close

Enter

Log in using OpenID

製品開発における CAE の運用 (Creo Simulate

embedDownload
MECHANICA最先端
最先端
製品開発における
CAE の運用 (Creo Simulate)
先端技研株式会社 Sentan Digital Co.,LTD
〒222-0033 横浜市港北区新横浜3-8-11KDX新横浜381-3F
TEL 045-474-1457 FAX 045-474-1458 mobile (81)80-3805-6523
E-mail [email protected] http://www.e-sentan.com
1
2012/12/18
Agenda
1. 会社紹介
2. 設計と解析(Creo Simulate)
3. 幾つかの事例
2
2012/12/18
1
会社情報
商
号 先端技研株式会社
本社所在地
〒220-0033 横浜市港北区新横浜3-11-8 KDX新横浜381-3F
(JR新横浜駅徒歩5分,市営地下鉄新横浜駅3分)
代
表
者 代表取締役社長(工学博士) 叶 新華
連
絡
先
資
本
金 \17,000,000
TEL 045-474-1457
FAX 045-474-1458
技 術 顧 問 吉村 信敏(工学博士)
営 業 開 始 平成16年12月1日
主要メンバーは
元PTCコンサルタント
P.3
個人概要
1989年 来日、静岡大学留学
1993年 博士課程終了、ミネベアへ就職
1997年 PTCに転職
コンサルティングチーム所属
設計者CAEを推進
Pro/ENGINEER内蔵のMechanicaについて
日本一と自負
2004年 PTC CAEグループメンバーを中心に
先端技研株式会社設立
設計者向けのCAD/CAE業務を中心に展開
2006年 北京・合肥で事務所
2012年 南京321プロジェクトに入選、南京で法人を設立
P.4
2
事業内容
1.
CAD/CAE/CAO製品の販売、開発と支援
CAD/CAE/CAO製品の販売、開発と支援
2.
設計者向けのCAD/CAE
設計者向けのCAD/CAEコンサルティングとトレー
CAD/CAEコンサルティングとトレー
ニング
3.
モデリングと解析の受託
モデリングと解析の受託
4.
エンジン解析のコンサルティングと受託
5.
高度な解析受託(機構解析、構造解析、熱流体
解析、公差解析、信頼性解析、最適化解析)
6.
各種プログラミング(
各種プログラミング(CADカスタマイズ
CADカスタマイズ、各種アプ
カスタマイズ、各種アプ
リケーションの作成)
7.
モデルの修復
8.
中国人材の紹介、中国進出の仲介
9.
翻訳及び通訳業務(英語⇔
翻訳及び通訳業務(英語⇔日本語⇔
日本語⇔中国語)
解析を中心、Creo全般
全般
解析を中心、
P.5P.5
Sentan Digital Co.,LTD
使命:
デジタルモデル価値の最大化
設計完成度の向上
(品質の向上、期間の短縮、コストの削減)
設計者CAE
設計者CAE
Mechanica
BMX
MDX/MDO
FloEFD
解析者CAE
解析者CAE
最適化
信頼性解析
組込みソフト
制御技術
iSIGHT
Cetol- 6σ
Matlab
Simulink
ツールを問わず
ツールを問わず
CADデジタルモデル
CADデジタルモデル
P.6
3
主要商品
PTC
CREO
CREO Simulate(設計者向け
Simulate(設計者向け 構造解析ソフト)
Mathcad
PDMLinkなど
PDMLinkなど
EFD‐Pro(設計者向けマルチ
EFD‐Pro(設計者向けマルチCAD
(設計者向けマルチCAD アドイン 熱流体解析ソフト)
NEI/NSTRAN(
NEI/NSTRAN(構造解析ツール、ハイパフォーマンス・低コスト)
iSIGHT(最適化解析ツール、ソフトウェアロボット)
iSIGHT(最適化解析ツール、ソフトウェアロボット)
JSCAST(鋳造解析)
JSCAST(鋳造解析)
ANSYS系列(一般商用マルチフィジカル解析ツール)
ANSYS系列(一般商用マルチフィジカル解析ツール)
LSLS-DYNA(
DYNA(衝撃解析)
Moldex3D(
Moldex3D(樹脂流動解析)
ACTRAN VA(振動騒音解析ソフト)
VA(振動騒音解析ソフト)
P.7
PTC 解析製品群
Creo
BMX
Mechanism
MDX
Creo Simulate
Mathcad
Structure
DAO
Fatigue Advisor
公差解析
MDO
<概要>
EFD-Pro
Thermal
BMX;全体最適化
MECHANISM;機構解析
