形状最优化解析方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于提高例如汽车(automobile)等构造体的刚性(stiffness)并实现轻量化(weight reduct1n of automotive body)，或者用于提高碰撞特性(crashworthiness)并实现轻量化的、构造体的形状最优化解析方法及装置。需要说明的是，在本说明书中称为形状最优化的情况下，是指，不是设想预先规定的形状，例如设想T字形状而以该形状为前提来求出最优的形状，而是不设想规定的形状而求出满足解析条件的最优选的形状。
【背景技术】
[0002]近年来，特别是在汽车产业中，以环境问题为起因的车身整体(full vehicle)的轻量化不断发展，车身(automotive body)的设计不可缺少基于计算机辅助工程学的解析(以下，称为“CAE (computer aided engineering)解析”)的技术。在该CAE解析中，已知通过使用数理最优化(mathematical optimizat1n)、板厚最优化、形状最优化(shapeoptimizat1n)、拓扑最优化(topology optimizat1n)等最优化技术来实现刚性的提高、轻量化的情况。例如，CAE解析的最优化技术经常使用于发动机组等的铸件的构造最优化。在这样的CAE解析的最优化技术中，尤其是拓扑最优化逐渐引起关注。
[0003]拓扑最优化是如下的方法:设置某程度的大小的设计空间，向该设计空间装入立体要素(three-dimens1nal element)，保留满足所赋予的条件且必要最小限度的立体要素的部分，由此形成为满足该条件的最优形状。因此，拓扑最优化中，使用的是对作为设计空间的立体要素直接进行限制且直接施加载荷这样的方法。作为与这样的拓扑最优化相关的技术，在日本特开2010-250818号公报中公开了复杂的构造体的组件的拓扑最优化用的方法。
[0004]【在先技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2010-250818号公报
【发明内容】
[0007]【发明要解决的课题】
[0008]汽车等的构造体主要使用薄板(thin sheet)构成，在进行由这样的薄板构成的车身的一部分的最优化的情况下，难以使该部位独立作为设计空间，并使载荷、限制状态反映于该设计空间。因而，存在难以在构造体的一部分应用最优化技术这样的课题。而且，即使通过立体要素求出最优化形状，也存在应当如何将其适当地反映于薄板构造这样的课题。
[0009]日本特开2010-250818号公报公开的技术涉及数学运算方面的方法及解析的物理系统，对于上述的课题没有提供任何的解决手段。近年来，希望开发出用于解决上述课题的技术。
[0010]本发明为了解决上述那样的课题而作出，其目的在于提供一种在承受外力尤其是碰撞力的构造体的一部分能够应用最优化技术且有助于构造体的最优化的技术。
[0011]【用于解决课题的方案】
[0012]为了解决上述的课题并实现目的，本发明的形状最优化解析方法是计算机使用平面要素(two-dimens1nal element)或立体要素进行构成构造体模型的一部分的最优化的形状最优化解析方法，其特征在于，包括如下步骤:设计空间设定步骤，将所述构造体模型的成为最优化的对象的部分设定作为设计空间；最优化块模型生成步骤，在所设定的所述设计空间内生成由立体要素构成且用于进行最优化的解析处理的最优化块模型；结合处理步骤，将生成了的所述最优化块模型与所述构造体模型结合；材料特性设定步骤，对所述最优化块模型设定材料特性；碰撞最优形状化条件设定步骤，对所述最优化块模型设定用于求出与碰撞相关的最优形状的碰撞最优形状化条件；碰撞解析条件设定步骤，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行碰撞解析的碰撞解析条件；立体要素必要/不必要运算步骤，基于所设定的所述碰撞最优形状化条件及所述碰撞解析条件，对所述最优化块模型执行碰撞解析，运算与所述最优化块模型的关于碰撞的所述各立体要素的必要/不必要相关的信息；及最优形状决定步骤，基于该运算结果来决定与碰撞相关的最优形状。
[0013]另外，本发明的形状最优化解析方法是计算机使用平面要素或立体要素进行构成构造体模型的一部分的最优化的形状最优化解析方法，其特征在于，包括如下步骤:设计空间设定步骤，将所述构造体模型的成为最优化的对象的部分设定作为设计空间；最优化块模型生成步骤，在所设定的所述设计空间内生成由立体要素构成且用于进行最优化的解析处理的最优化块模型；结合处理步骤，将生成了的所述最优化块模型与所述构造体模型结合；材料特性设定步骤，对所述最优化块模型设定材料特性；刚性最优形状化条件设定步骤，对所述最优化块模型设定用于求出与刚性相关的最优形状的刚性最优形状化条件；刚性解析条件设定步骤，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行刚性解析的刚性解析条件；立体要素必要/不必要运算步骤，基于所设定的所述刚性最优形状化条件及所述刚性解析条件，对所述最优化块模型执行刚性解析，运算与所述最优化块模型的关于刚性的所述各立体要素的必要/不必要相关的信息；及最优形状决定步骤，基于该运算结果来决定与刚性相关的最优形状。
