计算线状结构中扭转角的方法以及用于该方法的装置和程序的制作方法

专利名称：计算线状结构中扭转角的方法以及用于该方法的装置和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及用计算机来计算当线状结构变形到预定形状时所产生的线件和/或线夹(clamp)的扭转角的方法，该线状结构包括主线件；从该主线件分支出的子线件；和/或连接到该主线件的线夹，本发明还涉及用于该方法的装置和用于该方法的程序。
背景技术：
近来，各种电气元件安装在车辆等装备上。这种电气元件用称之为线束(wire harness)的线状结构连接，在该线束中多根电线或通信线用诸如绝缘扣的捆扎件或诸如绝缘带的保护件来捆扎。设计这种线束使得可将其设置在预定的三维空间，并且当制造时是在夹具板上二维地展开。
图1(A)和1(B)分别示出在设计和制造过程中线束的形状。如图1(A)所示，通常把线束设计成具有从干线1a沿不同方向分支出的多根支线1b1到1b4，线夹2a到2g等连接到这些线的端部或中间点(可以使用索环或连接到端部的连接器代替线夹)，并且线束设置在诸如车门或地板的预定的三维空间中。但是，如上所述的在三维空间的假定下设计的线束要在如图1(B)所示的二维夹具板上展开时来制造。因此，在展开状态，沿不同方向分支的支线1b1到1b4和线夹2a到2g相对于干线1a要产生扭转。这将参考图2进行描述。
图2(A)和2(B)是示出示出本发明适用的线束中的扭转角的视图。例如，如2(A)所示，在三维空间的假定下设计的线束的干线1a在直线伸长而不被扭转的状态下，当从前侧看时，支线1b1和1b2沿着具有θ角的不同方向分支，如图2(B)所示。类似地，在附图中没有示出的两个线夹(主要连接到该干线的中部)有时也如图2(B)所示沿着具有θ角的不同方向分支。但是在线夹的情况下，θ角是由把两个线夹的扭转作用点p1、p2与该干线的中心线连接的直线V1、V2、即两线夹的旋转轴线形成的角度，如图2(A)和2(B)所示。而且，支线和线夹也可以按相同的方式形成θ角。
在制造线束的过程中，构成该线束的所有的干线、支线和线夹在基本是二维平面的夹具板上展开。在制造线束的过程中，当干线1a和支线1b1沿着该夹具板延伸被设置为基准时，支线1b2扭转对应于θ角的角度。在本说明书中，这样的θ角称之为扭转角。
通常，干线比支线粗，可选地，干线和支线可同样粗，或者具有相反的粗细关系。例如，干线和支线可以另外分别叫做主线件和子线件(支线件)。在本说明书中，线夹是指用于线束的支撑件，例如连接器或夹子。
与本申请的发明相关的现有技术文献是[非专利文献1]“矩阵有限元方法”，B.Nath，Braun Book Publication Co.，Ltd.，1978年8月10日，p.7-15。

发明内容
为了精确地设计夹具板并高效地制造线束，在设计夹具板和制造线束之前，正确地得到扭转角是非常重要的。但是，线束是通过捆扎多个线构成的，因此具有特有的材料和形状特性，或特有的物理特性。通常认为很难正确地获得这种线束的扭转角。因此，目前还没有建立用于适当地获得线束扭转角的有效方法，并且一直需要获得这种技术。
考虑到上述现有状况，本发明的目的是提供计算扭转角的方法，其能够容易并正确地计算线束中的扭转角，并在精确地设计夹具板和高效地制造线束中也是有效的，本发明的目的还在于提供用于这种方法的装置和用于这种方法的程序。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求1中所述的计算扭转角的方法，该方法是计算线状结构中的扭转角的方法，其中，子线束和/或线夹的扭转角用计算机计算，当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生扭转角，该线状结构包括主线束；从该主线束分支出的子线束；和/或连接到该主线束的线夹，其中该方法包括产生变形形状模型的变形形状模型产生步骤，其中该线状结构的主线束被表示为多个杆状(beam)元件的连接件，以便对应于变形形状，并且对应于该线夹的旋转轴的线夹轴线和/或对应于子线束的分支方向的虚拟的线夹轴线加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；产生基准形状模型的基准形状模型产生步骤，其中该线状结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于基准形状，并且预定的基准轴线加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；叠加计算步骤，在参考该线状结构的形状和材料特性的同时，变形基准形状模型并将变形的基准形状模型叠加到该变形形状模型上，并利用有限元法计算由此得到的形状；以及扭转角计算步骤，在叠加计算步骤之后，计算基准轴线和该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度作为扭转角的。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求2所述的计算扭转角的方法，该方法是计算权利要求1提出的扭转角的方法，为了计算该虚拟的线夹轴线，该方法还包括产生切平面的切平面产生步骤，该切平面包含相对于该子线束的切线矢量和相对于该主线束的切线矢量，这些切线矢量起始于该子线束分支节点处；和将矢量计算为虚拟线夹轴线的虚拟线夹轴线计算步骤，该矢量起始于切平面中的子线束分支节点并垂直相对于该主线束的切线矢量。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求3所述的计算扭转角的方法，该方法是计算权利要求2提出的扭转角的方法，该方法还包括在返回对应于该扭转角的度数的同时，与基准形状模型一起显示线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线的显示步骤。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求4所述的计算扭转角的方法，该方法是计算权利要求1至3中任何一项提出的扭转角的方法，该基准形状对应于该线状结构在夹具板上展开时所获得的形状，而该变形形状对应于当该线状结构连接到预定部分时所获得的形状。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求5所述的计算扭转角的方法，该方法是计算线状结构中的扭转角的方法，其中子线束的扭转角用计算机进行计算，该扭转角是当线状结构变形到预定形状时产生的，该线状结构设计成以便设置在预定的部分，并包括主线束，和从该主线束分支的子线束，其中该方法包括在假定该线状结构是弹性体，其中多个杆状元件连接在一起的同时，产生该线状结构的有限元模型的有限元模型产生步骤；使该线状结构变形到基准形状的变形步骤，其中通过将该线状结构的形状和材料特性以及约束条件应用于有限元模型，在基准形状中该主线束存在于预定平面中；以及计算该子线束相对于该平面形成的角度来作为扭转角的扭转角计算步骤。
为了实现本发明的目的，提出了权利要求6中所述所计算扭转角的方法，该方法是计算权利要求5中提出的扭转角的方法，其中设置对应于基准形状的约束条件以便主线束线性地伸长而不被扭转。
为了实现本发明的目的，在权利要求7提出的计算扭转角的方法是计算权利要求5或6中提出的扭转角的方法，其中该平面是基准平面，用于制造该线状结构的夹具板假定在其中。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求8中提出的计算扭转角的方法是计算权利要求7中提出的扭转角的方法，其中在构成该线状结构的所有线束中，该主线束具有最大的直径。
为了实现本发明目的而实施的权利要求9中提出的计算扭转角的方法是计算权利要求8中提出的扭转角的方法，其中设置约束条件还使得在子线束中粗细仅次于该主线束的线束存在于基准平面。
为了实现本发明目的而实施的权利要求10中提出的计算扭转角的方法是计算权利要求5中提出的扭转角的方法，其中该线状结构包括连接到该主线束的线夹，该线夹能够产生扭转，并且由该线夹的旋转轴线相对于该平面形成的角度被计算为扭转角。
为了实现本发明目的而实施的权利要求11中提出的计算扭转角的方法是计算权利要求5中提出的扭转角的方法，其中该线状结构包括代替该子线束的是连接到该主线束并能产生扭转的线夹，并且由该线夹的旋转轴线相对于该平面形成的角度，代替该子线束形成的角度，被计算为扭转角。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求12中提出的计算扭转角的装置是用于计算线状结构中的扭转角的装置，其中计算子线束和/或线夹的扭转状态，该扭转角是当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生的，该线状结构包括主线束；从该主线束分支的子线束；和/或连接到该主线束的线夹，其中该装置包括用于产生变形形状模型的变形形状模型产生单元，其中，该线状结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该变形形状，并且对应于该线夹旋转轴线的线夹轴线和/或对应于该子线束的分支方向的虚拟线夹轴线被加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；用于产生基准形状模型的基准形状模型产生单元，其中该线结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该基准形状，并且预定的基准轴线被加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；在参考该线状结构的形状和材料特性的同时，用于用有限元法计算通过变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加到变形形状模型上所获得的形状的叠加计算单元；以及在该叠加计算单元计算之后，将由基准轴线，以及该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度计算为扭转角的扭转角计算单元。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求13中提出的计算扭转角的程序是用于计算线状结构中的扭转角的程序，为了计算子线束和/或线夹的扭转状态，该扭转角是当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生的，该线状结构包括主线束；从该主线束分支出的子线束；和/或连接到该主线束的线夹，其中该程序使计算机起如下的作用用于产生变形形状模型的变形形状模型产生单元，其中，该线状结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该变形形状，并且对应于该线夹旋转轴线的线夹轴线和/或对应于该子线束的分支方向的虚拟线夹轴线被加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；用于产生基准形状模型的基准形状模型产生单元，其中该线状结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该基准形状，并且预定的基准轴线被加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；在参考该线状结构的形状和材料特性的同时，用于用有限元法计算通过变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加到变形形状模型上所获得的形状的叠加计算单元；以及在该叠加计算单元计算之后，将由基准轴线，以及该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度计算为扭转角的扭转角计算单元。