A:構造解析

A-019 解析の定型作業自動化による工数削減

ブレーキ部品に使用されるシール部材の設計の事例です。シール部材の設計では部材の使われ方に応じた最適な形状を探すために膨大な数の定型化された解析を行っており、多くの解析工数が必要でした。そこで、Optimusを活用して一連の定型作業を自動化すると共に最適化計算を行うことで、効率的に最適な形状の探索が可能になりました。

CATIA V5
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AG-018 小型軸流ファンの最適設計(続編)

小型軸流ファンの流体および構造解析を考慮した最適化事例で、事例番号「G-005」の続編となります。具体的にはSCRYU/Tetraによる流体解析の結果データを、別のシミュレーションツールの構造解析で境界条件に利用し、流体/構造解析を考慮した最適化をご紹介します。

SCRYU/Tetra
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A-017 直動ガイドの数値シミュレーション

ANSYS、Optimus連携による高精度化、自動化、最適化を行った事例です。
直動ガイドは産業機械の精度や寿命を左右する基幹部品であり、製品単体の解析値は選定時の重要な目安となります。従来理論では予測精度の限界がある為、従来理論にANSYSによるFEMを連成させ高精度化を図りました。さらに実用環境を整備すべくOptimusによる自動化を行いました。その概要と新理論を用いた運動精度の最適化についてご紹介します。

ANSYS
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A-016 航空機胴体の重量最小化

航空機胴体部の重量を最小化した事例です。
現行の機種において最大応力の新基準を満足させる為に、パラメーターは胴体本体と床部、サブ床部の板厚とロッド半径とし、最大応力の新基準を満足しつつ、重量を0.01%(部分モデルで約1kg)低減しました。

CATIA V5
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A-015 航空機の着陸装置の最適化

着陸装置の回転時、ブレーキ時におけるシリンダー部の形状を最適化した事例です。 目的関数は最大応力の目標最適化を、制約条件には質量を設定し、シリンダー内部の変位や圧力に着目しました。質量の増加を抑えつつ、最大応力の目標最適化(初期値から40%低減)に成功し、さらに工数は3週間かかる作業を3日間に短縮する事ができました。

CATIA V5
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A-014 CAEを活用した新しい製剤設計手法の開発

噛まずに服用することが多く嚥下の負担の大きい医薬品やサプリメントについて、官能試験結果を基に円形錠剤形状と嚥下性の関係を示す「嚥下性マップ」を構築しました。また、FEMにより乾燥酵母からなる錠剤の錠剤硬度の予測手法を構築するとともに、杵の強度についても解析を行いました。さらに応答曲面法によって杵の各形状の因子と嚥下性,錠剤硬度,杵の許容荷重の関係を解析し、嚥下性と錠剤硬度および打錠杵の強度が全て優れる形状を同時に探索するシミュレーション法を開発しました。

ANSYS, Excel
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AB-013 最高品質のNVH性能を実現するBMWのフルビークル
初期概念設計の最適化

設計初期段階において、騒音・振動を考慮したフルビークルのコンセプトモデリングおよび最適化を実施することは、自動車業界において非常に重要な課題です。本事例は車体の最適な性能を得るために、ビームおよびシェルの有限要素コンセプトモデルを用いた3つの多目的最適化の事例です。事例1では複数の競合する出力や制約を考慮しつつ、重量と構造空間の最小化を実施しています。事例2ではホイールベースの変更による車体フレームの剛性を最適化しています。事例3ではエンジンマウントの剛性を変更することで車体振動を最適化しています。

MSC Nastran, ANSA, Virtual.Lab, MATLAB
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AD-012小型エンジンバルブ形状の多目的最適化

ANSYS, ANSYS LS-DYNAを用いて、重量の制約を満足しつつ4点における応力を最小化させるバルブ形状の多目的最適化事例です。100回の実験計画法とその後作成した応答曲面モデルにより、11個の形状パラメータを寄与度の高い7個に絞込んだ後に最適化を実施し、従来の手法と比較し1/3〜1/6の時間短縮に成功しました。

ANSYS, ANSYS LS-DYNA
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A-011軽量化、高剛性化を目的とした形状最適化

CAE、CADを徹底活用するため最適化やシステム同定のテンプレートを作成するなどのアイデアをご紹介しています。またパネル板の軽量化・高剛性化の最適化例などもご紹介しています。

ANSYS
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A-010疲労試験条件の逆解析

カーエアコン用コンプレッサーの信頼性設計においては、事前に部品強度を正確に把握しておくことが重要になります。そのため「実部品を供試体とし」「製品運転時の荷重モードを再現した」単体強度試験が、開発スピード/データ信頼性の両面から必要になります。そこでANSYS構造解析+Optimus最適化機能(遺伝的アルゴリズム)の連成により、製品運転時の荷重モードを最も良く再現できる単体強度試験条件を決定しています。

