トポロジー最適化でサイズ違いの意匠を統一:ホイールのマルチモデル解析事例
「サイズ違いの製品を展開したいが、トポロジー最適化をするとサイズごとに微妙に違う形状になってしまい、デザインが統一できない……」
そんなCAEエンジニアやデザイナーの悩みを、「マルチモデル最適化」と「スケーリング・クローン制約」が一撃で解決します。今回は、15インチと18インチという異なるサイズのホイールを同時に計算し、「完全に同一のデザインコード」を持つ形状を自動生成する高度なテクニックをご紹介します。
「サイズ違いの製品を展開したいが、トポロジー最適化をするとサイズごとに微妙に違う形状になってしまい、デザインが統一できない……」
そんなCAEエンジニアやデザイナーの悩みを、「マルチモデル最適化」と「スケーリング・クローン制約」が一撃で解決します。今回は、15インチと18インチという異なるサイズのホイールを同時に計算し、「完全に同一のデザインコード」を持つ形状を自動生成する高度なテクニックをご紹介します。
今回は衝突解析とCAE最適化設計の受託事例として、EV用バッテリーケースの衝突性能をCAE最適化設計によりコントロールする方法を紹介します。
衝突形態はFMVSS214やUNR135に代表されるポール側突とします。本来であればボディとバッテリーケースの両者でEA(エネルギー吸収)するものですが、今回の事例紹介モデルではバッテリーケースのみでEAさせることにします。
フィラメントワインディング(FW:Filament winding)とは、炭素繊維(CF:Carbon Fibre)やガラス繊維(GF:Glass Fibre)をマンドレルに巻き付けて積層するFRP(繊維強化樹脂)の成形方法の一つです。
管状の部品や、圧力タンクなどの製造に使用されており、巻数や巻角度を比較的高い自由度で積層でき、管体を完全に連続した繊維で製作できることが特徴です。
今回の事例ではCFDによる受託解析および受託設計の事例として、ブレーキローターの発熱 / 放熱シミュレーション事例を紹介します。
LS-DynaのFSI(流体構造連成)解析を使用して、ブレーキローターの発熱~冷却を計算します。上記の図は今回使用する解析モデルで、ラフに作成したホイールとローターを使用します。
今回は円錐殻の事例を題材に、設計変数が極端に多い課題の最適化方法についてご紹介します。
最適化CAEを取り扱う方向けの内容になるため、設計者の方は他の事例集をお楽しみください。
また、弊社製のソフトOptiAssistシリーズをご利用の方はユーザーマニュアルに記載されている内容とほぼ同じなので読む必要はありません。(読んでくれていますよね?)
今回の事例では、柱の座屈問題を最適化した事例でも少し触れた、円錐殻の座屈について紹介します。
使用するモデルは以下のようなモデルです。
ホイールを題材にしたトポロジー最適化テクニック(ホイール)事例の際に生まれたボツ案ホイール集から、スケールモデルを製作していただいたのでご紹介します。
今回の事例紹介では、過去に紹介したクローニング制約条件を使用してロボットアームをトポロジー最適化してみます。基本的には全て過去の紹介事例と同様の流れとなり、より製品形状に近いものになっています。
今回は2つのアルゴリズムを使用しました。
True Mechanics, ProjectedSubGradient
Ture mechanics, Optimality
なお、SIMP法はExplicit解析には適していないため今回は紹介しません。低い密度になった要素が爆発して解析エラーになるためです。
今回は以下3つのアルゴリズムで計算したものを比較します。
True Mechanics:エネルギー密度を考慮する(≒衝突や非線形モデル向け)
SIMP(LS-TaSC):材料密度(剛性)を考慮する(≒線形静的モデル向け)
SIMP(Genesis):前回の事例モデル
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