【構造】ひろこの部屋vol.18　大人が座れる収納ケースに構造最適化を適用してみた

2023年09月06日

前回のコラム「【構造】ひろこの部屋vol.17　大人が座れる収納ケース」では収納ケースの蓋について設計条件をクリアするリブ寸法を検討しました。今回は構造最適化を使ってリブ形状の検討を行います。

質量を抑える

前回は蓋の変形量を抑えるための補強を考えました。
無事設計目標を達成することはできましたが、対策を講じるうちに重量が増してしまいました。
初期案に対し最終案の質量は26％増となっています。

初期案：1356グラム

リブ間隔　50mm	リブ高さ　10mm	最大変位　19.8mm

最終案：1708グラム

リブ間隔　25mm	リブ高さ　15mm	最大変位　5.5mm

さて、前回コラムでご紹介した最終案は筆者が複数パターン試して見つけたパラメータセットです。
上司から「もっと軽くできないの？」と指摘されても、自力ではこれ以上の解を出せそうにありません。

そこで、構造最適化ツールに頼り少し知恵を出してもらうことにします。
まずは前回の初期案をスタート形状にして計算した結果をご紹介します。

構造最適化　試作1：1360グラム

リブ間隔　約50mm	リブ高さ　最大50mm	最大変位　3.0mm

このケースでは「剛性を最大化する」という目標に向かって最適な形状を計算しています。
初期案と同等の質量で最大変位を15％まで抑えることができました。
一方、リブの高さが最大で50㎜となり収納面ではマイナスな結果となっています。

また、最大変位の設計目標は10㎜に対し試作1の結果は3.0㎜過剰な補強と言えます。
構造最適化の途中解を使うことでバランスの良い形状を採用することが可能です。

構造最適化の計算ステップによる形状変化

試作1は初期にあったリブ形状の影響を大きく受け、改善の幅が制限されています。
続いて、リブの無い状態から構造最適化を適用し新たなリブ配置案が算出できるかを試しました。

構造最適化　試作2：1288グラム

構造最適化　算出形状	リモデリング　リブ高さ　15mm	最大変位　9.8mm

このケースでは最大変位10㎜の制約のもと「体積を最小化する」という目標に向かって最適な形状を計算しました。
また、構造最適化の結果を参考にリブの配置を行っています。
設計目標の最大変位10㎜を満たし、質量は初期案5％減の形状が得られました。

上の形状を導くために、リブの配置・本数・高さの微調整を行いましたが、前回コラムの最終案を導きだす時間に対し3分の１程度の時間で設計基準を満たすことができました。
さらに質量も抑えられて上司にも満足してもらえそうです。
では、構造最適化のおかげで浮いた時間をつかってコーヒーブレイクにしようと思います。

使用ソフトウエア：　構造最適化　HiramekiWorks
https://www.sbd.jp/products/kozo/hiramekiworks.html

[From H. Horiuchi]

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