OS-SL-T：1060 フリー形状最適化解析、ブラケット

チュートリアルレベル：上級このチュートリアルでは、ブラケットモデルの線形静解析を行う方法、およびフリー形状最適化解析を使用して、ブラケットのリブ形状を最適化する方法について説明します。

開始する前に、このチュートリアルで使用するファイルを作業ディレクトリにコピーします。
以下の演習が含まれます：
  • モデルの線形静解析の実行
  • モデルのフリー形状最適化解析の実行
  • 結果の確認

SimLabの起動

SimLabを起動します。

モデルの読み込み

  1. menu barでFile > Import > Databaseをクリックします。
    Import Fileダイアログが開きます。
  2. BaseModel.zipファイルから自身の作業ディレクトリに保存したBaseModel.gdaファイルを選択します。
  3. Openをクリックします。
    BaseModel.gdaファイルには、形状データのみが含まれます。
    BaseModel.gdaファイルが現在のSimLabデータベースに読み込まれます。

線形静解析の設定

続くステップではモデルに線形静解析の設定を行います。

圧力荷重がSleeveボディのフェイスに適用され、拘束がBracketボディのフェイスに適用されます。スリーブとブラケット本体の間にTIE接触を定義します。モデルのセットアップを解析し、結果から最大フォンミーゼス応力値を確認します。

ソリューションの定義

  1. SolutionsリボンのPhysicsグループから、Structrualツールをクリックします。
    Create Solutionダイアログが開きます。
  2. Create Solutionダイアログで、以下を入力し、OKをクリックします。
    1. NameにBracketAnalysisと入力します。
    2. Solver typeにOptiStructを選択します。
    3. Solution typeにLinear Staticを選択します。
    4. Select bodiesに、モデルのすべてのボディを選択します。
    図 1. 解析の作成


ボディへのプロパティの割り当て

このステップでは、各ボディにSteel材料を持つプロパティを割り当てます。

SimLabにはデフォルトの材料が定義されているため、材料を定義する必要はありません。

  1. AnalysisリボンのPropertyグループから、Propertyツールをクリックします。
    Analysis Propertyダイアログが開きます。
  2. modeling windowから、Sleeveボディを選択します。
    図 2. Sleeveボディの選択


  3. Analysis Propertyダイアログで、以下を入力し、Applyをクリックします。
    1. NameにSleeveと入力します。
    2. EntityにSolidを選択します。
    3. Typeに、Solidを選択します。
    4. BehaviorにIsotropicを選択します。
    5. MaterialにSteelを選択します。
    図 3. Sleeveボディに定義されるプロパティ


  4. modeling windowで、Bracketボディを選択します。
    図 4. Bracketボディの選択


  5. Analysis Propertyダイアログで、以下を入力し、OKをクリックします。
    1. NameにBracketと入力します。
    2. EntityにSolidを選択します。
    3. Typeに、Solidを選択します。
    4. BehaviorにIsotropicを選択します。
    5. MaterialにSteelを選択します。
    図 5. Bracketボディに定義されるプロパティ


各ボディのプロパティが、Model BrowserのPropertyタブに作成されます。

スリーブフェイスにかかる圧力荷重

  1. AnalysisリボンのLoads and Constraintsグループから、Loadsツールをクリックします。
  2. 2次ツールセットからPressureツールをクリックします。
    Pressureダイアログが開きます。
  3. Pressureダイアログで、NameにPressureと入力します。
  4. Pressureに40と入力します。
  5. modeling windowから、Sleeveフェイスを選択します。
    図 6. Sleeveフェイスの選択


  6. Pressureダイアログで、をクリックします。
    図 7. 圧力荷重の入力


ボルト穴上の固定された拘束

このステップでは、ブラケットボディのボルト穴上に固定された拘束を作成します。

  1. AnalysisリボンのLoads and Constraintsグループから、Contraintsツールをクリックします。
  2. 2次ツールセットからFixedツールをクリックします。
    Fixed Constraintダイアログが開きます。
  3. Fixed Constraintダイアログで、NameにConstraintsと入力します。
  4. Displacementの下のX、Y、およびZチェックボックスを有効にします。
    図 8. 固定された拘束の作成


  5. modeling windowで、ブラケットボディのボルト穴フェイスを選択します。
    図 9. ボルト穴の選択


  6. Fixed Constraintダイアログで、OKをクリックします。

側面フェイスでの対称性制約条件

ブラケットは対称的であるため、モデルの端面に、対称性を表すように、固定された拘束が定義されます。

  1. AnalysisリボンのLoads and Constraintsグループから、Contraintsツールをクリックします。
  2. 2次ツールセットからFixedツールをクリックします。
    Fixed Constraintダイアログが開きます。
  3. Fixed Constraintダイアログで、NameにSymmetry_Constraintsと入力します。
  4. Displacementの下のXチェックボックスを有効にします。
    図 10. 固定された拘束の作成


  5. modeling windowで、モデルの側面フェイス群を選択します。
    図 11. 側面フェイスの選択


  6. Fixed Constraintダイアログで、OKをクリックします。

スリーブとブラケットボディ間の接触

  1. AnalysisリボンのLoads and Constraintsグループから、Define Auto Contactサテライトツールをクリックします。
    Define Auto Contactダイアログが開きます。
  2. Define Auto Contactダイアログで、Nameにbracket_Sleeveと入力します。
  3. modeling windowで、Main bodyにBracketボディを選択します。
    図 12. 接触の作成のためのメインフェイス入力


  4. modeling windowで、Secondary bodyにSleeveボディを選択します。
    図 13. 接触の作成のためのセカンダリフェイス入力


