OptiStructの概要

OptiStruct は、静荷重および動荷重下の線形および非線形の問題に対応する、業界でも折り紙付きの最新の構造解析ソルバーで、市場の最先端を行く構造設計と最適化のためのソリューションです。

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OptiStruct 入門ビデオ OptiStructを使って何ができるのか、一度入門ビデオをご覧ください。

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VTT社の3Dプリント製バルブブロックの最適化設計 積層造形(SLM 法)の要件内でのバルブブロックの最適化および設計という課題を抱えたVTT社が、OptiStructを使って小型化・軽量化・性能向上を実現 VTTの事例を読む
有限要素およびマルチボディダイナミクス技術に基づき、また先進的な解析と最適化アルゴリズムを通して、OptiStructは設計者とエンジニアが、画期的で軽量かつ効率的な構造の設計の迅速な開発を支援します。

Altairは過去20年にわたり画期的な技術を他社に先駆けて市場に投入してきましたが、他に類を見ない新しいソリューションをOptiStructに追加しています。 この新機能は、3Dプリンターで作成されるラティス構造や積層複合材などの先進材料の設計と最適化を行うためのもので、3Dプリンティングをはじめとする製造業界の最新のトレンドに対応しつつ、設計トレンドを加速させるものです。

OptiStructは、強度、耐久性およびNVH(騒音振動)特性に関して構造を解析、最適化するために、世界中の非常に多くの企業に使用されています。

Quote
「製品の設計期間の初期にOptiStructを使用して、主要な複数部品に対するトポグラフィー最適化を実行することにより、当社の製品は試行錯誤の繰り返しを効果的に避けられるようになりました。つまり、共振の発生を回避し、設計サイクルを短縮し、製品の品質を向上することができたのです」
–Zhifeng Xin, Director Mechanical/Thermal/Simulation/M&M
Lenovo Notebook Product Development 

事例を読む

利点

あらゆる物理現象を正確に解析

精度に欠けるシミュレーションを実行することに価値はありません。シミュレーション結果に基づいて設計の変更や最適化を行う場合は、精度がなおのこと重要になります。だからこそAltairは、想定される通常の使用環境下での製品の挙動を捕捉できる、高精度かつ包括的な解析ソリューションの開発に努めているのです。

高度な並列処理ソルバー

高度な並列処理ソルバーであるOptiStructは、最新のハードウェアテクノロジーの利点を生かすことができます。領域分割法などの手法では、数百のコアを使ってOptiStructを実行できます。この機能は、大規模な設計開発スキームにおいてはより一層重要なメリットをもたらし、大規模な最適化計算の実行、信頼性とロバスト性に優れた設計の開発、実験計画法による設計探求スタディの実行などを可能にします。

NVH解析のための最先端のソルバー

OptiStructは、効率的かつ効果的な騒音・振動・乗り心地・音響解析に必要な、最先端の機能とプロセスワークフローをサポートしています。画期的なプロセスワークフローにより、フルビークルのNVH解析をきわめて迅速かつ効率的に実行できます。

高速な大規模固有値ソルバーを統合

OptiStructの標準機能である自動マルチレベル サブストラクチャリング固有値ソルバー (AMSES: Automated Multi-level Sub-structuring Eigen Solver)は、数百万の自由度を持つ数千ものモードを高速に計算できます。

性能を高めた、軽量かつ革新的な設計を実現

設計プロセスを通して最適化テクノロジーを適材適所に使用することにより、設計者やエンジニアは、高性能な設計を迅速に開発する力を最大限に発揮することができます。OptiStructのこうした高度な最適化アルゴリズムを利用して革新的な設計コンセプトを開発することにより、多くの場合、設計物の性能を高めながら、軽量化をも達成することができます。

最適化を駆使したソリューション

最適化、最適化、最適化―。期日とコストを考慮しながら、数多くの相対立する厳しい設計要件を満たすには、設計プロセスで最適化を使用することが最も効率的です。そしてシミュレーション主導で設計プロセスを進める必要があります。こうした理由から、解析結果を最適化に生かすというOptiStructの開発戦略は、OptiStructの差別化につながっていると同時に、最高のテクノロジーを使った最高の設計の開発を実現しています。

