JP6295093B2 - Finite element analysis apparatus and plate element dividing method - Google Patents
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本発明は、有限要素解析装置および板要素分割方法に関し、特に、CADで生成された3次元物体の構成面を板要素に分割する有限要素解析装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to a finite element analysis apparatus and a plate element dividing method, and is particularly suitable for use in a finite element analysis apparatus that divides a constituent surface of a three-dimensional object generated by CAD into plate elements.
従来、コンピュータ技術を活用して製品の設計、製造や工程設計の事前検討などの支援を行うためのツールとして、CAE(Computer Aided Engineering)システムが提供されている。CAEシステムの解析手法の1つである有限要素法では、解析対象の形状の内部を小さな有限範囲の要素に分割する。個々の有限要素は、その境界に複数の節点を持つ。 2. Description of the Related Art Conventionally, a CAE (Computer Aided Engineering) system has been provided as a tool for using computer technology to support product design, manufacturing, and advance examination of process design. In the finite element method which is one of the analysis methods of the CAE system, the inside of the shape to be analyzed is divided into elements in a small finite range. Each finite element has a plurality of nodes at its boundary.
すなわち、有限要素法では、解析対象の形状を、座標情報を持つ節点群と、節点群を補間することで表される有限要素群とによって表現する。特に、解析対象が面の場合には、節点が3点ないし4点の板要素群で形状を表現する。CADで生成された複合面に対して、全体を覆うように板要素群を生成することを板要素分割とよぶ。解析計算を単純化するために、3つの節点で表現される三角形板要素のみを扱うようにした手法も存在する。 That is, in the finite element method, the shape to be analyzed is represented by a node group having coordinate information and a finite element group represented by interpolating the node group. In particular, when the analysis target is a surface, the shape is expressed by a plate element group having three to four nodes. Generation of a plate element group so as to cover the entire surface of a composite surface generated by CAD is called plate element division. In order to simplify the analysis calculation, there is also a method in which only triangular plate elements represented by three nodes are handled.
図10は、複合面の一面を板要素分割した結果のイメージを示す図である。複合面とは、複数の構成面を境界線で張り合わせて1つの形状を表現したものである。構成面は複数の境界線のループで囲まれた有効範囲を持ち、境界線がそれぞれ構成面間の境目として2つの構成面に共有された状態となっている。 FIG. 10 is a diagram showing an image of a result of dividing one surface of the composite surface into plate elements. A composite surface expresses one shape by bonding a plurality of constituent surfaces together with boundary lines. The component surface has an effective range surrounded by a plurality of boundary line loops, and each boundary line is shared by the two component surfaces as a boundary between the component surfaces.
有限要素法では、板要素分割で生成された板要素群と境界条件とに基づいて、節点の座標値と変位量に関する線形連立方程式を構築して解くことにより、変形後の形状や各点での応力分布などの解析結果を出力することが可能である。しかし、連立方程式を構成する式の数および計算で求める変数の数は、節点の数に比例しており、これに応じて計算に必要となるメモリ領域も計算時間も自乗のオーダーで増大する。よって、節点数を無暗に増やすわけにはいかないため、かなり粗い近似として要素分割する必要がある。構成面の境界線が曲線の場合には、その曲線をできるだけ大きなピッチで分割して折れ線近似し、近似した折れ線で囲まれる領域内をできるだけ大きな板要素群に分割することが求められる。 In the finite element method, based on the plate element group generated by the plate element division and the boundary condition, a linear simultaneous equation for the coordinate value and displacement of the node is constructed and solved, and the shape and each point after deformation are calculated. It is possible to output analysis results such as stress distribution. However, the number of equations constituting the simultaneous equations and the number of variables obtained by calculation are proportional to the number of nodes, and accordingly, the memory area and calculation time required for the calculation increase on the order of squares. Therefore, since it is impossible to increase the number of nodes without darkness, it is necessary to divide the elements as a fairly rough approximation. When the boundary line of the component surface is a curve, it is required to divide the curve at as large a pitch as possible to approximate a polygonal line, and to divide the region surrounded by the approximated polygonal line into as large a plate element group as possible.