MDX;キネマティック解析
Moldex3D
Pro/FEM
MDO;ダイナミック解析
Structure;構造解析
Thermal;熱伝導解析(定常&非定常) CreoSimulate FEMプリポストプロセッサー
Fatigue Advisor;簡易疲労解析
Moldex3D;樹脂流動解析
P.8
4
ビジネス形態
顧客
Advanced
Simulation Business
Pro/ENGINEER Simulation Business
PTCジャパン様
PTCジャパン様
請負
(直販アカウント)
新日鉄ソリューションズ様
理経様
直接
大塚商会様
販売
等の代理店と協業
他ベンダー様
との協業
直接
販売
先端技研
縁の下の力持ち
P.9
Sentan Digital Co.,LTD
中国の拠点
中国南京市の人材誘致で
会社設立
PTCの代理店
PTCの代理店
北京、上海、重慶、合肥
にビジネス拠点を設置
日本からの業務
現地日系企業をサポート
解析を中心、Creo全般
全般
解析を中心、
P.10
Sentan Digital Co., LTD.
5
先端技研トレーニングコースの一覧表
1.CAE基礎講座(座学)
2日
12.Pro/ENGINEER基礎コース
3日
2.CAEアドバンス講座(座学)
2日
13.トップダウン設計コース
2日
3.Mechanica基礎解析トレーニング講座 2日
14.シートメタル
1日
4.Mechanica接触解析トレーニング講座 1日
15.流用設計
1日
5.振動解析基礎講座(座学)
1日
16.図面コース
1日
6.Mechanica振動解析
1日
17.パイピング基礎(2011年3月下旬) 1日
7.熱解析基礎講座(座学)
1日
18.EFX wf5.0 (2011年5月)
8.Mechanica熱解析トレーニング
1日
19.Pro/NC wf4.0(ポスト含まず)
2日
9.MDX機構解析トレーニング
1日
20.Pro/E wf5.0初級
3日
10.MDO機構解析トレーニング
1日
21.Pro/E wf5.0中級
3日
1日
22.Pro/E wf5.0上級
3日
11.BMXトレーニング
1日
カスタマイズトレーニング(別途お見積り)
スキルチェックとフォローアップトレーニング
Sentan Digital Co.,LTD
CAE 結果ビューワー
•
•
見たい、変更したいアイテムはクリック
横浜市政府助成
P.12
6
カスタマイズ 無限の可能性
非リンク寸法の検出と整理
解析のテンプレート化
(完全初心者もできる)
Pro/ENGINEER Toolkitでのアプリケーション開発
Pro/Intralink Toolkitでのアプリケーション開発
顧客のPro/Toolkit使用支援のためのコンサルティングサービス
Toolkit使用のための顧客向けトレーニング
P.13
P.13
Agenda
1. 会社紹介
2. 設計と解析(Creo Simulate)
3. 幾つかの事例
14
2012/12/18
7
製品ライフサイクル原価を最小限に
原価決定のライフサイクル
“Total Product Confidence”
100
80
Digital
Product
95%
85%
ライフサイクルコスト
が決まる
70%
Physical
Product
60
一旦それが製造に行
けば、最大95パーセ
ントの製品のライフサ
イクル原価は固定され
ます
35%
40
22%
原価を切下げ
る機会
20
概念のデザイン
詳細デザイン
生産
サポート
製造への移行
情報元:
情報元 DARPA RaDEO Project
デジタルモデル価値の最大化
解析型設計を提唱
解析と設計が分離
期間が長い、コストが高い
(死因判定)
¥¥¥
¥¥
¥
従来
製品
開発
解析(応力、剛性、振動、熱)
概念設計
基本設計
詳細設計
性能解析
剛性、固有値、
応力レベルの
解析
細部応力の
解析
提案
試作
試作回数
減少
製造
市場
不具合減少
解析と設計が一体
戻りが大幅に減少、期間短縮、コスト削減
(健康診断)
8
応力、変形、安定性、固有振動数の把握
手法1-手計算
古くから使われている。
高度な力学知識が必要
複雑な形状では無力、誤差も大きい。
手法2ー実験
最も分かりやすい。確かな情報が得られる。
実物が必要。コストが高い。時間がかかる。
実験できないときも多い。(無重力)
手法3-机上の実験(解析)
コンピュータと有限要素法の力を借りる。
実物が不要なので、設計段階で確認できる
投資(ハード&ソフト)が必要
正しい使い方が必要
17
2012/12/18
有限要素法の考え方
計算可能な挙動
挙動= ??
