车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置与流程

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1.本发明涉及汽车的车身(automotive body)的粘接位置(adhesion position)的最优化解析方法(optimized analysis method)以及装置，特别涉及在一并使用焊接(welding)和结构用粘接剂(structural adhesive)的情况下为了提高与车身(automotive body)的振动特性(vibration characteristics)相关的动态刚性(dynamic stiffness)而求出所述结构用粘接剂的最优的粘接位置的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置。

背景技术：

2.结构体(structural body)的刚性(stiffness)的指标有静态刚性(static stiffness)和动态刚性(dynamic stiffness)。静态刚性根据胡克定律(hooke'slaw)，与结构体的质量(mass)无关地，若弹簧常数(spring constant)增加，则静态刚性提高。与此相对，动态刚性在由于来自激振点(vibration point)的周期性载荷(periodic load)的输入而结构体的形状周期性地变化的情况下，与其振动特性相关。例如1自由度系统(single-degree of freedom system)的振动中的动态刚性使用结构体的刚性k(在多自由度系统(multi-degree of freedom system)的振动的情况下相当于刚性矩阵(stiffness matrix))和结构体的质量m通过由ω＝(k/m)
0.5
表示的振动频率(frequency)ω来评价，若通过增加刚性k而使振动频率ω变高，则动态刚性提高。
3.但是，即便结构体的刚性k增加，如果质量m增加，则也存在振动频率ω不会变高的情况，在这种情况下，动态刚性不会提高。因此，为了提高动态刚性，使结构体轻量化(weight reduction)(降低质量m)而提高刚性k是有效的。但是，通常若质量m增加，则刚性k也增加，因此，轻量化和使刚性k增加相反，同时实现双方是非常困难的。因此，为了使结构体的振动特性适当化而提高动态刚性，大多采用反复试验的应对。
4.近年来，特别是在汽车产业(automotive industry)中，由环境问题引起的车身的轻量化不断发展，在车身的设计中，基于计算机辅助工程(computer aided engineering)的解析(以下，称为“cae解析”)成为不可或缺的技术。已知在该cae解析中通过使用数理最优化(mathematical optimization)、板厚最优化(sheet thickness optimization)、形状最优化(shape optimization)、拓扑优化(topology optimization)等最优化技术来实现刚性的提高、轻量化，例如经常用于发动机缸体(engine block)等铸件(casting)的结构最优化(structural optimization)。
5.在最优化技术中，特别是拓扑优化正在被关注。拓扑优化是如下方法：将一定程度大小的设计空间(design space)设置于结构体，在该设计空间中嵌入立体要素(three-dimensional element)，满足所赋予的条件，并且保留所需最小限度的立体要素的部分而得到最优形状(optimal shape)。因此，拓扑优化使用对构成设计空间的立体要素直接进行约束(restraint)并直接施加载荷(load)的方法。作为与这样的拓扑优化相关的技术，在专利文献1中公开了用于复杂结构体的组件(component)的拓扑优化的方法。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2010-250818号公报

技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.已知车身那样的结构体通过利用焊接等将多个部件(part)作为部件组(parts assembly)进行接合(bonding and joining)而形成，但为了提高车身的刚性，与将部件彼此接合的焊接一并使用而涂敷结构用粘接剂进行粘接(adhesive bonding)是有效的。但是，为了粘接将车身的部件彼此接合的所有的凸缘部(flange portion)，需要将结构用粘接剂涂敷为100m以上的长度，费时而在生产效率以及生产成本方面产生问题。
11.因此，为了提高车身的刚性，考虑通过应用专利文献1中公开的最优化技术，求出与焊接一并使用而利用结构用粘接剂进行粘接的最优位置。另外，为了通过最优化技术提高车身的动态刚性，需要使相对于车身的振动的粘接位置最优化。但是，专利文献1中公开的最优化技术不是将振动的车身作为最优化的对象，而是静态状态(static state)下的设计手段。因此，在以对车身输入周期性载荷而振动的车身为目标，一并使用焊接和基于结构用粘接剂的粘接的情况下，无法使涂敷所述结构用粘接剂而粘接的位置直接最优化。
12.本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置，为了提高与车身的振动特性相关的动态刚性，求出与将该车身中的部件组接合的焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置。
13.用于解决课题的方案