ANSYS
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A-009変形と破壊の分析

アルパイン株式会社における最適化解析活用事例です。
スイッチを押した感触を得るために、スイッチはある変位量分変形する必要があります。その場合の破壊の可能性を検討する為に、変形時の応力を算出し、あわせてクリック感への影響も考慮しています。最適化で得られた設計空間全体の傾向を担当者に説明することで、これまでのように会議の繰り返しをする事もなく担当者の納得を得られ、開発期間も短縮することができました。

 NX I-deas
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A-008構造最適化

金型発注までの期間が限られており、従来は仕様が未確定なまま、発注せざるを得ない場合がありました。この場合、後工程での解析による検証作業や金型修正の費用などの負荷が大くなります。そこで最適化を導入することで、期限までに仕様の検討を完了することができ、後工程での負担が大きく軽減されました。

ANSYS
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AG-007熱流体構造連成解析によるプレス成型金型の最適化

プレス成型工程における金型の温度や応力の不均一性による被加工材の品質低下を防止する為に熱流体解析と構造解析を連成させ、金型の最大変位量を制約とし、温度ムラが最小となる最適な水冷管の配置形状を決定する。
(第19回 日本機械学会 設計工学・システム部門講演会発表事例)

ANSYS, ANSYS CFX
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A-006バックホーアームのパラメータ形状最適化

バックホー(油圧ショベル)のアームのブーム(上腕部)形状を最適化した事例です。
設計変数には、フランジ高さ、フランジ厚、底面の板厚、フランジの半径を設定し、最大応力と最大変位の制約を満たし重量が最小となる形状を算出しました。CATIAによる形状変更、メッシュ生成、解析実行の流れをOptimusのCATIAダイレクトインタフェースにより自動化し、大域的最適化アルゴリズムによりわずか45回の計算で約17%の軽量化を実現しました。

CATIA V5
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A-005Head & Neck Safety(通称:HANSデバイス)

F1ドライバーが衝突時に首を守るシステムとして装着している、Head & Neck Safety(通称:HANSデバイス)のファイバーコンポジットの組み合わせをOptimusにより最適化しました。HANSデバイスには軽量化と一定の強度が求められますが、Optimusによりこの二つの制約を満たしたファイバーコンポジットの組み合わせを算出しています。F1ドライバーのフェルナンド・アロンソは、2003年にブラジルのレースにて大事故を起こしましたが、このOptimusで最適化したHANSデバイスを着用していたおかげで大事には至らなかったと言われています。

MSC Nastran, Patran
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A-004自転車フレームの最適化

自転車のフレームは可能な限り軽くあると同時に、走行時の荷重に耐えうる強度を持っている必要があります。この事例ではANSYSによる解析を行い、最大応力と固有振動数の制約条件を満たしながら、質量を最小化した最適化モデルを決定しました。質量に関しては26%もの改善を得られました。

ANSYS
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A-003寸法変更を伴う最適化設計

形状変更させるためにCADをフローの中に取り込んだ場合、リメッシュの失敗やメッシュ形状が変わることによる数値誤差といった問題が存在します。本事例ではコンロッドの応力解析においてパラメトリックメッシュモーフィングツールのANSYS ANSYS ParaMeshをフローの中に取り込むことで、CADによる形状変更の必要が無く、形状変更はメッシュのモーフィングによって代用することができるようになりました。ANSYSとの連携により最大応力を最小化した最適設計を得ることができました。

ANSYS, ANSYS ParaMesh
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A-002ファイバーコンポジットの最適化

繊維強化複合材の最適設計の事例です。繊維強化複合材の強度は、積層される繊維の向きに大きく依存しています。MSC NASTRANは積層繊維の特性をPCOMPカードにより定義できるため、Optimusでこの特性をコントロールすることにより最適な繊維方向を決定しています。本事例では安全率のマージンが10%も向上し、モデル全体に応力が分布する最適モデルを決定できました。

Patran Laminate Modeler, MSC Nastran
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A-001OptimusとSolidWorks Simulationの連携

SolidWroks SimulationとOptimusの連携により実現可能となったSolidWroks Simulationにおける最適化事例です。モデルの重量最小化の最適化に対し、最適化アルゴリズムの適用に加え、実験計画法と応答曲面モデルによる設計空間の分析も行い、最適解の精度向上と計算コスト削減を実現しています。また固有値解析による事例では多目的最適化を行い、複数設計案の検討を行なっています。SolidWroksを用いた設計業務に、最適化を用いることで設計品質の向上を実現できました。

SolidWorks Simulation
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