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求14中提出的计算扭转角的方法是计算线状结构中的扭转角的方法，其中用计算机计算当从主线件的侧面观察时连接到从主线件分支出的子线件的线夹的扭转角，其中该方法包括产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生步骤，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该子线件的扭转角的分支轴线被加到该主线件的线件分支节点；产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生步骤，其中该主线件被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于主线件基准形状，该形状是通过直线地延伸该主线件而不被扭转得到的，并且，起用于获得该分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于该线件分支节点的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，利用有限元法计算第一扭转角的主线件角度计算步骤，该第一扭转角是当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加到该主线件变形形状模型上时由第一基准轴线和该分支轴线形成的角度；产生子线变形形状模型的子线件变形形状模型产生步骤，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该线夹扭转角的线夹轴线被加到该子线件的线夹连接节点；产生子线件基准形状模型的子线件基准形状模型产生步骤，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转获得的子线件基准形状，并且起用于获得线夹轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该线件线夹轴线的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，利用有限元法计算第二扭转角的子线件角计算步骤，该第二扭转角是当该子线件基准形状模型变形时并且然后叠加在该子线件变形形状模型上由第二基准轴线和线夹轴线形成的角度；以及根据该第一扭转角修正该第二扭转角的扭转角计算步骤，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求15中提出的计算扭转角的方法是计算线状结构中的扭转角的方法，其中，用计算机计算当从主线件的侧面观察时的从子线件(该子线件从主线件分支)分支的第二子线件的扭转角，其中该方法包括产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生步骤，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该子线件的扭转角的第一分支轴线被加到该主线件的线件分支节点；产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生步骤，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得第一分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于该线件分支节点的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，利用有限元方法计算第一扭转角的主线件角度的计算步骤，该第一扭转角是当该主线件基准形状模型变形，并且然后叠加在该主线件变形的模型上时由第一基准轴线和第一分支轴线形成的角度；产生子线件变形形状模型的子线件变形形状模型产生步骤，其中该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得第二子线件的扭转角的第二分支轴线被加到该子线件的线件上的第二分线件支节点；产生子线件基准形状模型的子线件基准形状模型产生步骤，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得第二分支轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该第二线件分支节点的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，利用有限元方法计算第二扭转角的主线件角度的计算步骤，该第二扭转角是当该子线件基准形状模型变形，并且然后叠加在该子线件变形的模型上时由第二基准轴线和第二分支轴线形成的角度；以及根据该第一扭转角修正该第二扭转角的扭转角计算步骤，以获得由该第一基准轴线和该第二分支轴线所形成的角度。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求16中提出的用于计算扭转角的装置是用于计算线状结构中的扭转角的装置，其中用计算机计算当从该主线件的侧面观察时连接到从主线件分支的子线件的线夹的扭转角，其中该装置包括产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生单元，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该子线件的扭转角的分支轴线被加到该主线件的线件上的线件分支节点；产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生单元，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于该线件分支节点的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，用于利用有限元方法计算第一扭转角的主线件角度的计算单元，该第一扭转角是当该主线件基准形状模型变形，并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时由第一基准轴线和分支轴线形成的角度；用于产生子线件变形形状模型的子线件变形形状模型产生单元，其中该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该线夹的扭转角的线夹轴线被加到该子线件上的线夹连接节点；用于产生子线件基准形状模型的子线件基准形状模型产生单元，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得该线夹轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该线夹轴线的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，用于利用有限元方法计算第二扭转角的子线件角度的计算单元，该第二扭转角是当该子线件基准形状模型变形，并且然后叠加在该子线件变形的模型上时，由该第二基准轴线和线夹轴线形成的角度；以及根据该第一扭转角修正该第二扭转角的扭转角计算单元，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求17中提出的用于计算扭转角的程序是用于计算线状结构中的扭转角的程序，其中，为了计算当从该主线件的侧面观察时连接到从主线件分支的子线件的线夹的扭转角，该程序使计算机起如下的作用用于产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生单元，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该子线件的扭转角的分支轴线被加到该主线件上的线件上的线件分支节点；用于产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生单元，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得该分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于该线件分支节点的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，用于利用有限元方法计算第一扭转角的主线件角度计算单元，该第一扭转角是当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时，由第一基准轴线和分支轴线形成的角度；用于产生子线件变形形状模型的子线件变形形状模型产生单元，其中该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得该线夹的扭转角的线夹轴线被加到该子线件上的线夹连接节点；用于产生子线件基准形状模型的子线件基准形状模型产生单元，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得该线夹轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该线夹轴线的位置；在参考该线状结构的物理特性的同时，用于利用有限元方法计算第二扭转角的子线件角度计算单元，该第二扭转角是当该子线件基准形状模型变形，并且然后叠加在该子线件变形形状模型上时，由该第二基准轴线和线夹轴线形成的角度；以及根据该第一扭转角修正该第二扭转角的扭转角计算单元，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求18中提出的计算扭转角的方法是计算线状结构中的扭转角的方法，在该方法中，用计算机计算连接到该主线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，其中，该方法包括产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生步骤，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线被加到该主线件上的线夹连接节点；产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生步骤，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得无扭转平面的基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；设置该无扭转平面的无扭转平面设置步骤，其通过当主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将基准轴线连接在一起来设置；以及与该变形形状和该线夹一起显示该无扭转平面的显示步骤。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求19中提出的计算扭转角的方法是计算权利要求18中提出的扭转角的方法，该方法包括代替所述显示步骤的、与该变形形状一起显示该无扭转平面的第二显示步骤。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求20中提出的计算扭转角的方法是计算线状结构中的扭转角的方法，在该方法中，用计算机计算，并且然后显示连接到该主线件和从该主线件分支的子线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，其中，该方法包括产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生步骤，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该主线件上的线夹的扭转角的第一线夹轴线被加到该主线件上的线夹连接节点；产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生步骤，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得第一无扭转平面的第一基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；设置第一无扭转平面的第一无扭转平面设置步骤，其通过当主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将第一基准轴线连接在一起来设置；产生子线件变形形状模型的子线件变形形状模型产生步骤，其中该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该子线件上的该线夹扭转角的第二线夹轴线被加到该子线件上的线夹连接节点；产生子线件基准形状模型的子线件基准形状模型产生步骤，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且用于获得第二无扭转平面的第二基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；设置第二无扭转平面的第二无扭转平面设置步骤，其通过当构成该第一无扭转平面的第一基准轴线的扭转扩展到第二基准轴线，并且该子线件基准形状模型变形并且然后叠加在该子线件变形的模型上时将第二基准轴线连接在一起来设置；以及与该变形形状、第一线夹轴线和第二线夹轴线一起显示该第一无扭转平面和第二无扭转平面的显示步骤。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求21中提出的用于计算扭转角的装置是用于计算线状结构中的扭转角的装置，在该装置中，用计算机计算并然后显示连接到该主线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，其中，该装置包括用于产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生单元，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线被加到该主线件上的线夹连接节点；用于产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生单元，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得无扭转平面的基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点位置的节点；设置该无扭转平面的无扭转平面设置单元，其通过当主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将基准轴线连接在一起来设置；与该变形形状和该线夹一起显示该无扭转平面的显示单元。
