OS-T：航空機底部複合材フェアリングの最適化主導設計

複合材は、航空機構造の分野において人気のある素材となってきています。革新的な設計の必要性は、大きな挑戦をもたらしつつあります。本チュートリアルでは、OptiStructを用いた航空機底部複合材フェアリングの最適化主導設計アプローチについて学習します。

この設計は、３つのフェーズからなるアプローチをとります：

Phase 1: 参照設計合成（フリー寸法最適化）: 概念設計生成フリー寸法最適化で、最適なプライ形状およびプライの向き毎のパッチの位置を特定
Phase 2: 設計の微調整（寸法最適化）: 設計の微調整寸法最適化で、各プライバンドルの最適な板厚を特定
Phase 3: プライ積層順最適化: プライの積層順序最適化で、最適な積層順序を取得

このプロセスは、フリー寸法最適化、寸法最適化および積層順序最適化という３つの重要かつ高度な最適化手法に渡ります。これら３つの手法を連ね、OptiStructは複合積層材の設計および最適化に１つのユニークかつ統合的なプロセスを提供します。このプロセスは、１つ前の設計フェーズから自動的に後続のフェーズ用の入力データを生成することにより、Altair Simulationで自動化、統合されます。

モデルの定義

底部フェアリングの有限要素モデルがHyperMeshで生成されています。２次元要素用に直交異方性材料（MAT8）を使ってカーボンファイバー用の材料プロパティが考慮され、表現されました。フェアリングは均等板厚の４つの配向（0度、90度、45度および-45度）でモデル化されています。積み重ねのバイアシングを回避するために、PCOMPカードでSMEARオプションが適用されます。

操作条件（境界条件）を表すため、0.02MPaの内部均等圧力荷重と6.75gの外部重力荷重の２つの荷重ケースが定義されています。フェアリングは、エッジに沿って周囲の構造とリベット接合され、重さがそれぞれ2Kgと3Kgである２つの機器質量が、RBE3要素を介してフェアリングにマウントされています。フェアリングは、１次固有振動数が少なくとも20Hz、最大ひずみが1000 micro-strain未満、という２つの主要パフォーマンス基準を考慮して設計されました。