生成ステップで生成された生成時（衝突解析前）の構造体解析モデル２１における評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデル２３を生成する（Ｓ４、図６参照）。

＜表示ステップ＞
次に、表示手段１９を用いて、解析データ取得ステップで得られた解析データを、解析データの識別情報に基づいて、構造体評価モデル２３の対応する要素および／または節点に紐付け、構造体評価モデル２３にコンター図として表示する（Ｓ５、図７〜図１０参照）。

以上のように、本実施の形態においては、構造体解析モデル２１を生成して、構造体解析モデル２１について衝突解析を行って解析データを取得し、該解析データの中から評価部分についての解析データを評価データとして取得し、生成時の構造体解析モデル２１における評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報が構造体解析モデル２１の節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデル２３を生成して、該構造体評価モデル２３に解析データをコンター図として表示することにより、解析結果を視覚的に明瞭に捉えやすくし、活用しやすい解析結果の表示をすることができる。これによって、解析結果の評価が容易となる。

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、一つの構造体解析モデルについての衝突解析結果を構造体評価モデルに表示することで、解析結果についての評価を行い易くした場合について説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、２つの構造体解析モデルのそれぞれについての衝突解析結果の差分を構造体評価モデルに表示する場合も含む。
例えば、本実施の形態および実施の形態３で説明するように、構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成し、第１構造体解析モデル及び第２構造体解析モデルのそれぞれについて衝突解析を行い、解析結果の差分を構造体評価モデルに表示させる。こうすることで、評価部分におけるどの部分の差分が大きいかを一見して確認できる。

第２構造体解析モデルとしては、前記差分を取る目的によって様々なものが考えられる。
そこで、本実施の形態では、部分モデルの衝突解析を実施する場合に設定される境界条件の適否の判断を容易にする目的で、第１構造体解析モデルとして構造体の全体モデルを生成し、第２構造体解析モデルとして部分モデルを生成する場合について説明する。

構造体解析モデルについて衝突解析を実行する場合、全体モデルに対して行うのが好ましいが、構造体の規模が大きくなればなるほど構造体に含まれる部品数が多くなるため、パラメータの設定や計算処理が複雑になり、計算に長時間を要する。そこで、衝突解析の結果を取得したいのが構造体のある特定の部分であるなら、当該部分についてのみ衝突解析を実行する（以下、「部分解析」という）ことで計算時間を短縮することができる。

部分解析は、モデル全体から当該部分のみを切り出して部分解析モデルを生成し、モデル全体との境界に相当する部位に境界条件を設定して行う。
しかしながら、境界条件をどのように設定するかによって解析結果は大きく変わってしまうため、境界条件を適切に設定することが極めて重要となる。そして、境界条件を適切に設定するためには、設定した境界条件によって部分解析を行った解析結果の適否が判断できればよい。
そのためには、全体モデルである構造体解析モデルについての解析結果と、境界条件を設定した部分解析モデルについての解析結果を比較してその差分を求め、その差分の大小を表示するようにすればよい。

具体的には、構造体全体についての構造体解析モデルについて衝突解析を行って解析データを取得し、別途、ある部分についての部分解析モデルを生成し、ある境界条件で解析を行って解析データを取得し、それぞれ取得した解析データの差分を構造体評価モデルに表示する。
こうすることで、境界条件の適否を一見して把握することができる。
表示方法としては、例えば、差分の大小を色の濃淡で表現するようにし、差分が大きければ色を濃くする、などが挙げられる。この場合、仮に表示結果において全体の色が淡ければ、全体的に差分が小さい、すなわち設定した境界条件が適切であると判断できる。

以下に、上述した方法を実施するための本実施の形態の解析装置について詳細に説明する。
図１２は、本実施の形態に係る構造体の解析装置３１（以下、単に「解析装置３１」という）を示す図である。解析装置３１は、構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成して、それぞれについて解析を行って解析データを取得し、解析データの差分に基づいてコンター図として表示させるためのものである。
解析装置３１は、演算処理部３２の解析モデル生成手段３３、評価データ取得手段３６、評価モデル生成手段３７、表示手段３８以外、実施の形態１に係る解析装置１の構成と同様であるので、同じ部分の説明は省略し、演算処理部１１（実施の形態１）と演算処理部３２（実施の形態２）の相違点を以下に説明する。なお、図１２において図１と同様のものには同一の符号を付している。