ところが、分割ピッチを大きくすると、2つの構成面の境界線を近似した折れ線どうしが交差するために分割できなくなる現象が発生する。図11は、この現象を説明するための図である。図11は、2つの同心円で形成される幅の狭いリング形状の境界線111,112を、それぞれできるだけ大きなピッチで分割した折れ線113,114で表した例を示すものである。ここでは、内周の境界線111を4つの折れ点を持つ四角形の折れ線113で近似し、外周の境界線112を6つの折れ点を持つ六角形の折れ線114で近似した状態を示している。
However, when the division pitch is increased, a phenomenon occurs in which the division cannot be performed because the broken lines approximating the boundary line between the two constituent surfaces intersect each other. FIG. 11 is a diagram for explaining this phenomenon. FIG. 11 shows an example in which narrow ring-
この場合、図11に示すように、内周の境界線111を近似した折れ線113と、外周の境界線112を近似した折れ線114とが交点115で交差するため、境界線111,112をこの折れ線113,114の通りには分割することができない。従来、これを回避するために、2つの境界線を折れ線近似した段階で、折れ線どうしの交差の有無を検査し、交差がある場合は分割ピッチを小さくして再計算を行っていた。交差の有無は、折れ線の各折れ点を構成面のパラメータ空間の値に変換して、パラメータ空間での交差検査によって判定していた。
In this case, as shown in FIG. 11, a
しかしながら、交差がある場合に分割ピッチを小さくすると、解かなければいけない線形連立方程式が複雑となり、計算に必要となるメモリ領域や計算時間が増大してしまうという問題があった。 However, if the division pitch is reduced when there is an intersection, the linear simultaneous equations that must be solved become complicated, and there is a problem that the memory area and calculation time required for calculation increase.
なお、多角形と、それと同一平面上にある任意の点との位置関係を高速に求めることを可能にした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, the technique which enabled it to obtain | require the positional relationship of a polygon and the arbitrary points on the same plane at high speed is proposed (for example, refer patent document 1).
本発明は、上述のような問題を解決するために成されたものであり、曲線形状を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似し、当該近似した形状を板要素分割する有限要素解析装置において、曲線形状をできるだけ大きなピッチで分割して折れ線近似し、できるだけ大きなピッチで板要素群に分割することができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a finite element analysis apparatus that approximates a curved line shape by a broken line having a plurality of broken points and divides the approximated shape into plate elements. An object of the present invention is to divide a curve shape with as large a pitch as possible to approximate a polygonal line, and to divide it into plate element groups with as large a pitch as possible.
上記した課題を解決するために、本発明では、構成面の曲線形状の境界線を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する際に、第1の構成面の境界線について近似された折れ線に関する全ての折れ点が第2の構成面について近似された折れ線の内側になっているかどうかを判定することによって交差の有無を判定する。そして、第1の構成面について設定された折れ点のうち少なくとも1つが第2の構成面について近似された折れ線の外側になっていると判定された場合、当該第2の構成面の境界線から近似した折れ線のうち、第1の構成面に関する折れ点が外側になっている線分の区間において、第2の構成面の境界線上に折れ点を追加して第2の構成面に関する折れ線を再構成するようにしている。 In order to solve the above-described problem, the present invention relates to a polygonal line approximated with respect to the boundary line of the first component surface when the boundary line of the curved shape of the component surface is approximated by a polygonal line having a plurality of fold points. The presence / absence of an intersection is determined by determining whether all the break points are inside the broken line approximated with respect to the second component surface. When it is determined that at least one of the fold points set for the first component surface is outside the polygonal line approximated for the second component surface, from the boundary line of the second component surface Among the approximate broken lines, in the section of the line segment where the broken point related to the first component surface is outside, a broken point is added on the boundary line of the second component surface to re-create the broken line related to the second component surface. I am trying to configure it.
