構造最適設計ソフトウェア
OPTISHAPE-TS

機能:位相最適化

位相最適化 型抜き位相最適化 レベルセット法形状最適化

位相最適化

与えられた設計領域内で最適なレイアウトを求めます。
製品開発の初期段階や大幅な設計変更を行う際に、大まかな設計案を得ることに有効な機能です。

位相最適化の流れ

協力:(株)イクシスリサーチ様/ 丸紅情報システムズ(株)様

● 目的/制約関数 ●

  • 体積/質量(全体/設計領域)
  • 静剛性(コンプライアンス)
  • 変位
  • 固有振動数

● 解析例 ●

ボンネットの補強レイアウト
ボンネット補強 位相最適化 剛性に影響度が高い部分に部材を残し効率よく剛性の高い形状を求める事が出来ます。

  • 目的:剛性最大化
  • 制約:体積 40%

シートフレームの軽量化
シートフレームの軽量化 複数の剛性を維持した状態で軽量化する為の穴位置を求める事が出来ます。

  • 目的:質量最小化
  • 制約:剛性維持制約

● 位相変動制限 ●

位相最適化の過程で、指定された方向に対して位相の変化に制限をかける機能です。
製品開発の初期段階から製造要件を考慮にいれた設計が求められる際に、有効な機能です。

方向の指定は、座標系指定と梁要素による指定の二つが用意され、直線および曲線での指定ができ、 様々な製造要件等を想定した機能を揃えています。

  • 等断面
  • 左右対称
  • 左右対称等断面
  • 1/4対称
  • 1/4対称等断面
  • 円筒断面
  • 軸対称
  • ユーザー指定
等断面:軸指定および曲線指定,左右対称,1/4対称

((ご参考に))
事例3 製造要件を考慮した位相最適化

型抜き位相最適化

内部に空洞がなく、かつ型抜き可能な最適構造が得られます。
通常の位相最適化で等断面機能を使用した際に比べ、形状の制約が緩く、高さ方向にも形が変化するため、製造可能で、より自由度の高い設計案が得られるようになりました。

型抜き位相最適化

※ 型抜き位相最適化は、位相最適化をアレンジした最適化手法です。

● 解析例 ●

アーム部品:境界条件 アーム部品の軽量化
剛性に影響度が高い部分に部材を残し効率よく剛性の高い形状を求める事が出来ます。

  • 目的:剛性最大化
  • 制約:体積 50%

位相最適化の等断面機能は、指定された方向に等しい断面を維持させるため、型で押し出したような結果となるのに対し、 型抜き位相最適化では、従来の等断面機能より形状の制約が緩く、高さ方向にも形が変化します。 よって、貫通穴やリブだけでなく、最適な曲面形成も得られます(ボルト穴付近)。

最適化結果 最適化結果

レベルセット法形状最適化

従来の「位相最適化」と「ノンパラメトリック形状最適化」の中間的な位置付けの構造最適化手法です。 「位相最適化」のように中空構造を含む複雑な構造になりにくく、しかも、固定メッシュなので「ノンパラメトリック形状最適化」のようなメッシュの潰れを気にする必要がありません。

また、複数の穴が結合して一つの穴になる等、ある程度の位相形態の変化も可能なので、従来の形状最適化よりも抜本的な位相形態の検討も行うことができます。

レベルセット法形状最適化の流れ

● 目的/制約関数 ●

  • 体積/質量(全体/設計領域)
  • 静剛性(コンプライアンス)
  • 固有振動数

● 解析例 ●

片持ち梁の最適化 片持ち梁の最適化

  • 目的:剛性最大化
  • 制約:体積 40%