形状最適化

構造の外側の境界を変更して、最適化問題を解く最適化手法。

有限要素モデルを使用し、形状は節点位置により定義され、形状最適化はそれらの位置を修正して形状を更新します。

形状最適化をインプリメントするには、形状変数が必要です。DESVARバルクデータエントリを使用して、各形状変数を定義します。離散設計変数が必要な場合は、設計変数の値として、DDVALバルクデータエントリを参照する必要があります。DVGRIDバルクデータエントリでは、特定の節点位置を設計変数でどの程度変更するかを定義します。モデルには、任意の数のDVGRIDバルクデータエントリを追加できます。既存のDESVARバルクデータエントリで最適化を構成する場合、各DVGRIDバルクデータエントリはこれを参照する必要があります。OptiStructDVGRIDデータには、基本的な形状ではなく、節点位置の摂動が収められています。

OUTPUT, DVGRIDオプションを指定すると、変位に関する形状変数定義、あるいは線形静解析、ノーマルモード解析、または線形座屈解析の固有ベクトルの結果が作成されます。作成された形状変数定義は以降の最適化で再利用できます。このようなプロセスになっているため、“自然な”形状関数を容易に使用できます。

設計変数およびDVGRIDバルクデータエントリは、HyperMeshソフトウェアの1つであるHyperMorphユーティリティで容易に生成できます。

形状最適化は、小さい形状変化と大きい形状変化の両方に適用できます。小さい形状変化とは、設計空間内のパート間の結合性が反復的に更新されないことを意味します。

大きな形状変化の最適化

形状最適化では、接触インターフェースまたはコネクター要素インターフェースの大きな形状変化がサポートされます。

大きな形状変化最適化は、最適化プロセスの各反復において、モデル内のコネクター要素または接触の位置の更新を必要とする、形状最適化の一種です。接触の場合、セカンダリ(旧称“スレーブ”)およびメイン(旧称“マスター”)サーフェスの形状変化が反復ごとに更新されます。

TIE接触を使用して垂直のシェルに結合されるリブが関与する大きな形状変化の最適化問題の例について考えます。リブ上の形状の移動方向は、最適化プロセスを通して、リブと垂直シェル間の結合状態を更新する必要が生じるような方向とします。


図 1. 大きな形状変化の最適化例


図 2. 初期設計


図 3. 最終設計

現在、接触を伴う大きな形状変化は、節点-サーフェスタイプの接触と、CGAPCGAPGCWELDCFASTなどのコネクター要素でのみサポートされています。

大きな形状変化は、サーフェス-サーフェスタイプの接触が入力ファイルに存在する場合は、そのような接触が設計領域上にあるかないかにかかわらず、オンにはなりません。この場合、通常の形状最適化が使用され、そのプロセス中に結合の更新は行われません。

大きな形状変化の最適化は、線形静解析、ノーマルモード解析、座屈解析、応答スペクトル解析、周波数応答解析、および純定常熱解析(CGAPG要素とN2S接触のみ)でサポートされています。

CWELDCFASTまたはCSEAM要素について大きな形状変化が予想される場合、サイドAとBのシェルプロパティIDを用いてサーフェスパッチ間の結合を定義することが推奨されます。

現時点では、目的関数または制約条件として、次の応答(説明は応答を参照)が使用可能です。
質量 体積 重心位置
慣性モーメント 静的コンプライアンス 静的変位
周波数 座屈係数 静的応力、ひずみ、要素力
複合材の静的応力、ひずみ、破壊指数 周波数応答変位、速度、加速度 周波数応答応力、ひずみ、要素力
重み付きコンプライアンス 重み付き周波数 コンプライアンスの重ね合わせによる指標
関数 温度