接触振動連携解析と自由形状最適化
▶ All Done! Now, Save Weight? / Reinhard Helfrich
トランスミッション ハウジングや燃焼エンジンまたはブレーキシステムなど数多くのソリッドパーツで構成される有限要素解析では、応力シミュレーションのために
ボルト締結やガスケットシーリング、あるいはブレーキピストンのパーツによる予荷重（荷重を受けた）状態が想定されるため、接触の影響を考慮すべきです。
そして、応力シミュレーションの先にある、固有振動解析や固有モード解析から構造表面の音響放射まで、あらゆるタイプの振動挙動についても予荷重は重要な影響を与えます。
製品騒音低減化の開発では、最適化プロセスとして、応力値と決められた限界応力値を維持しながら、音響放射を低減化する動的解析を最上位に配置すべきです。
音響と応力の特性において最適化された製品を実現するには、応力解析、動的解析、そして構造曲面の形状最適化計算を1つのシミュレーションプロセスとして組合わせることが不可欠です。
応力解析における接触は非線形現象であり、一方、振動解析は典型的な線形現象を扱います。
動的解析が静的応力解析に後続して実行されるため、いったん接触状態を多点拘束に置換える線形化（コントロック）が必要になります。
応力解析で得られた計算結果の1つである接触圧に基づき、線形化が実行されます。
このようにして、応力解析、線形化、周波数領域の放射音解析を1つの最適化ループとして組合わせることが可能になります。
構造曲面の形状修正を行うことで、放射音の低減化が行われ、主応力のような応力値を所定の制限値以内に維持します。
形状最適化を行う効果的な手法の1つとして、ノンパラメトリックなアプローチを用いた自由形状最適化が挙げられます。これにより構造重量も制御可能です。
ここでは、上記で概説した最適化プロセスについて示すために、トランスミッションハウジングの工業製品を例に用い、最適化のみならず、応力解析と放射音解析の主要な結果も示されています。
加えて、計算時間を分析し、研究や産業における問題に対し前述のプロセスに対する実現可能性を実証致します。
全てのシミュレーションは汎用有限解析ソフトウェアPERMASで計算されており、接触解析、線形化、放射音解析の全機能を実装しており、
これら全シミュレーションステップは、最適化ソルバーも統合した「1つのソフトウェアで1回の計算」で実行されます。
NEWS & TOPICS
