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)等構(gòu)造體的剛性(stiffness)并實(shí)現(xiàn)輕量化(weight reduct1n of automotive body)，或者用于提高碰撞特性(crashworthiness)并實(shí)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(shuō)明的是，在本說(shuō)明書中稱為形狀最優(yōu)化的情況下，是指，不是設(shè)想預(yù)先規(guī)定的形狀，例如設(shè)想T字形狀而以該形狀為前提來(lái)求出最優(yōu)的形狀，而是不設(shè)想規(guī)定的形狀而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(lái)，特別是在汽車產(chǎn)業(yè)中，以環(huán)境問(wèn)題為起因的車身整體(full vehicle)的輕量化不斷發(fā)展，車身(automotive body)的設(shè)計(jì)不可缺少基于計(jì)算機(jī)輔助工程學(xué)的解析(以下，稱為“CAE (computer aided engineering)解析”)的技術(shù)。在該CAE解析中，已知通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)剛性的提高、輕量化的情況。例如，CAE解析的最優(yōu)化技術(shù)經(jīng)常使用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)空間，向該設(shè)計(jì)空間裝入立體要素(three-dimens1nal element)，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(duì)作為設(shè)計(jì)空間的立體要素直接進(jìn)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(hào)公報(bào)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(xiàn)】
[0005]【專利文獻(xiàn)】
[0006]【專利文獻(xiàn)I】日本特開2010-250818號(hào)公報(bào)

【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(jìn)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(dú)立作為設(shè)計(jì)空間，并使載荷、限制狀態(tài)反映于該設(shè)計(jì)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(guò)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(hào)公報(bào)公開的技術(shù)涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的方法及解析的物理系統(tǒng)，對(duì)于上述的課題沒(méi)有提供任何的解決手段。近年來(lái)，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尤其是碰撞力的構(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并實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析方法是計(jì)算機(jī)使用平面要素(two-dimens1nal element)或立體要素進(jìn)行構(gòu)成構(gòu)造體模型的一部分的最優(yōu)化的形狀最優(yōu)化解析方法，其特征在于，包括如下步驟:設(shè)計(jì)空間設(shè)定步驟，將所述構(gòu)造體模型的成為最優(yōu)化的對(duì)象的部分設(shè)定作為設(shè)計(jì)空間；最優(yōu)化塊模型生成步驟，在所設(shè)定的所述設(shè)計(jì)空間內(nèi)生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)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(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；碰撞最優(yōu)形狀化條件設(shè)定步驟，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與碰撞相關(guān)的最優(yōu)形狀的碰撞最優(yōu)形狀化條件；碰撞解析條件設(shè)定步驟，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行碰撞解析的碰撞解析條件；立體要素必要/不必要運(yùn)算步驟，基于所設(shè)定的所述碰撞最優(yōu)形狀化條件及所述碰撞解析條件，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行碰撞解析，運(yùn)算與所述最優(yōu)化塊模型的關(guān)于碰撞的所述各立體要素的必要/不必要相關(guān)的信息；及最優(yōu)形狀決定步驟，基于該運(yùn)算結(jié)果來(lái)決定與碰撞相關(guān)的最優(yōu)形狀。
[0013]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析方法是計(jì)算機(jī)使用平面要素或立體要素進(jìn)行構(gòu)成構(gòu)造體模型的一部分的最優(yōu)化的形狀最優(yōu)化解析方法，其特征在于，包括如下步驟:設(shè)計(jì)空間設(shè)定步驟，將所述構(gòu)造體模型的成為最優(yōu)化的對(duì)象的部分設(shè)定作為設(shè)計(jì)空間；最優(yōu)化塊模型生成步驟，在所設(shè)定的所述設(shè)計(jì)空間內(nèi)生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)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(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；剛性最優(yōu)形狀化條件設(shè)定步驟，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀的剛性最優(yōu)形狀化條件；剛性解析條件設(shè)定步驟，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行剛性解析的剛性解析條件；立體要素必要/不必要運(yùn)算步驟，基于所設(shè)定的所述剛性最優(yōu)形狀化條件及所述剛性解析條件，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行剛性解析，運(yùn)算與所述最優(yōu)化塊模型的關(guān)于剛性的所述各立體要素的必要/不必要相關(guān)的信息；及最優(yōu)形狀決定步驟，基于該運(yùn)算結(jié)果來(lái)決定與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀。
