チュートリアル：グラウンドに固定された締結の最適化

グラウンドに固定された締結の最適化を有効にして、サポートへの荷重分布を改善します。

このレッスンでは、以下のことを学習します。
  • ハンガーブラケットのベースライン解析をセットアップおよび実行して現実的な設計目標を立てる
  • モデルのデフィーチャーを作成して、標準トポロジー最適化をセットアップおよび実行する
  • 締結の最適化を有効にして、サポートへの荷重分布を改善する


概要：締結荷重の最適化

構造内のボルト、ねじなどのすべての結合で最大荷重を均等に分布または制限することが、良い設計手法の共通の目標です。形状や荷重で構造が複雑になると、この目的の達成が難しくなる可能性があります。1つのアプローチは、トポロジー最適化を使用して材料を再分布して直接荷重パスから離し、十分に活用されていない締結により多くの適用荷重がかかるようにすることです。 Inspire グラウンドに固定されたねじやボルトに荷重を拘束して構造内の荷重分布を改善する機能が搭載されています。

このチュートリアルで学習するにあたって、次のいくつかの基本ポイントに留意してください。
  • 多くの構造で、荷重の適用は一様ではなく、形状は一般に非対称であること。そのため、締結や結合点にかかる荷重には大きなバラツキが生じる可能性があること。
  • 構造のトポロジーを変更すると、締結ごとに荷重量が変わること。
  • 締結または締結セットで最大荷重を制限することで、Inspireで生成されるトポロジーはその合力を均等に分散させ、最大応力を低減してトルクの保持を図ること。

ハンガーモデルをセットアップする

  1. F7キーを押してデモブラウザを開きます。
  2. hanger_geometry.stmodファイルをダブルクリックしてモデリングウィンドウにロードします。これは一般的なハンガーブラケットのサーフェスモデルです。すべてのパートに4mmの板厚が割り当てられていますが、モデルには荷重もサポートもありません。
  3. 単位系セレクターの表示単位がMPA（mm t N s）に設定されていることを確認します。
  4. 構造リボンの締結ツールを選択します。
  5. ガイドバーの単一の穴オプションとグラウンドに固定されたボルトオプションを選択します。
  6. ボス（B1、B2、B3）上の3つの赤いエッジを選択し、マイクロダイアログで+/-オプションを使用して、グラウンドに固定されたボルトの方向を合わせます（下図参照）。
    注: グラウンドに固定されたボルトを使用すると、これらの締結のサポートを別個に定義する必要はありません。
  7. 荷重アイコンの荷重ツールを選択します。
  8. パートB4に荷重1000NをY方向に加えます。
  9. チェックマークを右クリックして、マウスで移動して終了するか、または右ダブルクリックします。

ベースライン解析を実行する

  1. 構造リボンの解析の実行 アイコンをクリックします。
  2. 解析の実行ウィンドウのオプションを以下に示すように設定します。
    注: スピード/精度が速いに設定されていることを確認します。
  3. 実行をクリックし、解析を実行します。
  4. 実行が終了したら、実行名をダブルクリックして結果を表示します。
  5. 実行が終了したら、実行名をダブルクリックして結果を表示します。
  6. 解析エクスプローラで、結果を調べます。最小安全係数は1.669です。
  7. 変位結果タイプに切り替えます。
  8. 表示アイコンの下にあるすべての荷重とサポートを非表示を選択します。
  9. グラウンドに固定された締結の穴の中央に注釈を作成します。
  10. 各注釈を右クリックして、コンテキストメニューから結果タイプを選択し、X、Y、およびZの反力を追加します。
  11. 表示アイコンの下にあるすべての荷重とサポートを表示を選択します。
    Z座標は穴の軸に沿っています。
  12. ダブル右クリックで解析エクスプローラを抜けます。

トポロジー最適化のモデルを設定する

トポロジー最適化を始めるにあたって、事前定義された切り抜きのない設計領域を使用するのが最も適しています。一般に、パッチツールを使用してサーフェスモデルの穴を埋めることができます。

  1. デモブラウザからhanger_run.stmodファイルを開くか、現在のモデルを前の手順から続行します。
  2. 形状リボンのパッチツールを選択します。
  3. 各切り抜きのエッジをクリックしてブラケットから削除します（下図参照）。
  4. ブラケットを右クリックして設計領域として指定します。

トポロジー最適化を実行する

  1. 構造リボンの最適化アイコンにある最適化の実行 をクリックします。
  2. 最適化の実行ウィンドウのオプションを以下に示すように設定します。
  3. 実行タイプにトポロジーを選択します。
  4. 目標に剛性の最大化を選択します。
  5. 20%の目標質量を設定します。
  6. 最小板厚制約を9 mmと入力します。
  7. 実行をクリックして最適化を実行します。
  8. 実行が終了したら、実行名をダブルクリックして結果を表示します。
  9. 形状比較で、結果を調べます。この最適化によって、グラウンドする大半の直接的な取付に材料が分布している様子を確認してください。
  10. 形状比較で解析ボタンをクリックして、再解析を実行します。


  11. 結果の読み込み後、前に定義した注釈はアクティブのままです。センターボルトと一番右のボルトのZ方向の反力が変化した様子に注意してください。

最大ボルト荷重を定義する

  1. デモブラウザからHanger_opti_run.stmodファイルを開くか、現在のモデルを前の手順から続行します。
  2. Ctrlキーを押したまま、モデルブラウザのグラウンドに固定された3本のボルトを選択します。
  3. プロパティエディター（F3）を開き、最適化の下にある可能にするオプションを選択します。
  4. 許容可能な荷重の自動計算オプションを選択解除します。
    Inspire 許容可能な荷重の自動計算にデフォルト設定します。この値は、締結材料の降伏応力および締結の断面に基づきます。
  5. 許容軸力と許容せん断力の両方に444 Nと入力します。グラウンドに固定された締結で荷重の分布をさらに均一にすることが目的です。

トポロジー最適化を繰り返す

  1. 構造リボンの最適化アイコンにある最適化の実行 をクリックします。
  2. 以前と同じ設定を使用して最適化を繰り返します。
  3. 結果を読み込んで調べます。すべてのパートが接続するようにスライダーを調整します。この最適化によってグラウンドに固定されたボルト3本のすべてに材料が分布されている様子を確認してください。
  4. 形状比較で解析ボタンをクリックして、再解析を実行します。


  5. 結果の読み込み後、前に定義した注釈はアクティブのままです。ボルトのすべてに荷重がかかっていることと、センターボルトにかかる最大は定義済みの最大444 Nより下回っていることに注意してください。（具体的な結果については、再解析の実行前のトポロジースライダーの配置位置によって異なります）。