为了实现本发明的目的而实施的权利要求22中提出的计算扭转角的程序是用于计算线状结构中的扭转角的程序，其中，为了计算并显示连接到主线件的线夹的扭转角，该程序使计算机起如下的作用用于产生主线件变形形状模型的主线件变形形状模型产生单元，其中该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线被加到主线件上的线夹连接节点；用于产生主线件基准形状模型的主线件基准形状模型产生单元，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得无扭转平面的基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点位置的节点；设置该无扭转平面的无扭转平面设置单元，其通过当主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将基准轴线连接在一起来设置；以及与该变形形状和该线夹一起显示该无扭转平面的显示单元。
根据权利要求1、12和13提出的本发明，产生变形形状模型，其中，该线状结构的主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于所希望的形状，并且用于获得线夹扭转角的线夹轴线和/或用于获得子线件的扭转角的虚拟线夹轴线被加到每个线夹连接节点和/或该主线件上的子线件分支节点，并且产生基准形状模型，其中，该线状结构的主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长而不被扭转的基准形状，并且预定的基准轴线加到每个线夹连接节点和/或该主线件上的子线件分支节点。其次，在参照该线状结构的物理特性的同时，利用有限元法计算通过变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加在该变形形状模型上所获得的形状。根据该叠加，该基准形状模型的基准轴线也旋转。由当叠加结束时的时候的基准轴线和该变形形状模型的线夹轴线和/或虚拟线夹轴线形成的角被计算为扭转角。当用如上所述的有限元法进行叠加处理时，在现有技术中很难得到的子线件和/或线夹的扭转角很容易正确地计算。
根据权利要求2提出的本发明，产生切平面，该切平面包含相对于该子线件的切线矢量和相对于该主线件的切线矢量，这些切线矢量起始于该子线件分支节点处，起始于该切平面中的子线件分支节点处并垂直相对于该主线件的切线矢量的矢量被计算为虚拟线夹轴线，并且该子线件的扭转角用该虚拟线夹轴线表示。当计算这种虚拟线夹轴线时，也相对于该子线件，在与线夹情况相同的处理过程中能够获得扭转角。
根据权利要求3提出的本发明，在返回对应于计算的扭转角的角度的同时，该线夹轴线和/或虚拟线夹轴线由于被叠加在基准形状模型上而被显示。因此，可以可视和直观地得到该扭转角。因此，本发明在设计与实际状况匹配的夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求4提出的本发明，该基准形状对应于当该线状结构在夹具板上展开时所获得的形状，而变形形状对应于当该线状结构连接在预定的部位时所获得的形状。因此，本发明在设计与实际状况匹配的夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求5提出的本发明，产生线状结构的有限元法，同时假定该线状结构是弹性体，其中多个杆状元件连接在一起，该线状结构的物理特性和约束条件应用于有限元法模型，并且被设计成便于安置在预定部位的该线状结构被变形为基准形状，在该基准形状中主线件存在于预定平面。然后，计算子线件相对于该平面形成的角度，作为扭转角。如上所述，产生有限元模型，设计的形状变形为基准形状，其中该主线件存在于预定平面中，并且得到在变形的时候子线件相对于该平面形成的角度，作为扭转角。因此能够很容易得到在现有技术中很难得到的子线件的扭转角。
根据权利要求6提出的本发明，该约束条件被设置为使得该主线件是线性地伸长而没有被扭转。
根据权利要求7提出的本发明，设置该约束条件，使得该主线件安置在用于制造该线状结构所用的夹具板所在的基准平面中，得到该子线件相对于该基准平面的角度，并且用该角度计算扭转角。
根据权利要求8提出的本发明，在构成该线状结构的存在于该基准平面中的所有线件中，该主线件具有最大的直径。计算另外的线件相对于该基准平面的扭转角。
根据权利要求9提出的本发明，该约束条件被设置为还使得在所有的子线件中，在粗细方面仅次于该主线件的线件存在于该基准平面中。因此，最粗的线件和次粗的线件存在于该基准平面中。计算另外的线件相对于该基准平面的扭转角。
根据权利要求10提出的本发明，在该基准形状中，计算该子线件和该线夹相对于该主线件的扭转角。
根据权利要求11提出的本发明，在该基准形状中，计算该线夹相对于该主线件的扭转角。
根据权利要求14、16和17提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得子线件的扭转角的分支轴线被加到该主线件上的线件分支节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于该线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加到该主线件变形形状模型上时由第一基准轴线和该分支轴线形成的扭转角。产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得线夹扭转角的线夹轴线加到在该子线件上的线夹连接节点，并且产生子线件基准形状模型，其中线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得线夹轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该线夹轴线的位置。其次，利用有限元法计算当该子线件基准形状模型变形并且然后叠加到该子线件变形形状模型上时，由第二基准轴线和该线夹轴线形成的扭转角。根据第一扭转角修正该第二扭转角，并且得到由该第一基准轴线和该线夹轴线形成的角度。
根据权利要求15提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得子线件的扭转角的第一分支轴线加到在该主线件上的线件分支节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得第一分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被加到对应于线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加到该主线件变形形状模型上时，由第一基准轴线和该第一分支轴线形成的第一扭转角。而且，产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得第二子线件扭转角的第二分支轴线加到在该子线件上的第二线件分支节点，并且产生子线件基准形状模型，其中该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得第二分支轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被加到对应于该第二线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算第二扭转角，该扭转角是当该子线件基准形状模型变形并且然后叠加到该子线件变形形状模型上时，由第二基准轴线和第二分支轴线形成的角度。根据第一扭转角修正该第二扭转角，并且得到由该第一基准轴线和第二分支轴线形成的角度。
根据权利要求18、19、21和22提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示线夹扭转角的线夹轴线加到在该主线件上的线夹连接节点，并且形成主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得无扭转平面的基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点。而且，设置该无扭转平面，其通过当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将基准轴线连接在一起来来设置。以及与该变形形状和该线夹轴线一起显示该无扭转平面。
根据权利要求20提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示在该主线件上的线夹扭转角的第一线夹轴线加到在该主线件上的线夹连接节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得第一无扭转平面的第一基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点。其次，设置该第一无扭转平面，该第一无扭转平面通过当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将第一基准轴线连接在一起来设置。
还有，产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示在该子线件上的线夹扭转角的第二线夹轴线加到在该子线件上的线夹连接节点，并且产生子线件基准形状模型，其中该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且用于获得第二无扭转平面的第二基准轴线被分别加到包括对应于该线夹连接节点位置的节点。其次，设置该第二无扭转的平面，当构成该第一无扭转平面的第一基准轴线的扭转传播到第二基准轴线，并且该子线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该子线件变形的模型上的时候，通过将第二基准轴线连接在一起来设置该第二无扭转的平面。然后与该变形形状、该第一线夹轴线以及该第二线夹轴线一起显示该第一无扭转平面和该第二无扭转平面。
根据权利要求1、12和13提出的本发明，产生变形形状模型，其中，该线状结构的主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于所希望的变形形状，并且用于获得线夹的扭转角的线夹轴线、和/或用于获得子线件的扭转角的虚拟线夹轴线被加到每个线夹连接节点和/或该主线件的子线件分支节点，并且产生基准形状模型，其中该线状结构的主线件被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于直线地伸长该主线件而不被扭转的基准形状，并且，沿相同方向的延长被添加到该主线件的每个线夹连接节点和/或子线件分支节点。其次，利用有限元法，在参考该线状结构的物理特性的同时，计算通过变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加在该变形形状模型上所获得的形状。根据该叠加，该基准形状模型的基准轴线也旋转。计算在叠加结束时的基准轴线和该变形形状模型的线夹轴线和/或虚拟的线夹轴线形成的角，作为扭转角。当用如上所述的有限元法进行叠加过程时，用现有技术很难得到的子线件和/或线夹的扭转角很容易正确地计算。因此，本发明在精确地设计夹具板和高效地制造线束方面是有效的。
根据权利要求2提出的本发明，形成包含相对于该子线件的切线矢量和相对于该主线件的切线矢量的切平面，这些切线矢量起始于该子线件分支节点处，计算起始于该切平面中的子线件分支节点处并垂直相对于该主线件的切线矢量的矢量，作为虚拟的线夹轴线，并且该子线件的扭转角用该虚拟线夹轴线表示。当相对于该子线件计算这种虚拟线夹轴线时，在与线夹情况相同的处理过程中能够获得扭转角。因此，增强计算扭转角处理过程的效率。
根据权利要求3提出的本发明，在叠加在基准形状模型上、同时返回对应于所计算的扭转角的度数的情况下显示该线夹轴线和/或虚拟线夹轴线。因而，可以可视和直观地理解该扭转角。因此本发明在比较精确地设计夹具板和比较高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求4提出的本发明，该基准形状对应于当该线状结构在夹具板上展开时所获得的形状，而变形形状对应于当该线状结构连接到预定部位所获得的形状。因此，本发明在设计与实际状况匹配的夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求5提出的本发明，在这样的情况下产生线状结构的有限元模型，假定该线状结构是弹性体，其中多个杆状元件连接在一起，该线状结构的物理特性和约束条件应用于有限元法模型，并且设计成便于安置在预定部位的该线装结构变形为基准形状，其中该主线件存在于预定平面。然后，计算该子线件相对于该平面形成的角度作为扭转角。因此能够很容易得到在现有技术中很难得到的子线件的扭转角。因此，本发明在精确地设计夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求6提出的本发明，该约束条件被设置为使得该主线件是线性地伸长而没有被扭转。因此，本发明在更精确地设计夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求7提出的本发明，设置约束条件被使得该主线件被安置在假定用于制造该线状结构所用的夹具板所在的基准平面中，得到该子线件相对于该基准平面的角度，并且用该角度计算扭转角。因此，本发明在夹具板上制造的前提下设计与实际状况匹配的夹具板、制造线束等方面是有效的。
根据权利要求8提出的本发明，在构成该基准平面中的该线状结构的所有线件中，具有最大的直径的该主线件存在于该基准平面中。因此，本发明在设计与实际状况更加匹配的夹具板、更有效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求9提出的本发明，该约束条件被设置为还使得在子线件中，在粗细方面仅次于该主线件的线件存在于该基准平面中。因此，最粗的线件和次粗的线件存在于该基准平面中。相对于该基准平面计算另外线件的扭转角。因此，本发明在设计与实际状况进一步匹配的夹具板、更高效地制造线束等方面是有效的。