14.本发明的第一方式的车身的粘接位置的最优化解析方法，使用具有由平面要素(two-dimensional element)以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部(welding portion)的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析方法包括：频率响应解析步骤，在所述频率响应解析步骤中，对所述车身模型赋予规定的激振条件(excitation condition)来进行频率响应解析(frequency response analysis)，求出所述车身模型中产生的振动模式(vibration mode)以及该振动模式下的变形方式(deformation state)；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件(loading condition)；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补(adhesive bonding candidate)的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，将在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件赋予所述最优化解析模型而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组接合的最优粘接部(optimal adhesion portion)。
15.本发明的第二方式的车身的粘接位置的最优化解析方法，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部
的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析方法包括：特征值解析步骤，在所述特征值解析步骤中，进行所述车身模型的特征值解析(eigenvalue analysis)，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，将在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件赋予所述最优化解析模型而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组接合的最优粘接部。
16.本发明的第一方式的车身的粘接位置的最优化解析装置，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，进行求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置的最优化解析，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析装置具备：频率响应解析部(unit)，所述频率响应解析部对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组粘接的最优粘接部。
17.本发明的第二方式的车身的粘接位置的最优化解析装置，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，进行求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置的最优化解析，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析装置具备：特征值解析部，所述特征值解析部进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组粘接的最优粘接部。
18.发明效果
19.根据本发明，为了提高与车身模型的振动特性相关的动态刚性，能够求出与焊接部一并使用而利用结构用粘接剂粘接部件组的最优位置。
附图说明
20.图1是本发明的实施方式的车身的粘接位置的最优化解析装置的框图(block diagram)。
21.图2是表示在本实施方式中作为解析对象的车身模型中预先设定的焊接部和在该车身模型中成为最优化的候补的追加的粘接候补的侧视图以及立体图((a)：预先设定的焊接部、(b)：追加的粘接候补)。
22.图3是表示在本发明的实施方式中通过频率响应解析求出的振动模式下的车身模型的变形的情形的立体图((a)扭转模式(torsional mode)、(b)弯曲模式(bending mode))。
23.图4是表示在本发明的实施方式中作为与通过频率响应解析求出的振动模式下的变形方式对应的载荷条件而选择的载荷条件的种类的图。
24.图5是表示在本发明的实施方式中，与通过频率响应解析求出的振动模式下的变形方式对应的车身模型的载荷条件和加载了该载荷条件的车身模型的变形的立体图((a)载荷条件、(b)车身模型的变形状态)。
25.图6是说明在本实施方式中成为最优化解析的对象的粘接候补的生成和最优化解析中的最优粘接部的选出的说明图((a)：在部件组上预先设定的焊接部、(b)：粘接候补的生成、(c)：最优粘接部的选出)。
26.图7是表示本发明的实施方式的车身的粘接位置的最优化解析方法的处理流程的流程图。
27.图8是本发明的实施方式的另一方式的车身的粘接位置的最优化解析装置的框图。
28.图9是表示本发明的实施方式的另一方式的车身的粘接位置的最优化解析方法的处理流程的流程图。
29.图10是表示在本发明的实施方式的另一方式中通过特征值解析求出的振动模式下的车身模型的变形的情形的立体图((a)扭转模式、(b)弯曲模式)。
30.图11是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式的变形对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的侧视图以及立体图((a)涂敷长度79m、(b)涂敷长度54m)。
31.图12是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的图((a)涂敷长度28m、(b)涂敷长度14m)。
