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今回はタイトルの通り、トポロジー最適化でまずは大胆に体積を削り、そのあとに形状最適化で剛性を補強して変形しづらい形を探していきます。
今回のモデルですが、配線のカバーをイメージしました。
荷重に対する剛性の制約を設けつつ、製品体積を削減していきます。
◆解析モデル
今回は製品の体積を減らすことを目的に解析を行っていきます。
最大合成変位は多少の悪化は許容しますが、0.6mm を条件とします
体積は設計領域（形状変更箇所）の体積 2500000 を目標にします。
◆境界条件
COLUMN
技術コラム
トポロジー最適化×形状最適化で大胆な設計変更【構造 vol.8】
今回は製品の体積を減らすことを目的に解析を行っていきます。
最大合成変位は多少の悪化は許容しますが、0.6mm を条件とします
体積は設計領域（形状変更箇所）の体積 2500000 を目標にします。
◆境界条件
改めて今回のモデルについて以下に示します。
2か所を固定し、底面中央に圧力をかけていきます。
トポロジー最適化の計算をする際には、右側の形状拘束条件を設定していきます。
◆ベースとなる境界条件
◆最適化の形状拘束条件
この境界条件、形状拘束条件を基に、まずはトポロジー最適化をしていきます。
トポロジー最適化
◆トポロジー最適化条件
目的 ： 剛性最大化
制約 ： 設計領域を元形状から30％減
◆トポロジー最適化結果
この結果を参考に元の形状を修正していきます。
変更可能な箇所を形状変更してみましたが、目標の体積には到達しておらず、剛性についても最大合成変位が0.6mm以上と改善が必要なため、引き続き形状最適化を行っていきます。
形状最適化
形状最適化では剛性を高めつつ（最大変位を抑えつつ）、体積を減少させていきます。
◆形状最適化条件
目的 ： 最大変位最小化
設計領域の体積比 ： 穴あけ後の形状から20％減
トポロジー最適化の時の条件に加えて以下の形状拘束条件を追加します。
◆追加 形状拘束条件
◆形状最適化結果
まとめ
このようにトポロジー最適化と形状最適化を組み合わせると、今回のように剛性や強度を考慮しつつ、軽量化や製品のスリム化に向けた検討をすることができます。
[From K. Mikuni]
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