軽量化と構造最適設計（自動車・重工業・産業機械）のエンジニアリングサービス
ヴァイナスは、ドイツFE-DESIGN 社と提携することによりドイツ自動車メーカーが採用している最新の最適設計技術を利用し、弊社の最適設計ノウハウを駆使することで、従来に比べ短期間でさらなる軽量化と強度・剛性・耐久性等の構造性能を同時に改善し、設計効率の向上とコスト削減を実現します。
コンセプト（軽量化と構造最適設計）
自動車、重工業、産業機械などの様々な分野において、CAEは製品の開発・設計に必要欠くべからざる技術として普及し、設計上流において、強度・剛性・耐久性・振動特性等の構造性能を評価するために用いられてきました。さらに、環境・エネルギー・資源問題への対応のため、軽量化と構造性能を徹底して追及する動きが顕著になり、設計課題を解決するためのCAEの活用がより強く求められるようになりました。
しかし、現状では、熟練技術者が既存構造をベースにしたパラメトリック・スタディにより設計案を求め、詳細設計においてはFEM解析の結果を図面にフィードバックする従来の設計の延長線上でCAEを活用するだけでは、設計目的をスピーディに達成することが困難になっております。
ヴァイナスの軽量化のための最適設計コンサルティングサービスは、自動車メーカー・航空機メーカー出身の設計実務経験を積んだエンジニアを核に、製品のさらされる環境を理解し、設計仕様を検討し、弊社の蓄積した最適設計ノウハウに照らして、最も適切な最適設計プロセスを設定しますので、従来に比べ短期間で、軽量化と構造性能アップを達成することが可能です。
自動車メーカー・航空機メーカー出身の設計実務経験を積んだエンジニアが、はじめにご相談を無料にてお受けいたしております。是非、一度お問い合わせ下さい。
軽量化されたトランスバースリンクがAUDI A8に搭載
（資料提供：AUDI AG社）
サービス内容
自動車メーカー・航空機メーカー出身の設計実務経験を積んだエンジニアが、はじめにご相談を無料にてお受けいたしております。次にお伺いした製品の設計仕様を検討し、最も適切な最適設計プロセスを構築し、軽量化や強度向上を同時に短期間で達成します。
- 軽量化
- 剛性向上
- 応力・塑性歪低減、座屈（不安定崩壊）強度向上
- 疲労寿命・耐久性向上
- 固有振動数改善、音響・振動特性向上
- 重量重心・慣性モーメント改善
コンサルティング導入による効果
軽量化と構造性能向上を同時に短期で実現
コンサルティングによる効果
- 軽量化と高い設計要求を同時に満足する品質の高い設計案
- 設計における試行錯誤による時間のロスをカット
- 設計目標達成に課せられた納期の満足
- 軽量化による材料コスト及び開発コストの大幅な削減
構想設計段階では
軽量化や構造性能等の基本特性の優れた斬新な設計案を開発の初期に得ることが可能で、試行錯誤・トレードオフ・出戻り作業等の時間ロスや、試作・試験コストの削減が見込めます。
詳細設計段階では
自動的に重量、静強度、疲労強度を同時に満足する最終形状を得ることが可能です。応力、塑性歪、接触圧、更には疲労安全率や累積損傷度も考慮した最適設計を行います。構想設計で得られた形状の更なる軽量化、並びに既存構造の軽量化や構造性能の改善にも適用可能です。また、形状修正要求等の解析・設計部門間の情報伝達時間ロスの削減も可能です。
コンサルティング導入効果による時間・コスト削減効果
軽量化と構造最適設計コンサルティングサービスの国内外における実施例
当コンサルティング技術がさまざまな分野で活用され、飛躍的な効果を達成しています。
当コンサルティング技術の導入事例の一部をご紹介します。
尚、豊富な事例を掲載した詳細資料を無料で差し上げております。エンジニアリングサービス お問合せフォーム（お問合せ無料）にてお問い合わせ下さい。
構想設計段階における実施例
本サービスでは、基本特性の優れた設計案を開発の初期に得て、試行錯誤や設計の出戻り作業の削減に効果を挙げることが可能です。
右図は、風力タービンのギア支持架台ですが、風車の大型化による設計荷重の増大に、旧形状の構造様式では対応しきれず、開発も困難を極めておりました。そこで、設計上流において基本特性の優れた構造を得るために、最適設計が適用されました。新形状は、構造様式が大きく変わり、単位設計荷重当り４０％の軽量化を達成し、材料コスト低減にも貢献しています。
風力タービンのギア支持フレーム（Suzlon Energy社）
詳細設計における実施例
右図は、自動車シャシー部品における最適化による板厚変化を示しています。本事例では、疲労強度を保ちつつ１０％の軽量化に成功しました。さらに、非線形解析による塑性歪と疲労強度解析による累積損傷度を“同時に”考慮した最適設計を行なっており、業務効率の飛躍的な改善に成功しました。
シャシー部品10％軽量化
最適化による板厚の変化量分布図（AUDI AG社）
非線形解析と製造条件を考慮した実施例
汎用FEM解析ソルバの非線形解析結果を考慮した最適設計が可能です。右図は2つの材料特性の違うブロックに荷重を負荷した現象で最も剛性と体積の効率が優れた形状を示しています。本検討では、下部の鉄板に上部の補強材の入ったゴム・ブロックの端部を下方に荷重負荷した現象を模擬し、ゴム材の非線形特性と鉄板との接触を考慮しています。従来は、接触による現象の変化は、従来、実験や解析による結果から、要因を分析し、改善を繰返す方法で進めており、設計期間短縮や性能向上に限界がありましたが、本サービスにより大幅な設計業務の効率化が実現でききました。
ゴム・ブロックの非線形のトポロジ最適化例
自動車フレームの座屈強度を向上した実施例
座屈などの不安定現象も弊社のノウハウを用いることで最適設計が可能です。右図は、薄肉閉断面フレームの片持ち梁の自由端側に曲げ荷重を与えた場合の実施例です。最適設計により数％の重量増で30%の強度向上に成功しました。破壊モードは圧縮側の不安定崩壊ですが、最適設計により適切な断面形状が求まり更なる軽量化が可能となりました。
自動車フレームの曲げ座屈(不安定崩壊)強度を向上
エンジン部品の疲労・耐久性を向上した実施例
汎用の疲労解析ソルバ用いた最適設計により、疲労・耐久性の向上が可能です。右図のエンジン部品の事例では、汎用FEMソルバのサブモデルシステムを活用することで従来ではできなかった期間で重量増加無しで耐久性能の４０％向上に成功しました。
エンジン部品の疲労安全率コンター図
オイルパンの振動特性を向上した実施例
オイルパンやマフラー等の板金部品について、剛性向上や固有振動数向上等を達成するビード形状を求めることが可能です。
右図の事例では、１次固有振動数の最大化を行い、１２９％の向上に成功しました。それに伴い、２次から５次の固有振動数も向上しました。これにより共振による騒音を回避することに成功しました。
オイルパンの固有振動数の改善
構造最適設計を支援するツール ご紹介
ノンパラメトリック 構造最適設計システム TOSCA
TOSCAは、数値解析技術を用いて製品の最適構造を求めるソフトウェアです。 詳細設計における耐久性・安全性の向上はもちろんのこと、コンセプトデザインを 決める段階でTOSCAを活用することにより、下流工程の設計手戻り を最小化し、劇的な設計時間短縮や、軽量化および耐久性向上が期待できます。 また、既存のソルバーと連携することにより今までのCAEノウハウを活用し最適化計算 を行なう事を可能にします。