32.图13是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的图((a)涂敷长度：79m、(b)涂敷长度：54m)。
33.图14是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的图((a)涂敷长度：28m、(b)涂敷长度：14m)。
34.图15是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化并设定了最优粘接部的最优化解析模型的频率响应的曲线图。
35.图16是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化并设定了最优粘接部的最优化解析模型的频率响应的曲线图。
36.图17是表示在与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的涂敷长度与频率变化率(frequency change rate)之间的关系的曲线图。
37.图18是表示在与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的涂敷长度与频率变化率之间的关系的曲线图。
38.图19是表示在与通过特征值解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的涂敷长度与频率变化率之间的关系的曲线图。
39.图20是表示在与通过特征值解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件下被最优化的最优粘接部的涂敷长度与频率变化率之间的关系的曲线图。
具体实施方式
40.以下，参照图1～图10对本发明的实施方式的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置进行说明。需要说明的是，在说明车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置之前，对在本发明中作为对象的车身模型进行说明。
41.《车身模型》
42.在本发明中作为对象的车身模型由车身骨架部件(body frame parts)、底盘部件(chassis parts)等多个部件构成。车身模型的各部件使用平面要素以及/或者立体要素而模型化，预先设定有将各部件作为部件组而焊接的焊接部。
43.图2(a)表示车身模型31的一例。在车身模型31中，作为针对每个部件组进行焊接的焊接部，预先设定有被点焊(spot welding)的焊接点(welding point)33。
44.本发明对载荷作用于车身模型31而产生的变形动作(deformation behavior)、振动动作(vibration behavior)等进行处理，因此，车身模型31中的各部件被模型化为弹性体(elastic body)或粘弹性体(viscoelastic body)或弹塑性体(elastoplastic body)。而且，构成车身模型31的各部件的材料特性(material property)、要素信息(element information)、以及与各部件组中的焊接点33(图2(a))等相关的信息存储在后述的车身模型文件23(参照图1)中。
45.需要说明的是，本发明的车身模型的焊接部不限于图2(a)所示的焊接点33那样的点接合(point joining)，还包括通过电弧焊接(elastic arc welding)、激光焊接(laser beam welding)连续接合(continuous joining)而成的焊接部。
46.《车身的粘接位置的最优化解析装置》
47.以下，对本发明的实施方式的车身的粘接位置的最优化解析装置(以下简称为“最优化解析装置”)的结构进行说明。
48.本实施方式的最优化解析装置1求出与将构成车身模型31(参照图2(a))的多个部件作为部件组而接合的焊接一并使用并通过追加的结构用粘接剂进行粘接的最优位置。如图1所示，最优化解析装置1由pc(个人计算机)等构成，具有显示装置(display device)3、输入装置(input device)5、存储装置(memory storage)7、作业用数据存储器(working data memory)9以及运算处理部(arithmetic processing unit)11。而且，显示装置3、输入
装置5、存储装置7以及作业用数据存储器9与运算处理部11连接，根据来自运算处理部11的指令执行各自的功能。
49.以下，对于使用如图2(a)所示预先设定有将多个部件作为部件组而焊接的焊接点33的车身模型31，求出与焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接部件组的最优位置的例子，说明本实施方式的最优化解析装置1的各构成要素的功能。
50.《显示装置》
51.显示装置3用于解析结果等的显示，由液晶显示器(lcd monitor)等构成。
52.《输入装置》
53.输入装置5用于车身模型文件23的显示指示、操作者的条件输入等，由键盘、鼠标等构成。
54.《存储装置》
55.存储装置7用于车身模型文件23等各种文件的存储等，由硬盘等构成。
56.《作业用数据存储器》
57.作业用数据存储器9用于运算处理部11所使用的数据的临时保存、运算，由ram(random access memory：随机存取存储器)等构成。
58.《运算处理部》
59.如图1所示，运算处理部11具有频率响应解析部13、载荷条件决定部15、最优化解析模型生成部17、最优化解析条件设定部19以及最优化解析部21，由pc等的cpu(中央运算处理装置(central processing unit))构成。这些各部分通过cpu执行规定的程序而发挥功能。以下，对运算处理部11的各部分的功能进行说明。
60.(频率响应解析部)
61.频率响应解析部13对车身模型31赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出车身模型31中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式。
