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LS-DYNA 構造解析
衝突・落下問題、塑性加工など非線形現象を精度よく解析する有限要素プログラム

LS-DYNA 非線形構造解析ソフトウェア

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  LS-DYNA 解析事例

【自動車部品の補強リブ形状最適化】

解析概要

LS-DYNAおよび最適化支援ツールAltair HyperStudyを使用し、補強リブの形状最適化を行った事例です。
HyperMeshに内蔵されているメッシュモーフィングツールHyperMorphを利用することで、形状変化を簡単にパラメータ化することができ、形状最適化の設計変数として設定することが可能です。
本事例では、部品本体に内圧を作用させ、本体の面外変位制約条件を満たしながら、最軽量となるような補強リブの最適形状を求めています。

自動車部品の補強リブ形状最適化1解析モデル

・シェル要素(メッシュサイズ10mm)
・弾性材料 
 ヤング率:2000MPa
 密度:1.1×10-9ton/mm3
 ポアソン比:0.35

【解析条件】
・締結部を完全拘束
・内圧0.5MPa
・本体とリブはタイドコンタクトにより固着

目的関数 質量最小化
制約条件 本体中央部の面外方向(Z軸方向)変位 30mm以下
設計変数 リブ(長)※1板厚 1mm ~ 5mm
リブ(短)※2板厚 1mm ~ 5mm
リブ高さ 10mm ~ 20mm
リブ(長)数 7 ~ 13
(40mm) ※3 (20mm)
リブ(短)数 12 ~ 23
(40mm)   (20mm)

※1 リブ(長):リブ長辺側
※2 リブ(短):リブ短辺側
※3 リブ数の( )内の数値はピッチを示す

リブ高さの形状最適化

補強リブの高さは初期値の状態のモデルを用意し、下限値から上限値までモーフィングで形状変化させています。

下限値 初期値 上限値
設計変数 -1.0 0.0 1.0
高さ(mm) 10.0 15.0 20.0

自動車部品の補強リブ形状最適化2

リブ数(ピッチ)の形状最適化

補強リブの数は、リブ数最大(ピッチ最小)の状態のモデルを用意し、リブ数最小(ピッチ最大)の状態にモーフィングで形状変化させています。
その際、本体のサーフェスとリブの節点群をタイドコンタクトにより固着させています。
※本体から離れた位置のリブは固着条件から除外されます。

下限値
(初期置)
上限値
設計変数 -1.0 1.0
リブ(長) 13 7
ピッチ 20mm 40mm
リブ(短) 23 12
ピッチ 20mm 40mm

自動車部品の補強リブ形状最適化3

解析結果

HyperStudyの主要な最適化アルゴリズムである逐次更新型応答曲面法(ARSM)と大域的応答曲面法(GRSM)を用いて得られた最適結果の例を示します。

<結果一覧>

下限値 上限値 ARSM
最適形状
GRSM
最適形状



リブ(長)板厚 1mm 5mm 4.5mm 1.1mm
リブ(短)板厚 1mm 5mm 4.5mm 3.3mm
リブ高さ 10mm 20mm 17.5mm 20mm
リブ(長)数
(リブピッチ)
7
(40mm)
13
(20mm)
10
(26.7mm)
7
(40mm)
リブ(短)数
(リブピッチ)
12
(40mm)
23
(20mm)
20
(23.2mm)
23
(20mm)
応答 質量 - - 3.16kg 2.81kg
節点変位 - - 29.9mm 30.1mm

<最適形状における変位分布>

 

自動車部品の補強リブ形状最適化4 自動車部品の補強リブ形状最適化5

<リブ長辺側の板厚・本数と変位の関係>

 

自動車部品の補強リブ形状最適化6 自動車部品の補強リブ形状最適化7


GRSMでは、ARSMより大域的に探索されるため、リブ長辺側の板厚が小さい場合でも制約条件を満たす最適形状が得られています。

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