根据权利要求10提出的本发明，在该基准形状中，计算该子线件和该线夹相对于该主线件的扭转角。因此，本发明在设计与实际状况进一步匹配的夹具板、制造线束等方面是有效的。
根据权利要求11提出的本发明，在该基准形状中，计算该线夹相对于该主线件的扭转角。因此，本发明在设计用于使用大量线夹的线束的夹具板、制造线束等方面是有效的。
根据权利要求14、16和17提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得子线件的扭转角的分支轴线添加于在该主线件上的线件分支节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被添加到对应于该线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算当该主线件基准形状模型变形时并且然后叠加到该主线件变形形状模型上由第一基准轴线和该分支轴线形成的扭转角。产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得线夹扭转角的线夹轴线添加于在该子线件上的线夹连接节点，并且产生子线件基准形状模型，其中线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得线夹轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被添加到对应于该线夹轴线的位置。其次，利用有限元法计算当该子线件基准形状模型变形并且然后叠加到该子线件变形形状模型上时，由第二基准轴线和该线夹轴线形成的第二扭转角。根据第一扭转角修正该第二扭转角，并且得到由该第一基准轴线和该线夹轴线形成的角度。因此，能够正确地计算当从该主线件的侧面观察时连接到从该主线件分支的子线件的线夹的扭转角。
根据权利要求15提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得子线件的扭转角的第一分支轴线添加于在该主线件上的线件分支节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且起用于获得第一分支轴线扭转角的基准作用的第一基准轴线被添加到对应于线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算当该主线件基准形状模型变形并且然后叠加到该主线件变形形状模型上时，由第一基准轴线和该第一分支轴线形成的第一扭转角。而且，产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于获得第二子线件扭转角的第二分支轴线添加于在该子线件上的第二线件分支节点，并且产生子线件基准形状模型，其中该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且起用于获得第二分支轴线扭转角的基准作用的第二基准轴线被添加到对应于该第二线件分支节点的位置。其次，利用有限元法计算第二扭转角，该扭转角是当该子线件基准形状模型变形并且然后叠加到该子线件变形形状模型上时，由第二基准轴线和第二分支轴线形成的角度。根据第一扭转角修正该第二扭转角，并且得到由该第一基准轴线和第二分支轴线形成的角度。因此，能够正确地计算当从该主线件的侧面观察时连接到第二子线件的扭转角，该第二子线件从子线件分支，该子线件从主线件分支。
根据权利要求18、19、21和22提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示线夹扭转角的线夹轴线添加于在该主线件上的线夹连接节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得无扭转平面的基准轴线被分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点。而且，该无扭转平面通过当该主线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将基准轴线连接在一起来设置。以及与该变形形状和该线夹轴线一起显示该无扭转平面。因此能够很容易得到连接到主线件上的线夹相对于无扭转平面的扭转角。
根据权利要求20提出的本发明，产生主线件变形形状模型，其中，该主线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示在该主线件上的线夹扭转角的第一线夹轴线添加于在该主线件上的线夹连接节点，并且产生主线件基准形状模型，其中该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不被扭转所获得的主线件基准形状，并且用于获得第一无扭转平面的第一基准轴线被分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点。其次，设置该第一无扭转平面，该第一无扭转平面通过当该主线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时将所述各第一基准轴线连接在一起来设置。而且，产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且用于表示该子线件的线夹的扭转角的第二线夹轴线被加到在该子线件上的线夹连接节点，并且产生子线件基准形状模型，其中该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不被扭转所获得的子线件基准形状，并且用于获得第二无扭转平面的第二基准轴线被加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点。其次，设置该第二无扭转平面，当构成该第一无扭转平面的第一基准轴线传播到第二基准轴线并且当子主线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该子线件变形形状模型上时，通过将第二基准轴线连接在一起来设置该第二无扭转平面。然后，连同该变形形状、第一线夹轴线和第二线夹轴线一起显示该第一无扭转平面和第二无扭转平面。因此能够很容易得到连接到主线件和从该主线件分支的子线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角。


图1(A)和1(B)是分别示出在设计和制造过程中的线束形状的视图。
图2(A)和2(B)是示出线束扭转角的视图。
图3是示出连接到线束的通常线夹和约束的自由度之间的关系的视图。
图4(A)是示出线束外观的视图，图4(B)是示出使图4(A)的线束数字化的状态的视图，图4(C)是用杆状元件和节点表示图4(A)线束的视图。
图5是用杆状元件和节点示出线束中的自由度的视图。
图6(A)是用三个杆状元件表示线束的视图，图6(B)是示出图6(A)中的三个杆状元件在相互连接状态的视图。
图7(A)是示出由三个杆状元件构成的线束一部分和对应于支线的杆状元件的视图，图7(B)是示出在图7(A)用四个杆状元件表示并且该杆状元件然后被连接在一起的状态的视图。
图8(A)是示出测量几何惯性矩和纵向弹性模量的方式的视图，图8(B)是示出测量极性几何惯性矩和横向弹性模量的方式的视图。
图9是示出根据本发明的硬件结构的方块图。
图10是示出本发明第一实施例的处理过程的流程图。
图11(A)至11(C)是分别示出图10的处理过程的子程序的流程图。
图12(A)至12(E)是示例性地示出图10的处理状态的视图。
图13是示出图11(C)的处理的视图。
图14是示出本发明第二实施例的处理过程的流程图。
图15(A)至15(D)是分别示例性地示出图14的处理状态的视图。
图16是示出本发明第三实施例的处理过程的流程图。
图17是示例性地示出图16的处理状态的视图。
图18是示例性地示出图16的处理状态的视图。
图19是示例性地示出图16的处理状态的视图。
图20是示出本发明第四实施例的处理过程的流程图。
图21是示例性地示出图20的处理结果的视图。
图22(A)至22(C)是示出在无扭转平面中传播处理。
具体实施例方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。
首先，参考图1至图3描述本发明适用的线束的整个形状以及通常的线夹。图1和图2是如上所述的视图，而图3是示出连接到线束的通常线夹与约束自由度之间关系的视图。虽然在本说明书中，线束没有限制在用于车辆，但是将示例性地说明设置在车辆中的线束，以便理解本发明的要点。
如图1和图2所示，如上所述，本发明适用的线束具有在干线1a的分支点3a到3d沿不同方向分支的多个支线1b1到1b4，并且线夹2a到2g连接到这些线的端点或中点。干线1a和支线1b1到1b4在构成的细丝件的数目和种类方面基本上互不相同，因此各支线在粗细、长度、弹性、刚性等方面也相互不同。在实施例中的线束、干线和支线分别对应于权利要要求中的线状结构、主线件和子线件。
线夹2a到2f按照用于电气元件的相对的线夹的固定位置和连接方式以可拆卸的方式固定于预定的位置以完全约束该线束端部。完全限制这些端部的线夹也经常称之为连接器(见图3)。线夹2g通常连接到该线束的中部，以将该线束完全限制或可转动地限制在该主体、支柱等的预定位置。虽然只示出一个线夹，但是通常多个线夹连接到线束。用于限制线束的其他部件的例子是保护器和索环。
以下将描述线夹。线夹基本上包括长孔线夹和圆孔线夹。圆孔线夹也称之为旋转线夹，并且由用于保持线束的支座部分和插入圆孔形的安装孔中的支臂部分构成，并且该支臂设置在支柱等上。圆孔线夹可绕Z轴(垂直于连接部分的方向)转动。
相反，长孔线夹称之为固定线夹，并且由用于保持线束的支座部分和插入长孔形的安装孔中的支臂部分构成，并且该支臂设置在支柱等上。该支臂的截面形状具有与安装孔基本一样的长孔形状。长孔线夹不可绕Z轴转动。
还有，长孔线夹和圆孔线夹包括波纹形的长孔线夹和可绕X轴(线束的纵向)旋转的波纹形的圆孔线夹。这种线夹沿轴向和绕轴线的约束自由度示于图3。
在图3中，X、Y和Z轴对应于在线束节点的右手定位坐标系的三个垂直轴线。例如，Z轴与线夹的轴线相一致。确定其关系的方法根据所用的函数可以适当地改变。在附图中，为了参照还示出支点的约束自由度。虽然在附图中没有示出，但是可以在上述限制点之外的点任意设置线束节点基本上是完全自由的。在计算预定的路径、反作用力等之前，设置每个节点的这种限定的自由度，这在下面描述。
其次，作为本发明前提的假定条件、所用的理论和基本表达式将参考图4和图5进行简要的描述。图4(A)是示出线束外观的视图，图4(B)是示出使图4(A)的线束数字化的状态的视图，而图4(C)是用杆状元件(beam element)和节点表示图4(A)线束的视图。图5是示出由杆状元件和节点表示的线束中自由度的图示。
在本发明中，为了获得扭转角，首先用有限元法计算基准形状。在有限元法的使用中，有如下假定(1)假定该线束是弹性体。
(2)假定该线束通过把杆状元件连接在一起而构成。
(3)假定在每个杆状元件中保持直线性。
(4)假定该线束具有一致的截面(虽然假定线束具有圆形截面，但是线束不必总是具有圆形截面)。
在本发明中，当提出这种假定时，不是用在现有技术中的有限元法可以用于线束。
在实施例中，首先，线束被数字化。如图4(A)所示，也就是，多个电线11用诸如绝缘带12的保护件捆扎在一起的线束1可以当作连续体对待。其次，如图4(B)所示，该线束1被划分(数字化)成若干杆状元件C1、C2、C3，……，即该线束类似于单根的绳，并且因此能够看作是通过连接有限数目的杆状元件构成的实体。
如图4(C)所示，因此，该线束能够被表示为一个实体，其中多个杆状元件C1、C2、C3，……，由多个节点N1、N2、N3，……，连接在一起。关于杆状元件的必要特性值如下长度L(见图4(B))，截面积A(见图4(B))几何惯性矩I，极性几何惯性矩J(也称之为扭转阻力系数)，纵向弹性模量E，以及横向弹性模量G。
在上述特性值中，虽然没有直接说明，但是为了获得这些特性值，还使用密度ρ、泊松比μ等。
在本说明书中，长度L，截面积A，几何惯性矩I，极性几何惯性矩J，纵向弹性模量E，以及横向弹性模量G，密度ρ，泊松比μ等称之为物理特性。
如图5所示，每个杆状元件C(C1、C2、C3、……)具有两个节点α和β。在三维空间，节点α具有三个平移分量和三个旋转分量，因此总共具有六个自由度。这也适用于节点β。因此杆状元件C具有十二个自由度。
在附图中，符号简要说明如下Fxi第i个元件沿xi轴的节点力，Fyi第i个元件沿yi轴的节点力，Fzi第i个元件沿zi轴的节点力，Mxi第i个元件绕xi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Myi第i个元件绕yi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Mzi第i个元件绕zi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Uxi第i个元件沿xi轴的位移，Uyi第i个元件沿yi轴的位移，Uzi第i个元件沿zi轴的位移，θxi绕第i个元件的xi轴的角位移，θyi第i个元件绕yi轴的角位移，θzi第i个元件绕zi轴的角位移，α表示左侧的节点，β表示右侧的节点。
在包含诸如线束的大变形的结构力学中，通常有限元法的平衡方程式具有如下的形式([K]+[KG]){x}＝{F}…………………(1)其中，[K]整体刚性矩阵，[KG]整体几何刚性矩阵，{x}位移矢量，{F}载荷矢量(也称之为力矢量)。
