形狀優(yōu)化解析方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)體的形狀優(yōu)化解析方法及裝置。尤其是，涉及用于提高汽車等結(jié) 構(gòu)體的剛性且實(shí)現(xiàn)輕量化、或提高碰撞特性且實(shí)現(xiàn)輕量化的、結(jié)構(gòu)體的形狀優(yōu)化解析方法 及裝置(shape optimization analyzing method and apparatus therefore) 〇
[0002] 此外，在本說明書中稱為形狀優(yōu)化的情況下，不是表示預(yù)先設(shè)想規(guī)定形狀、例如T 字形狀并以該形狀為前提來求得最優(yōu)形狀，而是表示不預(yù)想規(guī)定形狀地、求得滿足解析條 件的最優(yōu)化的形狀。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，尤其在汽車產(chǎn)業(yè)中，以環(huán)境問題為起因而不斷推進(jìn)車身的輕量化，對(duì)于車 身設(shè)計(jì)，基于計(jì)算機(jī)輔助工學(xué)（computer aided engineering)而實(shí)現(xiàn)的解析（以下稱為 "CAE解析"）成為不可或缺的技術(shù)。
[0004] 在該CAE解析中，已知通過使用數(shù)理優(yōu)化、板厚優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等優(yōu)化 技術(shù)來謀求剛性提高和/或輕量化，例如經(jīng)常用于發(fā)動(dòng)機(jī)體等鑄造物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
[0005] 在優(yōu)化技術(shù)中，尤其注重拓?fù)鋬?yōu)化（topology optimization)。拓?fù)鋬?yōu)化是如下方 法：設(shè)置某種程度大小的設(shè)計(jì)空間，并在該設(shè)計(jì)空間中組入立體要素，保留滿足所賦予的條 件且必要最小限度的立體要素的部分，由此成為滿足該條件的最優(yōu)形狀。因此，拓?fù)鋬?yōu)化使 用了對(duì)組成設(shè)計(jì)空間的立體要素進(jìn)行直接約束并直接施加載荷的方法。
[0006] 作為關(guān)于這樣的拓?fù)鋬?yōu)化的技術(shù)，在專利文獻(xiàn)1中公開了用于將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體的 組件（component)拓?fù)鋬?yōu)化的方法。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2010-250818號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 汽車等結(jié)構(gòu)體主要使用薄板（steel sheet)而構(gòu)成，在將這樣的由薄板構(gòu)成的車 身的一部分優(yōu)化的情況下，難以將該部位作為設(shè)計(jì)空間而使其獨(dú)立，并對(duì)該設(shè)計(jì)空間反映 載荷和約束狀態(tài)，因此存在難以將優(yōu)化技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)體的一部分的技術(shù)課題。
[0011] 另外，即使根據(jù)立體要素（element)來謀求優(yōu)化形狀，也存在應(yīng)當(dāng)如何將其恰當(dāng) 地反映于薄板結(jié)構(gòu)的技術(shù)課題。
[0012] 專利文獻(xiàn)1公開的技術(shù)是關(guān)于數(shù)學(xué)運(yùn)算上的手法及解析物理系統(tǒng)的技術(shù)，對(duì)上述 那樣的技術(shù)課題沒有提供任何解決方案，而期望開發(fā)出用于解決上述技術(shù)課題的技術(shù)。
[0013] 本發(fā)明是為了解決上述那樣的技術(shù)課題而研發(fā)的，其目的在于提供一種能夠?qū)?yōu) 化技術(shù)適用于承受外力的結(jié)構(gòu)體的一部分、而有助于結(jié)構(gòu)體的優(yōu)化的技術(shù)。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供下述的形狀優(yōu)化解析方法及形狀優(yōu)化解析裝置。
[0015] (1) -種形狀優(yōu)化解析方法，使用平面要素或立體要素對(duì)構(gòu)成結(jié)構(gòu)體模型的一部 分進(jìn)行優(yōu)化，具有以下步驟：
[0016] 設(shè)計(jì)空間設(shè)定步驟，將上述結(jié)構(gòu)體模型中的成為優(yōu)化對(duì)象的部分設(shè)定為設(shè)計(jì)空 間；
[0017] 優(yōu)化塊模型生成步驟，在所設(shè)定的設(shè)計(jì)空間中生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)行優(yōu) 化的解析處理的優(yōu)化塊模型；
[0018] 結(jié)合處理步驟，將所生成的優(yōu)化塊模型與上述結(jié)構(gòu)體模型結(jié)合；和
[0019] 解析步驟，輸入解析條件，并進(jìn)行對(duì)上述優(yōu)化塊模型求得最優(yōu)形狀的解析。
[0020] ⑵如⑴所述的形狀優(yōu)化解析方法，構(gòu)成上述優(yōu)化塊模型的立體要素，由五面體 以上八面體以下且具有至少一組相互平行的兩個(gè)面的立體要素構(gòu)成。
[0021] (3)如（1)或（2)所述的形狀優(yōu)化解析方法，上述優(yōu)化塊模型生成步驟生成如下的 優(yōu)化塊模型，該優(yōu)化塊模型沿著上述結(jié)構(gòu)體模型中的設(shè)置有上述設(shè)計(jì)空間的周圍的面、且 與設(shè)計(jì)空間的具有最大面積的面平行地將立體要素細(xì)分化。
