FEMtools Optimization

構造設計最適化のための統合ソリューション

構造設計の最適化

今日、製品の設計、製造には先進の技術が必要です。それらは、耐久性、軽量化、安全性、静音性、新素材の使用、また環境への影響に配慮された設計基準を満たさなければなりません。

また、メーカーは開発時間やコストなどの競争力を保つためにシミュレーション・ツールの利用は欠かせません。特に、有限要素解析(FEA)は製品の機械的挙動をシミュレートする高度な技術であり、近年のFEA技術は設計、メッシュ生成、解析、ポスト処理が高度に統合され、その自動化なども実現しています。

さらに、有限要素解析技術に数学的な最適化アルゴリズムを統合することにより、既存の設計を最適化し、新しい根本的な設計方法を提案することができます。しかしながら、このアプローチを実行するためのアプリケーションには、FEA解析ソフトウェアと最適化ルーチンとのシームレスな統合が必要です。

先進の有限要素法との統合による設計最適化シミュレーション!

エンジン・フレームのプレート厚さサイズの最適化

 

FRF振幅レベル縮小の最適化


FEMtoolsの最適化とは、

FEMtoolsの最適化(Optimization)は、有限要素法CAEプログラム・プラットフォームに基づいた構造設計最適化ソルバーです。

アプリケーションは、有限要素法解析問題の定義データに関する十分な柔軟性を提供し、関数再評価用FEソルバーとして使用できるようにオープン・アーキテクチャ・システムとして設計されています。

さらに、FEMtools最適化モジュールをFEMtoolsモデルアップデートと統合し、アップデート後の有限要素モデルを使用することにより最適化設計の信頼度を向上させ、より有効な設計最適化を可能とします。

FEMtoolsの最適化技術は、従来の試行錯誤的アプローチと比較し、より効率的で生産的な解析手法を提供します。その解析プロセスは、荷重、設計制約条件および要求される構造特性に基づいて、対象構造コンポーネントの最適設計パラメータを計算します。この最先端の最適化技術は、複雑多岐にわたる構造コンポーネントの解析、設計、開発工程の迅速化にも繋がります。

構造設計最適化のための基本ツール

FEMtools Optimizationは、優れた非線形用の最適化ソルバーとして、設計されたモジュール・アプリケーションです。FEMtools Optimizationは構造の設計最適化問題を解決するのに必要なツールのすべてを搭載し、またプログラムは、より適切な外部FEソルバーを選択し、最適化問題を解決するためにプラットフォームとして使用することもできます。

トポロジーとトメトリーの最適化理論の導入!

継手ブラケットのトポロジーの最適化

フリーメッシュ変形によるリング内径変更

FEMtools最適化シミュレーション機能
 
感度解析:パラメータの変更が構造応答にどのように影響するかを解析します。
一般非線形の最適化:一般非線形のシングル/マルチ・オブジェクトに対応する最適化問題を解析します。
サイズの最適化:断面積や厚さのような幾何学要素パラメータを最適化します。
形状の最適化:既存コンポーネント形状を最適化します。
トポロジーの最適化:任意荷重に対する最適化されたレイアウトの新しい設計モデルを作成します。
トポメトリーの最適化:解析モデルの板厚を設計変数として最適化します。
離散的材料の最適化:複合材などの材料特性やオリエンテーションを最適化します。
遺伝学的最適化:遺伝学や自然淘汰の概念を使用し、反復計算による最適解析を実行します。
実験計画法:最少サンプリング数による効率的な方法で設計空間をシミュレートします。
応答サーフェイス・モデリング:設計パラメータ関数によるシステム応答を推定し、近似モデルを構築します。
トポロジーとは、一般に写像技術として知られ、図形の平行移動、回転、反転、スケーリングなどによる幾何学形状の修正手法
トポメトリーとは、一般に有限要素モデルのような要素ベースのパラメータ(幾何学特性、材料特性)の修正手法

一般非線形問題の最適化

FEMtools Optimizationは、一般の非線形最適化ソルバーを搭載しています。その仕様において、最適化パラメータ、目的関数、上限数などに制限はありません。また統合FEMtoolsスクリプト言語は任意の目的関数や制約関数をプログラムするために使用することができます。

静解析と動解析

実験データを参照し、相関分析するためのFEMtools内部ソルバー、FRFシンセサイズ、調和応答解析を搭載し、さらにシームレスに外部ソルバーと統合します。

荷重 P1,P2が作用するバネ系の平衡位置のエネルギー(PE)が最小になるような非線形最適化問題

感度解析

適切な構造最適化は、目的関数や制約関数に関する勾配情報の解析的な計算を必要とします。FEMtools Optimizationは、最も効率的な方法でプレート厚さのような設計パラメータ、横断面積などに関する勾配計算のための感度モジュールを持っています