表达式(1)是用代数法形成的非线性联立方程式。当不对该表达式做修改时，不能够按数值分析方法求解。因此，采用增量式方法，把载荷值仔细地划分并且然后逐次做加法(这也适用于强迫性位移的情况)。因此表达式(1)的平衡方程式也可用下面的增量形式表示([K]+[KG]){Δx}＝{ΔF}-{R}……………(1)′其中，{ΔF}载荷增量值，{Δx}在增量步骤中的增量位移，{R}载荷矢量的修正矢量。
在每个增量区，平衡方程式被当作线性方程式计算。在这种计算中，在该处理进到下一步骤之前，所产生的非平衡力(表达式(1)′中的矢量{R})用迭代法减小到一个允许的范围。作为算法的系列，可使用诸如牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)法或弧长法等已知方法。
当在形状预测中指定了强制位移时，常满足在平衡方程式左侧第二项的整个几何刚性矩阵[KG]被略去的情况，在这个例子中，该矩阵也被略去。
通过转换在每个增量步骤改变座标值的时候立刻重写的元素的刚性矩阵，并收集所结果矩阵，则得到平衡方程式左侧第一项的整个刚性矩阵[K]。作为上述基础的元素刚性矩阵的特定表达式内容如下述表达式(2)所示。
在表达式(2)中，十二行且十二列的矩阵被分成四个六行且六列的矩阵，并且这四个矩阵分别用Ki(1，1)、Ki(1，2)、Ki(2，1)、Ki(2，2)表示。在下面，为了简单起见，将用六行六列矩阵进行描述。
以下，将参考图6描述匹配条件和平衡条件。图6(A)是用三个杆状元件表示线束的视图，图6(B)是示出图6(A)中的三个杆状元件连接在一起的状态的视图。
为了简单起见，如图6(A)所示，用三个杆状元件C1、C2、C3构成线束部分并且不考虑支线。即，假定该部分用三个元件C1、C2、C3表示。在这种情况下，杆状元件C1的节点1β的位移等于杆状元件C2的节点2α的位移，并且作用在两个节点上的力相互平衡。同样，杆状元件C2的节点2β的位移等于杆状元件C3的节点3α的位移，并且作用在两个节点上的力相互平衡。当满足位移的连续性和力的平衡时，杆状元件C1和C2，以及杆状元件C2和C3能够连接在一起，如图6(B)所示。
在该附图中，符号简要说明如下Fxi第i个元件沿xi轴的力，Fyi第i个元件沿yi轴的力，Fzi第i个元件沿zi轴的力，Mxi第i个元件绕xi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Myi第i个元件绕yi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Mzi第i个元件绕zi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Uxi第i个元件沿xi轴的位移，Uyi第i个元件沿yi轴的位移，Uzi第i个元件沿zi轴的位移，θxi第i个元件沿xi轴的角位移，θyi第i个元件沿yi轴的角位移，θzi第i个元件沿zi轴的角位移，
i＝1α，1β，2α，2β，3α，3β。
例如，杆状元件C1用下面的表达式(3)表示，该表达式的格式与上面的表达式(2)相同。
当杆状元件C2和C3也按与表达式(3)相同的方式表示时，杆状元件C1、C2、C3连接在一起并如图6(B)所示，并且在杆状元件C1、C2、C3中的位移的连续性和力的平衡按照与上面的表达式(3)同样的格式表示，得到下面的表达式(4)
在表达式(4)中的六行乘六列的矩阵K1(1，1)、K1(1，2)、K1(2，1)、K1(2，2)对应于上面的表达式(3)所示的杆状元件C1。类似地，K2(1，1)、K2(1，2)、K2(2，1)、K2(2，2)对应于杆状元件C2，而K3(1，1)、K3(1，2)、K3(2，1)、K3(2，2)对应于杆状元件C3。但是，由M12所表示的并且其中K1(2，2)和K2(1，1)相互重叠的部分，以及由M23所表示的并且其中K2(2，2)和K3(1，1)相互重叠的部分，作为由它们的组成分量(constituentcomponent)加到一起而构成的部分。
而且，可以用同样方式处理四个或四个以上的杆状元件。以这种方式，能够得到分成任意数目杆状元件的线束的有限元模型。
当简化上述的表达式(4)时，得到下面的表达式[K]{x}＝{F}下面将参考图7说明这种原理应用于线束的例子，该线束具有连接在从干线分支出的支线上的线夹和连接在该干线上的线夹。图7(A)是示出由三个杆状元件构成的线束一部分和对应于支线的杆状元件的视图，图7(B)是示出在图7(A)用四个杆状元件表示并且这些杆状元件然后被连接在一起的状态的视图。
为了简单起见，下面将考虑这样的线束部分，其中，如图7所示，用杆状元件C4表示的支线从节点N1分支并且用三个杆状元件C1、C2、C3表示。在这种情况下，当满足节点中的位移的连续性以及力的平衡时，杆状元件C1到C3能够如图7(B)所示连接在一起。在图7(B)中用用三个杆状元件C1、C2、C3表示的部分与图6(B)所示的是同样的，因此，略去重复的描述。此外，杆状元件C4从节点N1分支，如图7(B)所示。该杆状元件C4对应于将在下面描述的线夹轴线或虚拟线夹轴线。
在该附图中，符号简要说明如下Fxi第i个元件沿xi轴的力，Fyi第i个元件沿yi轴的力，Fzi第i个元件沿zi轴的力，Mxi第i个元件绕xi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Myi第i个元件绕yi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Mzi第i个元件绕zi轴的端部力矩(右手螺旋方向为正)，Uxi第i个元件沿xi轴的位移，Uyi第i个元件沿yi轴的位移，Uzi第i个元件沿zi轴的位移，θxi第i个元件绕xi轴的角位移，θyi第i个元件绕yi轴的角位移，θzi第i个元件绕zi轴的角位移，i＝1α，1β，2α，2β，3α，3β。
该杆状元件C4用下面的表达式(5)表示。

六行乘六列的矩阵K4(1，1)、K4(1，2)、K4(2，1)、K4(2，2)与上面描述的矩阵K1(1，1)、K1(1，2)、K1(2，1)、K1(2，2)是相同的。
当杆状元件C1至C4如图7(B)所示连接在一起时，在杆状元件C1、C2、C3、C4中的位移连续性和力平衡用如上面的表达式(4)同样的格式表示，得到下面的表达式(6) 在该表达式(6)中，六行乘六列的矩阵K1(1，1)、K1(1，2)、K1(2，1)和K1(2，2)对应于杆状元件C1，K2(1，1)、K2(1，2)、K2(2，1)和K2(2，2)对应于杆状元件C2，K3(1，1)、K3(1，2)、K3(2，1)和K3(2，2)对应于杆状元件C3，K4(1，1)、K4(1，2)、K4(2，1)和K4(2，2)对应于杆状元件C4。但是，用M124表示的并且K1(2，2)、K2(1，1)和K4(1，1)相互重叠的部分，以及用M23表示的并且K2(2，2)和K3(1，1)和K4(1，1)相互重叠的部分，作为由各构成分量加在一起而形成的部分。
以这种方式，能够得到线束的有限元模型，该线束具有连接在从干线分支出的支线上的线夹和连接在该干线上的线夹。而且能够以同样的方式处理四个或四个以上的杆状元件的情况。以这种方式能够得到分成任意个数目的杆状元件的线束的有限元模型。
当根据上面的表达式(4)和(6)获得未知的位移矢量{x}时，能够计算所希望的基准形状。
这种通常的有限元矩阵模型也在例如非专利参考文献1的文献中说明。
下面描述获得用于本发明杆状元件所需要的特性值的方法的例子。图8(A)是示出测量几何惯性矩和纵向弹性模量的方式的视图，图8(B)是示出测量极性几何惯性矩和横向弹性模量的方式的视图。
首先，在制造目标线束并用游标测径规、卷尺、重量计等进行测量之后，通过进行简单的计算处理能够得到长度L、截面积A和密度ρ。
在图8(A)所示测量方法的情况下，纵向弹性模量E可以用下面的表达式(7)表示E＝FL3/3XI……………………………………………(7)如上所述，假定该线束具有圆形截面。因此。几何惯性矩I可以用下面的表达式(8)表示I＝πD4/64……………………………………………(8)
这样，可以达到下面的表达式E＝64FL3/3XπD4…………………………………(9)在测量中，测量F和x之间的关系，同时设置下面的表达式E＝(F/X)×(64L3/3πD4)这样，能够得到纵向弹性模量E。
相对地，在图8(B)所示测量方法的情况下，横向弹性模量G可以用下面的表达式(10)表示G＝(TL/θJ)×2…………………………………(10)由于测量具有圆截面的线束，极性几何惯性矩J可以用下面表达式(11)表示J＝πD4/32………………………………………(11)扭转力表示为T＝FS ……………………………………………(12)因此，G＝(32FSL/θπD4)×2＝(F/θ)(32SL/πD4)×2…(13)因此，横向弹性模量G可以通过测量F和θ之间的关系得到。
上述测量方法仅仅是例子，并且该值可以通过上述测量例子之外的方法得到。可选地，通常的线束可以预先测量以形成数据库，并且可以适当地使用该数据库。
下面，利用上述理论和基本表达式描述根据本发明用于计算将在稍后描述的扭转角的硬件结构。图9是示出根据本发明的硬件结构的方块图。
在本发明中，如图9所示，可以利用公知的个人计算机，其包括微计算机41、输入装置42、显示装置43、打印装置44、存储装置45、读取装置46和通信接口47。微计算机41包括CPU 41a(中央处理单元)；存储引导程序等的ROM 41b以及临时存储各种处理结果的RAM 41c。输入装置42包括通过它输入各种值的键盘、鼠标等。显示装置43包括在其上显示各种处理结果的CRT等，打印装置44是打印出处理结果的打印机。存储装置45是存储应用程序和处理结果的硬盘驱动器。读取装置46是用于读取存储在诸如CD或DVD中的存储介质中的扭转角计算程序48a的装置，该计算程序表示图10、11、14、16和20所示的处理过程。通信接口47是利用例如LAN线与外部装置进行数据通信的调制解调器板等。这些组成部分通过内部总线相互连接。
微计算机41将通过读取装置读取的扭转角计算程序传输给或安装在存储装置45中。在加电之后，通过存储在ROM41b中引导程序起动微计算机41以起动安装的扭转角计算程序48a。其后，根据该扭转角计算程序48a，该微计算机41得到线束中的扭转角，通过显示装置和打印装置输出该扭转角，并且将该结果存储在存储装置45中。该扭转角计算程序48a也可以安装在具有上述结构的另外的个人计算机中。安装之后，使该计算机作为扭转角计算装置运行。
存储在存储介质48中的扭转角计算程序48a对应于权利要求13、17和22，并且诸如个人计算机的、其中安装了扭转角计算程序48a的处理设备对应于权利要求12、16和21。扭转角计算程序48a可以不仅由存储介质48提供，而且也可以通过诸如互联网或LAN的通信线路提供。
而且，参考图10至23描述本发明的实施例中的处理过程。具体说，图10至13示出本发明的第一实施例，图14和15是示出本发明第二实施例的视图。图16至19示出本发明第三实施例的视图，而图20至23是示出本发明第四实施例的视图。
第一实施例图10是示出本发明第一实施例的处理过程的流程图，图11(A)至11(C)是分别示出图10的处理过程的子程序的流程图。图12(A)12(E)是示例性地示出图10处理状态的视图。图13是示出图11(C)的处理的视图。目标线束可以是没有分支但是连接有线夹；有分支但是没有与其连接的线夹；有分支并且有与其连接的线夹。作为典型的例子，图12示出没有分支但是有与其连接的线夹的线束。
首先，在图10的步骤S1中，设计变形形状，并且该设计的变形形状被输出到显示装置43。该变形形状是线束1′，其形状设计成如图12(A)所示，以便该线束设置在诸如车门或地板的预定部位。例如，线束1′包括干线10a和连接到该干线10a的中间部分和端部的线夹20a、20b、20c，该线夹用于把干线10a固定在预定部分。虽然没有示出，但是可以包括从干线10a分支出的支线。在变形形状的设计中，可以使用预先安装的诸如CAD的应用程序，并且该变形形状可以利用作为输入装置42的鼠标和键盘画在显示装置43上。作为获得变形形状的方法，也可以使用其他方法。
接下来，在步骤S2中，用输入装置42设置线束1′的物理特性。而且，在该步骤中，设置约束条件，分别对应于将在稍后描述的上述变形形状和基准形状。例如，该物理特性是长度L、截面积A、几何惯性矩I、极性几何惯性矩J、密度ρ、泊松比μ、纵向弹性模量E以及横向弹性模量G。对于这些特性，使用如上所述的预先测量或计算的值。这些值与表达式(6)的刚性矩阵[K]中的元件相关。约束条件是对应于线束1′的变形形状和基准形状的座标，以及图3所示的线夹20a、20b、20c的被约束的自由度。
接下来，在步骤S3和S4中，根据在步骤2中设置的值，产生如图12(B)所示的基准形状模型1A和变形形状模型1B。但是，在这些步骤中，不需要在显示装置43上显示模型1A和1B。基准形状模型1A和变形形状模型1B服从图7和表达式(6)。例如，当设置基准形状模型1A使得对应于该线束在夹具板上展开时所得到的形状时，所得到的模型在与实际状况匹配的夹具板设计中、线束的高效制造等方面是有效的。步骤S3对应于权利要求中的基准形状模型产生步骤和基准形状模型产生单元，而步骤S4对应于权利要求中的变形形状模型产生步骤和变形形状模型产生单元。
在步骤S3中在基准形状模型产生中，如图11(A)中的子程序所示，在步骤S31中线束1′的干线10a用多个杆状元件C1到C13表示。附图标记N0至N14表示节点。在步骤S32中，基准轴线RX0、RX6、RX14分别添加到对应于线夹20a、20b、20c与其连接的部分的线夹连接节点N0、N6、N14。
