OS-T:2005 最小部材寸法制御を用いたC型クリップの設計コンセプト

本チュートリアルでは、モデルの要素に最小部材寸法制御法を適用し、離散的なソリューションを達成するトポロジー最適化問題をセットアップします。

概念設計の初期段階でトポロジー最適化を実行することにより、良好なベースライン設計が得られ、設計サイクルが短縮されます。トポロジー最適化結果のポスト処理において難しいのは、いくつかの中間密度要素や、ソリッド部材または空孔と解釈され得るチェッカーボードを有する場合がある点です。これらの中間密度要素が薄い部材として解釈されると、最終設計の製造は、より困難になります。

OptiStructは、最終設計で求められる最小寸法を定義することにより、最終的なトポロジー設計での部材寸法を制御できる最小部材寸法制御法を提供します。中間密度を持った要素やチェッカーボード密度パターンを排除することにより、離散的なソリューションを得ることができ、その結果、解釈が容易で製造もしやすい、より離散的でしっかり補強された構造となります。

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

  1. HyperMeshを起動します。
    User Profilesダイアログが現れます。
  2. 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

  1. 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。
  2. File typeにOptiStructを選択します。
  3. Filesアイコンfiles_panelを選択します。
    Select OptiStruct Fileブラウザが開きます。
  4. 自身の作業ディレクトリに保存したcclip_complete.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。
  5. Openをクリックします。
  6. Import、続いてCloseをクリックし、Importタブを閉じます。

最小部材寸法制御パラメータの適用

最小部材寸法制御を使用して、離散的な解を得るようにします。

  1. モデリングウィンドウ内をクリックし、F4キーを押します。
    Distanceパネルが開きます。
  2. two nodesサブパネルを選択します。
  3. 1つの要素上の節点間の距離を測ります。
    1. N1セレクターを使って、任意の節点を選択します。
    2. N2セレクターを使って、同じ要素上の別の節点を選択します。
  4. 別の要素上の節点間の距離を測り、平均要素寸法を求めます。
    このモデルの平均要素寸法は約2.5です。
    注: MINDIM値は、この平均要素寸法の3倍であることが推奨されます。ただし、要素のメッシュが揃っている場合は2倍で構いません。
  5. returnをクリックし、Analysisページに戻ります。
  6. Analysisページからoptimizationをクリックします。
  7. topologyをクリックします。
  8. parametersサブパネルを選択します。
  9. reviewをクリックします。
  10. desvar=をクリックしshellsを選択します。
  11. minmemb offの横のトグルをクリックし、mindim=、続いて5を選択します。
  12. updateをクリックします。
    これで、最小部材寸法制御がこのトポロジー最適化問題に適用されました。
  13. returnを2回クリックし、Analysisページに戻ります。

最適化の実行

  1. AnalysisページからOptiStructをクリックします。
  2. save asをクリックします。
  3. 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cclip_complete_min_member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。
  4. 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。
  5. export optionsのトグルをallにセットします。
  6. run optionsのトグルをoptimizationにセットします。
  7. memory optionsのトグルはmemory defaultにセットします。
  8. OptiStructをクリックして最適化を実行します。
  9. Closeをクリックします。

最適化の実行が終了すると、結果ファイルは自動的にHyperMeshHyperViewに読み込まれるため、ユーザーは直接ポスト処理に進むことができます。

要素密度のアイソバリュープロットの表示

アイソバリュープロットは、要素密度についての情報を提供します。アイソバリューは、一定の密度しきい値以上の要素すべてを保持しています。各自のニーズに合った構造を与える密度しきい値を選択する必要があります。
  1. OptiStructパネルから、HyperViewをクリックします。
    HyperViewHyperMesh Desktop内で起動し、2つのファイルからの結果を示す下記の2つのページを含んだセッションファイルcclip_complete_min_member.mvwが開きます:
    Page 2
    最適化履歴結果(要素密度)を含んだファイルcclip_complete_min_member_des.h3dを表示します。
    Page 3
    Subcase 1結果; 初期および最終(変位、応力)を含んだファイルcclip_complete_min_member_s1.h3dを表示します。
  2. 現在page 2にいることを確認します。
  3. Resultsブラウザで、荷重ケースセクションのDesignおよびリストされている最終反復計算を選択し、最適反復計算結果を確認します。


    図 1.
  4. Standard ViewsツールバーでXY Top Plane Viewをクリックし、正しいビューを設定します。
  5. メニューバーResults > Plot > Isoをクリックします。
  6. パネル領域で、Result typeをElement Densitiesに設定します。
  7. Applyをクリックします。
  8. Current value欄に0.3と入力します。
  9. 結果を、最小部材寸法制御の適用なしで以前に行った最適化(OS-T:C型クリップの設計コンセプト)の結果と比較します。
    表示されたアイソバリュープロットは、先に確認したものと似ています。元のアイソサーフェスプロットで小さかった部材が、より離散的なリブパターンで置き換えられています。この設計は、製造がより容易です。

    image-2005
    図 2. 要素密度のアイソバリュープロット