アップデート・モデルの使用

FEMtools Optimizationは、FEMtoolsモデルアップデートのモジュールと組み合わせることにより、構造デザインを最適化する前に、初期のプロトタイプによる実験データを使用し、FEモデルアップデートすることにより、より有効な最適化を可能とします。

材料特性、幾何学特性の同定による最適化

 

 サイズの最適化

FEMtools Optimizationは、モデルのサイズ最適化問題を解析するモジュールを提供します。データベース管理や感度解析の機能は、サイズの最適化問題のユーザー・フレンドリーな定義を可能にします。

変形制約によるサイズの最適化

 

形状の最適化

形状の最適化問題は、フリーメッシュ変形技術に基づく形状ベースを使用して解析することができます。最初のアプローチでは、FEメッシュは、メッシュ形状をコントロールする主な格子ポイントの位置を変えることにより最適化されます。次のアプローチを経て、最終的なシェープは、1セットの参照シェープの最適一次結合になります。構造シェープを最適化するためのそれぞれのアプローチでは、FEメッシュに関するCADデータを必要としません。

固有値ベースの形状最適化

トポロジーの最適化

トポロジーの最適化モジュールは、最適トポロジーを備えた新たな条件の作成を可能とし、静的/動的な設計問題のためのトポロジーの最適化を提示します。一連の一般的な設計制約は、いくつかの設計工程を改善することができます。さらに、他のユーザーによって定義された設計制約をFEMtoolsスクリプト・プログラミング言語を使用して追加することができます。


コンプライアンス補強位置の最適化


トポメトリーの最適化

トポメトリーの最適化モジュールは、要素ベースのサイズの最適化を可能とし、静的/動的な問題のためにトポメトリーの最適化を提示します。一連の一般的な設計制約は、いくつかの設計工程を改善することができます。さらに、他のユーザーによって定義された設計条件をFEMtoolsスクリプト・プログラミング言語を使用して追加することができます。


ユーザー設計条件による最適化

 

FEMtools最適化解析サポート機能と応用

ダイレクト・データ・インターフェイス

モールド材(フック・モデル)材料特性の最適化

 

データベース管理

要素タイプの分類と最適化

 

 ユーザー・インターフェイスとグラフィックス

トポメトリー最適化とグラフィック・ツールの応用

 
FEMtoolsスクリプト言語とAPI



トポロジーの最適化解析

線形・静/動解析



トポロジーとトポメトリーの最適化解析

一般非線形問題の最適化



制約条件を満たすトポロジーの最適化

サイズの最適化

線形静/動解析による材料縮小最適化設計


形状(シェープ)の最適化



フィレット・シェープの最適化 : 応力縮小シミュレーション

 
トポロジーの最適化

プレート・モデルのトポロジー最適化

 

ジョイント・モデルのトポロジー最適化

トポメトリーの最適化

ローカル/グローバル混合要素ベースの板厚最適化

押し出し設計制約最適化解析結果3D

実験計画法(DOE)

実験計画法(DOE:Design of Experimentsは、構造設計空間のサンプルを効率的な方法で抽出するために使用されます。設計空間におけるサンプリングポイントの最適配置は、「実験計画法」として知られています。実験計画法の主要な目標は、FEモデルにおける最適最小サンプリングポイント数と最適最小解析実行回数の情報を得ることです。 そのためには各サンプリングポイントの評価が必要になります。 

DOE レスポンス・マトリックス

DOE パラメータ・トラッキング・マトリックス

離散的材料の最適化(DMO)

離散的材料の最適化(DMO:Discrete Material Optimization)は、積層複合材料などの最適化を目的とし、DMOは利用可能な材料と受理可能な方向角度のセットから、各層の最適材料と方向角度を識別することができます。 

DMO 感度パラメータ分布

DMO 変位分布

遺伝学的最適化

遺伝学アルゴリズムは確率的な最適化方法です。自然淘汰と遺伝学の概念を使用し、反復的最適解を推定します。ジェネティック・アルゴリズムは、いくつかの特殊な状況(例えば、不連続目的関数、離散型最大化変数などを伴う場合)における最適化値をターゲットとした繰り返し計算が実行されます。オプティマイザーは次のような最適化問題をサポートします。

ラミネート層(積層材成分方向)の最適化


遺伝学的オブジェクト世代間最適化プロセス


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