上記のように構成した本発明によれば、第1の構成面について近似された折れ線と第2の構成面について近似された折れ線との間に交差があると判定された場合に、折れ線の分割ピッチを小さくするのではなく、交差が発生している折れ線区間において折れ点を追加して折れ線を再構成するだけで、交差の発生を回避することができる。これにより、境界線の曲線形状をできるだけ大きなピッチで分割して折れ線近似し、当該近似された折れ線で規定される領域内をできるだけ大きなピッチで板要素群に分割することができる。 According to the present invention configured as described above, when it is determined that there is an intersection between the polygonal line approximated with respect to the first component plane and the polygonal line approximated with respect to the second component plane, division of the polygonal line is performed. Instead of reducing the pitch, it is possible to avoid the occurrence of the intersection only by adding a break point in the broken line section where the intersection occurs and reconstructing the broken line. As a result, the curve shape of the boundary line can be divided at the largest possible pitch and approximated by a broken line, and the region defined by the approximated broken line can be divided into plate element groups at the largest possible pitch.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による有限要素解析装置の機能構成例を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の有限要素解析装置は、その機能構成として、折れ線近似部1、板要素生成部2、内外判定部3、依存関係登録部4および処理順序設定部5を備えて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the finite element analysis apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the finite element analysis apparatus of the present embodiment includes a broken
上記各機能ブロック1〜5は、ハードウェア、DSP(Digital Signal Processor)、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記各機能ブロック1〜5は、実際にはコンピュータのCPU、RAM、ROMなどを備えて構成され、RAMやROM、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。
Each of the
折れ線近似部1は、CADで生成された3次元物体のデータを入力し、当該3次元物体の構成面の境界線が曲線形状である場合に、当該曲線形状を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する。ここでは一例として、図11に示したように、幅の狭いリング形状の2つの境界線111,112を、それぞれできるだけ大きなピッチで分割した折れ線113,114にて近似するものとする。
The polygonal
例えば、境界線111,112の円周の長さを基準のピッチ(折れ線の一辺の長さ)で割り、余りの値が所定値以下であればその基準のピッチを採用し、余りが所定値より大きい場合にはピッチを小さくして分割数を増やすというルールによって、境界線111,112の分割数(折れ点の数)を決める。図11の例では、内周の境界線111を4つの折れ点を持つ四角形の折れ線113で近似し、外周の境界線112を6つの折れ点を持つ六角形の折れ線114で近似した状態を示している。
For example, the circumference of the
板要素生成部2は、折れ線近似部1により近似された折れ線で規定される領域内に板要素を生成する。すなわち、板要素生成部2は、CADで生成された3次元物体の複合面に対して、全体を覆うように板要素群を生成する。なお、板要素群の生成については公知の手法を適用することが可能である。この板要素群の生成処理自体は本発明の主題ではないので、詳細な説明は割愛する。
The plate
折れ線近似部1により近似された折れ線どうしに交差がない場合、その折れ線で規定される領域内に生成した板要素群をそのまま採用することができる。一方、近似された折れ線どうしに交差が存在する場合には、以下に説明するように折れ線の再構成を行う。この場合、板要素生成部2は、再構成された折れ線で規定される領域内に板要素を生成する。
When there is no intersection between the polygonal lines approximated by the polygonal
内外判定部3は、折れ線近似部1により第1の構成面の境界線について近似された折れ線上の折れ点(以下、第1の構成面に関する折れ点という)の全てが、第2の構成面の境界線について近似された折れ線(以下、第2の構成面に関する折れ線という)の内側になっているかどうかを判定する。例えば、図11の例において、リング形状の内周が第1の構成面、外周が第2の構成面であるとする。この場合、内外判定部3は、内周の境界線111から近似された折れ線113上の4つの折れ点の全てが、外周の境界線112について近似された折れ線114の内側に存在するか否かを判定する。
The inside /
このように、本実施形態では、従来のように折れ線の各折れ点を構成面のパラメータ空間の値に変換して、3次元空間の折れ線をパラメータ空間の折れ線とみなして交差の有無を判定するのではなく、3次元空間の座標値を利用して交差の有無を判定する。構成面のパラメータ空間上の線分は3次元空間では曲がっている場合もあるため、パラメータ空間の交差検査だけでは不十分なことがある。例えば、同心円の構成面が平面としてではなく回転面として定義されている場合には、図2に示すようにパラメータ一定線は円弧状になるため、パラメータ空間では交差を検出することができない。 As described above, according to the present embodiment, each break point of the broken line is converted into a parameter space value of the component plane as in the conventional method, and the presence or absence of intersection is determined by regarding the broken line in the three-dimensional space as the broken line in the parameter space. Instead of using the coordinate values of the three-dimensional space, the presence / absence of an intersection is determined. Since the line segment on the parameter space of the component plane may be bent in the three-dimensional space, it may be insufficient to perform the cross inspection of the parameter space alone. For example, when the concentric constituent surfaces are defined not as planes but as rotation planes, the constant parameter line is arcuate as shown in FIG. 2, and therefore, no intersection can be detected in the parameter space.