＜解析モデル生成手段＞
解析モデル生成手段３３は、構造体解析モデルとして、第１構造体解析モデルを生成する第１構造体解析モデル生成機能３３ａと、第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成する第２構造体解析モデル生成機能３３ｂを有している。
本実施の形態では、第２構造体解析モデルとして、第１構造体解析モデルの一部を切り出して境界条件を設定した部分解析モデルを生成する。
例えば、自動車の車体全体のモデルを第１構造体解析モデルとし、フロントサイドメンバやセンターピラー等周辺部分の車体の一部を第２構造体解析モデル（部分解析モデル）とする。

第１構造体解析モデルの要素および節点と、第２構造体解析モデルの要素および節点は互いに対応している。
第２構造体解析モデルの要素および節点は、第１構造体解析モデルの一部の要素および節点に識別情報によって対応してもよいし、第１構造体解析モデル、第２構造体解析モデルのいずれか一方の要素および／または節点を他方の要素および／または節点に補完してもよい。
第２構造体解析モデルには、モデル全体との境界に相当する部位に節点の拘束条件等の境界条件を設定するとよい。

＜評価データ取得手段＞
評価データ取得手段３６は、第１構造体解析モデルについて衝突解析を行うほか、第２構造体解析モデルについても解析を行って解析データを取得し、取得した解析データの要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を取得する差分取得機能３６ａを有している。
差分取得機能３６ａは、第１構造体解析モデル（車体全体のモデル）と第２構造体解析モデル（部分解析モデル）の解析結果を比較して、これらモデルの解析結果の差分を要素毎および／または節点毎に算出する。

例えば、差分取得機能３６ａは、部分解析モデルの解析データから車体全体の解析モデルの解析データを減じて差を求めて解析データの差分とする。
なお、解析データの差分は、部分解析モデルの解析データと車体全体の解析モデルの解析データの差（変位差、歪差、応力差、内部エネルギー密度差）に基づく値であれば、どのような値であってもよい。例えば、部分解析モデルの解析データと車体全体の解析モデルの解析データの差を、車体全体の解析モデルの解析データで割った値を解析データの差分としてもよい。

＜評価モデル生成手段＞
評価モデル生成手段３７は、節点情報及び要素情報からなり、解析モデル生成手段３３で生成された生成時の構造体解析モデル（第１構造体解析モデルおよび第２構造体解析モデル）における評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報が構造体解析モデル（第１構造体解析モデルおよび第２構造体解析モデル）の節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成するものである。
第１構造体解析モデルと第２構造体解析モデルと構造体評価モデルの３モデルは、節点情報及び要素情報が対応付けられている。

＜表示手段＞
表示手段３８は、評価データ取得手段３６で取得した差分を構造体評価モデルの対応する要素および／または節点にコンター図として表示する機能を有している。

以上のように構成された本実施の形態に係る解析装置３１を用いた構造体の解析方法の一例を、図１３に基づいて解析装置３１の動作と共に説明する。以下の説明において、第１構造体解析モデルは車体全体についてのモデル（図示なし）とし、第２構造体解析モデルはフロントサイドメンバ周辺についての部分解析モデル（図示なし）とした。

＜解析モデル生成ステップ＞
まず、解析モデル生成手段３３を用いて、第１構造体解析モデル生成機能３３ａにより、上記実施の形態１と同様に第１構造体解析モデル（車体全体）を生成するとともに、第２構造体解析モデル生成機能３３ｂにより、第１構造体解析モデルと比較するための第２構造体解析モデル（フロントサイドメンバ周辺）を生成する（Ｓ１１）。

＜衝突解析ステップ＞
次に、衝突解析手段３５を用いて、第１構造体解析モデルおよび第２構造体解析モデルについてそれぞれ衝突解析を行って解析データを取得する（Ｓ１２）。