複雑な形状を有限な数の単純な形状に
分割するというのがFEMの考え方
9
有限要素法の歴史
1956年
M.J.Turner,R.W.Clough,H.C.Martin,
M.J.Turner,R.W.Clough,H.C.Martin, and L.J.Topp,
L.J.Topp,
“Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structure “
J. Aeronautical Sciences ,1956
1960年代
1960年代
汎用線形構造解析コード
NASTRAN
1970年代
1970年代
汎用非線形構造解析コード MARC、
MARC、ANSYS
1980年代
1980年代
CAEが様々な産
CAEが様々な産 業で普及し始める 。
FEMメッシュの自動作成、
FEMメッシュの自動作成、CAD
CAEの連動、IDEAS
メッシュの自動作成、CADと
CADとCAEの連動、
の連動、IDEAS
1990年代
FEMメッシュの自動作成、
FEMメッシュの自動作成、CAD
メッシュの自動作成、CADと
CADとCAEの連動、精度自動収束(
CAEの連動、精度自動収束(P
の連動、精度自動収束(P法-Mechanica)
Mechanica)
解析結果に影響する要因
形状の近似
要素の種類(4面体が最悪)
要素の歪み(正方形が良い)
要素パターンの規則性
分割粗さの変化(漸進)
要素間の連続性(中間節点)
•
•
•
これをノウハウだと自慢する人が多い。
なぜこんな設計と関係ないことを覚えないといけないのか?
設計活動にリアルに対応可能か
分割あらさと予想応力(応力集中)
要素内の節点番号の順番、差
要素の次数(高次が良い)
荷重条件/拘束条件の正確さ
板厚/材料物性との対応
材料定数の正確性、非線形性
現場では、メッシュ作成でもう精一杯
解の精度の良し悪しを論ずる余裕がない。
20
2012/12/18
10
アダプティブP法とMechanicaの小史
1975年頃 Zienkiewicz教授がhierarchical要素(Mechanicaの要素)を提案
1980年頃 Babuska教授がアダプティブP法の収束性を証明
1985年頃 Szabo教授がアダプティブP法の優位性を証明
1988年
1990年
この頃 IBM Almaden研究所がアダプティブP法に注目
IBM Almaden研究所の研究者が
ソフト開発のためのベンチュア企業 Rasna を設立
Applied Structure(静応力解析)を発表
アダプティブP法とパラメーター解析が可能
その後 Applied Thermal、Applied Vibration が開発され、
後に Mechanica シリーズ となる
1999年 PTC社が Rasna社を買収 ProMechanica シリーズと改称
ProEngineerとの統合モードの開発に注力
Wildfire 4.0 メッシュ制御機能を追加(H-P法)、超弾性材料
Wildfire 5.0 弾塑性解析、
Creo2.0 非線形解析の組み合わせ
21
2012/12/18
解の精度向上するアプローチ
変形の形を変えずに、要素を細かくすることに
よって、新の変位を近似する
22
要素の大きさを変えずに、変形の形を高くするこ
とによって、真の変位を近似する。
2012/12/18
11
形状関数と要素数
変形: 多項式
変形: 線形
要素1個
要素1個、形状関数1次
要素1個、形状関数2次
要素2個
要素3個
要素4個
何処まで次数を高めるとよいか
解の収束性
メッシュの品質 - 実例
ようやく
Pro/MECHANICA
の96%になる
H法: 苦労すれば、メカニカ
のデフォルト結果になる。
一回だけの結果を信じないで
要素に関するノウハウが不要
設計者のためのツール
24
2012/12/18
12
P法 VS H法(天網恢恢、疎して漏らさず)
設計者は設計と関係ないFEM知
識を覚えなくてよい。
MECHANICAを活用し、製品品
質の把握と制御に安心に専念す
ることができる。
H-Code
要素数5120
5120
要素数
最大応力31.1
最大応力31.1
設計者による解析
ジオメトリの導入(CADとの一体化)
要素の作成
解析条件の定義
何を求めるか(解析の種類)
どのように求めるか(H法 VS P法)
結果を如何に表示するか
結果は正しいか?
