チュートリアル：変形する締結の最適化

変形しない締結と変形する締結を使用して、最適化を実行して結果を比較します。

このレッスンでは、以下を行います。
  • 締結剛性を評価するためのHuth-Schwarmann公式について学習する
  • 変形しない締結を使用してトポロジー最適化を実行する
  • プロパティエディターで接続剛性を有効にする
  • 変形する締結を使用してトポロジー最適化を実行する


概要：変形する締結の最適化

Inspireでは、接続剛性プロパティを使用して変形する締結を作成できます。これによってグラウンドに固定された締結、グラウンドに固定されたジョイント、および円筒サポートの軸およびせん断剛性の近似が可能になります。一般的に、締結の柔軟性とジョイントの柔軟性は、荷重が構造にどのように印加されるか、荷重が構造の中をどのように伝達されるかに大きく影響します。

締結の剛性を評価するには多くの方法があります。 Inspire Huth-Schwarmann手法を実装していますが、別途計算した剛性を指定することもできます。

理論上の無限に剛となる結合は以下の図のようになり、荷重は、中心のリベットに0%、両端の各リベットにおいて50%ずつの値が与えられます。


結合が無限に柔となる場合、荷重はリベット間で等しく変換されます。


実際の締結においては、実際の荷重はこれら極限値の間を取ります。たとえば、中心のリベットにおいては30%、両端の各リベットにおいて35%となります。


航空機業界でよく見られるようなプレートへの接続やプレート間の接続では、Huth-Schwarmannメソッドを使用して締結剛性を近似するのが一般的です。この剛性は次の式を用いて計算します。


タイプ a b
ボルト締め金属 2/3 3.0
リベット締め金属 2/5 2.2
ボルト締めグラファイト/エポキシ 2/3 4.2
次のパラメータも適用されます。
設定：
d = 穴の直径
t = 板厚
材料：
E = ヤング率
ν = ポアソン比
インデックス：
1 = プレート1（二面せん断の中央リベット）
2 = プレート2（二面せん断の外側リベット）
f = 締結

Huth-Schwarmann剛性を使用する代わりに、ユーザー定義の剛性値も適用もできます。プレートによる近似を使用してパートを定義できない場合は、ユーザー定義の剛性値を適用することが普通です。一例としては、トランスミッションハウジングに取り付けた鋳造アルミニウム自動車用マウントが挙げられます。システム全体ではなくマウントのみをモデル化するのであれば、接続剛性を近似して使用することで結果を改善することができます。

接続剛性を調べる

  1. F7キーを押してデモブラウザを開きます。
  2. rigid.stmodファイルをダブルクリックしてモデリングウィンドウにロードします。
    これはアクチュエータブラケットの有効な設計領域のサーフェスモデルです。すべてのパートには2 mmの厚さが割り当てられ、設計領域には対称面があり、荷重が適用され、パートはグラウンドされたボルトを使用して拘束されています。


  3. 単位系セレクターの表示単位がMPA（mm t N s）に設定されていることを確認します。
  4. F3を押してプロパティエディターを開きます。
  5. グラウンドに固定されたボルトの1つを選択し、プロパティエディターの接続剛性フィールドを調べます。
    タイプはデフォルト（変形しない）に設定されますが、Huth-Schwarmannとユーザー定義も使用できます。


変形しない締結を使用して最適化を実行する

  1. 構造リボンの最適化アイコンにある最適化実行 をクリックします。


  2. 最適化の実行ウィンドウのオプションを以下に示すように設定します。


  3. 実行タイプにトポロジーを選択します。
  4. 目標に剛性の最大化を選択します。
  5. 30%の目標質量を設定します。
  6. 最小板厚制約を3 mmと入力します。
  7. 実行をクリックして最適化を実行します。
  8. 実行が終了したら、実行名をダブルクリックして結果を表示します。
  9. 形状比較で、結果を調べます。
    荷重ボスから最も遠いボルトに結合する材料が最小であることに注意してください。これは、負荷に最も近いボルトはしっかりとグラウンドに固定されているため、最も遠いボルトに伝達される荷重が制限されるためです。


生成した形状を解析する

  1. 形状比較で解析ボタンをクリックします。
  2. 実行が終了したら、実行名をダブルクリックして結果を表示します。


  3. 解析結果を調べると、リモートボルトへの細いリンクは荷重が比較的に軽いことがわかります。
  4. ダブル右クリックで解析エクスプローラを抜けます。

接続剛性を変更する

  1. デモブラウザからrigid_run.stmodファイルを開くか、現在のモデルを前の手順から続行します。
  2. Ctrlキーを押しながら、モデリングウィンドウまたはモデルブラウザでグラウンドに固定された4つのボルトを選択します。


  3. プロパティエディターで、接続剛性タイプをHuth-Schwarmannに変更します。
    パートプロパティに基づいてせん断剛性が計算されます。


変形する締結を使用して最適化を再実行する

  1. 構造リボンの最適化アイコンにある最適化実行 をクリックします。


  2. 以前に使用したものと同じ設定で最適化を再実行し、結果を読み込みます。
  3. リモートボルトに現在伝達されている荷重が増えるため、それに接続している材料も追加されていることに注意してください。


  4. 形状比較の解析ボタンをクリックし、実行が完了したら、結果を読み込みます。
    Huth-Schwarmannがアクティブ状態である場合は、接続における荷重を考慮して新しい材料パスが追加されています。


注: 最適化モデルや解析モデルで使用される接続剛性は、得られる結果に大きな影響を及ぼす可能性があります。変形する締結についてHuth-Schwarmannメソッドまたはユーザー定義の剛性を使用することは、Inspireからの結果を改善する効果的な方法です。ただし、剛性値の適正な評価は慎重に行うことをお勧めします。