＜評価データ取得ステップ＞
次に、評価データ取得手段３６を用いて、上記衝突解析ステップで取得した各解析データから評価部分についての解析データをそれぞれ取得し、取得したそれぞれの解析データの要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を評価データとして取得する（差分取得ステップ）（Ｓ１３）。

＜評価モデル生成ステップ＞
次に、評価モデル生成手段３７を用いて、解析モデル生成ステップ生成時（衝突解析前）の第１構造体解析モデルにおける評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデル３９を生成する（Ｓ１４）
本実施の形態において、構造体評価モデル３９は図６に示す構造体評価モデル２３と同一形状とした。

＜表示ステップ＞
次に、表示手段３８を用いて、評価データ取得ステップで取得された差分に基づいて構造体評価モデル３９の対応する要素および／または節点にコンター図として表示する（Ｓ１５）。
表示例を図１４〜図１７に示す。
図１４は変位差、図１５は歪差、図１６は応力差、図１７は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。

以上のように、本実施の形態においては、第１構造体解析モデルとしての車体全体のモデルと、第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルとしての部分解析モデルとを生成し、それぞれについて解析を行って解析データを取得し、これらの差分に基づいて構造体評価モデル３９にコンター表示させるようにしているので、車体全体のモデルと部分解析モデルとの解析結果の差異を一見して確認することができ、これによって部分解析モデルに設定した境界条件の適否を簡易かつ正確に判断することができる。

［実施の形態３］
本実施の形態では、第２構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと形状が同一でモデル全部の材料が異なるモデルを用いることで、材料の違いによる影響の評価を容易にする場合について説明する。
本実施の形態の解析装置の構成は、図１２に示した実施の形態２の解析装置３１と同一の構成であり、また処理の流れも図１３に示したものと同じである。
そこで、以下においては、実施の形態２との相違点に着目して、図１３を参照しながら本実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、評価対象となる部分はフロントサイドメンバとした。

解析モデル生成ステップでは、第１構造体解析モデルおよび第２構造体解析モデルとして車体全体についての解析モデルを生成する。なお、第１構造体解析モデルと第２構造体解析モデルは、形状が同一で材料が異なるようにする（Ｓ１１）。ここで材料が異なるとは、材料特性や板厚が異なることである。材料特性とは、材料の強度、あるいは応力−歪関係などの特性等が含まれる。本実施の形態では、一例として材料強度が異なるようにした。第１構造体解析モデルを引張強度５９０ＭＰａ級の材料により構成し、第２構造体解析モデルを引張強度９８０ＭＰａ級の材料により構成した。

このようにして生成された第１構造体解析モデルと第２構造体解析モデルについてそれぞれ解析を行い（Ｓ１２）、解析データの差分を取得する（Ｓ１３）。
次に、実施の形態１および実施の形態２と同様に構造体評価モデルを生成し（Ｓ１４）、生成した構造体評価モデルに差分をコンター図として表示する（Ｓ１５）。
車体全体の中から評価対象となるフロントサイドメンバの構造体評価モデル４１のコンター図の例を図１８〜図２１に示す。図１８は変位差、図１９は歪差、図２０は応力差、図２１は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。

図１８〜図２１に示されるように、色の濃淡の場所が各図で異なっており、このことから、材料特性の違いによる衝突特性の違いが構造体のどの部位に現れるかを一見して理解することができる。
つまり、５９０ＭＰａ級の材料を、高強度９８０ＭＰａ級材料に変更した場合、材料強度の違いによる衝突特性の違いによって、部品（構造体）のどの部分の応力、歪、変位が変化しやすいかを簡易かつ明確に知ることができる。

上記では、第２構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルとモデル全部の材料が異なる場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１構造体解析モデルと形状が同一でモデルの一部の材料が異なるようにしたり、モデルを構成する材料の組み合わせが異なるようにしてもよい。
材料の組み合わせが異なる場合としては、モデルの材料として複数の材料を溶接して１枚のブランクとするＴＷＢ（tailored welded blank、テーラードウェルデッドブランク）を使用し、材料の種類は同一で材料の配置を変更する場合、材料の配置は同一で材料の種類を変更する場合、または材料の配置も種類も変更する場合等がある。
ここで、材料の配置を変更するとは例えばＴＷＢの継目位置を変更することであり、材料の種類とは例えば板厚や材料強度のことである。