いかに設計結果を設計に反映するか?
感度解析。最適化解析
26
2012/12/18
13
簡単に使えること
CADと一体化(NativeかAdd-in)
CADと共通の操作
直感的、体系的
27
2012/12/18
正確な結果が得られること
精度管理されていない結果は設計に役立たない。
経験、勘、度胸からの脱却(個人差を無くす)
フィレット部の応力が
収束していることをグ
ラフで確認できる
28
2012/12/18
14
品質の制御:感度解析(有用)
寸法などの変化に伴う物理量(応力、変位、固有値など)の
変化を自動的に算出する。一々モデルの再構築が不要
必然的に設計を改善できること
設計変更に対応(パラメトリックモデル)
感度解析
最適化解析
30
Max_Disp(mm)
Max_Stress_vm(Mpa)
mass(g)
最初設計 最適化設計
0.052
0.028
141.0
93.0
166.5
78.3
効果
-46%
-34%
-53%
2012/12/18
15
注意点 その1
その1- 収束法
シングルパスアダブティブ
1回目は、すべてのエッジに3次の形状関数を設定、2回目は、要素間の応力の
回目は、すべてのエッジに3次の形状関数を設定、2回目は、要素間の応力の
段差に基づいて、次数を決定。マルチパスより早い。
マルチパスアダブティブ
パス間のローカル変位・ローカル歪みエネルギー及びグローバルRMSの応力の
の応力の
パス間のローカル変位・ローカル歪みエネルギー及びグローバル
差で次数を決定。変化の激しい処、自動的に次数をアップ。収束はより丁寧に行
われている。収束グラフがあるので、収束度を確認できる。特に高次の周波数を
要求する場合、使うべき
解の収束性
固有値
有限要素法の解は常に危険側にある!
応力、剛性は実際より低く算出
固有振動数は実際より高く算出
うっかり信用すると、大惨事になりかねない
実際
変位
応力
要素の細かさ(H
要素の細かさ(H法)
変位の次数(P
変位の次数(P法)
簡単に桁違いの結果を出す
32
2012/12/18
16
自動収束
Adaptive P法を搭載、応力集中を見逃さない
各エッジの変位、ひずみエネルギー、
RMS応力の変化に応じて、次数を自
動的にアップする。
収束率の確認
17
注意点 その2
その2- 特異点
面積ゼロの拘束と荷重
形状変化の不連続
拘束(実際変形を反映しない拘束)
注意点 その3
その3- 要素制御
最大要素サイズ
曲率
18
Agenda
1. 会社紹介
2. 設計と解析(Creo Simulate)
3. 幾つかの事例
37
2012/12/18
事例1: 感度解析
ボルト締結
材質;STEEL
シャフトにより、
回転可能
実機での
変形位置
PNT1
PNT0
結論
この断面の捻り強度不足
→断面2次極モーメントを
大きくする必要有り。
PNT1
PNT0
19
事例1: 感度解析
PNT1付近の最大応力
PNT0付近の最大応力
幅を変更するメリットは小
PNT1付近の最大応力
設計変更の指針を定量的に!
h試作で不具合(曲がり)発生の対策。
試作で不具合(曲がり)発生の対策。
→設計変更の指針を定量的に求め、
有効な対策を打てた。
PNT0付近の最大応力
フランジ高さ4
フランジ高さ4mm付近がベスト
mm付近がベスト?
付近がベスト?
事例2: 軸受け
微小なラウンドを追加するだけで、最
大応力値が激減
問題のあった軸受け
全体アセンブリ
設計変更の指針を定量的に!
問題のあった軸受け
部品 ma8298,prt
感度解析の定量的なデータによる
効率的な設計変更。
ラウンド R0.1
σ1=50.4MPa
ラウンド R0.5
σ1=24.7MPa
20
事例3 オルタネータ: 共振が発生
共振が発生
試験で
発電機 共振周波数=
共振周波数=280Hzで共振数することを確認
280Hzで共振数することを確認
MECHANICAのプロセス
Mount’g Brkt.