例如，基准形状模型1A对应于干线10a在夹具板上线性地伸长而不被扭转的情况下的形状。所有的基准轴线RX0、RX6、RX14沿同样的方向从节点N0、N6、N14延长。在有从该干线10a分支出的支线的情况下，类似的基准轴线被添加到对应于支线分支点的节点。在上面，已经描述了当干线用杆状元件表示之后基准轴线被添加到其中的结构。但是，产生基准形状模型1A的方法不限于此。总之，只需要最终产生诸如图12(B)所示的基准形状模型。
在步骤S4中的变形形状模型1B的产生中，如图11(B)中的子程序所示，在步骤S41中，线束1′的干线10a以与步骤S31同样的方式用多个杆状元件C1到C13表示。但是，在变形形状模型1B中，杆状元件C1到C13在各节点连接在一起，以便对应于在步骤S1中设计的变形形状。
下一步，在步骤S42中，线夹轴线AX0、AX6、AX14被分别添加加到该线夹连接节点N0、N6、N14。线夹AX0、AX6、AX14对应于连接到该干线10a的线夹20a、20b、20c的旋转轴线。而且，在有从该干线10a分支出的支线的情况下，对应于线夹轴线的虚拟线夹轴线被添加加到对应该支线分支点的节点。
下面将参考图11(C)和图13描述该虚拟线夹轴线。首先，在步骤S431中，产生切平面5，该切平面包含起始于该支线分支节点N6并对应该干线10a的切线矢量V11(称作干线切线矢量)和同样起始于该支线分支节点N6并对应支线10b的切线矢量V12((称作支线切线矢量)。
在步骤S432中，计算在切平面5中起始于该支线分支节点N6并垂直于干线切线矢量的矢量，作为虚拟线夹轴线V13。步骤S431和S432分别对应于权利要求中的切平面产生步骤和虚拟线夹计算步骤。当计算了虚拟线夹轴线V13，按照与线夹扭转角相同的处理过程也能够获得支线的扭转角。因此，增强了计算扭转角的处理过程的效率。
而且，在上面，已经描述了当该干线用杆状元件表示之后线夹轴线和虚拟线夹轴线被添加加到其中的结构。但是，产生变形形状模型1B的方法不限于此。总之，只需要最终产生诸如图12(B)所示的变形形状模型。
回到图10，在步骤S5中，基准形状模型1A被叠加在该变形形状模型1B上，如图11(C)和11(D)所示。在叠加过程中使用有限元法。即，在满足步骤S2中设置的物理特性的同时，假定基准形状模型1A被强制位移到变形形状模型1B，如图中虚线箭头所示，这样获得有限元法的解。对此将补充描述。在进行处理时，在所有的节点中，对于其上安置有线夹的、或从其分支出支线的特定节点，例如N0，将其设置成完全约束，而其他节点设置成可自由全方位(all round)转动。步骤S5对应于权利要求中的叠加计算步骤和叠加计算单元。
下一步，在步骤S6中，根据该叠加的结果计算扭转角。即，如图12(D)所示，按照基准形状模型1A被叠加在该变形形状模型1B上，而且旋转基准轴线RX0、RX6、RX14。在当该叠加结束的时候，该旋转的基准轴线RX0、RX6、RX14和线夹轴线AX0、AX6、AX14分别形成预定的角度θ1、θ2、θ3。计算这些角度，作为扭转角。在具有支线的情况下，如上所述计算的并且由虚拟线夹轴线和基准轴线形成角度被计算成支线的扭转角。步骤S6对应于权利要求中的扭转角计算步骤和扭转角计算单元。
然后，在步骤S7中，线夹轴线AX0、AX6、AX14被返回对应于所计算的扭转角θ1、θ2、θ3的度数，如图12(E)所示，然后与基准形状模型1A一起显示在显示装置43上。扭转角按数字、符号等形式与按图形方式显示的该基准形状一起被显示。除了显示在显示装置43上之外，可以在纸张上用打印装置44打印。步骤S7对应于权利要求中的显示步骤。由于这种显示的结果，能够可视地和直观地得到扭转角。因此，在更加精确地设计夹具板和更加高效地制造线束方面是有效的。而且，并不总是需要显示基准形状，而是只需要至少显示扭转角。
如上所述，根据本发明的第一实施例，利用有限元法进行叠加处理，从而在现有技术中很难得到的支线和/或线夹的扭转角能够很容易正确地计算。因此，该实施例在精确地设计夹具板、高效地制造线束等方面是有效的。
第二实施例图14是示出本发明第二实施例的处理过程的流程图。图15(A)至15(D)是分别示例性地示出图14的处理状态的视图。
首先，在图14的步骤S201中，按照与图10中的步骤S1同样的方式设计如图15(A)所示的变形形状，并且所设计的变形形状输出给显示装置43。在该实施例中，假定线束1″包括干线11a和从该干线11a分支出的支线11b至15b，当然，按照与第一实施例同样的方式，线夹可以连接在该干线11a的中间部分。例如，该线束1″包括干线11a和从该干线11a沿不同方向分支出的多个支线11b1至11b5。线夹21a至21g连接在该干线11a的端部和该支线11b1至11b5。
接下来，在步骤S202中用输入装置42设置该线束1″的物理特性。而且，在该步骤中，设置分别对应于将在稍后描述的上述变形形状和基准形状的约束条件。例如，该物理特性是长度L、截面积A、几何惯性矩I、极性几何惯性矩J、密度ρ、泊松比μ、纵向弹性模量E以及横向弹性模量G。对于这些特性，使用如上所述的预先测量或计算的值。这些值与表达式(6)的刚性矩阵[K]中的元件相关。约束条件是对应于线束1″的变形形状的座标，以及图3所示的线夹21a到21g的被约束的自由度。
接下来，在步骤S203中，根据步骤S202设置的值产生如图15(B)所示对应于变形形状的有限元模型。该有限元模型是如上面表达式(6)所表示的具有干线和从该干线分支出的支线的线束模型的扩展(expansion)。例如，线束1被分成同样长度的杆状元件C1到C16，而根据杆状元件C1到C18产生该有限元模型。由于最终的目的是得到扭转角，为了简化计算，分别对应于支线11b1到11b5的该杆状元件C14到C18设置成具有与通过分割干线得到的杆状元件C1到C13同样的长度。附图标记N0到N18表示节点。步骤S203对应于权利要求中的有限元模型产生步骤。
下一步，在步骤S204中，把对应于基准形状的约束条件施加到该有限元模型，从而，如图15(B)所示的变形形状被变形为如图15(C)所示的基准形状。例如，该基准形状存在于包含线性地伸长而不被扭转的干线11a的平面中。当设置对应于该基准形状的约束条件使得可获得该干线没有扭转的状态时，可便利于在稍后描述的扭转角计算。步骤S204对应于权利要求中的变形步骤。
作为平面，优选地，假定在制造线束中使用的夹具板所在的基准平面6被设置成如图15(D)所示。这在设计与实际情况匹配的夹具板、制造线束等方面是有效的。
优选地，设置该约束条件(座标)，以便在构成该线束的所有线件中，使该干线具有最大的直径，并且该干线(对应于C1到C13)和具有仅次于该干线直径的支线(对应于C14)存在于该基准平面6中。这在设计更加与实际情况匹配的夹具板、制造线束等方面是有效的。在这种情况下，设置约束条件(完全约束)，使得对应于在粗细方面仅次于干线的支线的节点N14存在于基准平面6中，但是设置对应于其他支线的节点N15到N18，使得不被约束(例如自由全方位旋转)。
下一步，在步骤S205中，计算支线的扭转角。该扭转角可以用对应于该基准形状的座标信息计算。在该计算中，例如，如上所述，优先获得表示支线的杆状元件C15、C16相对于该基准平面6的扭转角θ11、θ12，该干线1″和粗细仅次于该干线1″的杆状元件C14存在于该基准平面中(见图15(D))。步骤S205对应于权利要求中的扭转角计算步骤。
然后，在步骤S206中，在步骤S205中计算的扭转角θ11、θ12与基准形状一起显示在显示装置43上。在这种显示的例子中，如图11(C)所示的由杆状元件构成的模型形状被转换为如图15(A)所示的实际形状，并且然后用按图形方式显示在显示装置43上。与按图形方式显示的基准形状一起，该扭转角以数字、符号等形式显示。除了显示在显示装置43上之外，可以用打印机在纸张上进行打印。而且，不总是需要显示该基准形状，只需要至少显示扭转角。
虽然在图15中示例性示出的线束的干线中可产生扭转角的线夹不连接在该干线，但是对连接了可在干线产生扭转角的线夹以及支线的线束中的扭转角，可以同样地计算(对应于权利要求10)。在这种情况下，例如，可得到如在第一实施例中所示由线夹轴线和基准平面6形成的角度作为扭转角。这在设计与实际情况更加匹配的夹具板、制造线束等方面是有效的。同样，在线夹只连接在干线的线束中的扭转角也可以计算(对应于权利要求11)。这在设计用于具有大量线夹的线束的夹具板、制造线束等方面是有效的。
如上所述，根据本发明的第二实施例，产生有限元模型，使设计形状变形，使得干线存在于基准平面中，在这时得到支线相对于该基准平面形成的角度，作为扭转角。因此，能够很容易得到在现有技术中很难正确地得到的支线扭转角。因此该实施例在精确设计夹具板、高效制造线束等方面是有效的。
此外，将描述本发明的第三和第四实施例。该第三和第四实施例是第一实施例的原理的扩展。
第三实施例图16是示出本发明第三实施例的处理过程的流程图。图17至图19分别是示例性地示出图16的处理状态的视图。该第三实施例通过扩展第一实施例的原理而构成，以便在具有从干线分支出的支线，或者还有线夹连接到该支线的线束中，获得支线和线夹的扭转角。
首先，在图16的步骤S301中，设计变形形状，该变形形状输出到显示装置43，该变形形状100B是线束100设计成图17所示的形状，以便线束设置在诸如车门或地板的预定部分。例如，该线束包括干线100a，从该干线100a分支出的支线100b1、100b2、100b3以及连接到该干线100a的中部和支线100b1、100b2、100b3、并将该部分固定于预定部分的线夹200a至200f。在变形形状的设计中，可以使用预先安装的诸如CAD的应用程序，并且利用作为输入装置42的鼠标或键盘在显示装置43上画出变形形状。对于用于获得该变形形状的技术，可以利用其他方法。
下一步，在步骤S302中，用输入装置42设置该线束100的物理特性。而且，在该步骤中，设置分别对应于将在稍后描述的变形形状和基准形状的约束条件。例如，物理特性是长度L、截面积A、几何惯性矩I、极性几何惯性矩J、密度ρ、泊松比μ、纵向弹性模量E以及横向弹性模量G。对于这些特性，使用如上所述的预先测量或计算的值。这些值与表达式(6)的刚性矩阵[K]中的元件相关。约束条件是对应于线束100的变形形状的座标，以及图3所示的线夹200a到200f的被约束的自由度。
接下来，在步骤S303和S304的每步中，根据步骤S302设置的值产生如图17和图18所示的变形形状模型100B和基准形状模型100A。但是，在这些步骤中，不需要在显示装置43上显示模型100A和100B。基准形状模型100A和变形形状模型100B类似于在第一实施例中所示的基准形状模型1A和变形形状模型1B。
更具体地说，在变形形状模型100B中，该线束100的干线100a的变形形状在图17中表示为在多个节点N0、N1、N2、N3、N4、N5、…、N10、…、N16、…、N20处连接在一起的杆状元件的连接件。该线束100的支线100b1、100b2、100b3表示为分别在多个节点N5、…、N55，N10、…、N109和N16、…、N167处连接在一起的杆状元件的连接件。而且，对于每个线夹连接接点N0、N13、N20、N55、N103、N109和N167，设置形成线夹闭锁(locking)方向(在200a到200d的情况下)和线夹旋转轴线(在200f和200g的情况下)的线夹轴线AX0、AX13、AX20、AX55、AX103、AX109和AX167。在图中，P0、P13、P20、P55、P103、P109和P167表示沿插入方向等中的线夹本身轴线。而且，支线分支节点N5、N10和N16分别是用于获得该支线扭转角的点。在图17中，RX0是用于获得扭转角的基准作用的轴线。每个节点的扭转角表示成相对于RX0的旋转角。而且，在稍后描述的叠加处理中，RX0设置为不可旋转。
基准形状模型100A对应于形状100a′、100b1′到100b3′，其中干线100a和支线100b1到100b3在夹具板上线性地伸长而不扭转。在图中，线夹轴线AX0、AX13、AX20、AX55、AX103、AX109和AX167也对应于此。在基准形状模型100A中，基准轴线RX0、RX1、RX2、RX3、RX4、…、RX10、…、RX16、…、RX20以及RX5、…、RX55，RX10、…、RX109和RX16、…、RX167设置于所有的节点N0、N1、N2、N3、N4、N5、…、N10、…、N16、…、N20和N5、…、N55，N10、…、N109和N16、…、N167。所有的基准轴线沿相同的方向从各自的节点(以便与图17中的RX0相一致)延长。在该实施例中，节点之间的间距是相同的。但是，节点之间的间距不需要总是相同的，并且变形形状模型的节点分别与基准形状模型的节点相一致。
产生基准形状模型100A和变形形状模型100B的方法与第一实施例中所描述的方法基本上是相同的，并且可以看作是第一实施例的方法扩展到具有支线的线束。而且，类似的基准轴线也添加到对应于支线分支点的节点N5、N10、N16。诸如在第一实施例中所描述的对应于线夹轴线的虚拟线夹轴线设置为基准轴线。步骤S303对应于权利要求中的主线变形形状模型产生步骤和子线变形形状模型产生步骤，而步骤S304对应于权利要求中的主线基准形状模型产生步骤和子线基准形状模型产生步骤。
下一步，在步骤S305中，基准形状模型100A被叠加在变形形状模型100B上，如图19所示。有限元法应用在该叠加处理中。也就是，在满足步骤2设置的物理特性的同时，假定基准形状模型100A被强制位移到变形形状模型100B上，从而得到有限元法的解。在进行该处理的同时，在所有的节点中，对于其上设有线夹的、或从其分支出支线的特定节点，例如N0，将其设置成完全约束，而其他节点设置成自由全方位旋转。而且，叠加方法与第一实施例中描述的方法基本上是相同的，并且可以看作是将第一实施例的方法扩展到具有支线的线束。但是，对要获得连接到支线100b2的线夹200f的扭转角(对应于第二扭转角)的情况，参照该支线100b2的扭转角(对应于第一扭转角)。
