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トポロジー最適化によるフライス盤の軽量化検討
公開日：2020年01月
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。本資料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。
目次
- はじめに
- 解析の目的・背景
- 解析手法
- 解析モデルと解析条件
- 解析モデル
- 解析条件
- 解析結果
- 考察
- 解析によって得られた効果
- 使用ソフトウェア
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
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。
トポロジー最適化解析
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、自由度が高すぎるため、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、図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。
解析により検出された最適なコラムの形状
静的構造解析、モーダル解析、定常伝熱解析などのトポロジー最適化解析によって、コラムの形状を導出します。解析規模にもよりますが、ここでは30分程度の解析時間で結果が得られました。トポロジー最適化解析によって求められた形状は、必要な部分と不要な部分が認識でき、構造だけではなく、振動や放熱を考慮しているため、設計指針として結果を活用することも可能です。今回の場合では、背面は必要であり、天面は不要ということが考えられます。側面については効果的な梁構造を見出することができました。
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