Phase 2: 設計の微調整（寸法最適化）

２番目の設計フェーズでは、寸法最適化を実施し、Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）からの最適化された積層バンドルの板厚を微調整します。最適化設計が設計要件に見あうことを確実にするため、固有振動数と複合材ひずみについて追加の性能条件を、問題の定式化に組み込みます。アセンブルされた状態でのフェアリングの固有振動数を計算するために、ノーマルモード解析の荷重ケースが追加されます。また、最適化のセットアップを修正し、これら追加の性能目標を織り込みます。

修正された最適化セットアップは次のとおり：

設計変数: Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）からの寸法入力デックで定義済みの積層板厚
目的関数: 全設計可能計算の最小化
制約条件: 固有振動数（1st ~ 5th）> 0.02 KHz; フェアリング内の複合材ひずみ < 1000 micro-strain

製造性制約条件は保存され、DCOMPカードに移されます。Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）で定義された0.1の最小製造可能な積層板厚は、PLYカードに移動されます。これにより、最適化な積層バンドル板厚は、最小積層板厚値の倍数となり、繊維配向毎に必要とされる積層の総数の計算に役立ちます。

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_freesize.*.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

寸法最適化設計変数の確認

寸法設計変数は、フリー寸法ステージで自動的に生成されました。

Analysisページからパネルoptimizationをクリックします。
sizeパネルをクリックします。
寸法設計変数を確認します。

図 1.
returnをクリックし、sizeパネルを終了します。

製造性制約条件の確認

製造性制約条件は、寸法最適化フェーズから自動的に引き継がれました。それらはHyperMeshのcomposite sizeパネルで確認することができます。

Optimization panelからcomposite sizeパネルをクリックします。
parametersサブパネルを選択します。
dcomp=をクリックしDCOMP9を選択します。
editをクリックします。
DCOMPカードイメージを確認します。
（DSIZEからの）PLYPCTおよびBALANCE制約条件がDCOMPカードに移動されます。（DSIZEからの）PLYTHK継続行内の製造可能な積層板厚制約条件0.1はPLYカードに移動されます。

図 2. DCOMPエントリ
parametersサブパネルを選択します。
updateをクリックします。
returnを2回クリックし、メインメニューに戻ります。

フリー寸法最適化での応答の削除

メインの設計要件を満足するよう、最適化が再度定式化されます。フリー寸法フェーズで使用された重み付きコンプライアンスと体積率の応答は削除されます。

Collectorsツールバーでをクリックし、Delete panelを開きます。
エンティティセレクターをoptiresponsesに設定します。
optiresponsesをクリックしwcompとvolfracを選択します。
selectをクリックします。
delete entityをクリックします。
returnをクリックします。

フリー寸法フェーズで定義された応答が削除されます。それらに基づいて定義された制約条件と目的関数は自動的に削除されます。

ノーマルモード解析の作成

ノーマルモード解析を追加し、固有振動数を計算します。

荷重コレクターeigrlを作成します。
1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Load Collectorを選択します。
  デフォルトの荷重コレクターがエンティティエディターに表示されます。
2. Name欄にeigrlと入力します。
3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
4. Card ImageをEIGRLに設定します。
5. NDに8と入力します。
  これは、最初の8つのモードをリクエストします。
荷重ステップnorm_modesを作成します。
1. Modelブラウザで右クリックしコンテキストメニューからCreate > Load Stepを選択します。
  デフォルトの荷重ステップがエンティティエディターに表示されます。
2. Name欄にnorm_modesと入力します。
3. Colorをクリックし、カラーパレットから色を選択します。
4. Analysis typeをnormal modesに設定します。
5. SPCにUnspecified > Loadcolをクリックします。Select Loadcolダイアログでを選択し、OKをクリックします。
6. METHOD(STRUCT)にUnspecified > Loadcolをクリックします。Select Loadcolダイアログでを選択し、OKをクリックします。

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。
設計空間の体積率を定義する体積の応答を作成します。
1. responses=欄に、volumeと入力します。
2. response typeの下で、volume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。
周波数の応答を作成します。
1. responses=欄に、freq1と入力します。
2. response typeの下で、frequencyを選択します。
3. Mode Numberに、1.0と入力します。
4. createをクリックします。
応答freq1が、firstモードの振動数について定義されました。
モード2、3、4および5の周波数応答を作成します。
複合材ひずみ応答を作成します。
1. response=欄にcstrainと入力します。
2. response typeをcomposite strainに設定します。
3. エンティティセレクターをpliesに設定し、積層セレクターを使って積層をすべて選択します。
4. strain typeをmaj. Principleに設定します。
5. createをクリックします。
returnをクリックし、Optimization panelに戻ります。

制約の作成

最適化の制約条件として、周波数および複合材ひずみの応答が定義されます。

Optimization panelからdconstraintパネルをクリックします。
制約条件freq1を作成します。
1. constraints=欄にfreq1と入力します。
2. response=をクリックしfreq1を選択します。
3. lower boundの横のボックスにチェックマークを入れ、0.02と入力します。
4. 荷重ステップセレクターを使って、norm_modesを選択します。
5. createをクリックします。
手順2を繰り返し、制約条件freq2、freq3、freq4およびfreq5をそれぞれ同じ下限値0.02で作成します。
制約条件cstrainを作成します。
1. constraints=欄にcstrainと入力します。
2. response=をクリックしcstrainを選択します。
3. upper boundの横のボックスにチェックマークを入れ、0.001と入力します。
4. 荷重ステップセレクターを使用し、gravityとpressureを選択します。
5. 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、volume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。

積層順デックの出力リクエストの定義

１つ前のフェーズで定義された複合材ひずみおよび応力についての出力コントロールが自動的に引き継がれます。OUTPUT,SZTOSH （シャッフル用寸法最適化）で、積層材の積み重ねの最適化入力デックを書き出します。

Analysisページからパネルcontrol cardsをクリックします。
Card Imageダイアログで、OUTPUTをクリックします。
KEYWORDをSZTOSHに設定します。
FREQをYESに設定します。
number_of_outputs欄に1と入力します。

図 3.
returnを２回クリックし、Analysisページに戻ります。

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_size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_size.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_size.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_size.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_size_des.h3d: 最適化結果を含むHyperViewバイナリ結果ファイル。
fairing_size_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_size_shuffling.*.fem: 積層順最適化の入力デック。前のステージからのDESVARカードとDVPRELカードは削除され、空のDSHUFFLEカードが導入されます。* の記号は、最終反復計算番号を表します。
fairing_size_shuffling.*.inc: 積層順最適化のデータが含まれたASCIIインクルードファイル。

結果の表示

OptiStructパネルから、HyperViewをクリックします。
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。
Applyをクリックします。
phase-2寸法最適化後の要素板厚コンタープロット（最終反復計算）が表示されます。

図 4.
Contour panelで、Result typeをOrientation Thicknesses (s)に設定してください。
各積層方向の板厚コンターが表示されます。
Result typeをPly Thicknesses (s)に設定します。
各積層バンドルの板厚コンターが表示されます。

フリー寸法および寸法最適化の後、定められた設計条件に反することなく元の設計の65%に及ぶ重量削減が達成されました。Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）における最適積層形状およびパッチ位置、および後続のPhase 2: 設計の微調整（寸法最適化）における最適積層バンドル板厚が確立され、必要な積層数を決定することができるようになりました。これで、設計プロセスの第３フェーズと最終フェーズに進み、積層の最適な順序の計算結果を確認します。