トポロジー最適化によるフライス盤の軽量化検討

トポロジー最適化解析は強度や剛性を劣化させずに軽量化した形状を求める解析手法です。工作機械の加工スピードを向上させるための軽量化を検討する場合などに役立ちます。本稿ではフライス盤のコラムを対象としたトポロジー最適化解析例をご紹介します。

解析の目的・背景

3Dプリンターの発展により自由な形状が作成できるようになりましたが、自由度が高すぎため、どのような形状にすれば剛性を劣化させずに軽量化できるかが推測しにくくなっています。
そのような時に有効なのがトポロジー最適化解析です。
トポロジー最適化解析を利用すると、下記のように目的関数と制約条件を定義することによって、最適な形状を導くことができます。

解析手法

今回の解析では、下記のように複数の異なる仕様を考慮しつつ、元の設計領域から80%軽量化した場合に剛性が最大となるような形状を導きます。