ボディ・イン・ホワイト（BIW）全体に曲げ、ねじり荷重がかかる状態のエンジンルームの部材をトポロジー最適化したいが、荷重が全体的にかかるため部分的なモデル化ができない、という問題に直面したことはないでしょうか？
今回の例題では、そういった問題を、設計領域（エンジンルーム）、荷重点、拘束点以外のキャビンをスーパーエレメント（SE）化して、フルFinite Element（フルFE）に対する計算コスト削減効果を評価することで解決しました。
文末にあるデータをダウンロードして、この例題を実際にお試しいただけます。
CMSスーパーエレメントとは？
- コンポーネントの内部節点（不要点）を消去し、剛性、質量等を外点に集約
- モーダル縮退と静的縮退の混合
－モーダル縮退： 固有値解析からモーダル自由度へ変換可能で、質量近似を補完
－静的縮退： 剛性（静的）方程式から導出され、静解析では誤差がない - 外点は拘束をCraig-Bampton法、自由をCraig-Chang法で扱う
CMSスーパーエレメントを使うことにより、解析時間の削減、構造/形状の秘匿、最適化、非線形計算の効率化が可能。
手順
SE設定（DMIG.pch作成） ↓ 設計領域の穴埋め ↓ 静解析実施 ↓ トポロジー最適化設定 ↓ 最適化結果比較 （フルFEとSE比較）
|
|
設計領域の 穴埋め
解析条件
前後のダンパー取付点に荷重条件、拘束条件を設定し、曲げ、ねじり荷重を作用させる。
| 曲げ | ねじり | |
| 1 | SPC:3 | Fz: 600N |
| 2 | SPC:3 | SPC:3 |
| 3 | SPC:13 | SPC:13 |
| 4 | SPC:123 | SPC:123 |
| 5 | Fz: -5000N | － |
静解析結果 （曲げ、Z変位）
- フルFEとSE： 同じ結果
- 穴埋め前と穴埋め後： 荷重点変位が減少
静解析結果 （ねじり、Z変位）
- フルFEとSE： 同じ結果
- 穴埋め前と穴埋め後： 荷重点変位が減少
トポロジー最適化結果 （要素密度）
- フルFEとSEはほぼ同様の結果 （FEASIBLE DESIGNを確認）
- 計算時間はSE使用によりフルFEから60%削減
- 初期から18kg減少
まとめ
CMSスーパーエレメントを適用して、BIW全体に曲げ、ねじり荷重がかかる状態のエンジンルームの部材をトポロジー最適化し、フルFEとSEを比較した結果、トポロジー最適化結果はほぼ同等の結果 （初期から18kg減少）が得られ、計算時間はSE使用により60%削減した。
関連する投稿:
カテゴリー: Tips
