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空力弾性解析は、空力荷重がかかるフレキシブルな航空機構造物のたわみを研究するものです。航空機構造物の変形は気流に影響を与えます。
マルチボディダイナミクスシミュレーション
マルチボディシステムは、サブシステム(ボディ、コンポーネント、またはサブストラクチャ)のアセンブリとして定義されます。
ローターダイナミクスは、回転するコンポーネントを含んだ構造の解析です。
NVHの適用およびテクニック
NVHの適用およびテクニックのセクションでは、次の概要を示します:
パワートレインアプリケーション
OptiStructでは、パワートレインアプリケーションに対して業界をリードする機能およびソリューションを提供しています。本書では、パワートレイン業界のさまざまなアプリケーションに向けたOptiStructの機能を紹介します。各セクションでは、簡単な紹介の後、対応する解析タイプのフィールドでの一般的な目的が示されています。
このセクションでは、電器産業向けのOptiStructの機能について概述します。電器産業に関連する問題の例を取り上げて、一般的なソリューションシーケンス(解析技法)を紹介します。
ここでは、OptiStructを使用した航空宇宙用途向けの有限要素解析(FEA)の概要を説明します。
解析のテクニックセクションでは、次の概要を示します:
ここでは次の境界条件について説明します。
OptiStructでは、さまざまなデフォルト設定およびオプションに応じて出力が生成されます。また、ASCII(PCHなど)からバイナリファイル(H3Dなど)までさまざまな出力フォーマットで出力変数を使用可能です。
サードパーティーソフトウエアのための出力生成
サードパーティープログラム用にOptiStructから出力をどのように作成するか。
本セクションでは、以下の最適化タイプの概要を記します。
本セクションでは、以下のフィーチャーが含まれます。
指定されたパッケージスペース内の構造に対して、最適化された形状および材料分布を生成する、数学的技法。
トポロジー最適化およびフリー寸法最適化の応力応答
以下のアプローチは、トポロジー最適化とフリー寸法最適化の応力制約を処理するために使用できます。
トポロジー最適化を使用した設計の生成および評価
OptiStructを使用してコントロールアームの設計を生成する方法および、解析を使用してこの設計を評価する方法。
レベルセット法に基づくトポロジー最適化アルゴリズムの新たな改良版がOptiStruct 2021に実装されています。
複合材のトポロジーおよびフリー寸法最適化
複合材構造物については、トポロジー最適化はDTPLバルクデータエントリ、フリー寸法最適化はDSIZEバルクデータエントリでそれぞれ定義されます。
フェイルセーフトポロジー最適化
OptiStruct SPMDには、構造のトポロジー最適化のためにフェイルセーフトポロジー最適化(FSO)というMPIベースの並列化の別の方法が含まれています。
フリー寸法最適化は、HyperMeshのOptimization panelでサポートされているDSIZEバルクデータエントリで定義されます。
形状最適化が高度化されたもので、与えられた部品の設計領域を定義し、その領域内で形状変数ベースの材料補強パターンをOptiStructで生成します。
寸法(パラメータ)最適化
シェル厚み、ビームの断面特性、ばね剛性、質量などの構造要素の特性を変更し、最適化問題を解析します。
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。
Altair Engineering, Inc.によって開発された独自仕様の特性最適化テクニックを使用します。フリー形状最適化には、従来のタイプとフリー形状の頂点モーフィングの2つのタイプがあります。
マルチモデル最適化(MMO)は、単一の最適化実行で共通の設計変数により複数の構造を最適化するために使用できます。
コンセプトから最終的な詳細設計に至るまで、ソリッド構造とラティス構造のブレンドを作成する新しいソリューション。
信頼性ベースの設計最適化
信頼性ベースの設計最適化(RBDO)は、不確定要素を考慮した最適設計を提供するために使用可能な最適化手法です。
ワンステップ非定常熱応力解析
ワンステップ非定常熱応力解析(OSTTS: One Step Transient Thermal Stress analysis)は、非定常温度履歴から変位と応力の履歴を計算します。
