Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）

フリー寸法最適化では、設計可能な各要素の板厚が設計変数として定義されます。この概念の複合材への適用は、設計変数が要素ごとの各‘スーパー積層’の板厚（同一積層方向の全設計可能板厚）であることを意味します。

概念設計フェーズでは、下記の最適化セットアップを定義し、与えられた材料割合でもっとも剛性の高い設計を求めます。より理にかなった結果を得るには、製造姓制約条件を組み込み、すべての設計フェーズを通して自動的に適用します。

目的関数: ２つの荷重ケースの重み付きコンプライアンスを最小化
制約条件: 体積率 < 0.3
設計変数: 各プライ方向の要素板厚
製造性制約条件: 0°のプライパーセンテージは80%以下存在; 製造可能なプライ板厚は0.1; +45°および-45°について同じ板厚分布を確実にするバランス制約条件

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

HyperMeshを起動します。
User Profilesダイアログが現れます。
OptiStructを選択し、OKをクリックします。
これで、ユーザープロファイルが読み込まれます。ユーザープロファイルには、適切なテンプレート、マクロメニュー、インポートリーダーが含まれており、OptiStructモデルの生成に関連したもののみにHyperMeshの機能を絞っています。

モデルの読み込み

File > Import > Solver Deckをクリックします。
Importタブがタブメニューに追加されます。
File typeにOptiStructを選択します。
Filesアイコンを選択します。
Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
自身の作業ディレクトリに保存したfairing.femファイルを選択します。モデルファイルへのアクセスをご参照ください。
Openをクリックします。
Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。

最適化のセットアップ

フリー寸法最適化設計変数の作成

Analysisページからパネルoptimizationをクリックします。
free sizeパネルをクリックします。
設計変数fairingを作成します。
1. createサブパネルを選択します。
2. desvar=欄にfairingと入力します。
3. typeをPCOMP(G)にセットします。
4. プロパティセレクターを使って、fairing_plyを選択します。
5. createサブパネルをクリックします。
フリー寸法最適化用の設計変数fairingが作成されます。
積層パーセンテージおよび積層バランスについての製造性制約条件を定義します。
1. compositesサブパネルを選択します。
2. desvar=欄にfairingが選択されていることを確認します。
3. editをクリックします。
4. DSIZEカードイメージで、PLYPCTを選択します。
5. Ply Percentage OptionsをBYANGに設定します。
6. DSIZE_NUMBER_OF_PLYPCT =欄に1と入力します。
  PLYPCT継続行がDSIZEデータエントリに追加されます。
7. PLYMANを選択します。
  PLYMAN継続行がDSIZEデータエントリに追加されます。
8. BALANCEを選択します。
9. DSIZE_NUMBER_OF_BALANCE=欄に1と入力します。
  BALANCE継続行がDSIZEデータエントリに追加されます。
10. PLYPCT、BALANCE およびPLYMAN制約条件を、図 1に示すとおり定義します。
  
  図 1. DSIZEデータエントリフィールド
11. returnをクリックし、Compositesパネルに戻ります。
12. updateをクリックします。
returnをクリックし、Optimization panelに戻ります。

最適化の応答の作成

Analysisページからoptimizationをクリックします。
Responsesをクリックします。
体積率の応答を作成します。
1. responses=欄に、Volfracと入力します。
2. response typeの下で、volumefracを選択します。
3. regional selectionをtotalとno regionidに設定します。
4. createをクリックします。
重み付けコンプライアンスの応答を作成します。
1. responses=欄に、wcompと入力します。
2. response typeの下で、weighted compを選択します。
3. loadstepsをクリックし、すべての荷重ステップを選択します。
4. gravityとpressureの加重係数を1.0に変更します。
5. returnをクリックします。
6. createをクリックします。
returnをクリックし、Optimization panelに戻ります。

設計制約条件の作成

dconstraintsパネルをクリックします。
constraints=欄にcon_volと入力します。
response =をクリックしvolfracを選択します。
upper boundの横のボックスにチェックマークを入れ、0.3と入力します。
createをクリックします。
returnをクリックし、Optimization panelに戻ります。