20年以上にわたって高く評価されてきた最適化テクノロジー

OptiStructは、20年以上にわたって新しい画期的な最適化テクノロジーを開発することにおいて業界をリードし続けています。たとえば、応力と疲労に基づいたトポロジー最適化、3Dプリントのラティス構造向けのトポロジー主導の設計、複合材のラミネート構造の設計・最適化テクノロジーといった数々のテクノロジーを、業界で最初に実用化してきました。OptiStructは、あらゆる最適化応答と製造性制約条件を網羅したライブラリを備え、多種多様な最適化問題を柔軟に定式化することができます。

費用対効果に優れた、Nastranに代わるソリューション

OptiStructは、Nastranとの高い互換性を有しています。過去に作成されたNastranモデルをサポートしNastranを用いたプロセスとの互換性を保つため、OptiStructソリューションはNastran標準タイプの入力データ形式を使用し、Nastran PUNCHおよびOUTPUT2の両フォーマットで解析結果を書き出します。Altair HyperWorksに緊密に統合されたOptiStructは、エンドユーザーの解析作業の効率を上げ、サードパーティのソルバーソリューションへの企業投資を大幅に削減します。

貴重なエンジニアリング時間を節約

シンプルで分かりやすいエラーメッセージと厳しいモデルチェック機能が、設計物の挙動シミュレーションの精度向上を後押しします。これにより、モデルの不具合修正や、モデリングエラーによる作業のやり直しに時間を費やすことなく、エンジニアリングの時間をより多く確保することができます。

習得が簡単

簡素化された解析ワークフローと一般的なNastran入力形式を使用することにより、操作方法の習得も既存プロセスへの統合も非常に簡単です。

ギャラリー

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トポロジー最適化を用いた車両フレームの設計 等価音響放射パワー(ERP) 非線形材料 ソリッド要素の大ひずみ塑性 VW社のコンプレッサーブラケットの典型的な最適化プロセス EADS社における3Dプリンティングプロジェクト ドアパネルのトポグラフィー最適化 複合材の最適化
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功能

高速な大規模固有値ソルバーを統合: OptiStructに内蔵の標準機能である自動マルチレベル サブストラクチャリング固有値ソルバー (AMSES: Automated Multi-level Sub-structuring Eigen Solver)は、数百万の自由度を持つ数千ものモードを高速に計算できます。

高度なNVH解析: OptiStructは、ワンステップTPA(伝達経路解析)、パワーフロー(振動インテンシティ)解析、モデル縮約手法(CMSおよびCDSスーパーエレメント)、設計感度、ERP(等価音響放射パワー)設計基準など、NVH解析のための独自の高度な機能を備えており、NVHの観点から構造物を最適化できます。

非線形解析およびパワートレイン耐久性解析のためのロバストなソルバー: OptiStructは、アップデートを経てパワートレイン解析のためのあらゆる物理現象を扱えるようになりました。伝熱、ボルトとガスケットのモデリング、超弾性材料、効率的な接触アルゴリズムなどのソリューションを備えています。

設計コンセプトの作成

  • トポロジー最適化: OptiStructのトポロジー最適化では、革新的なコンセプト設計案を生成できます。 ユーザーが定義した設計空間、性能目標、製造性制約条件に基づき、最適な設計案が生成されます。トポロジー最適化は、1次元、2次元、3次元の設計空間に適用できます。

  • トポグラフィー最適化:薄肉構造物には、強化手法としてビードやスエージがよく使用されます。OptiStructのトポグラフィー最適化テクノロジーは、与えられたビードの寸法の範囲内で、所定の性能要件を満たすように、構造強化に最適なビードパターンを最適な箇所に配置した革新的な設計案を生成します。典型的な適用例には、パネルの強化や振動数の制御などがあります。