Boss (Cylind. Head)
Alternator
Oil Pump Case
Analysis Procedure
1.
2.
3.
4.
ソリッドモデルの構築
現状モデルの固有値を把握
設計パラメータの決定
感度解析と最適化解析
21
現状の把握
1st : 147 Hz
2nd : 281 Hz
Von Mises Stress Distribution Contour Plot
設計パラメータの策定
Plate Thickness
Base Thickness
Rib Angle
RibThickness
Mounting Bracket
OP Rib Thickness
Oil Pump Case
22
最適化の結果
対策前
ブラケットを修正
(Plate T : 13mm, Rib Angle : 52°)
Response Point
実験結果
Exciting Point
Displacement (Log)
1.E-06
2次固有振動数は
次固有振動数は320Hz
次固有振動数は Hz
共振回避ができた。
共振回避ができた。
共振のピークも下がった。
共振のピークも下がった。
1.E-07
1.E-08
1.E-09 0
100
200
300
400
Frequency (Hz)
事例4 フォークリフトの振動
某フォークリフトメーカ(3トン)
トータル重量4.4トン
アイドリング時、ハンドルは大きく振動
Sentan Digital Co.Ltd
46
23
問題提出
現象分析
プロジェクトの流れ
現象再現
設計改善
実測
問題提出
設計改善
実測
現象考察(実際と理論)
2ヶ月間
最終確認
2ヶ月間
問題の再現
2ヶ月間
設計の2次改善
設計の1次改善
Sentan Digital Co.Ltd
まとめ
測定
2次試作
改善案の選定
実測結果分析
測定
次試作
改善案の選定
1
47
問題提出
現象分析
現象分析
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
励振
構造物
応答
最終確認
アイドリング時の回転数800rpm
周波数=26.7Hz
強制振動=
内的要因(各自共振モード)+外部的要因(エンジンからの振動)
Sentan Digital Co.Ltd
48
24
問題提出
現象分析
解決方法
現象再現
設計改善
振動問題を解決するために、幾つかの手段がある。
実測
設計改善
実測
最終確認
1.
2.
3.
4.
振動元からの振動を小さくする。
振動元からの振動を隔離、もしくは減衰させる。
構造物の固有振動数を変えて、エンジンからの振動と共振させない。
共振を避けられない場合、減衰などを利用して、共振の振幅を抑える。
今回のハンドル振動問題に対して、以下の手法を考えられる。
1.
2.
3.
4.
エンジンアイドリングの回転数を変える。
振動伝達経路にダンパーなどをつけて、振動を吸収する。
ハンドルおよび関連部品の固有振動数を変える。
ハンドルおよび関連部品の動的剛性を高める。
強制振動=
内的要因(各自共振モード)+外部的要因(エンジンからの振動)
Sentan Digital Co.Ltd
49
問題提出
現象分析
設計案の確定
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
最終確認
• エンジンアイドリングの回転数を高めると、
アイドリング時の燃費が悪い。回転数を下げ
ると、回転に切り替える時の性能が影響され
る。アイドリング回転数の変更余地が小さい。
• 動力伝達経路にダンパーおよびその他
の装置を取り付けると、設計の抜本的な変更
が必要。コストが大幅に上昇する。
• 全体設計を変えない前提で、ハンドルお
よび関連部品の設計変更により、共振周波
数を変えることにより、ハンドルの振動を抑え
る方法は最も有効、且つ経済的である。
ハンドル機構の共振周波数を変える
Sentan Digital Co.Ltd
50
25
問題提出
現象分析
モデルの構築
現象再現
設計改善
実測
設計改善
ハンドル(ブルー)
実測
最終確認
支持板(グレイ)
支持フレーム(オレンジ)
固定板(グリーン)
Sentan Digital Co.Ltd
51
問題提出
現象分析
解析条件
現象再現
設計改善
実測
設計改善
•
材料特性の指定
•
部品間の接続
•
拘束条件の設定
•
荷重の設定
•
特別要素の使用
•
メッシュの作成
•
モデルの修正
•
メジャーの定義
•
解析の定義
•
実行
実測
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
52
26
問題提出
現象分析
固有値解析
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
問題になるモードは?