目的関数の定義

objectiveパネルをクリックします。
minが選択されていることを確認します。
response=をクリックし、wcompを選択します。
createをクリックします。
returnを２回クリックし、Optimization panelを終了します。

出力リクエストの定義

ここでは、複合材のひずみおよび応力結果の出力コントロールを定義します。OUTPUT,FSTOSZ（free size to size）は、寸法最適化のためのプライベースの入力デックを出力するために使用されます。

Analysisページからパネルcontrol cardsをクリックします。
GLOBAL_OUTPUT_REQUESTカードを定義します。
1. Card Imageダイアログで、GLOBAL_OUTPUT_REQUESTをクリックします。
2. CSTRAINとCSTRESSを選択します。
3. すべての要素について複合材ひずみと複合材応力結果をすべてH3Dファイルに出力するよう、図 2に示すとおりオプションを定義します。
4. returnをクリックします。
  
  図 2. CSTRAINおよびCSTRESS結果の.h3dファイルへの出力をリクエスト
OUTPUTカードを定義します。
1. OUTPUTをクリックします。
2. number_of_outputs欄に1と入力します。
3. KEYWORDをFSTOSZに設定します。
4. FREQをYESに設定します。
5. returnをクリックします。
OptiStructは、フリー寸法最適化後のサイジングモデルを自動的に生成します。

図 3. Phase 2についてfree-size to size（FSTOSZ）最適化出力ファイルをリクエスト

最適化の実行

AnalysisページからOptiStructをクリックします。
save asをクリックします。
Save Asダイアログで、OptiStructモデルファイルを書き出す場所を指定し、ファイル名としてfairing_freesizeと入力します。
OptiStruct入力ファイルには、拡張子 .femが推奨されます。
Saveをクリックします。
入力ファイル欄には、Save Asダイアログで指定されたファイル名と場所が表示されます。
export optionsのトグルをallにセットします。
run optionsのトグルをoptimizationにセットします。
memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
OptiStructをクリックして最適化を実行します。
ジョブが完了すると、ウィンドウ内に次のようなメッセージが現れます：
```
OPTIMIZATION HAS CONVERGED.
FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).
```
エラーがある場合、OptiStructはエラーメッセージも出します。エラーに関する詳細は、テキストエディタでファイル fairing_freesize.outを開いて確認することができます。このファイルは同じディレクトリ内に.femファイルとして書き出されます。
Closeをクリックします。

ディレクトリ内に作成されるデフォルトのファイルは以下の通り：

fairing_freesize.out: ファイルのセットアップ、最適化のセットアップの情報、実行に必要なRAMとディスクスペースの見積もり、それぞれの最適化の反復情報、計算時間の情報を含むOptiStruct出力ファイル。fairing_freesize.femファイルの処理を行う際にフラグが立つワーニングおよびエラーに関しては、このファイルを確認すること。
fairing_freesize_des.h3d: 最適化結果を含むHyperViewバイナリ結果ファイル。
fairing_freesize_s#.h3d: 線形静解析からの結果を含むHyperViewバイナリ結果ファイル。
fairing_freesize_sizing.*.fem: フリー寸法解析フェーズで生成された積層ベースの寸法最適化入力ファイル。結果のデックには、積層ベースの複合材モデルを記述するPCOMPP、STACK、PLYおよびSETカードと、最適化データを定義するDCOMP、DESVARおよびDVPRELカードが含まれます。* の記号は、最終反復計算番号を表します。
fairing_freesize_sizing.*.inc: ASCIIインクルードファイルには、入力デックと同じく、積層ベースのモデリングおよび最適化データが含まれています。* の記号は、最終反復計算番号を表します。

結果の表示

要素板厚結果の表示

OptiStructパネルから、HyperViewをクリックします。
HyperViewが起動し、３つのH3Dファイルからの結果が含まれた３つのページを含むfairing_freesize.mvwセッションファイルが開きます。