これに対して、本実施形態では、3次元空間の座標値を利用して、第1の構成面に関する折れ点の全てが第2の構成面に関する折れ線の内側になっているかどうかを判定することにより、第1の構成面の境界線111から近似された折れ線113と、第2の構成面の境界線112から近似された折れ線114との間に交差が生じているか否かを判定する。
On the other hand, in this embodiment, it is determined using the coordinate values of the three-dimensional space whether or not all the break points related to the first component surface are inside the polygonal line related to the second component surface. Thus, it is determined whether or not an intersection has occurred between the
以下に、折れ点の内外判定の原理を説明する。図3に示すように、2次元空間の場合には、ある点がループの内側にあるか外側にあるかを、始点から任意の方向に向かう半無限直線とループとの交差回数が偶数か奇数かによって判定することができる。すなわち、同心円状の2つの境界線101,102で囲まれたループの内側にある点の場合、ループの有効側に向かう半無限直線103を考えて、開始点を数えずに境界線101,102との他の交点の数を数えると、全て奇数となるはずである。
Below, the principle of the inside / outside determination of the break point will be described. As shown in FIG. 3, in the case of a two-dimensional space, whether a certain point is inside or outside the loop, whether the number of intersections between the semi-infinite straight line from the starting point in any direction and the loop is even or odd It can be determined by. That is, in the case of a point inside the loop surrounded by the two
なお、それぞれの境界線101,102には互いに円周に沿って逆向きの進行方向A,Bが設定されていて、その進行方向A,Bに対してどちらが内側でどちらが外側かということがあらかじめ定義されている。つまり、内側の境界線101からみて外側で、かつ、外側の境界線102からみて内側となる領域がループの内部領域ということになる。また、ループの面には表裏が存在し、当該面の表裏の方向と境界線101,102の進行方向との関係でループの有効側と無効側とが定義されている。
The boundary lines 101 and 102 are set with traveling directions A and B which are opposite to each other along the circumference, and it is determined in advance which is the inner side and which is the outer side with respect to the traveling directions A and B. Is defined. That is, a region that is on the outside as viewed from the
内外判定部3は、この考え方を3次元空間に拡張して、図4に示すように、第1の構成面に関する折れ点211〜214の位置に平面(矢印201〜204で示す)を設定して、平面201〜204と折れ線113,114との交差回数が偶数か奇数かによって交差の有無を判定する。具体的には、内外判定部3は、各折れ点211〜214から当該折れ点211〜214の有効側に向かう半平面201〜204と、第1の構成面の境界線111から近似された折れ線113および第2の構成面の境界線112から近似された折れ線114とが交差する回数に基づいて、第1の構成面に関する4つの折れ点211〜214の全てが第2の構成面に関する折れ線114の内側になっているかどうかを判定する。
The inside /
なお、半平面201〜204は、構成面の表方向と境界線の進行方向とに対して決まる面の有効側を、折れ点を挟んで繋がる2つの折れ線が成す角度の2等分方向で代表させることで決定している。すなわち、図5に示すように、折れ点301での構成面の法線の方向V1と、当該折れ点301に繋がる2つの折れ線302,303の2等分方向V2とから、折れ点301の有効側に向かう半平面304を決定する。
The half planes 201 to 204 are represented by the bisected direction of the angle formed by two broken lines that are connected to each other on the effective side of the plane determined with respect to the surface direction of the constituent surface and the traveling direction of the boundary line. It is decided by letting. That is, as shown in FIG. 5, the effective of the
図4の例では、第1の構成面に関する4つの折れ点211〜214のうち、2つの折れ点211,213については、その折れ点211,213の有効側に設定された半平面201〜204と折れ線113,114との交差回数が1回と奇数になる。よって、この第1の構成面に関する2つの折れ点211,213は第2の構成面に関する折れ線114の内側になっていると判定することができる。
In the example of FIG. 4, of the four
一方、第1の構成面に関する4つの折れ点211〜214のうち、残り2つの折れ点212,214については、その折れ点212,214の有効側に設定された半平面201〜204と折れ線113,114との交差回数が0回と偶数になる。よって、この第1の構成面に関する2つの折れ点212,214は第2の構成面に関する折れ線114の内側になっていない、つまり外側にあると判定することができる。
On the other hand, among the four
上述の折れ線近似部1は、第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが、第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、第2の構成面に関する折れ線を再構成する。図4の例では、第1の構成面に関する2つの折れ点212,214が第2の構成面に関する折れ線114の外側にあると判定されるので、折れ線近似部1は第2の構成面に関する折れ線を再構成する。
The above-described broken
図6は、折れ線近似部1による折れ線の再構成に関する動作を説明するための図である。図6に示すように、折れ線近似部1は、第2の構成面の境界線112から近似した折れ線114のうち、第1の構成面に関する折れ点212,214が外側になっている線分401,402の区間において、第2の構成面の境界線上の折れ点411,412を追加して第2の構成面に関する折れ線を再構成する。すなわち、線分401を折れ線401’に再構成するとともに、線分402を折れ線402’に再構成する。このように、第2の構成面に関する折れ線114の分割ピッチを小さくすることなく、交差が発生している線分401,402の区間において折れ点411,412を追加して折れ線114を再構成するだけで、交差の発生を回避することができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation related to the reconstruction of the broken line by the broken
なお、以上のように第2構成面に関する折れ点の追加によって交差を回避しようとすると、第2の構成面に隣接する第3の構成面に影響が及び、第2の構成面の境界線について再構成された折れ線と、第3の構成面の境界線について近似された折れ線との間で交差が発生する場合がある。この場合、既に分割済みの境界線に対して折れ点を追加することは、隣接する構成面の分割済みの板要素の分割も必要となるため、非常に面倒である。そのため、構成面の処理順序を変更して再分割する仕組みが必要となる。この再分割を実行するための構成が、依存関係登録部4および処理順序設定部5である。 In addition, if it is going to avoid a crossing by adding the break point regarding the 2nd composition surface as mentioned above, it will affect the 3rd composition surface adjacent to the 2nd composition surface, and about the boundary line of the 2nd composition surface An intersection may occur between the reconstructed broken line and the broken line approximated with respect to the boundary line of the third component surface. In this case, it is very troublesome to add a break point to a boundary line that has already been divided because it is necessary to divide the plate elements that have already been divided into adjacent constituent surfaces. Therefore, a mechanism for changing the processing order of the component planes and re-dividing is necessary. The configuration for executing this subdivision is the dependency registration unit 4 and the processing order setting unit 5.
