COMSOL Multiphysics^® 6.1 リリースハイライト

最適化モジュールアップデート

最適化モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン 6.1 では, トポロジ最適化のためのミリング拘束, 形状最適化のための曲線とサーフェスの連続性を維持するための改善されたサポート, および構造シェルの固有振動数の形状最適化のための新機能を提供します. これらの機能の詳細については以下をご覧ください.

トポロジ最適化のための製造拘束

トポロジ最適化は, 極端な設計の自由度に関連付けられています. これにより, 極端な性能が得られるだけでなく, 従来の製造技術では使用が難しい複雑な形状の部品も得られます. 既存の密度モデル機能には, 従来の製造技術との互換性を確保するためのミリング拘束機能が含まれるようになりました. この機能は, 新しいトポロジ最適化モデル, ミリング拘束付き梁のトポロジ最適化といくつかの更新された構造力学モデルで確認できます.

ホイールのトポロジ最適化は, 新しいチュートリアルモデル, ミリング拘束付き梁のトポロジ最適化に示されています. ホイール全体がモデル化され, 形状最適化のためにセクター対称性が適用されます. ホイールリムは12の荷重ケースに関して剛性が最適化されています. 最適化には軸方向のミリング拘束が含まれます (左). 参考にミリング拘束なしの対応する結果を示します (右).

形状最適化のための連続性

形状最適化を実行する場合, 法線ベクトルの連続性を確保することは, 最適化されたジオメトリモデルで滑らかな曲線とサーフェスを維持する方法です. 自由形状境界および自由形状シェル機能が拡張され, 対称およびローラー境界上での法線ベクトルの連続性を維持するためのサポートと, 異なる自由形状境界および 自由形状シェル機能の選択間でのサポートが追加されました. 同様に, 多項式境界と多項式シェル機能 2D バージョンが拡張され, 対称境界とローラー境界, および選択内のエンティティと固定点の隣のエンティティ間で法線ベクトルの連続性を維持できるようになりました. 新しく更新された梁の設計最適化モデルでこの新機能が使われています.

さらに, 関数の制御機能には, 区分的バーンスタイン多項式オプションが含まれるようになりました. この制御タイプでは, 勾配は多項式間で連続しています. これは, 通常, 高次多項式に関連する高周波ノイズを導入することなく, 設計の自由度を高めるのに役立ちます.

新しいチュートリアルモデル, ホイールリム — 疲労評価付き応力最適化は, 最大応力の近似値に関するホイールの形状最適化を示しています. ホイール全体がモデル化され, 形状最適化のためにセクター対称性が適用されます. さらに, 応力評価に使用するセクターにはより細かいメッシュが使用され, 自由形状境界機能の設定により, セクター間の法線ベクトルの連続性が保証されます. 最適化では, 6つの荷重ケースが考慮され, 剛性と質量を初期値に拘束しながら, 最悪のケースに合わせて最適化されます. これは疲労最適化に対するヒューリスティックなアプローチであるため, 疲労特性は最適化の前後で評価されます.

シェルのための勾配ベース最適化

固有振動数は, 特定の種類の勾配ベースの最適化の対象となり, たとえば, 構造シェルの形状最適化に使用できます. 既存の多項式境界機能が拡張され, 3D をサポートするようになりました. 新しい多項式シェル機能が形状最適化インターフェースに追加されました. この機能のデモンストレーションは, 新しいチュートリアルモデル, シェルの固有周波数最大化で見ることができます.

チュートリアルモデル, シェルの固有周波数最大化では, 新しい多項式シェル機能を使用してシェルの最小固有振動数を最大化する方法を示します.

新規および更新されたチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics^® バージョン 6.1 では新規および更新されたチュートリアルモデルが最適化モジュールに追加されました.

トポロジ最適化されたフックのエクスポートおよびインポート

このフックのトポロジ最適化では, 構造部品が2つの荷重ケースにさらされるときに, シミュレーションによって最適な材料分布が検出されます. この以前に利用可能だったモデルは更新され, 密度モデル機能で利用可能な新しいミリング拘束を使用するようになりました.

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hook_topology_optimization_stl
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ミリング拘束を使用したねじれ球のトポロジ最適化

この例は, ミリング拘束のベンチマークであり, トルクトポロジ最適化問題を求解します. ミリング拘束がない場合, 結果の形状は閉じた球体になりますが, ミリング拘束がある場合, 図に示すように, 結果の形状はより複雑になります. モデルは, 4つのミリング方向でトポロジを最適化します. 2つのミリング方向のみを考慮する必要があるように, 対称性が使用されます.

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torque_topology_optimization_milling
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ステップスラスト軸受のトポロジ最適化

トポロジ最適化を使用して, 大きな荷重をサポートできるステップスラスト軸受を設計します. 溝の数が異なるデザインは, 初期デザインを変更することで識別できます. 結果は身体にフィットしたメッシュで検証されます.

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step_thrust_bearing_topology_optimization
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ステップスラスト軸受の形状最適化

形状最適化により, 大きな荷重を支えることができるステップスラスト軸受を設計します. 方位角方向にステップを移動するには, 制御機能機能を使用します.

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step_thrust_bearing_shape_optimization
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ミリング拘束付き梁のトポロジ最適化

アルミニウム梁の質量が変位の制約と分布荷重を考慮したトポロジ最適化によって最小化されます. この以前に利用可能だったモデルは変更され, x 軸と y 軸からのミリングでの新しいミリング拘束の使用を示すことができるようになりました.

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beam_optimization_milling
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梁の設計最適化

アルミニウム梁の質量が, 変位制約と分布荷重を受ける形状の最適化によって最小化されます. この以前に利用可能だったモデルは, 下限の形状を定義する2つの2次バーンスタイン多項式間の法線ベクトルの連続性を保証する新しい機能で更新されました.

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beam_optimization
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シェルの固有周波数最大化

シェルの最低固有振動数は, 多項式シェル機能を使用して形状を変形することで最適化されます. 右端の境界はシェルインターフェースで固定され, 他の外部エッジは形状最適化インターフェースで固定されます.

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shell_eigenfrequency_shape_optimization
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音響と構造の相互作用を考慮した音響パーティションのトポロジ最適化

このモデルは, 遮音壁の設計に関する学術論文を再現しています. 固体力学インターフェースの混合定式化を使って遮音壁の音響構造相互作用のトポロジ最適化を設定します. 得られたデザインは身体にフィットしたメッシュで検証されます.

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topology_optimization_solid_aco
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ブラケット — 疲労評価付き応力最適化

この例では, 形状最適化と構造疲労の評価を示し, ブラケットのおおよその最大応力を最小化します. 質量と剛性は, 初期値に関して拘束されます. 最初のジオメトリ (上) と比較して, 最適化後 (下) の疲労寿命は改善されます.

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bracket_fatigue_optimization
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ホイールリム — 疲労評価付き応力最適化

ホイールのおおよその最大応力は, 形状の最適化を使用して最小化されます. セクター対称が適用されたフルホイールがモデル化されています. 応力評価に使用されるセクターは, より細かいメッシュを使用します.

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rim_fatigue_optimization
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ホイールリム — ミリング拘束付きトポロジ最適化

ホイールリムモデルは, 製造上の制約を伴うトポロジ最適化を使用して, 12の荷重ケースに関して剛性が最適化されています. ホイール全体がモデル化され, 形状の最適化のためにセクター対称性が適用されます.

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wheel_topology_optimization_milling
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