Page 1

fairing_freesize_des.h3d内の最適化結果。

Page 2

fairing_freesize_s1.h3d内のsubcase 1の解析結果。

Page 3

fairing_freesize_s2.h3d内のsubcase 2の解析結果。
現在page 1にいることを確認します。
Resultsツールバーでをクリックし、Contour panelを開きます。
Resultsブラウザから、最終反復計算を選択します。

図 4. 最終反復計算の選択
Applyをクリックします。
Standard Viewsツールバーでをクリックし、X-Yプレーンで結果を確認します。

フリー寸法最適化からの要素板厚結果は、図 5に示すとおりです。赤色または赤に近い色で示された領域（レジェンドから）は厚い領域、青色または青に近い色で示された領域は薄い領域と解釈できます。上に示すコンタープロットは、各プライ方向からの寄与を含む全板厚分布、すなわち0°、+/-45°および90°からの板厚分布を表しています。また、プライ板厚プロット内に見られる配向角毎のプライの形状とレイアウトも示しています。

プライ板厚結果の表示

Contour panelで、Result typeを Ply Thicknesses (s)に設定してください。
その他のプロットオプションは、図 6に示すとおり選択します。

図 6. プライ板厚のコンタープロット
Resultsブラウザから、最終反復計算を選択します。
Applyをクリックします。
0度のスーパープライの板厚分布が生成されます。これは、0°のプライバンドルのプライ形状とパッチ位置を表すものです。

図 7. プライ板厚のコンタープロット. （0°のスーパープライ）
Contour panelでLayers 2、3および4を選択することにより、それぞれスーパープライ2（45°）、3（-45°）、および4（90°）のプライ板厚コンターを作成します。
適用されているバランス制約条件のために、+45°と-45°のスーパープライの板厚分布は同じです。

図 8. プライ板厚のコンタープロット. （-45/+45°のスーパープライ）

図 9. プライ板厚のコンタープロット. （90°のスーパープライ）

要素セットを介した積層バンドルの可視化

最適化された‘スーパー積層’板厚は引き続き、‘積層バンドル’と表します。OptiStructのインテリジェントアルゴリズムに基づき、繊維配向毎の積層バンドル（スーパー積層）はデフォルトで出力されます。これらの積層バンドルは、要素セットを介して、繊維配向毎の積層の形状と位置を表します。ここでは、フリー寸法最適化の収束後、全部で16の積層バンドルが生成されます。要素セット1から4までは0度のスーパー積層の積層バンドル、要素セット5から8までは+45度のスーパー積層の積層バンドル、要素セット9から12までは-45度のスーパー積層の積層バンドル、要素セット13から16までは90度のスーパー積層の積層バンドルを示します。

HyperMeshセッションに戻ります。
ファイルfairing_freesize.femと同じディレクトリにあるソルバーデックfairing_freesize_sizing.*.incを、現在のセッションにインポートします。
Modelブラウザで、Load Collectors欄を右クリックし、コンテキストメニューからHideを選択します。
すべての荷重コレクターの表示がオフになります。
Analysisページからパネルentity setsをクリックします。
reviewをクリックしset 5を選択します。

set 5は、+45度のスーパー積層の積層バンドル1を表します。
ヒント: 積層バンドルは、Modelブラウザ内、Pliesフォルダーで確認することができます。任意の積層をクリックし、対応するカードデータをエンティティエディターで確認します。

図 10. +45度スーパー積層の積層バンドル1を表す要素セット5
要素セット6～8を確認します。

図 11. +45度スーパー積層の積層バンドル2を表す要素セット6

図 12. +45度スーパー積層の積層バンドル3を表す要素セット7

図 13. +45度スーパー積層の積層バンドル4を表す要素セット8

要素セットを介して示される積層の形状は、設計Phase 2: 設計の微調整（寸法最適化）でそのまま使用、もしくは、HyperMeshで要素セットを更新して製造性を向上させることが可能です。ここでは、要素セットはそのまま使用します。