どんな動きも自在に制御！
Ansys LS-DYNA×Ansys Twin Builder

カテゴリー: ：技術情報 / 機能紹介

関連製品: ：Ansys LS-DYNA / Ansys Twin Builder

高い性能や低コストを実現し、かつ人や環境にやさしい製品を開発するためには、製品・部品の機械的な性能を制御技術により引き出すことが求められます。たとえば自動車では、急ブレーキ時にタイヤのスリップを抑制し、より制動力を向上させるABS（Anti-lock Brake System)や、エンジンの燃焼効率を上げるためのエンジン制御システムなどはなくてはならないものです。また、生産技術においても、絞り成形におけるしわ抑え力を適切に制御し、加工中の成形不具合を低減するための研究が進められています。このようなシステムの制御設計に設計には、部品の挙動を解析する3次元解析と制御システムとの協調解析（Co-Simulation）が有用です。

Ansys Twin Builder^*1は、協調解析を行えるマルチフィジックス対応のシステムシミュレータです。さまざまな物理現象を統合し、制御回路も含めて、システム全体の挙動をシミュレーションします。Ansys LS-DYNAとAnsys Twin BuilderはFMI^*2に対応しており、FMU^*3を介して協調させることで、どんな動きでも自在に制御しながら、時間発展する有限要素解析が可能となります。

事例として、Ansys LS-DYNAによる高精度タイヤモデルVirtual Digi Tire^*4と、Ansys Twin Builderによる制御回路の協調解析をご紹介します。この事例では、3次元解析内のVirtual Digi Tireの節点速度がAnsys Twin Builderに送られます。制御回路内で計算されたスリップ率に基づいて算出されたブレーキパッド圧を3次元解析に反映することで、制動トルクを制御します。スリップ率が一定値を超えたとき、すなわちタイヤがグリップを失ってスリップを始めたとき、制御回路を通してブレーキパッド圧が減じられます。制動トルクが下がることによりスリップを抑え、その結果タイヤがグリップを取り戻す、というフィードバックループを実現しています。

Virtual Digi TireのABSの事例

ABS制御なし/あり解析比較

左の動画はABSによる制御がないモデル、右の動画はABSによる制御が働くモデルの計算結果です。タイヤの回転中に急ブレーキをかけると、ABSによる制御のないモデルではタイヤと地面の間のグリップ力がなくなり、スリップしてしまいます。一方で、ABSのあるモデルでは、タイヤの節点速度を受けて、ブレーキ圧が適切に弱められ、タイヤのグリップ力が回復し、制動することが確認できます。この事例を四輪のモデルに拡張することで、自動車のABSによる制動距離のシミュレーションが可能となります。

このように、Ansys LS-DYNAとAnsys Twin Builderを組み合わせた協調シミュレーションは、適切な制御設計に大変有用です。ぜひお役立てください。

*1…Ansys Twin Builderについての詳細はこちらをご参照ください。
*2…Functional Mock-up Interface。複数のCAEソフトをつなぎ合わせて協調シミュレーションを実行するための標準インタフェース。Ansys LS-DYNA、Ansys Twin Builder共にFMIに対応。
*3…Functional Mock-up Unit。FMI対応のツール間で交換、接続するためのモデル単位。
*4…Virtual Digi Tireに関する詳細はこちらをご参照ください。