62.频率响应解析是指，求出表示对结构体赋予稳定的正弦波(sign wave)载荷所输入的激振条件时的该结构体的位移(displacement)等响应的振动模式以及该振动模式下的变形方式的解析方法。
63.在本实施方式中的频率响应解析的例子中，对车身模型31的左右的后悬架(rear suspension)安装部赋予向车身上方向输入正弦波载荷的激振条件。
64.在图3中，作为一例，表示通过频率响应解析求出的振动模式即扭转模式以及弯曲模式各自中的车身模型31的变形的情形。
65.在图3(a)所示的扭转模式中，车身模型31中的后侧(图中用虚线椭圆包围的部位)在左右沿车身上下方向反向地变形。另一方面，在图3(b)所示的弯曲模式中，车身模型31中的后侧(图中用虚线椭圆包围的部位)左右都向车身上方向变形。
66.需要说明的是，在频率响应解析部13的频率响应解析中赋予的激振条件并不限定于上述条件，只要根据作为对象的车身模型31的变形适当地赋予激振条件即可。
67.(载荷条件决定部)
68.载荷条件决定部15决定与由频率响应解析部13求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向、大小)。而且，振动模式下的变形方式例如可以是车身模型31的位移总和成为最大的时刻处的车身模型31的变形。
69.在本实施方式中，由载荷条件决定部15决定的载荷条件从图4所示的8个载荷条件(a)～(h)中选择。需要说明的是，载荷的大小以外的这些载荷条件(a)～(h)是在车身模型31的刚性解析(stiffness analysis)等中通常赋予的载荷条件。
70.图4所示的载荷条件(a)～(h)分别如下所述。
71.(a)前弯曲(front bending)：是在左右的前悬架安装部35的双方沿车身上方向(或车身下方向)加载相同朝向的载荷的载荷条件。
72.(b)前扭转(front torsion)：是在左右的前悬架安装部35的一方加载车身上方向的载荷，在另一方的前悬架安装部35加载车身下方向的载荷的载荷条件。
73.(c)后弯曲(rear bending)：是在左右的后悬架安装部37的双方沿车身上方向(或车身下方向)加载相同朝向的载荷的载荷条件。
74.(d)后扭转(rear torsion)：是在左右的后悬架安装部37的一方加载车身上方向的载荷，在另一方的后悬架安装部37加载车身下方向的载荷的载荷条件。
75.(e)前单轮(front one wheel loading)：是在左右的前悬架安装部35中的任一方加载车身上方向(或车身下方向)的载荷的载荷条件。
76.(f)前横向弯曲(front side bending)：是在前副车架(front subframe)安装部39加载车身宽度方向的载荷的载荷条件。
77.(g)后单轮(rear one wheel loading)：是在左右的后悬架安装部37中的任一方加载车身上方向(或车身下方向)的载荷的载荷条件。
78.(h)后横向弯曲(rear side bending)：是在后副车架(rear subframe)安装部41加载车身宽度方向的载荷的载荷条件。
79.作为表示赋予了这些载荷条件的车身模型31的变形的例子，在图5中表示对车身模型31赋予了后扭转和后弯曲的载荷条件时的变形。图5(a)是对车身模型31赋予的载荷条件(加载载荷的位置、方向以及大小)。图5(b)是表示赋予载荷条件而在车身模型31产生的位移的总和(将车身前后方向、车身宽度方向以及车身上下方向的各方向的位移取平方(square)并取平方根(square root)而得到的值)的等值线图(contour diagram)。需要说明的是，省略了表示赋予了图5所示的其他载荷条件的车身模型31的变形的情形的图。
80.在施加后扭转(图5(a)(i))作为载荷条件的情况下，车身模型31的后侧在左右沿车身上下方向反向地变形(图5(b)(i))。因此，在由频率响应解析部13求出的振动模式为图3(a)所示的扭转模式的情况下，载荷条件决定部15选出图4(d)后扭转作为载荷条件。
81.另一方面，在施加后弯曲(图5(a)(ii))作为载荷条件的情况下，车身模型31的后侧左右都向车身上方向变形(图5(b)(ii))。因此，在由频率响应解析部13求出的振动模式为图3(b)所示的弯曲模式的情况下，载荷条件决定部15选出图4(c)后弯曲作为载荷条件。
82.这样，通过预先设定赋予了图4所示的各载荷条件时的车身模型31的变形的情形，载荷条件决定部15能够从这些载荷条件中选出与由频率响应解析部13求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件。
83.需要说明的是，由载荷条件决定部15决定的载荷条件不限于向图4所示的方向施加载荷，也可以向相反方向施加。例如图4(d)所示的后扭转的载荷条件也可以是对车身模型31的后侧的左右的后悬架安装部37分别向与图4(d)所示的载荷的方向在车身上下方向上相反的方向施加载荷的条件。
84.(最优化解析模型生成部)
85.如图2(b)所示，最优化解析模型生成部17在成为通过结构用粘接剂粘接车身模型31的部件的部件组的候补的位置设定追加的粘接候补53，生成作为最优化解析的解析对象的最优化解析模型51。
86.最优化解析模型51中的粘接候补53是通过图6所示的处理而生成的。具体而言，在将车身模型31具有的多个部件作为部件组43而焊接的部位(例如凸缘部)，以规定的间隔d在不与预先设定的焊接点33重叠的位置连续地配置粘接候补53。
87.需要说明的是，本发明中的部件组43的粘接候补的配置可以相对于焊接点33的轴线位于与图6相反的一侧，也可以在焊接点33的轴线上。另外，粘接候补的宽度、全长、或从焊接点33离开的距离等适当设定即可。并且，粘接候补不限于如图6所示遍及部件组43的全长连续地配置，也可以离散地配置以规定的长度连续的粘接候补。在该情况下，也只要适当设定连续的粘接候补的长度、连续的粘接候补彼此的间隔等即可。