積層複合材構造の設計のガイドおよび簡略化を目的とした統合的な最適化ソリューション。
等価静的荷重法(ESLM)
動的荷重のかかった設計の最適化に適したテクニックです。
勾配ベースの最適化手法
本セクションでは、下記の各項について説明しています:
グローバルサーチオプション
最適化問題を解く際に挙がる一般的な議論として、得られた最適化解は局所的なものか大域的なものか、ということがあります。
最適化実行の結果として、OptiStructでは、実行された最適化のタイプにより1つ以上の新しい設計ファイルが生成されます。
形状リカバリーツール - OSSmooth
構造最適化によって得られた結果を、設計プロセスおよびFEA再解析において使用するための形状情報に戻すことのできる半自動化された形状リカバリーソフトウェア。
OptiStructの実行時によく発生するエラーを特定し、解決するためのガイド。
エラーメッセージのデータベース
本セクションでは、数字の小さいほうからエラーメッセージをリストしています。
ワーニングメッセージのデータベース
本セクションでは、数字の小さいほうからワーニングメッセージをリストしています。
本マニュアルは、OptiStructで利用できる入力エントリ、出力エントリ、およびパラメータに関する詳細なリストと使用方法を提供しています。
OptiStruct例題集は、様々なソリューションシーケンスや最適化タイプについて解かれた例題を集めたもので、現実世界の応用とOptiStructの機能の例をユーザーに提供します。
本マニュアルでは、NAFEMSの問題を含めた検証モデルの解を紹介しています。
本セクションでは、OptiStructに関してよくある代表的な質問についてお答えしています。
本マニュアルは、OptiStructで利用できる機能やシミュレーション手法の詳細を提供しています。
本セクションでは、以下の最適化タイプの概要を記します。
指定されたパッケージスペース内の構造に対して、最適化された形状および材料分布を生成する、数学的技法。
トポロジー最適化を使用した設計の生成および評価
OptiStructを使用してコントロールアームの設計を生成する方法および、解析を使用してこの設計を評価する方法。
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トポロジー最適化を使用した設計の生成および評価
OptiStructを使用してコントロールアームの設計を生成する方法および、解析を使用してこの設計を評価する方法。
次の例で、OptiStructを使用してコントロールアームの設計を生成する方法および、解析を使用してこの設計を評価する方法を説明します。
コントロールアームのパッケージスペースが、有限要素メッシュで満たされます。
メッシュが部分的に非設計に指定され、これらの領域を構成する要素が非設計コンポーネントに配置されます。
濃い色の要素は、フレーム、ショック、スプリングシート、スタビライザーバー、スピンドルの取り付けポイントを表わします。モデルに対する荷重条件および制約条件の適用部分に非設計要素が配置されます。
図 1. FEMモデルの非設計空間および設計空間
有限要素モデルに荷重条件および制約条件が適用されます。
スピンドルとスタビライザーバーの取り付けポイントには、3つの荷重ケースが適用されます。
フレーム接続部およびショックポイントには、制約条件が適用されます。
トポロジー最適化のため、モデルおよびパラメータがOptiStructにサブミットされます。
材料密度が60%未満の要素はマスクされます。
図 2. 材料密度60%未満の要素を非表示としたコントロールアームの密度プロット
提案されたレイアウトをガイドとして使用したコントロールアームの有限要素モデルが生成されます。
図 3. OptiStructの結果に基づく、コントロールアームの有限要素モデル
トポロジー最適化で得られた荷重条件と境界条件を使用し、モデルの応力解析を実行します。
図 4. 制動荷重がかかっているコントロールアームモデルの応力コンター図
部品のパフォーマンスが評価されます。
引き続き寸法最適化と形状最適化が実行され、応力およびひずみの基準が満足される範囲で、質量を最小化します。
図 5. 形状が最適化された構造部材の最終設計
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