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
問題提出
53
現象分析
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
最終確認
固有値解析の結果
Mode1:26.20Hz
Mode2:50.51Hz
Mode3:71.57Hz
全体左右振動
ハンドル局部前後振動
全体前後振動
Mode4:73.30Hz
Mode5:80.53Hz
Mode6:128.25Hz
ハンドル局部ねじり
ハンドル局部左右振動
全体左右ねじり
54
Sentan Digital Co.Ltd
54
27
問題提出
現象分析
卓越モード
現象再現
設計改善
実測
設計改善
Mode_01
実測
最終確認
問題モード26.2Hz
実際現象を見事に再現
Sentan Digital Co.Ltd
55
問題提出
現象分析
感度解析
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
最終確認
設計変数の指定
•寸法
•質量
•材料特性
評価対象
Sentan Digital Co.Ltd
56
28
長さ
幅
厚さ
部品
支持板
Sentan Digital Co.Ltd
変数
カレント值
カレント值(mm)
長さ
135
厚さ
6
幅
65
変化範囲
周波数変化範囲(Hz)
周波数変化範囲(Hz)
50—250
50.39—15.16
敏感度
强
3—13—23
16.53—50.30—50.48
强
35—95
19.45—30.56
强
57
問題提出
長さ
現象分析
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
最終確認
正面厚さ
側面厚さ
部品
変数
カレント値(mm)
カレント値(mm)
長さ
275
変数変化範囲
175—375
周波数変化範囲(Hz)
周波数変化範囲(Hz)
40.49—18.05
側面厚さ
6
3—26—33
19.84—50.14—50.45
正面厚さ
6
3—9—33
24.93—26.11—24.67
敏感度
强
支持
フレーム
Sentan Digital Co.Ltd
强
弱
58
29
問題提出
現象分析
設計目標
現象再現
設計改善
実測
エンジンアイドリング回転数
750 —— 850rpm
850rpm
周波数
25 —— 28.3Hz
設計改善
実測
最終確認
理論上、共振周波数から3Hz程離れると共振を避けられる
ここではアイドリング周波数から5Hzの離れを目指す。
20Hz
1次固有振動モード
(卓越モード)
33Hz
Sentan Digital Co.Ltd
59
問題提出
現象分析
応答曲線
現象再現
設計改善
アイドリング範囲25 - 28.3Hz
実測
設計改善
26Hz
実測
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
33Hz
20Hz
60
30
問題提出
現象分析
最適化設計
現象再現
設計改善
実測
固有周波数 33Hz
33Hzか
か20Hz
設計改善
実測
最終確認
総合効果
特定モード
アセンブリ
剛性
質量
Sentan Digital Co.Ltd
61
問題提出
現象分析
最適化結果
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
•
•
支持板の厚さと支持フレームの厚さを設計
変数にする。
アセンブリの寸法の変更が不要
最終確認
最適化目標
質量最小
制限条件
33Hz
33Hz
最適化結果
支持板
支持板厚さ
6→7.96
支持フレーム厚さ
6のまま
設計変数
Sentan Digital Co.Ltd
62
31
問題提出
現象分析
振動測定
現象再現
設計改善
実測
設計改善
実測
最終確認
1.
2.
3.
4.
5.
