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〜離散変数の大域最適化〜磁気ディスクヘッド支持アーム形状最適化事例

解析概要

内容・目的

磁気ディスク装置(Hard Disk Drive: HDD)は、超高密度に情報を記録・保持・再生していますが、誤りなく動作を可能にしている構成要素の一つに磁気ヘッドがあります。この磁気ヘッドは、運動開始時にはF1レーサーのスタート以上の加速、目標位置停止時には、ジェット機の着陸以上の減速が求められる状態で、高速で回転する円盤状のディスク媒体に対して、書き込み読み出しを行っています。高速で動作するディスクヘッドの位置決めをするためには、ヘッド先端部分の振動を抑えることが求められます。対策として例えば、支持アームを丈夫にすることで、振動を抑える方法もありますが、重くなり高速アクセスが困難になります。この事例では、振動を抑えるためにヘッド先端が振動の節となるようにすることで、見かけ上ディスク半径方向に振動しないような支持アームの形状変更を最適化することを実施しています。

解析対象モデル

磁気ヘッドを含む支持アームの実固有値解析モデル


最適化モデル

目的関数 ヘッド先端ディスク半径方向変位の最小化
制約条件 固有振動数
設計変数 材料タイプ(離散変数)、板厚(離散変数)、構造変更部形状寸法(連続変数)、孔の半径、孔の幅

解析結果

基本モデルに対し形状変更することで、ヘッド先端ディスク半径方向の変位を抑えることが可能

解析の流れ

実験計画(DOE: Design Of Experiment)によるサンプリング

対象モデルに対して、少ない計算で多くの情報を得るための手法

サンプリングによる計算結果の事例での検討:● ヘッド先端変位と固有振動数はトレードオフの関係にあり、ヘッド先端変位を小さくすれば、固有振動数は低くなる

応答曲面モデル
(RSM: Response Surface Model)
による問題分析

応答曲面モデルによる事例での検討:
● 応答に対して影響度の大きい設計変数:形状孔の半径
● 各設計変数は応答に対してどの様な寄与:形状孔の半径は負の寄与
● 局所解が存在


最適化

定義される流れに従って最適化の計算を遂行します。実際の最適化問題で得られる最適値は、設定した制約条件近傍になる可能性が高くなります。

事例での最適化手順:
● 近似モデル上での大域最適化を実施
● 求まった最適解を初期値としてANSYSによる最適化を実施


形状変更により振動特性をコントロールすることができます。
離散値を含む設計変数に対しても、最適解を求めることができます。
近似モデルにより、設計変数の影響や最適解の存在を検討することができます。

必要プロダクト

汎用型最適設計支援ツール Optimus

マルチフィジックス解析ツール ANSYS

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