依存関係登録部4は、第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが、第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、当該第1の構成面と第2の構成面との間の処理依存関係を登録して記憶させる。上述の例の場合、依存関係登録部4は、第2の構成面は第1の構成面からの依存関係がある、例えば第1の構成面が「親」で第2の構成面が「子」という処理依存関係を登録する。依存関係登録部4は、2つの構成面について折れ線近似部1および内外判定部3の処理が行われる都度、当該2つの構成面を第1の構成面および第2の構成面として、その間の処理依存関係を必要に応じて登録して記憶させる。
When the inside /
一方、内外判定部3は、折れ線近似部1により第2の構成面に関する折れ線が再構成された場合、追加された折れ点も含めて第2の構成面について設定された折れ点の全てが、第2の構成面に隣接する第3の構成面の境界線について近似された折れ線の内側になっているか否かを判定する。ここで、第2の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが第3の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、依存関係登録部4は、当該第2の構成面と第3の構成面との間の処理依存関係も登録して記憶させる。
On the other hand, when the polygonal line relating to the second component surface is reconfigured by the polygonal
処理順序設定部5は、第2の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが第3の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、依存関係登録部4により登録された処理依存関係に基づいて、複数の構成面の処理順序を変更する。この場合、折れ線近似部1および内外判定部3は、処理順序設定部5により変更された処理順序に従って処理を再実行する。
When the inside /
例えば、図7(a)のように複数の構成面に関する処理依存関係がツリー状に表される場合、処理順序設定部5は、処理依存関係のツリーを逆に辿るようにして複数の構成面の処理順序を変更する。図7(a)の例では、第3の構成面を最優先して処理し、続いて第2の構成面、第1の構成面を処理するように処理順序を設定する。 For example, as shown in FIG. 7A, when the process dependency relationships regarding a plurality of component surfaces are represented in a tree shape, the processing order setting unit 5 reverses the tree of the process dependency relationships in reverse. Change the processing order. In the example of FIG. 7A, the processing order is set so that the third component plane is processed with the highest priority, and then the second component plane and the first component plane are processed.
これに対して、図7(b)に示すように、複数の構成面の処理依存関係をツリー状に辿れずにループが検出された場合、折れ線近似部1および内外判定部3は、構成面単位に境界線の折れ線近似および折れ点の追加による折れ線の再構成までを実施する。また、板要素生成部2は、全ての構成面について折れ線近似および折れ線の再構成が終わったところで、構成面単位に板要素の生成を行う。このように、折れ線近似部1により1つの構成面について境界線の折れ線近似を行う都度、板要素生成部2により板要素分割を行うのではなく、全ての構成面について折れ線近似を行った後に各構成面について板要素分割を行うことにより、依存関係のループ問題に対処している。
On the other hand, as shown in FIG. 7B, when a loop is detected without following the processing dependency relationships of a plurality of component surfaces in a tree shape, the polygonal
図8および図9は、上記のように構成した本実施形態による有限要素解析装置の動作例を示すフローチャートである。まず、折れ線近似部1は、3次元物体を構成する複数の構成面の中から1つを抽出する(ステップS1)。そして、抽出した構成面の境界線が曲線形状か否かを判定し(ステップS2)、曲線形状である場合には、当該曲線形状を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する(ステップS3)。一方、構成面の境界線が曲線形状でないと折れ線近似部1にて判定した場合、処理はステップS4に遷移する。
8 and 9 are flowcharts showing an operation example of the finite element analysis apparatus according to the present embodiment configured as described above. First, the polygonal
構成面の境界線が曲線形状である場合、板要素生成部2は、ステップS3で折れ線近似部1により近似された折れ線で規定される領域内に板要素を生成する(ステップS4)。また、構成面の境界線が曲線形状でない場合、つまり境界線が直線形状である場合、板要素生成部2は、ステップS1で抽出された構成面の境界線で規定される領域内に板要素を生成する(ステップS4)。
When the boundary line of the component surface is a curved shape, the plate
次に、内外判定部3は、折れ線近似部1により第1の構成面の境界線について近似された折れ線上の折れ点の全てが第2の構成面の境界線について近似された折れ線の内側になっているかどうかを判定する(ステップS5)。なお、折れ線近似部1が構成面を最初に折れ線近似した段階ではこの判定は行えないので、判定を行わずにステップS1に戻る。
Next, the inside /