[0014]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，包括如下步驟:剛性最優(yōu)形狀化條件設(shè)定步驟，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀的剛性最優(yōu)形狀化條件；剛性解析條件設(shè)定步驟，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行剛性解析的剛性解析條件；及立體要素必要/不必要運(yùn)算步驟，基于所設(shè)定的所述剛性最優(yōu)形狀化條件及所述剛性解析條件，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行剛性解析，運(yùn)算與所述最優(yōu)化塊模型的關(guān)于碰撞及剛性的所述各立體要素的必要/不必要相關(guān)的信息，所述最優(yōu)形狀決定步驟基于執(zhí)行了碰撞解析時(shí)的所述立體要素必要/不必要運(yùn)算步驟的運(yùn)算結(jié)果和執(zhí)行了剛性解析時(shí)的所述立體要素必要/不必要運(yùn)算步驟的運(yùn)算結(jié)果，決定與碰撞及剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀。
[0015]另外，在上述的發(fā)明中，其特征在于，所述碰撞解析條件設(shè)定步驟將對(duì)于所述構(gòu)造體模型預(yù)先進(jìn)行碰撞解析而得到的載荷設(shè)定作為碰撞載荷。
[0016]另外，在上述的發(fā)明中，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。
[0017]另外，在上述的發(fā)明中，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的應(yīng)力-變形曲線(stress-strain curve)的應(yīng)力設(shè)定得比所述平面要素的應(yīng)力-變形曲線的應(yīng)力低。
[0018]另外，在上述的發(fā)明中，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。
[0019]另外，在上述的發(fā)明中，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(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細(xì)分立體要素的所述最優(yōu)化塊模型。
[0020]另外，在上述的發(fā)明中，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(diǎn)，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(diǎn)的平面的方式堆積立體要素。
[0021]另外，在上述的發(fā)明中，其特征在于，所述最優(yōu)化塊模型通過(guò)由立體要素構(gòu)成的多個(gè)塊體組成，并且所述最優(yōu)化塊模型使用剛體(rigid body)要素、梁(beam)要素或平面要素將該多個(gè)塊體連結(jié)而形成。
[0022]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)值解析的最優(yōu)化計(jì)算中，利用最優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行離散化(discretizat1n)。
[0023]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析裝置是計(jì)算機(jī)使用平面要素或使用平面要素與立體要素進(jìn)行所構(gòu)成的構(gòu)造體模型的一部分的形狀的基于數(shù)值解析(numerical analysis)的最優(yōu)化計(jì)算的形狀最優(yōu)化解析裝置，其特征在于，具備:設(shè)計(jì)空間設(shè)定部，在所述構(gòu)造體模型的一部分上將成為最優(yōu)化的對(duì)象的部分設(shè)定作為設(shè)計(jì)空間；最優(yōu)化塊模型生成部，在所設(shè)定的所述設(shè)計(jì)空間內(nèi)生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)行最優(yōu)化的解析處理的最優(yōu)化塊模型；結(jié)合處理部，進(jìn)行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)合的處理；材料特性設(shè)定部，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；碰撞最優(yōu)形狀化條件設(shè)定部，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與碰撞相關(guān)的最優(yōu)形狀的碰撞最優(yōu)形狀化條件；碰撞解析條件設(shè)定部，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行碰撞解析的碰撞解析條件；碰撞解析部，基于所設(shè)定的所述碰撞最優(yōu)形狀化條件及所述碰撞解析條件，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行碰撞解析；立體要素必要/不必要運(yùn)算部，在進(jìn)行該碰撞解析時(shí)運(yùn)算與所述最優(yōu)化塊模型的關(guān)于碰撞的所述各立體要素的必要/不必要相關(guān)的信息；及最優(yōu)形狀決定部，基于該運(yùn)算結(jié)果來(lái)決定與碰撞相關(guān)的最優(yōu)形狀。
[0024]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析裝置是計(jì)算機(jī)使用平面要素或使用平面要素與立體要素進(jìn)行所構(gòu)成的構(gòu)造體模型的一部分的形狀的基于數(shù)值解析的最優(yōu)化計(jì)算的形狀最優(yōu)化解析裝置，其特征在于，具備:設(shè)計(jì)空間設(shè)定部，在所述構(gòu)造體模型的一部分上將成為最優(yōu)化的對(duì)象的部分設(shè)定作為設(shè)計(jì)空間；最優(yōu)化塊模型生成部，在所設(shè)定的所述設(shè)計(jì)空間內(nèi)生成由立體要素構(gòu)成且用于進(jìn)行最優(yōu)化的解析處理的最優(yōu)化塊模型；結(jié)合處理部，進(jìn)行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)合的處理；材料特性設(shè)定部，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定材料特性；剛性最優(yōu)形狀化條件設(shè)定部，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀的剛性最優(yōu)形狀化條件；剛性解析條件設(shè)定部，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行剛性解析的剛性解析條件；剛性解析部，基于所設(shè)定的所述剛性最優(yōu)形狀化條件及所述剛性解析條件，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型執(zhí)行剛性解析；立體要素必要/不必要運(yùn)算部，在進(jìn)行該剛性解析時(shí)，運(yùn)算與所述最優(yōu)化塊模型的關(guān)于剛性的所述各立體要素的必要/不必要相關(guān)的信息；及最優(yōu)形狀決定部，基于該運(yùn)算結(jié)果來(lái)決定與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀。
[0025]另外，本發(fā)明的形狀最優(yōu)化解析裝置在求出與碰撞相關(guān)的最優(yōu)形狀的段落(0019)的發(fā)明中，其特征在于，具備:剛性最優(yōu)形狀化條件設(shè)定部，對(duì)所述最優(yōu)化塊模型設(shè)定用于求出與剛性相關(guān)的最優(yōu)形狀的剛性最優(yōu)形狀化條件；剛性解析條件設(shè)定部，對(duì)結(jié)合了所述最優(yōu)化塊模型的所述構(gòu)造體模型設(shè)定用于進(jìn)行剛性解析的剛性解析條件；