ジオメトリアダプティブとソリューションアダプティブ

SimSolidでは、ジオメトリアダプティブとソリューションアダプティブの使用が可能で、これらの調整を微調整するためのさまざまな設定が用意されています。アダプティブ計算を制御する機能はすべてSolution Settingsウィンドウにあります。オプションには、GlobalとGlobal + Local 目標のほか、特定の解の精度を達成するためのさまざまなコントロールを備えたCustom目標があります。以下の情報では、各目標がどのように機能するかを説明し、SimSolidで忠実度の高い解を得るためにどのオプションを選択すべきかのガイダンスを提供します。

これらのオプションは、SimSolidでサポートされているすべての解析で使用でき、個々のサブケースごとに変更や制御ができます。

ジオメトリアダプティブ

Adapt to Thin Solids

Adapt to Thin Solidは、ジオメトリの適応をコントロールするための重要なオプションの1つです。薄肉の構造物や曲率が変化するパートのアセンブリでは、この機能を使用することを強くお勧めします。局所的な曲率を持つ領域を特定し、追加の自由度を導入することでこれらのジオメトリの変化に適応します。これにより、解法の段階でジオメトリ変化を正確に捉えることができます。

波状シートの例を以下の図に示します。Adapt to Thin Solidsを有効にすると、曲率に沿って自由度が追加されます。Adapt to Thin Solidsを適用した場合の自由度の位置が赤い点で示されています。この機能を使用しない場合、通常、赤い点の数が少なくなり、解像度が低下し、構造が硬くなります。

Adapt to Thin Solid機能は、薄肉構造または曲率が変化するモデルを含む応力および剛性解析に推奨されます。また、曲面を持つ機械加工部品や鋳造部品などのより大規模なコンポーネントにも有効です。剛性の変化はそれほど大きくないかもしれませんが、高い忠実度の結果を得るためにはAdapt to Thin Solidsを有効にすることが不可欠です。この機能によって自由度が増し、その後の解析段階でより正確で信頼性の高い結果を得ることができます。Adapt to Thin Solidsは、GlobalとGlobal+local の両方の目標で使用されます。

次の2つの図は、Adapt to Thin Solidを有効にした場合のモデルの剛性への影響を示しています。いずれの数値も、波状シートのfree-free解析に基づくものです。最初の図は、Adapt to Thin Solidsを使用しないモデルを示しており、2番目の図は、この機能を有効にしたモデルを示しています。

1つ目のモデルは著しく高い剛性を示し、より高い周波数を予測しますが、2つ目のモデルはより低い周波数を示し、局所的なモードをよりよく捉えます。明確に定義された有限要素（FE）解析と比較すると、Adapt to Thin Solidsを使用した結果と非常に近い一致が見られます。

Groups

グループもまた、ジオメトリアダプティブにおいて重要な役割を果たしています。グループのスケールは、従来の有限要素（FE）解析でグローバルメッシュパラメータを定義するのと同様に、ジオメトリ分解の初期のリファインレベルに影響します。例えば、1つのパートがボリュームの80%を占めている場合、そのパートがアセンブリの初期精密化レベルを決定し、他の小さなパートの精密化が不十分になる可能性があります。

従来の有限要素（FE）解析では、重要な小さな領域ではメッシュ密度を上げるのが一般的でした。同様に、SimSolidでは、小規模なパートに対して適切な高精度化を行うために、ローカルグループを作成することが重要です。このアプローチにより、各コンポーネントに必要なレベルの詳細情報が提供され、解析の精度と信頼性が向上します。

また、個々のグループ、パートセット、またはアセンブリ全体に適用できる絞り込み設定を変更することで、初期の絞り込みレベルを調整することもできます。

下図はシンプルなファンのハブモデルで、外側のケーシングがボリュームの大部分を占めています。これを実現するには、小さなコンポーネントのローカルグループを作成し、十分な詳細化と精密化が行われるようにします。