現行支持板の厚さ6mm
支持板厚さ4mm
支持板厚さ8mm
支持板厚さ10mm、幅42.5mm
支持板厚さ4mm、フレーム厚さ4mm(4_4mm)
試作品
試作品
Sentan Digital Co.Ltd
63
問題提出
現象分析
振動測定
現象再現
設計改善
ハンドル
Z軸
実測
設計改善
Y軸
測定位置
実測
X軸
最終確認
支持フレーム
測定位置
センサー
支持板
固定
板
Sentan Digital Co.Ltd
64
32
問題提出
現象分析
測定結果
現象再現
設計改善
実測
ハンドル振動比較--上下方向
設計改善
アイドリング区間
実測
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
65
問題提出
現象分析
測定結果
現象再現
設計改善
ハンドル振動比較--左右方向
実測
アイドリング区間
設計改善
実測
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
66
33
問題提出
現象分析
測定結果
現象再現
設計改善
ハンドル振動比較--前後方向
実測
アイドリング区間
設計改善
実測
最終確認
Sentan Digital Co.Ltd
67
問題提出
現象分析
最適化設計
現象再現
アイドリング範囲25 - 28.3Hz
設計改善
実測
設計改善
26Hz
33Hz
20Hz
実測
最終確認
最適化目標
質量最小
制限条件
20Hz
20Hz
最適化結果
支持板厚
支持板厚さ
板厚さ
6→4.02
フレーム厚さ
6のまま
設計変数
Sentan Digital Co.Ltd
68
34
問題提出
現象分析
最適化設計
現象再現
設計改善
実測
ハンドル(4mm)の振動状況
設計改善
アイドリング区間
実測
最終確認
従来設計の振動レベル
70%削減
Sentan Digital Co.Ltd
69
事例5 半導体測定装置の振動
半導体ウエハーの品質を測定するため
に、装置のゆれを厳密に管理しなけれ
ばならない。特に測定している間、装置
の静かさが要求されている。
しかしながら、デイスペンスおよびボン
ディングの往復運動により、加速度が生
じ、測定装置が振動する。
往復運動の速さにより、装置が大きく揺
れ、測定装置としての役割を果たせな
いことがある。
したがって、設計段階において装置の
動的特性を把握することにより、装置の
品質向上、コスト低減に大きく寄与する
。
実際、3000万円で試作した装置は、大
きく揺れて画像が見えない。
どこをどう変更したらよいか
。
全くノーアイデア
35
実験で現象の把握
振動の原因を究明するために、簡易モデルでDispenseのみX方向を往復運
動させて、数点の変位を測定した。
上部測定点の変位は0.2mm有り、ウエハー部とDispense先端の相対変位は、
遥かに基準値を超えていることがわかった。
数千万円を投入し、設備を製造したが、設計の変更が余儀なくなされる。
振動の問題は、静的な問題と異なり、単純な増肉では、問題を解決するでき
ない。不必要な増肉により、かえって悪化する恐れがある。
どこを厚くしたらよいかか、どこを減らしてもよい
か必然的な解決法があるか
Pro/ENGINEERを使っているので、Pro/ENGINEERで解決できるか
解決のアプローチ1
Pro/ENGINEERはこのためのツール!
3Dモデルの構築(Pro/ENGINEER)
原因の究明
解析条件の定義(拘束、荷重)
静解析の実施(剛性の算出)
固有値解析の実施(共振の可能性)
時刻歴応答解析(実際の振動量、実験と照合)
改善
感度解析、最適化解析
設計にフィードバック
単純に解析結果を出すのではなくて、必然的に解決法を見つけ出す!
36
解決のアプローチ2
Pro/ENGINEER+MECHANICAが最適
1.Pro/EとMECHANICAの一体化
2.解析専門知識が不要(P法搭載)
3.機能豊富(部品接続、質量要素、ばね要素、ビーム要素
ファスナ要素、剛体結合、スポット溶接、
振動解析機能があり)
4.感度解析、最適化機能
設計者でも十分できる。
従来の設計と往復運動の速度
速度 (mm / sec)
Dispense
1000
Bonding
800
600
400
200
0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
-200
-400
-600
-800
-1000
時間
Bonding&Dispenseの先端とウェハーの中心がずれ、
ウエハーの観察が不可能となった。
37
原因の究明(モードの確認)
下部にエネルギーが集中している。
下部を強化する必要
解析の結果:
構造物1
構造物1次周波数は、17
次周波数は、17Hz
17Hz
荷重の周期は60
荷重の周期は60ms、周波数は
60ms、周波数は
1/0.060=16.67Hz
1/0.060=16.67Hzとなる。
Hzとなる。
共振だ
原因の究明 振動の再現
上部の振幅値は、見事に測定結果(0.2mm程)と一致している。
程)と一致している。
上部の振幅値は、見事に測定結果(
解析手法の有効性が立証された。
38
解決のアプローチ
3Dモデルの構築(Pro/ENGINEER)
原因の究明
解析条件の定義(拘束、荷重)
静解析の実施(剛性の算出)
固有値解析の実施(共振の可能性)
時刻歴応答解析(実際の振動量、実験と照合)
改善
感度解析、最適化解析
設計にフィードバック
設計の改善(パラメータ)
設計寸法をパラメータに設定
39
感度解析
どこをどれだけ強化すべきか
その影響度を調べるために感度解析が有効
最適化解析
特定のモード固
有値を制限条件
に
特定のモードをト
ラッキング
設計要件を満たした上での軽量化
40
設計の改善(固有値と歪みエネルギー)
固有値が倍増
エネルギーの分布はより広範囲になった。
無駄な贅肉が減った。
設計の改善(振幅の比較)
観測期間
従来の設計よりかなり改善された。
とりわけ観測期間の振幅は、基準値以下となった。
これで自信
って、試
作に取
組む。
試験も一
これで自
信を持って、
試作に
取り組む
。試験も
一発合格
41
お客様の声
軽くて強い
早くPro/Mechanica
コンサルを導入すれば
早く
、数千万円損をせずに済むはずだったのに
これでやっと安心
に作れるぞ!
