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剛性最大化の考え方【構造vol.9】

2024年01月17日

今回のコラムでは、HiramekiWorksでお問い合わせいただくことの多い質問について解説します。

◆剛性を最大化する
製品の剛性を上げる場合、材料を変える・板厚などの寸法を変える・補強材を追加する・ボス加工を施す、など様々なアプローチがあります。この中でも材料変更や板厚のような寸法パラメータの検証は構造解析ソフトで比較的容易に行うことができます。一方、補強材の追加やボス加工は力学的な根拠を前提とした案出しが必要になります。


製品形状を大胆に変更する場合、特に補強材の追加では、構造最適化のうち形状最適化のアプローチが有用です。形状最適化ではメッシュの節点を大きく移動させ、剛性を上げることが可能です。以前のコラムもご参照ください。
サステナブルなものづくり 強度アップ×軽量化の美味しいところ取りの設計を考える【構造 vol.7】

ちなみに、トポロジー最適化や形状最適化では計算の目的に「剛性最大化」があります。
前述の剛性を上げるアプローチと実際の解析挙動が異なることから、剛性最大化が何を指しているのか、という質問をいただくことがあります。ここでトポロジー最適化のケースで【目的「剛性最大化」】の説明をします。

トポロジー最適化は体積や質量の制約に従い、モデルのボディを削り、主要骨格を求めます。
つまり剛性は元からは下がっていく方向に形状は変化をしていきます。ここでいう剛性最大化は制約として設定した質量や体積(元形状から○○%削減など)を満たす形状の中で最も剛性が高い形状を最適化計算によって求める、ということを示しています。
「元々の形状の剛性よりも、最適化計算結果の剛性のほうが下がっているのは正しいのか」と尋ねられることがありますが、制約を満たす形状のなかで最も剛性が高くなる形状を計算しているので、計算結果が間違っている訳ではありません


[From K. Mikuni]

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