第1の構成面に関する折れ点の全てが第2の構成面に関する折れ線の内側になっていると内外判定部3により判定された場合、折れ線近似部1は、3次元物体の全ての構成面を処理したか否かを判定する(ステップS6)。全ての構成面を処理し終わった場合、図8に示すフローチャートの処理を終了する。一方、未処理の構成面が残っている場合、処理はステップS1に戻り、折れ線近似部1は次の構成面を抽出する。
When the inside /
上記ステップS5において、第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、依存関係登録部4は、当該第1の構成面と第2の構成面との間の処理依存関係を登録して記憶させる(ステップS7)。
In the above step S5, when the inside /
また、折れ線近似部1は、第2の構成面に関する折れ線のうち、折れ点が第1の境界面に関する折れ線の外側になっている線分の区間において、第2の構成面の境界線上に折れ点を追加して第2の構成面に関する折れ線を再構成する(ステップS8)。そして、板要素生成部2は、再構成された折れ線で規定される領域内について板要素の生成を再実行する(ステップS9)。
The broken
さらに、内外判定部3は、ステップS8で追加された折れ点も含めて第2の構成面に関する折れ点の全てが、第2の構成面に隣接する第3の構成面に関する折れ線の内側になっているかどうかを判定する(ステップS10)。ここで、第3の構成面についてまだ折れ線が近似されていない場合や、第2の構成面に関する折れ点の全てが第3の構成面に関する折れ線の内側になっていると判定された場合、処理はステップS1に戻り、折れ線近似部1は次の構成面を抽出する。
Furthermore, the inside /
一方、第2の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが、第3の構成面に関する折れ線の外側になっていると内外判定部3により判定された場合、依存関係登録部4は、当該第2の構成面と第3の構成面との間の処理依存関係を登録して記憶させる(ステップS11)。そして、処理順序設定部5は、依存関係登録部4により登録された処理依存関係に基づいて、処理依存関係にループが存在する否かを判定する(ステップS12)。
On the other hand, when the inside /
ここで、処理依存関係にループが存在しない場合、処理順序設定部5は、当該処理依存関係に基づいて、複数の構成面の処理順序を変更する(ステップS13)。その後、処理はステップS1に戻る。この場合、折れ線近似部1は、処理順序設定部5により変更された処理順序に従って、1つ目の構成面を抽出する。
Here, when there is no loop in the process dependency relationship, the process order setting unit 5 changes the process order of the plurality of components based on the process dependency relationship (step S13). Thereafter, the process returns to step S1. In this case, the polygonal
一方、処理依存関係にループが存在すると処理順序設定部5により判定された場合、折れ線近似部1および内外判定部3は、図9に示すステップS14〜S23の処理によって、構成面単位に境界線の折れ線近似および折れ点の追加による折れ線の再構成までを実施する。この際、必要に応じて依存関係登録部4および処理順序設定部5の処理も行う。
On the other hand, when the processing order setting unit 5 determines that there is a loop in the processing dependency relationship, the broken
そして、板要素生成部2は、全ての構成面について折れ線近似および折れ線の再構成が終わったところで、構成面単位に板要素の生成を行う(ステップS24)。なお、ステップS14〜S23での処理は、ステップS4,S9の板要素分割処理およびステップS12のループ判定処理がない点を除いて、ステップS1〜S13の処理と同様である。
And the plate element production |
以上詳しく説明したように、本実施形態では、構成面の曲線形状の境界線を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する際に、第1の構成面の境界線について近似された折れ線に関する全ての折れ点が第2の構成面の境界線について近似された折れ線の内側になっているかどうかを判定する。そして、第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると判定された場合、当該第2の構成面に関する折れ線のうち折れ点が外側になっている線分の区間において、境界線上の折れ点を追加して第2の構成面に関する折れ線を再構成するようにしている。 As described above in detail, in the present embodiment, when the boundary line of the curved shape of the component surface is approximated by a broken line having a plurality of break points, all of the polygonal lines approximated with respect to the boundary line of the first component surface It is determined whether or not the folding point is inside the broken line approximated with respect to the boundary line of the second component surface. When it is determined that at least one of the fold points related to the first component surface is outside the fold line related to the second component surface, the fold point is outside of the polygonal line related to the second component surface. In the section of the line segment, the broken line on the boundary line is added to reconstruct the broken line related to the second component surface.