[0022] (4)如（1)至（3)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析方法，上述優(yōu)化塊模型生成步驟 中，在與構(gòu)成結(jié)構(gòu)體模型的平面要素或立體要素之間的結(jié)合部上配置節(jié)點(diǎn)（node)，作為構(gòu) 成優(yōu)化塊模型的立體要素而使用六面體立體要素并且以沿著包含配置于上述結(jié)合部的節(jié) 點(diǎn)（node)的平面的方式堆積立體要素而進(jìn)行生成。
[0023] (5)如（1)至⑷中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析方法，上述優(yōu)化塊模型由通過立體 要素構(gòu)成的多個(gè)塊體構(gòu)成，該多個(gè)塊體使用剛體要素、梁要素或平面要素而連結(jié)。
[0024] (6)如（1)至（5)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析方法，在基于數(shù)值解析的優(yōu)化計(jì)算 中，通過優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行離散化。
[0025] (7) -種形狀優(yōu)化解析裝置，基于使用平面要素、或平面要素和立體要素構(gòu)成的結(jié) 構(gòu)體模型的一部分的形狀的數(shù)值解析而進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，具有：
[0026] 設(shè)計(jì)空間設(shè)定部，其對(duì)上述結(jié)構(gòu)體模型的一部分將成為優(yōu)化對(duì)象的部分設(shè)定為設(shè) 計(jì)空間；
[0027] 優(yōu)化塊模型生成部，其在所設(shè)定的設(shè)計(jì)空間中生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)行優(yōu) 化解析處理的優(yōu)化塊模型；
[0028] 結(jié)合處理部，其進(jìn)行將所生成的優(yōu)化塊模型與上述結(jié)構(gòu)體模型結(jié)合的處理；
[0029] 解析條件輸入部，其向上述結(jié)構(gòu)體模型的期望部位輸入用于解析的解析條件；和
[0030] 優(yōu)化解析部，其基于所輸入的解析條件而在上述優(yōu)化塊模型中執(zhí)行基于數(shù)值解析 的優(yōu)化計(jì)算。
[0031] (8)如（7)所述的形狀優(yōu)化解析裝置，構(gòu)成上述優(yōu)化塊模型的立體要素，由五面體 以上八面體以下且至少具有一組相互平行的兩個(gè)面的立體要素構(gòu)成。
[0032] (9)如（7)或⑶所述的形狀優(yōu)化解析裝置，上述優(yōu)化塊模型生成部生成如下的優(yōu) 化塊模型，該優(yōu)化塊模型沿著上述結(jié)構(gòu)體模型中的設(shè)置有上述設(shè)計(jì)空間的周圍的面、且與 設(shè)計(jì)空間的具有最大面積的面平行地將立體要素細(xì)分化。
[0033] (10)如（7)至（9)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析裝置，上述優(yōu)化塊模型生成部在 與構(gòu)成結(jié)構(gòu)體模型的平面要素或立體要素之間的結(jié)合部上配置節(jié)點(diǎn)，作為構(gòu)成優(yōu)化塊模型 的立體要素使用六面體立體要素并且以沿著包含配置于上述結(jié)合部的節(jié)點(diǎn)的平面的方式 堆積立體要素而進(jìn)行生成。
[0034] (11)如（7)至（10)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析裝置，上述優(yōu)化塊模型生成部使 上述優(yōu)化塊模型由通過立體要素構(gòu)成的多個(gè)塊構(gòu)成，并且使用剛體要素、梁要素或平面要 素連結(jié)該多個(gè)塊而生成上述優(yōu)化塊模型。
[0035] (12)如（7)至（11)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析裝置，上述優(yōu)化解析部在基于數(shù) 值解析的優(yōu)化計(jì)算中通過優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行離散化。
[0036] (13)如（7)至（12)中任一項(xiàng)所述的形狀優(yōu)化解析裝置，上述優(yōu)化解析部進(jìn)行基于 拓?fù)鋬?yōu)化的優(yōu)化計(jì)算。
[0037] 發(fā)明效果
[0038] 在本發(fā)明中，具有：將上述結(jié)構(gòu)體模型中的成為優(yōu)化對(duì)象的部分設(shè)定為設(shè)計(jì)空間 的設(shè)計(jì)空間設(shè)定步驟；在所設(shè)定的設(shè)計(jì)空間生成由立體要素構(gòu)成且進(jìn)行優(yōu)化解析處理的優(yōu) 化塊模型的優(yōu)化塊模型生成步驟；將所生成的優(yōu)化塊模型與上述結(jié)構(gòu)體模型結(jié)合的結(jié)合處 理步驟；和輸入解析條件而進(jìn)行對(duì)上述優(yōu)化塊模型求得最優(yōu)形狀的解析的解析步驟，因此， 能夠恰當(dāng)?shù)貜呐c結(jié)構(gòu)體模型的結(jié)合部向優(yōu)化塊模型進(jìn)行載荷傳遞，能夠高精度地計(jì)算出最 優(yōu)的形狀。
[0039] 由此，能夠?qū)崿F(xiàn)例如車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，能夠提高剛性、碰撞特性，能夠在將剛性、碰 撞性能保持于規(guī)定值的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的形狀優(yōu)化解析裝置的框圖。
[0041] 圖2是結(jié)構(gòu)體模型的一例的說明圖。
[0042] 圖3是對(duì)結(jié)構(gòu)體模型設(shè)定了設(shè)計(jì)空間的狀態(tài)的說明圖。
[0043] 圖4是將優(yōu)化塊模型組入于對(duì)結(jié)