88.另外，最优化解析模型51中的追加的粘接候补53优选由立体要素构成，但并不限定于此，也可以由平面要素以及/或者梁要素构成。
89.(最优化解析条件设定部)
90.最优化解析条件设定部19设定最优化解析条件，该最优化解析条件用于进行将由最优化解析模型生成部17生成的最优化解析模型51中的粘接候补53作为最优化的对象的最优化解析。
91.作为最优化解析条件，设定目标条件(objectives)和制约条件(constraints)这两种。目标条件是根据最优化解析的目标而设定的最优化解析条件，例如有使应变能(strain energy)最小、使吸收能(absorbed energy)最大而使产生应力(generated stress)最小等。目标条件仅设定一个。制约条件是在进行最优化解析方面施加的制约，例如，存在使从将各部件接合后的车身模型31生成的最优化解析模型51具有规定的刚性的、使残留的粘接候补成为规定的比例(长度)等。制约条件能够设定多个。
92.(最优化解析部)
93.最优化解析部21将由载荷条件决定部15决定的载荷条件赋予最优化解析模型51而进行最优化解析，求出满足最优化解析条件的粘接候补53作为将各部件组接合的最优粘接部55。具体而言，最优化解析部21求出最优化解析模型51中的粘接候补53中的、满足由最优化解析条件设定部19设定的最优化解析条件(目标条件、制约条件)的粘接候补53作为最优粘接部55。
94.例如，在如图6(a)所示设定了焊接点33的部件组43中，在将如图6(b)所示从焊接点33离开而连续地配置的粘接候补53作为最优化的对象的情况下，最优化解析部21如图6(c)所示选出满足最优化解析条件的粘接候补53作为最优粘接部55。然后，将未被选出的粘接候补53作为消除粘接部(erasing adhesion portion)57消除。
95.需要说明的是，在由最优化解析部21进行的最优化解析中，能够应用拓扑优化。而且，在拓扑优化中使用密度法(density method)时中间的密度多的情况下，优选如式(1)所示那样进行离散化(discretization)。
96.[数学式1]
[0097]k′
(ρ)＝ρ
pkꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0098]
其中，
[0099]k′
：对要素的刚性矩阵施加惩罚(penalty)后的刚性矩阵
[0100]
k：要素的刚性矩阵
[0101]
ρ：标准化后的密度(normalized density)
[0102]
p：惩罚系数(penalty coefficient)
[0103]
在离散化中经常使用的惩罚系数(penalty coefficient)为2以上，但在本发明的接合位置的最优化中，惩罚系数优选为4以上。
[0104]
而且，通过拓扑优化，不满足由最优化解析条件设定部19设定的最优化解析条件(目标条件、制约条件、载荷条件)的粘接候补被消除(erase)，满足该最优化解析条件的有意义的粘接候补残留(remain)，因此，能够将该残留的粘接候补的位置决定为用结构用粘接剂粘接的位置。
[0105]
例如，将如图6(b)那样连续地配置的粘接候补53作为解析对象进行最优化解析，如图6(c)所示，在满足最优化解析条件的最优粘接部55残留而消除剩下的消除粘接部57的情况下，求出残留的最优粘接部55的位置作为涂敷结构用粘接剂而粘接的最优位置即可。另外，在以与焊接点33重叠的方式配置粘接候补的情况下(未图示)，也只要将以满足最优化解析条件的方式残留的最优粘接部的位置作为涂敷结构用粘接剂而粘接的最优位置来求出即可。
[0106]
需要说明的是，最优化解析部21可以进行基于拓扑优化的最优化处理，也可以进行基于其他计算方式的最优化处理。而且，作为最优化解析部21，例如能够使用市售的利用了有限元法(finite element method)的最优化解析软件。
[0107]
另外，在由最优化解析部21进行的最优化解析中，考虑通过惯性释放法(inertia relief method)在汽车行驶时作用的惯性力(inertia force)。惯性释放法是指在成为惯性力的坐标的基准的支承点支承有物体的状态(自由支承状态(free support))下，根据作用于等加速度运动(constant acceleration motion)中的物体的力求出应力、应变的解析方法，用于运动中的飞机、船的静态解析(static analysis)。
[0108]
《车身的粘接位置的最优化解析方法》
[0109]
在本发明的实施方式的车身的接合位置的最优化解析方法(以下简称为“最优化解析方法”)中，与将构成车身模型31的多个部件作为部件组而接合的焊接一并使用，求出利用结构用粘接剂进行粘接的最优位置。如图7所示，最优化解析方法包括频率响应解析步骤s1、载荷条件决定步骤s3、最优化解析模型生成步骤s5、最优化解析条件设定步骤s7以及最优化解析步骤s9。以下，对这些各步骤进行说明。需要说明的是，各步骤均由通过计算机构成的最优化解析装置1(图1)进行。
[0110]
《频率响应解析步骤》
[0111]
频率响应解析步骤s1是对车身模型31赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出车身模型31中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式的步骤。在图1所示的最优化解析装置1中由频率响应解析部13进行。
[0112]
而且，作为频率响应解析中的激振条件，在本实施方式中，对车身模型31的后悬架安装部37(参照图4(c))赋予向车身上方向输入正弦波载荷的激振条件。
[0113]
需要说明的是，在频率响应解析步骤s1中的频率响应解析中赋予的激振条件并不
限定于上述条件，只要根据作为对象的车身模型31的变形适当地赋予激振条件即可。
[0114]
《载荷条件决定步骤》
[0115]
载荷条件决定步骤s3是与在频率响应解析步骤s1中求出的振动模式下的变形方式对应地决定对车身模型31赋予的载荷条件的步骤，在图1所示的最优化解析装置1中由载荷条件决定部15进行。