このように構成した本実施形態によれば、第1の構成面の境界線について近似された折れ線と第2の構成面の境界線について近似された折れ線との間に交差がある場合に、折れ線の分割ピッチを小さくするのではなく、交差が発生している線分の区間において折れ点を追加して折れ線を再構成するだけで、交差の発生を回避することができる。これにより、境界線の曲線形状をできるだけ大きなピッチで分割して折れ線近似し、当該近似された折れ線で規定される領域内をできるだけ大きなピッチで板要素群に分割することができる。 According to this embodiment configured as described above, when there is an intersection between a polygonal line approximated with respect to the boundary line of the first component surface and a polygonal line approximated with respect to the boundary line of the second component surface, the polygonal line The generation of the intersection can be avoided simply by adding a break point in the section of the line segment in which the intersection occurs, and reconstructing the broken line instead of reducing the division pitch. As a result, the curve shape of the boundary line can be divided at the largest possible pitch and approximated by a broken line, and the region defined by the approximated broken line can be divided into plate element groups at the largest possible pitch.
また、本実施形態では、第1の構成面に関する折れ線と第2の構成面に関する折れ線との間に交差があるか否かを折れ点の内外判定により行っている。これにより、従来のようにパラメータ空間の交差検査では検出できない交差も確実に検出することができる。 In the present embodiment, whether or not there is an intersection between the polygonal line related to the first component surface and the polygonal line related to the second component surface is determined by the inside / outside determination of the polygonal point. Thereby, the intersection which cannot be detected by the intersection inspection of the parameter space as in the conventional case can be reliably detected.
また、本実施形態では、第2の構成面に関する折れ線に対して折れ点を追加した結果、その追加した折れ点が、第2の構成面に隣接する第3の構成面に関する折れ線の外側になってしまう場合には、構成面間の処理依存関係に基づいて処理順序を変更して折れ線近似を再実行するようにしている。これにより、折れ線の分割ピッチを小さくすることなく、構成面の境界線について分割失敗となる現象を回避することができる。 Moreover, in this embodiment, as a result of adding a crease point to the polygonal line related to the second component surface, the added crease point is outside the polygonal line relating to the third component surface adjacent to the second component surface. In such a case, the processing order is changed based on the processing dependency between the constituent surfaces, and the polygonal line approximation is re-executed. As a result, it is possible to avoid the phenomenon of division failure on the boundary line of the configuration surface without reducing the division pitch of the broken line.
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.
1 折れ線近似部
2 板要素生成部
3 内外判定部
4 依存関係登録部
5 処理順序設定部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記構成面の境界線が曲線形状である場合に、当該曲線形状を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する折れ線近似部と、
上記折れ線近似部により近似された折れ線で規定される領域内に上記板要素を生成する板要素生成部と、
上記折れ線近似部により第1の構成面の境界線について近似された折れ線に関する全ての折れ点が第2の構成面の境界線について近似された折れ線の内側になっているかどうかを、上記折れ点から当該折れ点の有効側に向かう半平面と、上記第1の構成面および上記第2の構成面の各境界線から近似された折れ線とが交差する回数に基づいて判定する内外判定部とを備え、
上記折れ線近似部は、上記第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが上記第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると上記内外判定部により判定された場合、当該第2の構成面に関する折れ線のうち上記第1の構成面に関する折れ点が外側になっている線分の区間において、上記第2の構成面の境界線上に折れ点を追加して上記第2の構成面に関する折れ線を再構成するようにしたことを特徴とする有限要素解析装置。 A finite element analysis device for dividing a constituent surface of a three-dimensional object into plate elements,
When the boundary line of the configuration surface is a curved line shape, a polygonal line approximation unit that approximates the curved line shape with a broken line having a plurality of bending points;
A plate element generation unit that generates the plate element in a region defined by a polygonal line approximated by the polygonal line approximation unit;
Whether or not all the broken points related to the broken line approximated with respect to the boundary line of the first component surface by the broken line approximating unit are inside the broken line approximated to the boundary line of the second component surface, from the broken point. An inside / outside determination unit that determines based on the number of times a half plane toward the effective side of the break point intersects with a broken line approximated from each boundary line of the first configuration surface and the second configuration surface ,
When the inside / outside determination unit determines that at least one of the fold points related to the first component surface is outside the polygonal line related to the second component surface, the broken line approximation unit In the section of the line segment in which the fold point related to the first component surface is outside of the fold line related to the surface, a fold point is added on the boundary line of the second component surface and the polygonal line related to the second component surface A finite element analysis device characterized by reconfiguring.