[0014]另外，本发明的形状最优化解析方法以上述的发明为基础，其特征在于，包括如下步骤:刚性最优形状化条件设定步骤，对所述最优化块模型设定用于求出与刚性相关的最优形状的刚性最优形状化条件；刚性解析条件设定步骤，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行刚性解析的刚性解析条件；及立体要素必要/不必要运算步骤，基于所设定的所述刚性最优形状化条件及所述刚性解析条件，对所述最优化块模型执行刚性解析，运算与所述最优化块模型的关于碰撞及刚性的所述各立体要素的必要/不必要相关的信息，所述最优形状决定步骤基于执行了碰撞解析时的所述立体要素必要/不必要运算步骤的运算结果和执行了刚性解析时的所述立体要素必要/不必要运算步骤的运算结果，决定与碰撞及刚性相关的最优形状。
[0015]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述碰撞解析条件设定步骤将对于所述构造体模型预先进行碰撞解析而得到的载荷设定作为碰撞载荷。
[0016]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述材料特性设定步骤在所述构造体模型中的结合了所述最优化块模型的部位由平面要素构成的情况下，将所述最优化块模型的立体要素中的杨氏模量(Young’ s modulus)设定得比所述平面要素中的杨氏模量低。
[0017]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述材料特性设定步骤在所述构造体模型的结合了所述最优化块模型的部位由平面要素构成的情况下，将所述最优化块模型的立体要素的应力-变形曲线(stress-strain curve)的应力设定得比所述平面要素的应力-变形曲线的应力低。
[0018]另外，在上述的发明中，其特征在于，作为构成所述最优化块模型的立体要素，由五面体以上且八面体以下、具有至少一组相互平行的两面的立体要素构成。
[0019]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述最优化块模型生成步骤中，生成沿着所述构造体模型中的设置有所述设计空间的周围的面且与设计空间的具有最大面积的面平行地细分立体要素的所述最优化块模型。
[0020]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述最优化块模型如下所述地生成:在与构成所述构造体模型的平面要素或立体要素的结合部配置节点，使用六面体立体要素作为构成所述最优化块模型的立体要素，并且以沿着包含配置于所述结合部的所述节点的平面的方式堆积立体要素。
[0021]另外，在上述的发明中，其特征在于，所述最优化块模型通过由立体要素构成的多个块体组成，并且所述最优化块模型使用刚体(rigid body)要素、梁(beam)要素或平面要素将该多个块体连结而形成。
[0022]另外，本发明的形状最优化解析方法以上述的发明为基础，其特征在于，在基于数值解析的最优化计算中，利用最优化参数进行离散化(discretizat1n)。
[0023]另外，本发明的形状最优化解析装置是计算机使用平面要素或使用平面要素与立体要素进行所构成的构造体模型的一部分的形状的基于数值解析(numerical analysis)的最优化计算的形状最优化解析装置，其特征在于，具备:设计空间设定部，在所述构造体模型的一部分上将成为最优化的对象的部分设定作为设计空间；最优化块模型生成部，在所设定的所述设计空间内生成由立体要素构成且用于进行最优化的解析处理的最优化块模型；结合处理部，进行将生成了的所述最优化块模型与所述构造体模型结合的处理；材料特性设定部，对所述最优化块模型设定材料特性；碰撞最优形状化条件设定部，对所述最优化块模型设定用于求出与碰撞相关的最优形状的碰撞最优形状化条件；碰撞解析条件设定部，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行碰撞解析的碰撞解析条件；碰撞解析部，基于所设定的所述碰撞最优形状化条件及所述碰撞解析条件，对所述最优化块模型执行碰撞解析；立体要素必要/不必要运算部，在进行该碰撞解析时运算与所述最优化块模型的关于碰撞的所述各立体要素的必要/不必要相关的信息；及最优形状决定部，基于该运算结果来决定与碰撞相关的最优形状。
[0024]另外，本发明的形状最优化解析装置是计算机使用平面要素或使用平面要素与立体要素进行所构成的构造体模型的一部分的形状的基于数值解析的最优化计算的形状最优化解析装置，其特征在于，具备:设计空间设定部，在所述构造体模型的一部分上将成为最优化的对象的部分设定作为设计空间；最优化块模型生成部，在所设定的所述设计空间内生成由立体要素构成且用于进行最优化的解析处理的最优化块模型；结合处理部，进行将生成了的所述最优化块模型与所述构造体模型结合的处理；材料特性设定部，对所述最优化块模型设定材料特性；刚性最优形状化条件设定部，对所述最优化块模型设定用于求出与刚性相关的最优形状的刚性最优形状化条件；刚性解析条件设定部，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行刚性解析的刚性解析条件；刚性解析部，基于所设定的所述刚性最优形状化条件及所述刚性解析条件，对所述最优化块模型执行刚性解析；立体要素必要/不必要运算部，在进行该刚性解析时，运算与所述最优化块模型的关于刚性的所述各立体要素的必要/不必要相关的信息；及最优形状决定部，基于该运算结果来决定与刚性相关的最优形状。
[0025]另外，本发明的形状最优化解析装置在求出与碰撞相关的最优形状的段落(0019)的发明中，其特征在于，具备:刚性最优形状化条件设定部，对所述最优化块模型设定用于求出与刚性相关的最优形状的刚性最优形状化条件；刚性解析条件设定部，对结合了所述最优化块模型的所述构造体模型设定用于进行刚性解析的刚性解析条件；