ＴＷＢの継目位置やＴＷＢを構成する材料の種類を変更すると、作成されるプレス成形品の衝突特性等が変わる。以下に、ＴＷＢを使用したモデルについて、ＴＷＢの継目位置やＴＷＢを構成する材料の種類を変更して、変更による影響について評価する具体例を説明する。

まず、図２２に示すセンターピラーコンポーネント４３を評価部分とし、ＴＷＢの継目位置の変更による影響について評価した。
センターピラーコンポーネント４３は、図２２に示す通り、ほぼ同形状のセンターピラーアウター４５とセンターピラーインナー４７を重ね合わせて構成されている。なお、図２２において、センターピラーインナー４７はセンターピラーアウター４５の背面側に位置しており、最も濃い色で示している。
センターピラーアウター４５は、上部４５ａと下部４５ｂを異なる材料で構成しており、ＴＷＢをプレス成形することで作成される。
なお、図２２において、上部４５ａは下部４５ｂよりも薄い色で示している。本例では、上部４５ａの材料として板厚1.6mmの５９０ＭＰａ級鋼板、下部４５ｂの材料として板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。

図２３は、ＴＷＢの継目位置を変更して作成したセンターピラーコンポーネント４３の一例であり、図２３（ｂ）のセンターピラーアウター４５は、図２３（ａ）のものよりも下部４５ｂの割合が多くなるようにＴＷＢを配置してプレス成形することで得ることができる。このように、ＴＷＢの継目位置の異なるセンターピラーコンポーネント４３についてそれぞれについて構造体解析モデルを作成して解析を行い、差分を取得し表示することで、ＴＷＢの継目位置の変更による影響を評価することができる。

具体的な手順を図１３のフローチャートに基づいて説明する。
第１構造体解析モデルは図２３（ａ）のセンターピラーコンポーネント４３について生成し、第２構造体解析モデルは図２３（ｂ）のセンターピラーコンポーネント４３について生成した（Ｓ１１）。
このようにして生成された第１構造体解析モデルと第２構造体解析モデルをそれぞれ車体に組み込んで、車体全体について衝突解析を行い（Ｓ１２）、解析データの差分を取得した（Ｓ１３）。

次に、上記実施の形態と同様に構造体評価モデル（構造体評価モデル４９）を生成し（Ｓ１４）、構造体評価モデル４９に差分をコンター図（図２４〜図２７参照）として表示した（Ｓ１５）。なお、図２４〜図２７において、センターピラーコンポーネント４３（図２２及び図２３参照）と同様のものには同一の符号を付している。
図２４は変位差、図２５は歪差、図２６は応力差、図２７は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。

図２４は色が濃い部分ほど紙面奥方向への変位差が大きいことを示している。図２４に示す通り、材料の異なる部分とその近傍において変位差が大きくなっており、このことからＴＷＢの継目位置を変更したことに伴ってセンターピラーコンポーネント４３の折れる位置が変化することがわかる。
このように、図２４からはＴＷＢの継目位置を変更したことの影響が、変位差としてどのように表れるかを一見して確認することができる。

同様に、ＴＷＢの継目位置を変更したことの影響が、図２５からは歪量の差として、図２６からは応力の差として、図２７からは内部エネルギー密度（衝突による外部エネルギーを吸収した割合）の差として、それぞれどの様に表れるかを確認することができる。

上記は、ＴＷＢの継目位置の変更による影響についての説明であったが、他の例として、ＴＷＢの継目位置は変更せずに（図２２参照）、ＴＷＢを構成する材料の種類の変更による影響についても同様に検証を行ったので、以下に説明する。
材料の種類の変更とは例えば、板厚のみを変更すること、材料強度（ＴＳ、引張強度）のみを変更すること、板厚及び材料強度の双方をすることである。これらの材料の種類の変更について図２８〜図３９に基づいて順に説明する。