[0116]
在本实施方式的最优化解析方法中，载荷条件决定步骤s3从图4所示的8个载荷条件(a)～(h)中选出一个或多个载荷条件。当然，载荷条件决定步骤s3也可以适当变更输入到车身模型31的载荷的位置(前悬架安装部35、后悬架安装部37等)、载荷的方向以及大小，从而决定能够将在频率响应解析步骤s1中求出的振动模式下的变形方式更好地赋予车身模型31的载荷条件。
[0117]
《最优化解析模型生成步骤》
[0118]
如图2(b)所示，最优化解析模型生成步骤s5是设定成为将车身模型31的部件作为部件组而接合的候补的追加的粘接候补53，生成作为最优化解析的解析对象的最优化解析模型51的步骤。在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析模型生成部17进行。
[0119]
在本实施方式中，最优化解析模型生成步骤s5通过图6所例示的步骤生成最优化解析模型51中的粘接候补53。
[0120]
《最优化解析条件设定步骤》
[0121]
最优化解析条件设定步骤s7是设定最优化解析条件的步骤，该最优化解析条件用于进行将在最优化解析模型生成步骤s5中生成的最优化解析模型51中设定的粘接候补53(图6(b))作为最优化的对象的最优化解析。在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析条件设定部19进行。而且，作为最优化解析条件，如上所述，设定目标条件和制约条件这两种。
[0122]
《最优化解析步骤》
[0123]
最优化解析步骤s9是如下的步骤：将在载荷条件决定步骤s3中决定的载荷条件赋予最优化解析模型51而进行最优化解析，求出满足在最优化解析条件设定步骤s7中设定的最优化解析条件的粘接候补53，作为与各部件组中的焊接一并使用而粘接的最优粘接部。在图1所示的最优化解析装置1中由最优化解析部21进行。
[0124]
作为在最优化解析步骤s9中求出最优粘接部的步骤，在将图6(b)所示的粘接候补53作为最优化的对象的情况下，如图6(c)所示，选出满足最优化解析条件的粘接候补53作为最优粘接部55，将未被选出的粘接候补53作为消除粘接部57消除。
[0125]
在最优化解析步骤s9中的最优化解析中，能够应用拓扑优化。并且，在拓扑优化中应用密度法的情况下，优选将要素的惩罚系数的值设定为4以上来进行离散化。
[0126]
并且，在最优化解析中，作用于车身模型31的惯性力使用惯性释放法来考虑。
[0127]
如上所述，根据本实施方式的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置，针对具有将多个部件作为部件组而接合的焊接点33的汽车的车身模型31(图2)，决定与车身模型31的振动模式下的变形方式对应的载荷条件，生成将成为通过结构用粘接剂粘接上述部件组的候补的粘接候补53设定于车身模型31的最优化解析模型51，对所生成的最优化解析模型51赋予上述决定的载荷条件而进行最优化解析，求出粘接部件组的最优粘接部55。由此，为了提高与车身模型31的振动特性相关的动态刚性，能够求出与焊接点33一并使用而
在上述部件组上涂敷结构用粘接剂进行粘接的最优位置。
[0128]
另外，上述本实施方式的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置通过频率响应解析求出车身模型中产生的振动模式下的变形方式，但作为本实施方式的其他方式，可举出代替频率响应解析代替而通过特征值解析求出车身模型中产生的振动模式下的变形方式的方式。
[0129]
特征值解析是指求出作为结构体所具有的振动特性的固有振动频率(characteristic frequency)、固有模式(eigenmode)(振动模式(mode of vibration))的解析方法。而且，在特征值解析中，不需要激振条件(输入载荷)就能够求出振动模式下的变形方式。
[0130]
图8表示本实施方式的另一方式的最优化解析装置61的框图。最优化解析装置61的运算处理部63具有进行车身模型31的特征值解析的特征值解析部65来代替最优化解析装置1的运算处理部11中的频率响应解析部13。特征值解析部65以外的构成要素分别具有与上述最优化解析装置1的频率响应解析部13以外的构成要素相同的功能。
[0131]
进而，图9表示本实施方式的另一方式的车身的粘接位置的最优化解析方法中的处理流程。图9中的特征值解析步骤s11以外的各步骤分别进行与上述图7所示的频率响应解析步骤s1以外的各步骤相同的处理。
[0132]
在这样的本实施方式的另一方式的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置中，如图10中作为例子所示，也能够通过特征值解析求出车身模型31中产生的振动模式即扭转模式和弯曲模式等。
[0133]
接着，决定与通过特征值解析求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件，将该决定的载荷条件赋予最优化解析模型51(图2(b))而进行最优化解析，由此，能够求出与将车身模型31中的部件组接合的焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接的最优粘接部55。
[0134]
【实施例】
[0135]
以下，由于进行了确认本发明的效果的解析，因此，对此进行说明。在本实施例中，如图2(a)所示，以预先设定有将多个部件作为部件组而焊接的焊接点33的车身模型31为对象，通过最优化解析求出与焊接一并使用并通过结构用粘接剂进行粘接的最优位置。
[0136]
首先，对车身模型31进行频率响应解析以及特征值解析，求出车身模型31中产生的振动模式。在本实施例中，在频率响应解析以及特征值解析中，均作为振动模式而求出扭转模式(参照图3(a)以及图10(a))以及弯曲模式(参照图3(b)以及图10(b))。
[0137]