  5. Define Contactダイアログで、以下のようにパラメータを定義し、OKをクリックします。
    1. TrimにSecondary and Mainを選択します。
    2. Toleranceに0.1と入力します。
    3. Face typeにCylindricalを選択します。
    4. Contact TypeにTIEを選択します。
    図 14. スリーブとブラケットボディ間のTIE接触の定義


解析の実行

modeling windowのSolutionsタブでResultsを右クリックし、context menuからUpdateを選択します。
解析の実行が始まります。
結果はmodeling windowに自動的に読み込まれます。
図 15. フォンミーゼス応力の例


フリー形状最適化の実行

次のステップでは、フリー形状最適化手法を用いて、フォンミーゼス応力の制約を超えない範囲での変位の最大化を目的としたリブの形状を最適化を実行します。

最適化の定義

  1. SolutionsリボンのAdvancedグループから、Optimizationツールをクリックします。
    Define Optimizationダイアログが開きます。
  2. Define Optimizationダイアログで、NameにOptimize_Bracketと入力します。
  3. MethodにFree shapeを選択し、OKをクリックします。
    図 16. フリー形状の最適化ソリューションの定義


フリー形状の最適化ソリューションが定義されます。

設計空間の作成

  1. AnalysisリボンのOptimizationグループから、Design Spaceツールをクリックします。
    FreeShape Design Spaceダイアログが開きます。
  2. FreeShape Design Spaceダイアログで、NameにDesign_Spaceと入力します。
  3. Bodies/Faces/Nodesに、modeling window内のRibのフェイスを選択し、Applyをクリックします。
    図 17. 最適化のための設計空間の定義


設計空間制約条件の作成

設計空間が定義されたら、制約条件を定義する必要があります。
  1. FreeShape Design Spaceダイアログで、Constraintsタブをクリックします。
  2. NameにDesign_Space_Constraintsと入力します。
  3. Pattern ConstraintのBilateral Symmetryチェックボックスを有効にします。
  4. Pattern Constraintで軸を定義します。
    1. Define Directionをクリックします。
      Define Axisダイアログが開きます。
    2. Define Axisダイアログで、2 Nodesチェックボックスが有効であることを確認します。
      図 18. 設計空間のパターン制約条件の定義


    3. modeling windowで、リブフェイスの2つの節点を選択します。
      図 19. パターン制約条件の方向の定義


    4. OK.をクリックします。
  5. FreeShape Design Spaceダイアログで、Grid Constraintの下のをクリックします。
  6. フェイスについては、modeling windowでリブフェイスを選択します。
    図 20. リブフェイスの選択


  7. Define Vectorをクリックします。
    Define Vectorダイアログが開きます。
  8. Define Vectorダイアログで、DirectionにElement normalを選択します。
  9. modeling windowで、リブフェイスの任意の要素を選択し、OKをクリックします。
  10. ブラケットのサポートフェイスに対するグリッドの制約条件を作成します。
    1. FreeShape Design Spaceダイアログで、Grid Constraintの下のをクリックします。
    2. フェイスについては、modeling windowでサポートフェイスを選択します。
      図 21. サポートフェイスの選択


    3. Typeに、Fixedを選択します。
      図 22. ブラケットボディのサポートフェイスに対するグリッド制約条件の定義


    4. OKをクリックします。

応答の作成

このステップでは、変位と応力応答を定義します。

応力応答の制約条件も定義します。

  1. modeling windowSolutionsタブでOptimizationソリューションを右クリックし、context menuからSet Currentを選択します。
  2. AnalysisリボンのOptimizationグループから、Responseツールをクリックします。
    Responseダイアログが開きます。
  3. 変位応答を定義します。
    1. Responseダイアログで、NameにDisp_Respと入力します。
    2. ClassificationにAllを選択します。
    3. Response typeにStatic displacementを選択します。
      図 23. 変位応答の定義


    4. modeling windowで、Bracketボディのコーナー節点を選択します。
      図 24. コーナー節点の選択


    5. Responseダイアログで、Applyをクリックします。
  4. 応力応答を定義します。
    1. Responseダイアログで、NameにStress_Respと入力します。
    2. Response typeにStatic stress homogeneous materialを選択します。
    3. modeling windowで、Bracketボディを選択します。
      図 25. Bracketボディの選択


    4. Response ComponentにVon Misesを選択します。
      図 26. 応力応答の定義


    5. <uicontrol>Apply</uicontrol>をクリックします。
  5. 応力応答の制約条件を設定します。
    1. Responseダイアログで、Constraintタブをクリックします。
    2. NameにStress_Resp_Constraintと入力します。
    3. ResponseにStress_Respを選択します。
    4. Upper boundチェックボックスを有効にして、200と入力します。
    5. OKをクリックします。
    図 27. 応力応答の制約条件の定義


応答と応答の制約条件が定義されます。

目的の定義

この最適化の目的は変位の最大化です。

  1. AnalysisリボンのOptimizationグループから、Objectiveツールをクリックします。
    Optimization Objectiveダイアログが開きます。
  2. Optimization Objectiveダイアログで、typeにMaximizeを選択します。
  3. ResponseにDisp_Respを選択し、OKをクリックします。
    図 28. 目的の定義


解析と結果の確認

解析の実行

Model BrowserのSolutionsタブで、Optimize_Bracketソリューションの下のResultsを右クリックし、context menuからUpdateを選択します。
解析の実行が始まります。解析後、結果はデータベースに自動的に読み戻されます。

結果の解釈

最適化されたリブの形状を表示します。
  1. Animationツールバーで、Deformation Settingsアイコンをクリックし、Auto scaleに1と入力します。
  2. DeformationにXYZを選択します。
図 29. リブの元の形状と最適化された形状の違い