まず、板厚のみを変更した場合について説明する。
第１構造体解析モデルでは、上部４５ａの材料として板厚1.6mmの５９０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。
第２構造体解析モデルでは、下部４５ｂの材料として板厚1.8mmの５９０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として第１構造体解析モデルと同様の板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。

解析結果の差分の表示例を図２８〜図３１に示す。図２８は変位差、図２９は歪差、図３０は応力差、図３１は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。
ＴＷＢを構成する材料の板厚を変更したことの影響が、図２８からは変位の差として、図２９からは歪量の差として、図３０からは応力の差として、図３１からは内部エネルギー密度の差として、それぞれどの様に表れるかを確認することができる。

材料強度のみを変更した場合について説明する。
第１構造体解析モデルでは、上部４５ａの材料として板厚1.6mmの５９０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。
第２構造体解析モデルでは、上部４５ａの材料として板厚1.6mmの９８０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として第１構造体解析モデルと同様の板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。

解析結果の差分の表示例を図３２〜図３５に示す。図３２は変位差、図３３は歪差、図３４は応力差、図３５は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。
ＴＷＢを構成する材料の材料強度を変更したことの影響が、図３２からは変位の差として、図３３からは歪量の差として、図３４からは応力の差として、図３５からは内部エネルギー密度の差として、それぞれどの様に表れるかを確認することができる。

板厚及び材料強度の双方を変更した場合について説明する。
第１構造体解析モデルでは、上部４５ａの材料として板厚1.6mmの５９０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。
第２構造体解析モデルでは、上部４５ａの材料として板厚1.4mmの９８０ＭＰａ級鋼板を用い、下部４５ｂの材料として第１構造体解析モデルと同様の板厚1.2mmの４４０ＭＰａ級鋼板を用いた。

解析結果の差分の表示例を図３６〜図３９に示す。図３６は変位差、図３７は歪差、図３８は応力差、図３９は内部エネルギー密度差をそれぞれ表示したものである。
ＴＷＢを構成する材料の板厚及び材料強度の双方を変更したことの影響が、図３６からは変位の差として、図３７からは歪量の差として、図３８からは応力の差として、図３９からは内部エネルギー密度の差として、それぞれどの様に表れるかを確認することができる。

このように、ＴＷＢの継目位置やＴＷＢを構成する材料の種類を変更して解析を行うことで、変更したことによる影響を確認することができ、ＴＷＢを最適化することが容易である。

以上のように、本実施の形態においては、第１構造体解析モデルと、第２構造体解析モデルとして、形状が同一で材料が異なるモデルを生成し、それぞれについて解析を行い、取得した解析データの差分に基づいて構造体評価モデル（衝突解析前と同一形状）にコンター表示させることで、材料の違いによる影響を一見して確認することができる。

なお、上記実施の形態１〜実施の形態３では評価モデル生成ステップは解析データ取得ステップの後に行った例を示したが、表示ステップの前に行えばよく、例えば解析データ取得ステップの前に行ってもよい。

１ 解析装置（実施の形態１）
３ 表示装置
５ 入力装置
７ 主記憶装置
９ 補助記憶装置
１１ 演算処理部
１３ 解析モデル生成手段
１４ 衝突解析手段
１５ 評価データ取得手段
１７ 評価モデル生成手段
１９ 表示手段
２０ 壁
２１ 構造体解析モデル
２２ フロントサイドメンバコンポーネント
２２ａ フロントサイドメンバ
２２ｂ フロントサイドメンバエクステンション
２３ 構造体評価モデル
３１ 解析装置（実施の形態２）
３２ 演算処理部
３３ 解析モデル生成手段
３３ａ 第１構造体解析モデル生成機能
３３ｂ 第２構造体解析モデル生成機能
３５ 衝突解析手段
３６ 評価データ取得手段
３６ａ 差分取得機能
３７ 評価モデル生成手段
３８ 表示手段
３９ 構造体評価モデル（実施の形態２）
４１ 構造体評価モデル（実施の形態３）
４３ センターピラーコンポーネント
４５ センターピラーアウター
４５ａ 上部
４５ｂ 下部
４７ センターピラーインナー
４９ 構造体評価モデル