事例6 最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
<L字断面フレーム構造物>の構造検討
・・・振動負荷をうける構造物の設計改善・・・
設計目標
軽量化
発生する最大応力値を低減
設計パラメータ
フレーム材L字断面の①板厚(L_T)、②板幅
(L_W)
制約条件 (振動荷重適用時に)
変位の最大値が過大でないこと
発生する最大応力値が許容範囲内のこと
42
最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
Pro/MECH解析設定
<基準振動解析>の設定
固定場所指定
衝撃荷重適用
解析(固有値解析+時刻歴応答解析)設定
<初期形状での解析実施、結果確認>
入力荷重
0.1秒
0.1秒、最大5G
最大5G
モデル最大(解析時間内)応力の取得
計算実行1回の必要時間確認
今回のモデルでは、<約20~25分/回>
<振動解析で予
振動解析で予測されること>
測されること>
*動的荷重を受ける構造では、自重が大きい場合に支持
部に大きな負担がかかるため、板厚の薄肉化(軽量化)は
応力低減に有効
*ただし、板厚を薄くしすぎると、剛性不足のため応力が高
くなる部位がでてくる
最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
設定
<解析フィーチャ>の設定
複数の設計パラメータセットごとに自動計算・評価値取得するための設定
(Pro/E再生)質量を取得
(Pro/MECH解析実行)振動解析での最大応力を取得
<複数目的スタディ>の設定、実行
変数を設定: ①板厚(L_T)、②板幅(L_W)
評価量(ゴール)を設定:
①重量②最大応力③最大変位
計算回数を指定して、実行
今回の実行数 125回
必要実行時間 約45時間
43
最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
複数目的スタディ実行結果
集計された(設計変数、評価量)のうちから2つの量をグラフ化すること
で結果を検討
応力
STRESS_MAX_05:ANALYSIS1
散布図の縦軸、横軸に設計変数、評価量
を選び結果の分布を確認
1つの点は、一つの設計案を意味
複数の設計案からトレードオフー
集計された結果
250
200
150
100
50
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
重量 MASS:MASS_PROP_1
最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
結果集計
[板厚
板厚-
板厚-最大応力]グラフ(下図左:青点群が全体分布、緑点線は最適解グループ分布)
最大応力
[板幅
板幅-
板幅-最大応力]グラフ(下図右:紺点群が全体分布、緑点線は最適解グループ分布)
最大応力
板厚が厚いと質量
増加により応力大
応力 STRESS_MAX_05:ANALYSIS1
応力 STRESS_MAX_05:ANALYSIS1
板厚が薄いと剛性
不足により応力大
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
板厚 L_T_ASSY:S01_089L_00074
許容応力 50[MPa]
とした場合に最軽
量な設計モデルと
なる領域
板幅が大きいほ
ど応力低下
250
200
150
100
50
0
10
20
30
40
50
60
板幅 L_W_ASSY:S01_089L_00074
最も応力を低減
できる設計モデ
ルとなる領域
44
最適化事例 (複数目的設計スタディ利用)
<最適化されたモデルでの解析、結果確認>
応力低減モデル
軽量化モデル
板厚:
板厚:薄く、
薄く、板幅:大
幅:大きくし
応力低減、軽量化
減、軽量化低
応力低
減、軽量化低下
を実現
初期モデル
45
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
3
File Size
3 586 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content