上記依存関係登録部により登録された処理依存関係に基づいて複数の構成面の処理順序を設定する処理順序設定部とを更に備え、
上記内外判定部は、上記折れ線近似部により上記第2の構成面に関する折れ線が再構成された場合、当該追加された折れ点も含めて上記第2の構成面に関する折れ点の全てが第3の構成面に関する折れ線の内側になっているかどうかを判定し、
上記処理順序設定部は、上記第2の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが上記第3の構成面に関する折れ線の外側になっていると上記内外判定部により判定された場合、上記依存関係登録部により登録された処理依存関係に基づいて、上記複数の構成面の処理順序を変更し、
上記折れ線近似部および上記内外判定部は、上記処理順序設定部により変更された処理順序に従って処理を再実行することを特徴とする請求項1に記載の有限要素解析装置。 When the inside / outside determination unit determines that at least one of the fold points related to the first configuration surface is outside the fold line related to the second configuration surface, the first configuration surface and the second configuration surface A dependency registration unit for registering and storing the process dependency relationship with the configuration surface;
A processing order setting unit that sets the processing order of a plurality of components based on the processing dependency registered by the dependency registration unit;
When the broken line relating to the second component surface is reconfigured by the broken line approximating unit, the inside / outside determining unit determines that all of the broken points related to the second component surface including the added broken point are third. Determine if it is inside the polyline on the component surface,
If the inside / outside determination unit determines that at least one of the broken points related to the second component surface is outside the broken line related to the third component surface, the processing order setting unit registers the dependency relationship Change the processing order of the plurality of component surfaces based on the processing dependency registered by the unit,
The finite element analysis apparatus according to claim 1, wherein the broken line approximation unit and the inside / outside determination unit re-execute processing according to the processing order changed by the processing order setting unit.
上記有限要素解析装置の折れ線近似部が、上記構成面の境界線が曲線形状である場合に、当該曲線形状を複数の折れ点を持つ折れ線にて近似する第1のステップと、
上記有限要素解析装置の板要素生成部が、上記折れ線近似部により近似された折れ線で規定される領域内に上記板要素を生成する第2のステップと、
上記有限要素解析装置の内外判定部が、上記折れ線近似部により第1の構成面の境界線について近似された折れ線に関する全ての折れ点が第2の構成面の境界線について近似された折れ線の内側になっているかどうかを、上記折れ点から当該折れ点の有効側に向かう半平面と、上記第1の構成面および上記第2の構成面の各境界線から近似された折れ線とが交差する回数に基づいて判定する第3のステップと、
上記有限要素解析装置の上記折れ線近似部が、上記第1の構成面に関する折れ点のうち少なくとも1つが上記第2の構成面に関する折れ線の外側になっていると上記内外判定部により判定された場合、当該第2の構成面に関する折れ線のうち上記第1の構成面に関する折れ点が外側になっている線分の区間において、上記第2の構成面の境界線上に折れ点を追加して上記第2の構成面に関する折れ線を再構成する第4のステップと、
上記有限要素解析装置の板要素生成部が、上記折れ線近似部により再構成された折れ線で規定される領域内に上記板要素を生成する第5のステップとを有することを特徴とする板要素分割方法。 A plate element dividing method for dividing a constituent surface of a three-dimensional object into plate elements by a finite element analyzer,
A first step of approximating the curved line shape by a broken line having a plurality of broken points when the boundary line of the component surface is a curved line shape,
A second step in which the plate element generation unit of the finite element analysis device generates the plate element in a region defined by a polygonal line approximated by the polygonal line approximation unit;
The inside / outside determination unit of the finite element analysis apparatus includes an inside of a broken line in which all the broken points related to the broken line approximated with respect to the boundary line of the first component surface are approximated with respect to the boundary line of the second component surface. The number of times the half plane from the fold point toward the effective side of the fold point intersects with the fold line approximated from each boundary line of the first component surface and the second component surface. A third step of determining based on
When the inside / outside determination unit determines that the broken line approximation unit of the finite element analysis apparatus has at least one of the broken points related to the first component surface outside the broken line related to the second component surface. In the section of the line segment where the fold point related to the first component surface is outside of the fold line related to the second component surface, a fold point is added on the boundary line of the second component surface to A fourth step of reconstructing the polygonal line for the two constituent surfaces;
A plate element division, wherein the plate element generation unit of the finite element analysis device includes a fifth step of generating the plate element in a region defined by a broken line reconstructed by the broken line approximation unit. Method.
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