接着，决定与弯曲模式以及扭转模式各自的变形方式对应的对车身模型31赋予的载荷条件。在载荷条件的决定中，从图4所示的8个载荷条件中，对于扭转模式选出后扭转(图4(d))的载荷条件，对于弯曲模式选出后弯曲(图4(c))的载荷条件。
[0138]
接着，在车身模型31中设定追加的粘接候补53而生成最优化解析模型51。在粘接候补53的设定中，在图2(a)所示的车身模型31中，使粘接候补53从预先设定于各部件组的焊接点33的轴线离开，以焊接点33与粘接候补53不重叠的方式连续地配置(参照图6)。
[0139]
接着，对最优化解析模型51分别设定目标条件和制约条件作为最优化解析条件。在本实施例中，目标条件为柔度(compliance)的最小化(刚性的最大化)，制约条件为残留的粘接候补的比例(长度)。
[0140]
接着，在所赋予的最优化解析条件下，将最优化解析模型51的粘接候补53作为最优化的对象进行最优化解析，求出最优粘接部。在本实施例中，将最优粘接部的涂敷长度设为79m、54m、28m以及14m。另外，在最优化解析中，考虑了通过惯性释放法作用于最优化解析模型51的惯性力。
[0141]
图11以及图12表示赋予与通过频率响应解析求出的振动模式即扭转模式下的变形方式对应的载荷条件并进行最优化解析而求出的最优粘接部55的结果。另外，图13以及图14表示赋予与通过频率响应解析求出的振动模式即弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件并进行最优化解析而求出的最优粘接部55的结果。如图11～图14所示，在赋予了与扭转模式以及弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件的情况下的任一情况下，都根据最优粘接部55的涂敷长度求出在车身模型31中使用结构用粘接剂粘接的最优位置。
[0142]
进而，对设定了最优粘接部55的最优化解析模型51进行频率响应解析以及特征值解析，求出最优化解析模型51的频率响应和设定了最优粘接部55所引起的振动特性的变化。
[0143]
在最优化解析模型51的频率响应解析中，对后悬架安装部(与图5(a)所示的车身模型31中的后悬架安装部37相同的位置)赋予在车身上下方向上输入正弦波载荷的激振条件。
[0144]
作为频率响应的结果的一例，图15以及图16表示载荷条件以及最优粘接部55的涂敷长度不同的最优化解析模型51(图11～图14)的频率响应的结果。
[0145]
图15是设定了最优粘接部55的最优化解析模型51中的结果，该最优粘接部55通过赋予了与通过频率响应解析求出的扭转模式(图3(a))的变形方式对应的载荷条件的最优化解析而得到。图16是设定了最优粘接部55的最优化解析模型51中的结果，该最优粘接部55通过赋予了与通过频率响应解析求出的弯曲模式(图3(b))的变形方式对应的载荷条件的最优化解析而求出。
[0146]
另外，在图15以及图16中，横轴是在频率响应解析中在最优化解析模型51中产生的振动的频率(hz)，纵轴是在最优化解析模型51中产生的振动的加速度等级(acceleration level)(db)。另外，这些图中的“基本”是不设定最优粘接部而仅设定了焊接点33的车身模型31(图2(a))的结果，131m是直接设定粘接候补53全长的最优化解析模型51(图2(b))的结果。
[0147]
在图15以及图16所示的频率响应中，第一峰值是扭转模式的频率，第二峰值是弯曲模式的振动中的频率。而且，在赋予了与扭转模式以及弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件的情况下的任一情况下，通过涂敷于最优粘接部55的位置，与原来的车身模型31相比，扭转模式或弯曲模式的频率变高。这表示通过在最优粘接部55的位置涂敷结构用粘接剂进行粘接，在车身产生的振动的频率变高，动态刚性提高。
[0148]
进而，对最优化解析模型51中设定的最优粘接部55的涂敷长度与扭转模式和弯曲模式各自的频率的关系进行了研究。
[0149]
在图17中，针对赋予了与通过频率响应解析求出的扭转模式下的变形方式对应的载荷条件并设定了通过最优化解析求出的最优粘接部55的最优化解析模型51，表示该最优化解析模型51的频率响应中的扭转模式的频率变化率的结果。在此，频率变化率是以原来的车身模型31为基准，求出最优化解析模型51的频率响应中的各模式的频率的变化而得到
的。
[0150]
在图17中，横轴是在最优化解析模型51中设定的最优粘接部55的涂敷长度。另外，图17(a)的纵轴是扭转模式的频率变化率，图17(b)的纵轴是最优粘接部55的每单位长度的频率变化率(％/m)。
[0151]
在图18，针对赋予了与通过频率响应解析求出的弯曲模式下的变形方式对应的载荷条件并设定了通过最优化解析求出的最优粘接部55的最优化解析模型51，表示该最优化解析模型51的频率响应中的弯曲模式的频率变化率的结果。图18中的横轴和纵轴与上述图17相同。
[0152]
在图19中，针对赋予了成为通过特征值解析求出的扭转模式的变形的载荷条件并设定了通过最优化解析求出的最优粘接部55的最优化解析模型51，表示该最优化解析模型51的频率响应中的扭转模式的频率变化率的结果。图19中的横轴和纵轴与上述图17相同。
[0153]
在图20中，针对赋予了成为通过特征值解析求出的弯曲模式的变形的载荷条件并设定了通过最优化解析求出的最优粘接部55的最优化解析模型51，表示该最优化解析模型51的频率响应中的弯曲模式的频率变化率的结果。图20中的横轴和纵轴与上述图17相同。
[0154]
如图17～图20所示，若在最优粘接部55涂敷结构用粘接剂，则频率变化率显著提高，之后，若涂敷长度变长，则频率变化率进一步逐渐提高。另外，最优粘接部55的每单位长度的频率变化率减少。因此，通过在最优粘接部55的位置涂敷结构用粘接剂进行粘接，能够得到车身的动态刚性的提高效果。另外，若最优粘接部55的涂敷长度变长，则成为其效果饱和的结果。
[0155]
工业实用性
[0156]