  • フリー寸法最適化: フリー寸法最適化は、切削加工の金属製構造物の最適な板厚分布を見つけたり、積層複合材の最適なプライ形状を特定したりするために広く用いられています。フリー寸法最適化の設計変数の一つは、材料層ごとの要素厚さです。

設計の微調整を目的とした最適化

  • 寸法最適化: 材料特性、断面寸法、板厚などの最適なモデルパラメータは、寸法最適化で求めることができます。

  • 形状最適化: 形状最適化は、ユーザー定義の形状変数により既存の設計を改善するときに実行します。形状変数は、HyperMeshに搭載されたモーフィングテクノロジーであるHyperMorphで生成します。

  • フリー形状最適化: OptiStructの独自手法であるノンパラメトリックな形状最適化を使用することにより、形状変数を自動生成し、設計要件に基づいて最適な形状輪郭を決定できます。この手法では形状変数を定義する必要がなく、より一層柔軟に設計を改善できます。フリー形状最適化は、高い応力集中を減少させることに非常に効果的です。

積層複合材の設計と最適化: OptiStructに実装された独自の3段階のプロセスを使用することにより、積層複合材を容易に設計および最適化できます。このプロセスは、直感的で使いやすいプライベースのモデリング手法に基づいています。また、積層複合材の設計に特有の積層減少率などのさまざまな製造性制約条件を容易に考慮できます。このプロセスでは、最適なプライ形状(第1段階)、最適なプライ数(第2段階)、最適なプライ積層順(第3段階)の順に求めます。

3Dプリンティング用ラティス構造の設計と最適化: ラティス構造には、軽量性や熱的性質など数多くの魅力的な特性があります。また、多孔質であることに加え、細胞組織と結合しやすい小柱構造を持つことから、たとえば医療用インプラントなどに非常に望ましい特性と言えます。OptiStructには、トポロジー最適化に基づいてラティス構造を設計できる独自のソリューションが備わっています。応力、座屈、変位、周波数などの詳細な性能目標を考慮しながら、ラティスビーム(格子梁)について大規模な寸法最適化スタディを実施できます。

主な解析手法と機能

剛性、強度、安定性

  • 接触と弾塑性を伴う線形・非線形静解析
  • 超弾性材料の大変位解析
  • 高速な接触解析
  • 座屈解析

振動騒音解析

  • 実固有値・複素固有値解析のためのノーマルモード解析
  • 直接法およびモーダル法による周波数応答解析
  • ランダム応答解析
  • 応答スペクトル解析
  • 直接法およびモーダル法による過渡応答解析
  • 座屈解析、周波数応答および過渡解析のための非線形結果を用いた初期荷重負荷
  • ローターダイナミクス
  • 流体-構造連成(NVH)解析
  • AMSES大規模固有値ソルバー
  • 高速大規模周波数応答解析ソルバー(FASTFR)
  • ピーク応答周波数における結果の出力(PEAKOUT)
  • ワンステップ経路分析(PFPATH)
  • 放射音解析
  • 周波数依存性があり、多孔性の材料プロパティ

パワートレイン耐久性解析

  • 1次元および3次元ボルト初期締め付け
  • ガスケットモデリング
  • 接触モデリングと接触に適した要素
  • 硬化を伴う塑性
  • 温度依存の材料特性
  • 領域分割法

伝熱解析

  • 線形・非線形定常解析
  • 線形過渡応答解析
  • 熱-構造連成解析
  • ワンステップ法による非定常熱応力解析
  • 接触ベースの熱解析

動解析および運動学解析

  • 静 / 擬似静解析、動解析
  • 荷重の抽出と仕事量の予測
  • システムおよび弾性体の最適化

構造最適化

  • トポロジー、トポグラフィーおよびフリー寸法最適化
  • 寸法、形状およびフリー形状最適化
  • 積層複合材の設計と最適化
  • 3Dプリンティング用ラティス構造の設計と最適化
  • 等価静的荷重(ESL)法
  • マルチモデル最適化

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