OS-T：2040 CWELD要素と1Dトポロジー最適化を用いたスポット溶接位置の最適化

本チュートリアルでは、1Dトポロジー最適化を実行します。使用されるモデルは、溶接されたシンプルなハット形部分です。溶接はCWELD要素を用いてモデル化されています。

開始する前に、このチュートリアルで使用するファイルを作業ディレクトリにコピーします。
最適化の目的は、3つの荷重ケースにおける重み付きコンプライアンスの合計を最小化することです。溶接コンポーネントの体積率は0.3に制限されます。設計空間は、スポット溶接コンポーネントです。
図 1.

2040_initial_model

HyperMeshの起動とOptiStructユーザープロファイルの設定

  1. HyperMeshを起動します。
    User Profilesダイアログが現れます。
  2. OptiStructを選択し、OKをクリックします。
    これで、ユーザープロファイルが読み込まれます。ユーザープロファイルには、適切なテンプレート、マクロメニュー、インポートリーダーが含まれており、OptiStructモデルの生成に関連したもののみにHyperMeshの機能を絞っています。

モデルのオープン

  1. File > Open > Modelをクリックします。
  2. 自身の作業ディレクトリに保存したhut.hmファイルを選択します。
  3. Openをクリックします。
    hut.hmデータベースが現在のHyperMeshセッションに読み込まれます。

最適化のセットアップ

Create Topology Design Variables

  1. From the Analysis page, click optimization.
  2. Click topology.
  3. Select the create subpanel.
  4. In the desvar= field, enter tpl.
  5. Set type: to PWELD.
  6. Using the props selector, select PWELD_500.
  7. Click create.
  8. Click return.

Create Optimization Responses

  1. From the Analysis page, click optimization.
  2. Click Responses.
  3. Create the volume fraction response.
    1. In the responses= field, enter Volfrac.
    2. Below response type, select volumefrac.
    3. Set regional selection to by entity and no regionid.
    4. Using the props selector, select PWELD_500.
    5. Click create.
  4. Create the weighted component response.
    1. In the responses= field, enter wcomp.
    2. Below response type, select weighted comp.
    3. Click loadsteps, then select all loadsteps.
    4. Change the weighting factors for SUBCASE200 and SUBCASE300 to 100.0.
      This increases the influence of the two bending load cases versus the torsion load case SUBCASE1, which remains at 1.0.
    5. Click return.
    6. Click create.
  5. Click return to go back to the Optimization panel.

Create Design Constraints

  1. Click the dconstraints panel.
  2. In the constraint= field, enter volfrac.
  3. Click response = and select Volfrac.
  4. Check the box next to upper bound, then enter 0.3.
  5. Click create.
  6. Click return to go back to the Optimization panel.

Define the Objective Function

  1. Click the objective panel.
  2. Verify that min is selected.
  3. Click response= and select wcomp.
  4. Click create.
  5. Click return twice to exit the Optimization panel.

最適化パラメータの修正

良好な結果を得るためには、一部の最適化パラメータを修正する必要があります。
  1. opti controlサブパネルをクリックします。
  2. DISCRT1D =の横のボックスにチェックマークを入れ、20.0と入力します。
    1D要素のみについて密度法のペナルティー係数を増加したことで、離散的な結果が得られます。
  3. OBJTOL =の横のボックスにチェックマークを入れ、1.e-5と入力します。
    収束をチェックする目的のトレランスを低くします。
  4. returnを2回クリックします。

Run the Optimization

  1. From the Analysis page, click OptiStruct.
  2. Click save as.
  3. In the Save As dialog, specify location to write the OptiStruct model file and enter hut_opt for filename.
    For OptiStruct input decks, .fem is the recommended extension.
  4. Click Save.
    The input file field displays the filename and location specified in the Save As dialog.
  5. Set the export options toggle to all.
  6. Set the run options toggle to optimization.
  7. Set the memory options toggle to memory default.
  8. Click OptiStruct to run the optimization.
    The following message appears in the window at the completion of the job:
    OPTIMIZATION HAS CONVERGED.
FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED).
    OptiStruct also reports error messages if any exist. The file hut_opt.out can be opened in a text editor to find details regarding any errors. This file is written to the same directory as the .fem file.
  9. Click Close.

結果の表示

ここでは、新しいスポット溶接のコンフィギュレーションを可視化します。結果をポスト処理するために、溶接要素を密度別に異なるコンポーネントへソーティングします。
  1. menu barでFile > Run > Command Fileをクリックします。
  2. Open Command Fileダイアログで、OptiStructランからのhut_opt.HM.comp.tcl出力ファイルを開きます。
    4つの溶接がDENS 0.9-1.0コンポーネントに、その他の溶接がDENS 0.0-0.1コンポーネントに示されます。
  3. 新しい溶接のモデルで再解析を行うには、単に密度の低いコンポーネント（DENS 0.0-0.1からDENS 0.8-0.9まで）の表示をオフにし、OptiStructパネルでexport options:をdisplayedにセットして、解析を再度実行します。
    図 2. 最終コンフィギュレーション

    2040_final_model