形状优化解析方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及结构体的形状优化解析方法及装置。尤其是，涉及用于提高汽车等结 构体的刚性且实现轻量化、或提高碰撞特性且实现轻量化的、结构体的形状优化解析方法 及装置(shape optimization analyzing method and apparatus therefore) 〇
[0002] 此外，在本说明书中称为形状优化的情况下，不是表示预先设想规定形状、例如T 字形状并以该形状为前提来求得最优形状，而是表示不预想规定形状地、求得满足解析条 件的最优化的形状。
【背景技术】
[0003] 近年来，尤其在汽车产业中，以环境问题为起因而不断推进车身的轻量化，对于车 身设计，基于计算机辅助工学（computer aided engineering)而实现的解析（以下称为 "CAE解析"）成为不可或缺的技术。
[0004] 在该CAE解析中，已知通过使用数理优化、板厚优化、形状优化、拓扑优化等优化 技术来谋求刚性提高和/或轻量化，例如经常用于发动机体等铸造物的结构优化。
[0005] 在优化技术中，尤其注重拓扑优化（topology optimization)。拓扑优化是如下方 法：设置某种程度大小的设计空间，并在该设计空间中组入立体要素，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，由此成为满足该条件的最优形状。因此，拓扑优化使 用了对组成设计空间的立体要素进行直接约束并直接施加载荷的方法。
[0006] 作为关于这样的拓扑优化的技术，在专利文献1中公开了用于将复杂的结构体的 组件（component)拓扑优化的方法。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2010-250818号公报
【发明内容】
[0010] 汽车等结构体主要使用薄板（steel sheet)而构成，在将这样的由薄板构成的车 身的一部分优化的情况下，难以将该部位作为设计空间而使其独立，并对该设计空间反映 载荷和约束状态，因此存在难以将优化技术适用于结构体的一部分的技术课题。
[0011] 另外，即使根据立体要素（element)来谋求优化形状，也存在应当如何将其恰当 地反映于薄板结构的技术课题。
[0012] 专利文献1公开的技术是关于数学运算上的手法及解析物理系统的技术，对上述 那样的技术课题没有提供任何解决方案，而期望开发出用于解决上述技术课题的技术。
[0013] 本发明是为了解决上述那样的技术课题而研发的，其目的在于提供一种能够将优 化技术适用于承受外力的结构体的一部分、而有助于结构体的优化的技术。
[0014] 为了实现上述目的，本发明提供下述的形状优化解析方法及形状优化解析装置。
[0015] (1) -种形状优化解析方法，使用平面要素或立体要素对构成结构体模型的一部 分进行优化，具有以下步骤：
[0016] 设计空间设定步骤，将上述结构体模型中的成为优化对象的部分设定为设计空 间；
[0017] 优化块模型生成步骤，在所设定的设计空间中生成由立体要素构成且用于进行优 化的解析处理的优化块模型；
[0018] 结合处理步骤，将所生成的优化块模型与上述结构体模型结合；和
[0019] 解析步骤，输入解析条件，并进行对上述优化块模型求得最优形状的解析。
[0020] ⑵如⑴所述的形状优化解析方法，构成上述优化块模型的立体要素，由五面体 以上八面体以下且具有至少一组相互平行的两个面的立体要素构成。
[0021] (3)如（1)或（2)所述的形状优化解析方法，上述优化块模型生成步骤生成如下的 优化块模型，该优化块模型沿着上述结构体模型中的设置有上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将立体要素细分化。
[0022] (4)如（1)至（3)中任一项所述的形状优化解析方法，上述优化块模型生成步骤 中，在与构成结构体模型的平面要素或立体要素之间的结合部上配置节点（node)，作为构 成优化块模型的立体要素而使用六面体立体要素并且以沿着包含配置于上述结合部的节 点（node)的平面的方式堆积立体要素而进行生成。
[0023] (5)如（1)至⑷中任一项所述的形状优化解析方法，上述优化块模型由通过立体 要素构成的多个块体构成，该多个块体使用刚体要素、梁要素或平面要素而连结。
[0024] (6)如（1)至（5)中任一项所述的形状优化解析方法，在基于数值解析的优化计算 中，通过优化参数进行离散化。
[0025] (7) -种形状优化解析装置，基于使用平面要素、或平面要素和立体要素构成的结 构体模型的一部分的形状的数值解析而进行优化计算，具有：
[0026] 设计空间设定部，其对上述结构体模型的一部分将成为优化对象的部分设定为设 计空间；
[0027] 优化块模型生成部，其在所设定的设计空间中生成由立体要素构成且用于进行优 化解析处理的优化块模型；
[0028] 结合处理部，其进行将所生成的优化块模型与上述结构体模型结合的处理；
[0029] 解析条件输入部，其向上述结构体模型的期望部位输入用于解析的解析条件；和
[0030] 优化解析部，其基于所输入的解析条件而在上述优化块模型中执行基于数值解析 的优化计算。
[0031] (8)如（7)所述的形状优化解析装置，构成上述优化块模型的立体要素，由五面体 以上八面体以下且至少具有一组相互平行的两个面的立体要素构成。
[0032] (9)如（7)或⑶所述的形状优化解析装置，上述优化块模型生成部生成如下的优 化块模型，该优化块模型沿着上述结构体模型中的设置有上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将立体要素细分化。
[0033] (10)如（7)至（9)中任一项所述的形状优化解析装置，上述优化块模型生成部在 与构成结构体模型的平面要素或立体要素之间的结合部上配置节点，作为构成优化块模型 的立体要素使用六面体立体要素并且以沿着包含配置于上述结合部的节点的平面的方式 堆积立体要素而进行生成。
[0034] (11)如（7)至（10)中任一项所述的形状优化解析装置，上述优化块模型生成部使 上述优化块模型由通过立体要素构成的多个块构成，并且使用刚体要素、梁要素或平面要 素连结该多个块而生成上述优化块模型。
[0035] (12)如（7)至（11)中任一项所述的形状优化解析装置，上述优化解析部在基于数 值解析的优化计算中通过优化参数进行离散化。
[0036] (13)如（7)至（12)中任一项所述的形状优化解析装置，上述优化解析部进行基于 拓扑优化的优化计算。
[0037] 发明效果
[0038] 在本发明中，具有：将上述结构体模型中的成为优化对象的部分设定为设计空间 的设计空间设定步骤；在所设定的设计空间生成由立体要素构成且进行优化解析处理的优 化块模型的优化块模型生成步骤；将所生成的优化块模型与上述结构体模型结合的结合处 理步骤；和输入解析条件而进行对上述优化块模型求得最优形状的解析的解析步骤，因此， 能够恰当地从与结构体模型的结合部向优化块模型进行载荷传递，能够高精度地计算出最 优的形状。
[0039] 由此，能够实现例如车身结构的优化，能够提高刚性、碰撞特性，能够在将刚性、碰 撞性能保持于规定值的同时实现轻量化。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明的一个实施方式的形状优化解析装置的框图。
[0041] 图2是结构体模型的一例的说明图。
[0042] 图3是对结构体模型设定了设计空间的状态的说明图。
[0043] 图4是将优化块模型组入于对结