構造最適設計ソフトウェア
OPTISHAPE-TS

事例11 スポット溶接の最適配置の決定

■概要

トポロジー最適化機能を用いて、スポット溶接の配置候補から、限られたスポット数での最適な配置を求めます。

■解析モデル

シェル要素で作られたフレーム構造で、各板にスポット溶接での結合を意図してモデル化しております。
スポット溶接部分は、シェル要素間にソリッド要素を入れてモデル化し、ソリッド要素とシェル要素はRBE3要素で結合しています。

ここでの重要なポイントは、「ソリッド要素を間に入れている」ということです。

解析モデル詳細

■最適化条件

  • 目的関数 :7,8,9,14次モードの固有振動数 最大化
  • 制約条件 :スポット数30%減

モデル全体に対してトポロジー最適化を実行するのではなく、スポット溶接部分となるソリッド要素に対して最適化を行うことで、 スポット数を削減します。

■結果

最適化結果

スポット溶接部分のソリッド要素のうち、トポロジー密度が残っている部分はスポット溶接が必要な部分、残っていない部分に関してはスポット溶接で結合する必要がない部分と考えられます。
これにより最適な配置のスポット溶接部分が残り、数が減っていることがわかります。
また以下のように、左から7,8,9,14次モードそれぞれの固有振動数は、最適化前後で変化しない結果となりました。

固有振動数はそのままでスポット数を30%削減

■考察

スポット溶接部分のソリッド要素の有無に従ってスポット数を減らし、最適な配置を決定することができました。 また、固有振動数は最適化前後で変化しない結果となり、当初の性能を変えずにスポット数を30%削減することを実現しました。

このように、構造のレイアウトを求めるために多く利用されているトポロジー最適化機能ですが、アプローチを変えることで通常とは異なる顔を見せる機能となります。

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