Review Parts Assemblyツールは、アセンブリ内のすべてのパートとその相対的なボリュームの包括的なリストを提供します。パートをボリュームでソートしてローカルグループを整理したり、適切なリファインレベルを設定できます。ローカルグループを作成する際は、1つのグループ内に異なるサイズのパートが混在しないよう、同じようなサイズのパートがグループ化されるようにしてください。

SimSolidのGlobal + Local目標は、異なるサイズのパートに対してローカルグループの作成を自動化し、適切なジオメトリとソリューションのアダプティブ設定を適用します。この自動化により、特に大規模なアセンブリを扱う場合、手作業によるグループ作成の必要性を最小限に抑え、プロセスを簡素化できます。

ソリューションアダプティブ

従来の有限要素解析(FE)では、モデルをメッシングし、解析を実行した時点で終了するのが一般的でした。一方で、SimSolidはソリューションアダプティブと呼ばれる高度な機能が組み込まれています。

Adaptive Passes

マルチパス適応解析ソルバーとして、SimSolidは、まず初期形状の適応による解析を行います。そして、その結果にエラーがないかどうかを調べ、自由度を増やすことによって、アセンブリの特定の部分や、穴、拘束、接続などの個々のフィーチャを改良し、的を絞った調整を行います。ソルバーは、ソリューションの設定で指定された一連のパスを通して進行します。この反復的なアプローチは精度を高め、重要な部分に詳細な注意が払われるようにします。

Global目標では、SimSolidは、3つのパスで実行され、Global + Local目標では4つのパスで実行されます。一般的には、6パスを超えないようにすることをお勧めします。パスの回数を増やすと、関数の複雑さや順序がエスカレートする可能性があり、必ずしも必要とは限りません。

Error Criteria

解析を実行する際、SimSolidは一連のパスを実行し、各段階で様々なエラータイプを評価します。

Global Energy Measureは、アセンブリ内のひずみエネルギーの高い領域を特定し、その領域に局所的に適応して精度を向上させます。
Displacement Errorは、制約や接続点などの境界領域に焦点を当てます。例えば、片持ち梁の解析では、SimSolidは支持領域に自由度を導入することから始め、各パスの最後に誤差を評価します。境界条件が完全に満たされない場合、自由度が追加されます。このプロセスは、境界条件が満たされるまで、指定されたパスの数を通して継続されます。同様の方法が結合にも適用されます。
図 6.

単独のライン結合の使用、または独立したポイントの結合は、特にパス数が多くなると不安定になる可能性があるため避けてください。独立ポイントはモデルに不連続性を生じさせ、パスごとに増加する傾向のある局所的な応力集中を引き起こします。その結果、応力予測が不正確になり、収束に問題が生じる可能性があります。より安定した信頼性の高い結果を得るには、連続結合を使用してください。
図 7. 離散的な結合（左）と適切なコネクション（右）
Traction Errorの管理は、Adapt to Featuresオプションを有効にすることで容易になります。Global + Local目標は、精度を高めるためにこの機能を利用します。特定のパート、パートのグループ、またはアセンブリ全体を対象としてけん引のアダプティブを有効にすることができます。詳細な応力データについては、常にAdapt to Featuresを有効にしてください。SimSolidは、応力勾配が大きい領域を特定し、自由度を増やすことで局所的な適応を行います。デフォルトでは、SimSolidはすでに穴などのフィーチャーに適応しています。Adapt to Featuresを有効にすると、ソルバーはフィレットやトーラス面のような複雑なフィーチャーを含むアセンブリ全体のけん引誤差にも対応し、これらの領域が適切なリファインメントと調整を受けるようにします。
図 8.