下一步，在步骤S306中，根据叠加的结果计算扭转角。即，如图19所示，按照基准形状模型100A被叠加在变形形状模型100B上，并旋转图18所示的基准轴线RX0…RX20。在当该叠加结束的时候，旋转的基准轴线RX0′、RX13′、RX20′、RX55′、RX103′、RX109′和RX167′，以及线夹轴线AX0、AX13、AX20、AX55、AX103、AX109和AX167分别形成预定的角度θ0、θ13、θ20、θ55、θ103、θ109和θ167，计算这些角度作为扭转角。虽然，在上面没有示例性地示出并且没有说明的基准轴线也是旋转的并且具有相应的扭转角，这些基准轴线被略去。步骤S305和S306对应于权利要求中的扭转角计算步骤。
虽然没有示出，在步骤S307中，线夹轴线AX0、AX13、AX20、AX55、AX103、AX109和AX167按照与图12(E)所示方法相同的方式返回对应于所计算的旋转角θ0、θ13、θ20、θ55、θ103、θ109和θ167的度数，并且然后与基准形状模型100A一起显示在显示器43上。扭转角与按图形方式显示的基准形状一起用数字、符号等形式显示。除了显示在显示装置43上之外，可以用打印装置44在纸张上打印。当只是需要得到扭转角时，不总是需要步骤S307的处理，因此可以略去。
虽然上面的描述集中在线夹的扭转角，但是，根据虚拟线夹轴线和基准轴线，支线100b1到100b3的分支节点N5、N10和N16中的扭转角也同样可以得到(对应于权利要求15)。
如上所述，根据本发明的第三实施例，利用有限元法进行叠加处理，因而，从干线分支出的支线的扭转角和连接到该支线的线夹的扭转角能够很容易正确地计算。因此该实施例在夹具板的适当设计、高效制造线束等方面是有效的。
第四实施例图20是示出本发明第四实施例的处理过程的流程图，图21是示例性地示出图20的处理结果的视图，图22(A)至22(C)是示出在无扭转平面中传播(Propagation)处理。该第四实施例是通过扩展第一实施例的原理构成的，以便显示无扭转平面，因而能够很容易得到线夹轴线的扭转角。
在图20所示的实施例的处理过程中，步骤S401到S405与图16所示的步骤S301到S305是同样的，因而略去重复的描述。
在经过步骤S401到S405之后，当处理进行到步骤S406时，在步骤S406中设置无扭转平面h100a、h100b1、h100b2和h100b3，如图21所示。该无扭转平面h100a、h100b1、h100b2和h100b3分别对应于干线100a和支线100b1、100b2、100b3。对无扭转平面h100a、h100b1、h100b2和h100b3，例如，可以通过相对于在步骤S405中已经计算的所有基准轴线，顺序地连接相邻基准轴线的端点来设置。为了得到扭转状态，优选地该基准轴线具有同样的长度。代替通过如上所述连接基准轴线的端部把无扭转平面表示为鳍状物的上述构造，可以顺序地显示多个基准轴线。在这种结构中，能够得到大致的扭转状态。步骤S406对应于权利要求中的无扭转平面设置步骤。
这种无扭转平面可以设置在如第一实施例所示的没有支线的线束中，也可以设置在本实施例的有支线的线束中。但是，在具有从干线分支出的支线的线束的情况下，需要在无扭转平面中进行下述的传播(propagation)处理。
参考图22(A)至22(C)，线A对应于干线100a，线B对应于从该干线100a分支出的支线100b，并且干线100a的无扭转平面传播到该支线。如图22(A)所示，首先，无扭转矢量Za1、Za2、Za3、Za4、Za分别设置于位于线A的节点Na1、Na2、Na3、Na4、Na，并且然后考虑该线A的线段的无扭转平面到不连续的线B的线段的传播。在图中，Vb表示线B的切线矢量。
如图22(B)所示，传播到不连续的线B的线段的无扭转平面存在于由矢量Za(线A的最后一个无扭转矢量)和矢量Vb形成的平面中。因此，产生该平面的法向矢量Vb×Za。该法向矢量Vb×Za是矢量Vb和矢量Za的外积矢量。
如图22(C)所示，该法向矢量Vb×Za和矢量Vb的外积(Vb×za)×矢量Vb是线B的线段的所期望的无扭转矢量。按这种方式传播无扭转矢量，因此，也能够传播无扭转平面。
如图21所示，在步骤S407中，添加了无扭转平面h100a、h100b1、h100b2和h100b3的变形形状100B连同线夹轴线AX0、AX13、AX20、AX55、AX103、AX109和AX167一起显示在显示装置43上。例如，将被显示的线夹轴线设置于线夹要连接的节点。可选地，可以显示其他线夹轴线，或不显示线夹轴线。可以同时显示扭转角θ0、θ13等。除了显示在显示装置43上之外，可以用打印机在纸张上进行打印。步骤S407对应于权利要求中的扭转显示步骤。
如上所述，根据本发明的第四实施例，用有限元法进行叠加过程，并且附加地显示鳍状物形状的无扭转平面，因此使连接到干线和/或支线的线夹相对于该无扭转平面的扭转角容易得到。因此，该实施例在夹具板的适当设计和高效制造线束等方面使有效的。
虽然已经参照具体实施例详细地描述了本发明，但是，对于本领域的普通技术人员而言，很显然，在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以进行各种变化和修改。
本申请基于2003年5月15日提交的日本专利申请(申请号2003-137294)和2004年1月20日提交的日本专利申请(申请号2004-011570)，并且其内容结合于此供参考。
工业适用性本发明不限于设置在车辆中的线状结构，并且也可以同样地应用于设置在室内的线状结构。
权利要求
1.一种计算线状结构中的扭转角的方法，其中，用计算机来计算子线束和/或线夹的扭转角，当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生该扭转角，该线状结构包括主线束、从该主线束分支出的子线束和/或连接到该主线束的线夹，该方法包括变形形状模型产生步骤，用于产生变形形状模型，其中，该线状结构的主线束被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于该变形形状，并且把对应于该线夹旋转轴线的线夹轴线和/或对应于该子线束分支方向的虚拟线夹轴线添加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；基准形状模型产生步骤，用于产生基准形状模型，其中，该线状结构的主线束被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于该基准形状，并且把预定的基准轴线添加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；叠加计算步骤，在参照该线状结构的形状和材料特性的同时，变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加到该变形形状模型上，由此得到的形状使用有限元法来计算；以及扭转角计算步骤，在所述叠加计算步骤之后，计算由该基准轴线与该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度，作为所述扭转角。
2.根据权利要求1所述的计算线状结构中的扭转角的方法，为了计算所述虚拟线夹轴线，该方法还包括切平面产生步骤，用于产生切平面，该切平面包含关于该子线束的切线矢量和关于该主线束的切线矢量，所述各切线矢量起始于该子线束分支节点处；和虚拟线夹轴线计算步骤，用于计算作为虚拟线夹轴线的矢量，该矢量起始于切平面中的子线束分支节点处并垂直于所述的关于该主线束的切线矢量。
3.根据权利要求2所述的计算线状结构中的扭转角的方法，该方法还包括显示步骤，用于在返回对应于该扭转角的度数的时候，连同该基准形状模型一起显示该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中所述基准形状对应于当所述线状结构在夹具板上展开时所获得的形状；和所述变形形状对应于当该线状结构连接到预定部位时所获得的形状。
5.一种计算线状结构中的扭转角的方法，其中，用计算机来计算子线束的扭转角，当该线状结构变形到预定形状时产生所述扭转角，设计该线状结构使得可安置在预定部位，并包括主线束和从该主线束分支出的子线束，该方法包括有限元模型产生步骤，用于在假定该线状结构是其中把多个杆状元件连接在一起的弹性体的时候，产生该线状结构的有限元模型；变形步骤，用于通过把该线状结构的形状和材料特性以及约束条件应用于所述有限元模型，把该线状结构变形到基准形状，在该基准形状中该主线束存在于预定平面中；以及扭转角计算步骤，用于计算由该子线束相对于所述平面形成的角度，作为所述扭转角。
6.根据权利要求5所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中，设置对应于该基准形状的约束条件以便主线束沿直线伸长而不被扭转。
7.根据权利要求5或6所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中所述平面是基准平面，用于制造该线状结构的夹具板假定在该基准平面中。
8.根据权利要求7所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中，在构成该线状结构的所有线束中，该主线束具有最大的直径。
9.根据权利要求8所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中，设置所述约束条件使得各子线束中的在粗细方面仅次于该主线束的线束存在于该基准平面中。
10.根据权利要求5所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中该线状结构包括连接在该主线束的线夹，该线夹能够产生扭转，并且计算由该线夹的旋转轴线相对于该平面形成的角度，作为所述扭转角。
11.根据权利要求5所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中代替包括所述子线束，该线状结构包括连接在该主线束并能产生扭转的线夹，并且代替所述子线束，而由该线夹的旋转轴线相对于该平面形成角度，计算该角度作为所述扭转角。
12.一种用于计算线状结构中的扭转角的装置，其中，计算子线束和/或线夹的扭转状态，当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生该扭转角，该线状结构包括主线束、从该主线束分支出的子线束和/或连接在该主线束的线夹，所述装置包括变形形状模型产生单元，用于产生变形形状模型，其中，该线状结构的主线束被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于该变形形状，并且把对应于该线夹旋转轴线的线夹轴线和/或对应于该子线束的分支方向的虚拟线夹轴线添加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；基准形状模型产生单元，用于产生基准形状模型，其中，该线状结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该基准形状，并且把预定的基准轴线添加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；叠加计算单元，在参照该线状结构的形状和材料特性的同时，变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加到变形形状模型，由此获得的形状使用有限元法来计算；以及扭转角计算单元，在所述叠加计算单元的计算之后，计算由基准轴线与该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度，作为所述扭转角。
13.一种用于计算线状结构中的扭转角的程序，其中，为了计算子线束和/或线夹的扭转状态，当该线状结构从预定的基准形状变形到不同于该基准形状的变形形状时产生该扭转角，该线状结构包括主线束、从该主线束分支的子线束和/或连接到该主线束的线夹，其中该程序使计算机起如下的作用变形形状模型产生单元，用于产生变形形状模型，其中，该线状结构的主线束被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于该变形形状，并且把对应于该线夹旋转轴线的线夹轴线和/或对应于该子线束的分支方向的虚拟线夹轴线添加到该主线束的每个线夹连接节点和/或子线束分支节点；基准形状模型产生单元，用于产生基准形状模型，其中，该线结构的主线束被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于该基准形状，并且把预定的基准轴线添加到该主线束的线夹连接节点和/或子线束分支节点；叠加计算单元，在参照该线状结构的形状和材料特性的同时，变形该基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加到变形形状模型，由此获得的形状使用有限元法来计算；以及扭转角计算单元，在所述叠加计算单元的计算之后，计算由基准轴线与该线夹轴线和/或该虚拟线夹轴线形成的角度，作为所述扭转角。