根据本发明，能够提供一种为了提高与车身的振动特性相关的动态刚性，求出与将车身中的部件组接合的焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接部件组的最优位置的车身的粘接位置的最优化解析方法以及装置。
[0157]
附图标记说明
[0158]1ꢀꢀ
最优化解析装置
[0159]3ꢀꢀ
显示装置
[0160]5ꢀꢀ
输入装置
[0161]7ꢀꢀ
存储装置
[0162]9ꢀꢀ
作业用数据存储器
[0163]
11
ꢀꢀ
运算处理部
[0164]
13
ꢀꢀ
频率响应解析部
[0165]
15
ꢀꢀ
载荷条件决定部
[0166]
17
ꢀꢀ
最优化解析模型生成部
[0167]
19
ꢀꢀ
最优化解析条件设定部
[0168]
21
ꢀꢀ
最优化解析部
[0169]
23
ꢀꢀ
车身模型文件
[0170]
31
ꢀꢀ
车身模型
[0171]
33
ꢀꢀ
焊接点
[0172]
35
ꢀꢀ
前悬架安装部
[0173]
37
ꢀꢀ
后悬架安装部
[0174]
39
ꢀꢀ
前副车架安装部
[0175]
41
ꢀꢀ
后副车架安装部
[0176]
43
ꢀꢀ
部件组
[0177]
51
ꢀꢀ
最优化解析模型
[0178]
53
ꢀꢀ
粘接候补
[0179]
55
ꢀꢀ
最优粘接部
[0180]
57
ꢀꢀ
消除粘接部
[0181]
61
ꢀꢀ
最优化解析装置
[0182]
63
ꢀꢀ
运算处理部
[0183]
65
ꢀꢀ
特征值解析部

技术特征：

1.一种车身的粘接位置的最优化解析方法，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析方法包括：频率响应解析步骤，在所述频率响应解析步骤中，对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，将在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件赋予所述最优化解析模型而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组接合的最优粘接部。2.一种车身的粘接位置的最优化解析方法，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，由计算机执行以下的各步骤，求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析方法包括：特征值解析步骤，在所述特征值解析步骤中，进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定步骤，在所述载荷条件决定步骤中，决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成步骤，在所述最优化解析模型生成步骤中，生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定步骤，在所述最优化解析条件设定步骤中，设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析步骤，在所述最优化解析步骤中，将在所述载荷条件决定步骤中决定的载荷条件赋予所述最优化解析模型而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组接合的最优粘接部。3.一种车身的粘接位置的最优化解析装置，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，进行求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置的最优化解析，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析装置具备：频率响应解析部，所述频率响应解析部对所述车身模型赋予规定的激振条件来进行频率响应解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；
载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组粘接的最优粘接部。4.一种车身的粘接位置的最优化解析装置，使用具有由平面要素以及/或者立体要素构成的多个部件且预先设定有将该多个部件作为部件组而焊接的焊接部的车身模型，进行求出与所述焊接一并使用而通过结构用粘接剂粘接所述部件组的最优位置的最优化解析，其中，所述车身的粘接位置的最优化解析装置具备：特征值解析部，所述特征值解析部进行所述车身模型的特征值解析，求出所述车身模型中产生的振动模式以及该振动模式下的变形方式；载荷条件决定部，所述载荷条件决定部决定与该求出的振动模式下的变形方式对应的对所述车身模型赋予的载荷条件；最优化解析模型生成部，所述最优化解析模型生成部生成在所述车身模型中设定了成为粘接所述部件组的候补的粘接候补的最优化解析模型；最优化解析条件设定部，所述最优化解析条件设定部设定用于进行将在该生成的最优化解析模型中设定的粘接候补作为最优化的对象的最优化解析的最优化解析条件；以及最优化解析部，所述最优化解析部对设定了该最优化解析条件的所述最优化解析模型赋予由所述载荷条件决定部决定的载荷条件而进行最优化解析，求出满足所述最优化解析条件的粘接候补作为将各所述部件组粘接的最优粘接部。

技术总结

本发明的车身的粘接位置的最优化解析方法是使用预先设定有将多个部件作为部件组而焊接的焊接点(33)的车身模型(31)，求出与焊接一并使用而利用结构用粘接剂进行粘接的最优位置的方法，包括：通过频率响应解析求出车身模型(31)中产生的振动模式下的变形方式的步骤(S1)；决定与所求出的振动模式下的变形方式对应的对车身模型(31)赋予的载荷条件的步骤(S3)；在成为粘接的候补的位置设定粘接候补(53)的步骤(S5)；设定进行粘接候补(53)的最优化解析的最优化解析条件的步骤(S7)；以及在步骤(S3)中决定的载荷条件下求出满足最优化解析条件的粘接候补(53)作为最优粘接部(55)的步骤(S9)。步骤(S9)。步骤(S9)。