構造最適設計ソフトウェア
OPTISHAPE-TS

事例6 ANSYSインターフェイスを利用したチェーンの形状最適化

■概要

OPTISHAPE-TSでは入力モデルファイルとして、Nastran BDF ファイルを使用しています。
そのため、ANSYSで作成された既存の有限要素モデルがあったとしても、データフォーマットが違うため、改めてCADや汎用プリポストからメッシュを作成し、境界条件を加えなければなりませんでしたが、これは非常に大きな手間となっていました。

そこで、OPTISHAPE-TS2010より「ANSYSインターフェイス」を搭載し、Nastran BDF ファイルへのファイル変換という形でANSYS CDB ファイルをサポートしました。 また、ANSYSの結果ファイルであるANSYS RST ファイルを直接出力する機能も追加しました。

今回は、ANSYSで作成されたモデルを「ANSYSインターフェイス」で変換し、OPTISHAPE-TSで最適化を行った事例をご紹介します。

ANSYSインターフェイス

ANSYSインターフェイス-解析の流れ ANSYSインターフェイスは、ANSYS CDBファイルをNastran BDFファイルに変換し、OPTISHAPE-TSで最適化を実行するためのツールです。

ANSYSインターフェイスで扱うことのできるファイルは、ANSYSから出力されたCDBファイルです。

ANSYSインターフェイス画面

* このインターフェイスはサイバネットシステム株式会社様のご協力を得て開発したものです。


■解析モデル

自転車のチェーン

初期モデル

  • 要素: 四面体二次要素
  • 要素数: 8,287
  • 節点数: 32,392

荷重条件・拘束条件

荷重条件・拘束条件

接触解析

◎OPTISHAPE-TSによる接触解析結果

接触解析モデル 接触解析-結果

■最適化条件

設計領域 自転車チェーンのプレート部分の軽量化。

  • 目的関数 :体積最小化(=軽量化)
  • 制約条件 :剛性の維持
  • 設計領域 :プレート(右図⇒青)
    非設計領域:ピン・ローラー(右図⇒黄)
  • 製造要件に関わる制約:
       型抜き(Y方向/Z方向),形状拘束

製造要件

◎形状拘束
プレートの内側(下右図:赤い部分)が、Z方向に変化しないように設定。

形状拘束1   形状拘束2

■結果

製造要件に関する制約を満たし、軽量化された形状が得られました。

!約15%の軽量化を達成!

結果形状

  • 解析時間 : 2時間8分
  • CPU : Core2Duo E6600 2.40GHz
  • メモリー使用量 : 192MB

形状の比較

◎青:初期形状  赤:最適化後形状

結果形状比較
結果形状比較

■考察

今回はANSYSから出力したモデルで、自転車チェーンのプレート部分を約15%軽量化することができました。 また、その結果はよく知られたチェーンとは異なる形状となりました。

これは、与えられた条件の下でプレート全体がまんべんなく応力を受け持つような形状に変化していったためであり、例題の結果としては妥当な結果だと言えます。 しかし、実際の設計で必要となる条件をさらに考慮して最適化を行った場合には、このような結果になるとは限りません。

このようにOPTISHAPE-TSでは、「ANSYSインターフェイス」を利用することにより、ANSYS CDB ファイルからOPTISHAPE-TSによる 『ノンパラメトリック形状最適化』および『位相最適化』を利用することができます。

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