Claims (10)

1. 衝突によって折り重なるように変形する自動車の車体または部品を構成する構造体の解析方法であって、
   コンピュータにより、
   複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、
   該解析モデル生成ステップで生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析ステップと、
   該衝突解析ステップで取得された前記解析データの中から前記構造体解析モデルにおける評価対象となる折り重なるように変形した評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得ステップと、
   前記解析モデル生成ステップで生成された生成時であって変形前の構造体解析モデルにおける前記評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が前記構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成ステップと、
   前記評価データ取得ステップで得られた前記要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する表示ステップとを備えたことを特徴とする構造体の解析方法。
2. 前記評価データ取得ステップで取得する前記評価データは、変位、歪、応力、内部エネルギー密度のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の構造体の解析方法。
3. 前記解析モデル生成ステップは、前記構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成するステップを有し、
   前記衝突解析ステップは、前記第１構造体解析モデルと前記第２構造体解析モデルのそれぞれについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得するステップを有し、
   前記評価データ取得ステップは、前記第１構造体解析モデル及び前記第２構造体解析モデルの前記評価部分についての解析データをそれぞれ取得し、取得したそれぞれの解析データの前記要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を評価データとして取得する差分取得ステップを含み、
   前記表示ステップは、前記差分取得ステップで取得された差分に基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造体の解析方法。
4. 前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルの一部を切り出して境界条件を設定した部分解析モデルであることを特徴とする請求項３記載の構造体の解析方法。
5. 前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルと形状が同一で、一部または全部の材料または材料の組み合わせが異なるモデルであることを特徴とする請求項３記載の構造体の解析方法。
6. 衝突によって折り重なるように変形する自動車の車体または部品を構成する構造体の解析装置であって、
   コンピュータによって構成され、
   複数の要素（メッシュ）で構成され、要素情報、節点情報及び解析条件を有する構造体解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、
   該解析モデル生成手段で生成された構造体解析モデルについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する衝突解析手段と、
   該衝突解析手段で取得された前記解析データの中から前記構造体解析モデルにおける評価対象となる折り重なるように変形した評価部分についての解析データを評価データとして取得する評価データ取得手段と、
   前記解析モデル生成手段で生成された生成時であって変形前の構造体解析モデルにおける前記評価部分と同一形状で、かつ節点情報及び要素情報からなり該節点情報及び要素情報が前記構造体解析モデルの節点情報及び要素情報と対応付けられている構造体評価モデルを生成する評価モデル生成手段と、
   前記評価データ取得手段によって前記要素毎および／または節点毎に取得した評価データに基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する表示手段とを備えたことを特徴とする構造体の解析装置。
7. 前記評価データ取得手段で取得する前記評価データは、変位、歪、応力、内部エネルギー密度のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６記載の構造体の解析装置。
8. 前記解析モデル生成手段は、前記構造体解析モデルとして第１構造体解析モデルと該第１構造体解析モデルと共通する評価部分を有する第２構造体解析モデルを生成する機能を有し、
   前記衝突解析手段は、前記第１構造体解析モデルと前記第２構造体解析モデルのそれぞれについて衝突解析を行って前記要素毎および／または節点毎に解析データを取得する機能を有し、
   前記評価データ取得手段は、前記第１構造体解析モデル及び前記第２構造体解析モデルの前記評価部分についての解析データをそれぞれ取得し、取得したそれぞれの解析データの前記要素毎および／または節点毎にこれら解析データの差分を評価データとして取得する差分取得機能を含み、
   前記表示手段は、前記評価データ取得手段で取得された前記差分に基づいて、前記構造体評価モデルの対応する前記要素および／または節点にコンター図として表示する機能を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の構造体の解析装置。
9. 前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルの一部を切り出して境界条件を設定した部分解析モデルであることを特徴とする請求項８記載の構造体の解析装置。
10. 前記第２構造体解析モデルは、前記第１構造体解析モデルと形状が同一で、一部または全部の材料または材料の組み合わせが異なるモデルであることを特徴とする請求項８記載の構造体の解析装置。