設計最適化

航空機産業では、航空機の性能を決定する上で質量が重要な役割を果たします。質量が大きくなるほど必要な揚力量が増大し、その結果として航空機に対する抗力と必要な推力が増大します。これに対処するには追加の燃料が必要になり、そのために結局は質量が増大します。したがって、航空機の構造質量を考慮することが重要であり、最適化は、航空機構造の効率的な結果を得るために使用できるそのような技法の1つです。

トポロジー最適化

トポロジー最適化は、効率的な材料分布と質量低減により最適化された荷重経路を決定できるため、航空機産業で幅広く使用されてきました。OptiStructのアルゴリズムでは、材料分布を変更して、指定された制約条件の下で、ユーザー定義の目的関数を最適化します。

図 1 は、OptiStructで実行されたヘリコプターのトポロジー最適化の結果を示しています。このケースの目標は、重み付きコンプライアンスを制約条件として使用して質量を最小化することです。

フェイルセーフトポロジー最適化

通常のトポロジー最適化の実行においては、構造の一部が壊れている状況まで考慮した設計案の実現可能性を考慮できない場合があります。フェイルセーフ最適化では、その構造が複数の損傷ゾーンに分けられ（図 2）、複数のモデル（破壊ゾーンと同じ数）が生成されます。この場合、各モデルは、元のモデルから1つの破壊ゾーンを引いたものと同じです。このプロセスでは、フェイルセーフトポロジー最適化は、そのように生成されたすべてのモデルに対して同時にトポロジー最適化を実行することで適用され、最終設計は、生成されたすべてのモデルを考慮するよう最適化され出力されます。