CASE

鋳造・AM造形を想定したスイングアームの形状検討事例

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構造最適化ソフトウェアHiramekiWorksを使用した、鋳造・AM造形を想定した部品の設計検討の事例です。
HiramekiWorksではトポロジー最適化と形状最適化の2つの手法を組わせることで、形状自由度をコントロールして最適化計算が可能です。
最適化の計算結果では、鋳造、AM造形それぞれの製造制約を考慮した最適化形状を導きました。

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背景

近年、SDGｓの観点や装置の高性能化により、軽量かつ高剛性な部品の設計に対する要求値が高くなっています。
軽量化と高剛性化はトレードオフの関係にあり、これらを両立した形状案の検討には、通常、技術者の試行錯誤が必要となります。

軽量化と高剛性化の実現や、試行錯誤の工数削減のために力学的な最適形状を導出する構造最適化の技術の活用が近年注目されています。
本解析事例では、トポロジー最適化と形状最適化の2種類の最適化手法を組み合わせて活用することで、設計自由度に合わせた最適化形状を計算します。

最適化計算の目的

今回の最適化計算ではスイングアーム部品の軽量化・高剛性化を目指します。

■　解析の目的
・車体（装置）の稼働コストを削減するため、部品の剛性を考慮し、最適な軽量化を目指します。
■　出力形状に求める条件
Case1：鋳造での製造を想定し、型抜き方向を考慮します。
Case2：AM造形での製造を想定し、形状の拘束を考慮せず、理想的な最適形状を計算します。

使用する2種類の最適化手法

■　トポロジー最適化
構造解析の結果に基づいて物体内部の仮想密度の値を変更し、閾値で断面形状を決定する手法。
初期形状から、不要な部分を取り除くことに向いている最適化手法です。

■　形状最適化
構造解析の結果に基づいてモデル表面の節点を動かし、最適形状を決定する手法です。
必要な部分は太くなり、不要な部分は細くなる形状変動が起きます。
太くなる方向にも形状の変動が起きるので、剛性を向上させる最適化に向いている手法です。

計算の方針

今回は概形の決定と詳細形状の決定の2段階で最適化計算を実施します。

解析対象

設計領域(初期形状)

今回解析する部品の材料と質量特性は以下になります。

■　材料・質量特性
〇材料：6061合金(アルミ合金)

〇質量特性(初期形状)

想定する拘束・荷重

想定する拘束・荷重については下記になります。

最適化計算の条件

Case１では鋳造での製造を想定し、下記ステップで最適化を実施
Step1-1) 形状最適化で型抜き方向を考慮した部品の外形を検討
Step1-2) Step1-1の結果形状に対してトポロジー最適化で肉抜き箇所を検討

Case２ではAM造形での製造を想定し、下記ステップで最適化を実施
Step2-1) トポロジー最適化で部品の外形を検討
Step２-2) Step2-1の結果形状に対して形状最適化で強度を考慮した最適化を実施。

解析結果

▼▼▼解析結果は下記よりダウンロードいただけます▼▼▼

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Analysis Case
解析事例

Case Study
導入事例

2019年07月31日

構造解析・構造最適化 HiramekiWorks SOLIDWORKS 機械

株式会社飯沼ゲージ製作所様　導入事例

トポロジー最適化と形状最適化の両方が実現できる『HiramekiWorks』(ヒラメキワークス)によって、製品の大幅な軽量化、コストダウンに道が開けました。

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