一番上の図は、"Adapt to Features "をオフにした場合の結果です。デフォルトでは、SimSolidは穴の周囲に局所的に適応し、これらの領域での応力集中を効果的に予測します。しかし、矩形スロットのような形状では、鋭角なコーナーによる特異点ゾーンのような応力を正確に把握できない可能性があります。その結果、応力予測は、より精緻な有限要素（FE）セットアップで得られたものとは異なる可能性があります。
Adapt to Featuresを有効にすると、応力パターンが大幅に改善されます。アダプティブプロセスは、矩形スロット周辺の応力集中をより的確に捉え、全体的な応力分布を改善します。
けん引誤差は、アセンブリで認識される最大応力に基づいて決定されます。SimSolidは、応力レベルがこの最大応力の一定割合内にある領域でけん引誤差を特定し、これらの領域で局所的に適応します。鋭角なコーナー、不連続な接続、および点に適用される境界条件は、しばしば特異点の原因となり、応力集中が誇張された領域につながる可能性があります。これらの領域は、ソルバーがより強力なアダプティブ計算を行う原因となり、結果を歪める可能性があります。したがって、このような問題のある構成は避けることをお勧めします。
十分に定義された問題については、Adapt to Features を使用することで、忠実度の高い応力予測が可能になります。

例

以下は、不適切な設定がソルバーのパフォーマンスをどのように乱すかを示すいくつかの例です：

Sharp Corners and Geometric Singularities: 次の例は、鋭角のコーナーが応力分布にどのような影響を与えるかを示しています。
- Model with sharp corners: この図は、鋭角なコーナーを持つモデルを表示しています。このような鋭角なフィーチャーがあると、局所的な応力集中が生じ、応力予測が不正確になる可能性があります。
  図 9.
- Model without sharp corners: この図は、鋭角なコーナーを滑らかにしたり、フィレットに置き換えたりした同じモデルです。この場合の応力分布はより均一で、より現実的なパターンを反映しています。
  図 10.
  
  この比較は、モデルにおける鋭角なフィーチャーに対処することの重要性を強調しています。これらのフィーチャのスムージングや平滑化により、より正確な応力分布が得られ、解析の全体的な信頼性が向上します。
Discrete connections: 次の例は、不連続な接続が応力分布にどのような影響を与えるかを示しています。
- Model with discrete connections: この図は、垂直プレートと水平角パイプの不連続な接続を示しています。このような不連続な接続は局所的な応力集中を引き起こし、不正確な応力予測につながる可能性があります。
  図 11.
- Model with well-defined connections: この図は、接合部の解像度を上げると特異領域が緩和され、より正確で均等な応力分布が得られることを示しています。
  図 12.
Bolt contact connections with pretension: 次の例は、不適切な接触状態の影響を示しています。
- Model with bonded contact at the shank: これは、軸部分の接合部で接着されたボルトを示しています。ここで、不適切な接合条件は、ボルト部周辺の過剰な適応を引き起こし、高い応力集中をもたらします。
  図 13.
- Model with sliding contact at the shank: これは、スライド接触が適切に定義されたボルトを示しています。この場合、応力分布はより均一で、より正確な応力パターンを反映しています。
  図 14.
この例は、適切な接触条件を使用することの重要性を強調しています。接触タイプを正しく定義することは、プリテンションを解決し、正確な応力分布を実現し、誤解を招く結果を避けるために極めて重要です。

全体的なガイドライン

Adapt to Features: このオプションを使用すると、穴やフィレットなどの小さいフィーチャや複雑なフィーチャの周りの自由度を選択的に増加させ、応力解析の精度を向上させることができます。
Adapt to Thin Solids: この設定を適用すると、薄くて湾曲したパートの周囲の自由度を増やし、これらの重要な領域でより正確な結果が得られます。
Use Local Groups ：
- High-Fidelity Stresses: アセンブリ内の特定の位置における詳細な応力解析が必要です。
- Scale Differences: アセンブリの各パートのスケールには大きな違いがあります。
- Mixed Materials: アセンブリには硬い材料と柔らかい材料が組み合わされており、相互作用を正確に捉えるためには局所的な詳細化が必要です。