14.一种计算线状结构中的扭转角的方法，其中用计算机来计算当从该主线件的侧面观察时的、连接在从该主线件分支出的子线件的线夹的扭转角，该方法包括主线件变形形状模型产生步骤，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该子线件的扭转角的分支轴线添加到该主线件上的线件分支节点；主线件基准形状模型产生步骤，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于主线件基准形状，该形状是通过直线地延伸该主线件而不对其扭转所得到的，并且，把作为获得该分支轴线扭转角的基准的第一基准轴线添加到对应于该线件分支节点的位置；主线件角度计算步骤，利用有限元法计算第一扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该主线件基准形状模型然后叠加在该主线件变形形状模型上，此时由该第一基准轴线和该分支轴线形成的角度是该第一扭转角；子线件变形形状模型产生步骤，用于产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该线夹扭转角的线夹轴线添加到该子线件上的线夹连接节点；子线件基准形状模型产生步骤，用于产生子线件基准形状模型，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不对其扭转所获得的子线件基准形状，并且把作为获得线夹轴线扭转角的基准的第二基准轴线添加到对应于该线夹轴线的位置；子线件角度计算步骤，利用有限元法计算第二扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该子线件基准形状模型然后叠加在该子线件变形形状模型上，此时由该第二基准轴线和该线夹轴线形成的角度是该第二扭转角；以及扭转角计算步骤，根据该第一扭转角修正该第二扭转角，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
15.一种计算线状结构中的扭转角的方法，其中，用计算机来计算当从主线件的侧面观察时从子线件分支出的第二子线件的扭转角，该子线件是从该主线件分支出的，所述方法包括主线件变形形状模型产生步骤，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该子线件的扭转角的第一分支轴线添加到该主线件上的线件分支节点；主线件基准形状模型产生步骤，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该主线件而不对其扭转所获得的主线件基准形状，并且把用作获得该第一分支轴线扭转角的基准的第一基准轴线添加到对应于该线件分支节点的位置；主线件角度计算步骤，利用有限元方法计算第一扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该主线件基准形状模型然后叠加在该主线件变形的模型上。此时由该第一基准轴线和该第一分支轴线形成的角度是该第一扭转角；子线件变形形状模型产生步骤，用于产生子线件变形形状模型，其中，该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得第二子线件的扭转角的第二分支轴线添加到该子线件上的第二线件分支节点；子线件基准形状模型产生步骤，用于产生子线件基准形状模型，其中，该子线件表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不对其扭转所获得的子线件基准形状，并且把用作获得第二分支轴线扭转角的基准的第二基准轴线添加到对应于该第二线件分支节点的位置；主线件角度计算步骤，利用有限元方法计算该第二扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该子线件基准形状模型然后叠加在该子线件变形形状模型上，此时由该第二基准轴线和该第二分支轴线形成的角度是该第二扭转角；以及扭转角计算步骤，根据该第一扭转角修正该第二扭转角，以获得由该第一基准轴线和该第二分支轴线所形成的角度。
16.一种用于计算线状结构中的扭转角的装置，其中用计算机来计算当从该主线件的侧面观察时连接在从主线件分支出的子线件的线夹的扭转角，所述装置包括主线件变形形状模型产生单元，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该子线件的扭转角的分支轴线添加到该主线件上的线件分支节点；主线件基准形状模型产生单元，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于主线件基准形状，该形状是通过直线地延伸该主线件而不对其扭转所得到的，并且，把作为用于获得该分支轴线扭转角的基准的第一基准轴线添加到对应于该线件分支节点的位置；主线件角度计算单元，利用有限元法计算第一扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该主线件基准形状模型然后叠加在该主线件变形形状模型上，此时由该第一基准轴线和该分支轴线形成的角度是该第一扭转角；子线件变形形状模型产生单元，用于产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该线夹扭转角的线夹轴线添加到该子线件上的线夹连接节点；子线件基准形状模型产生单元，用于产生子线件基准形状模型，其中，该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不对其扭转所获得的子线件基准形状，并且把用作获得该线夹轴线扭转角的基准的第二基准轴线添加到对应于该线夹轴线的位置；子线件角度计算单元，利用有限元法计算第二扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该子线件基准形状模型然后叠加在该子线件变形形状模型上，此时由该第二基准轴线和该线夹轴线形成的角度是该第二扭转角；以及扭转角计算单元，根据该第一扭转角修正该第二扭转角，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
17.一种用于计算线状结构中的扭转角的程序，其中，为了计算当从该主线件的侧面观察时连接在从主线件分支的子线件的线夹的扭转角，该程序使计算机起如下的作用主线件变形形状模型产生单元，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该子线件的扭转角的分支轴线添加到该主线件上的线件分支节点；主线件基准形状模型产生单元，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示成多个杆状元件的连接件，以便对应于主线件基准形状，该形状是通过直线地延伸该主线件而不对其扭转所得到的，并且，把作为用于获得该分支轴线扭转角的基准的第一基准轴线添加到对应于该线件分支节点的位置；主线件角度计算单元，利用有限元法计算第一扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该主线件基准形状模型然后叠加在该主线件变形形状模型上，此时由该第一基准轴线和该分支轴线形成的角度是该第一扭转角；子线件变形形状模型产生单元，用于产生子线件变形形状模型，其中，该子线件变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于获得该线夹扭转角的线夹轴线添加到该子线件上的线夹连接节点；子线件基准形状模型产生单元，用于产生子线件基准形状模型，其中，该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以对应于通过直线地伸长该子线件而不对其扭转所获得的子线件基准形状，并且把用作获得该线夹轴线扭转角的基准的第二基准轴线添加到对应于该线夹轴线的位置；子线件角度计算单元，利用有限元法计算第二扭转角，在参照该线状结构的物理特性的同时，变形该子线件基准形状模型然后叠加在该子线件变形形状模型上，此时由该第二基准轴线和该线夹轴线形成的角度是该第二扭转角；以及扭转角计算单元，根据该第一扭转角修正该第二扭转角，以获得由该第一基准轴线和该线夹轴线所形成的角度。
18.一种计算线状结构中的扭转角的方法，其中，用计算机来计算连接在该主线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，然后显示该扭转角，所述方法包括主线件变形形状模型产生步骤，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线添加到该主线件上的线夹连接节点；主线件基准形状模型产生步骤，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不对其扭转所获得的主线件基准形状，并且把用于获得无扭转平面的基准轴线分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；无扭转平面设置步骤，用于设置该无扭转平面，其中，当该主线件基准形状模型经变形然后叠加在该主线件变形形状模型上时，通过把所述各基准轴线连接在一起来设置该无扭转平面；以及显示步骤，显示该无扭转平面连同该变形形状和该线夹轴线。
19.根据权利要求18所述的计算线状结构中的扭转角的方法，其中该方法包括代替所述显示步骤的显示该无扭转平面连同所述变形形状的第二显示步骤。
20.一种计算线状结构中的扭转角的方法，在该方法中，用计算机来计算连接在主线件和从该主线件分支的子线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，然后显示所述扭转角，所述方法包括主线件变形形状模型产生步骤，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于表示该主线件上的线夹的扭转角的第一线夹轴线添加到该主线件上的线夹连接节点；主线件基准形状模型产生步骤，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不对其扭转所获得的主线件基准形状，并且把用于获得第一无扭转平面的第一基准轴线分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；第一无扭转平面设置步骤，用于设置第一无扭转平面，其中，当该主线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该主线件变形形状模型上时，通过把所述第一基准轴线连接在一起来设置所述第一无扭转平面；子线件变形形状模型产生步骤，用于产生子线件变形形状模型，其中，该子线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于表示该子线件上的线夹扭转角的第二线夹轴线添加到该子线件上的线夹连接节点；子线件基准形状模型产生步骤，用于产生子线件基准形状模型，其中，该子线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该子线件而不对其扭转所获得的子线件基准形状，并且把用于获得第二无扭转平面的第二基准轴线分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；第二无扭转平面设置步骤，用于设置第二无扭转平面，其中，当构成该第一无扭转平面的所述第一基准轴线的扭转传播到所述第二基准轴线、并且该子线件基准形状模型经变形并且然后叠加在该子线件变形形状模型上时，通过把所述第二基准轴线连接在一起来设置所述第二无扭转平面；以及显示步骤，显示所述第一无扭转平面和第二无扭转平面连同该变形形状、第一线夹轴线和第二线夹轴线。
21.一种计算线状结构中的扭转角的装置，其中，用计算机来计算连接在该主线件的线夹相对于无扭转平面的扭转角，然后显示该扭转角，所述装置包括主线件变形形状模型产生单元，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线添加到该主线件上的线夹连接节点；主线件基准形状模型产生单元，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不对其扭转所获得的主线件基准形状，并且把用于获得无扭转平面的基准轴线分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；无扭转平面设置单元，用于设置该无扭转平面，其中，当该主线件基准形状模型经变形然后叠加在该主线件变形形状模型上时，通过把所述基准轴线连接在一起来设置该无扭转平面；以及显示单元，显示该无扭转平面连同该变形形状和该线夹轴线。
22.一种用于计算线状结构中的扭转角的程序，其中，为了计算并显示连接在主线件的线夹的扭转角，该程序使计算机起如下的作用主线件变形形状模型产生单元，用于产生主线件变形形状模型，其中，该主线件的变形形状被表示为多个杆状元件的连接件，并且把用于表示该线夹的扭转角的线夹轴线添加到该主线件上的线夹连接节点；主线件基准形状模型产生单元，用于产生主线件基准形状模型，其中，该主线件被表示为多个杆状元件的连接件，以便对应于通过直线地伸长该主线件而不对其扭转所获得的主线件基准形状，并且把用于获得无扭转平面的基准轴线分别添加到包括对应于该线夹连接节点的位置的节点；无扭转平面设置单元，用于设置该无扭转平面，其中，当该主线件基准形状模型经变形然后叠加在该主线件变形形状模型上时，通过把所述基准轴线连接在一起来设置该无扭转平面；以及显示单元，显示该无扭转平面连同该变形形状和该线夹轴线。
全文摘要
本发明提供一种能够正确地计算线束中的扭转角的方法，以及用于该方法的装置和程序。在本发明中，利用有限元法在参照线状结构物理特性的同时计算通过变形基准形状模型并将该变形的基准形状模型叠加在变形形状模型所获得的形状。而且，根据该叠加，该基准形状模型的基准轴线也旋转。由在该叠加结束时候的所述基准轴线与该变形形状模型的线夹轴线和/或虚拟线夹轴线所形成的角度被计算为扭转角。
文档编号G06F17/50GK1791874SQ20048001321
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者泽井正义, 中野亚希子 申请人:矢崎总业株式会社