ばらつき抑制のための対策（ロバスト設計）事例
![[解析事例] ##タイトル##](img/caseA01_main.jpg)
前面衝突解析を題材としたフロントサイドメンバーのばらつき対策事例
自動車の前面衝突解析を題材として、DIFFCRASHによるばらつきの可視化と原因分析、ばらつき抑制のための対策を行った事例です。 解析モデルはNCACより公開されている有限要素モデルを使用し、USNCAPのフラットケースを想定した条件を与えて、前面衝突の際に主要な役割を果たすフロントサイドメンバーに着目しました。フロントサイドメンバーは、車体前方からの衝撃荷重を受け止めてキャビンを減速させる際に、自らの変形によりエネルギー吸収を行うクッション材として作用する部材です。
生産ばらつきを与えた解析の実行
本事例では、生産ばらつきを考慮するため、全てのスポットウェルドに対して破断閾値をばらつかせた50ケースの計算を行いました。
解析モデル
計算時間の短縮と問題の単純化のために、モデルは左右対称1/2モデルとしました。また、フロアとルーフより後ろを剛体化して質量を与え、車体後半の慣性力によりフロントサイドメンバーが変形する状況を再現しました。
ばらつきはLS-DYNAの破断閾値パラメータで設定し、ベンチマークのために、やや極端な±20%という値を与えました。
解析モデルの単純化
スポットウェルドの破断閾値を設定
ばらつきを与えた計算結果
50ケースのうちのいくつかを重ねて表示すると、折れ点付近に変形のばらつきが見られました。下のグラフは全ての計算結果について、剛壁からの反力を重ねて描画したものです。8ms付近に分岐が現れ、その後全体的に荷重のばらつきが見られています。
5ケースを重ね合わせた変形アニメーション
50ケースの解析結果：剛壁からの反力
DIFFCRASHによる要因分析
DIFFCRASHに50ケースの解析結果を入力し、ばらつきの分析を行いました。
DIFFCRASHへのインプット
50ケースの解析結果を、DIFFCRASHにインプットします。必要な設定は、分析に使用する全ての解析結果、可視化のベースとなるモデル、出力フォルダの指定です。追加設定として、ばらつき表示オプション（距離、最大差異など）を指定することができます。
シンプルなDIFFCRASHの設定画面
ばらつきの可視化
下の右図は、DIFFCRASHによるばらつきの大きさの分析結果です。分析結果は、d3plotなどソルバーの結果ファイルのフォーマットで書き出され、通常利用しているポストプロセッサーで可視化することができます。ケースごとの結果のばらつきが大きい部分がコンター図で高く表示されるので、問題の特定に役立ちます。この例では、バンパービームとクラッシュボックスの付近が赤色で表示され、ばらつきが大きいことが確認できます。
左：5つのシミュレーション結果の重ね描き、右：DIFFCRASHの分析結果プロット
ばらつきが大きい箇所が赤色で示されている
分岐の原因（トリガー）の推定
統計的に最も離れた変形状態をポストプロセッサーで重ね描きすると、差異がある部分を見つけることができます。この例では、DIFFCRASHによる分析でばらつきが大きい（コンター表示の値が大きい）とされた箇所に注目し、スポットウェルドの挙動の差を確認することができました。この挙動のばらつきを抑えることで、全体のばらつきを抑えることができる可能性があります。
統計的に離れた変形状態
重ね書きによるハイライト表示
スポットウェルドにおける挙動の差
ばらつき抑制のための対策（ロバスト設計）
DIFFCRASHでの分析により、入力のばらつきが出力に影響しやすい箇所が判明しました。そこで、該当部分に対策を施して、出力のばらつきを抑制しました。
スポットウェルドへの対策
分岐のトリガーとなっていると考えられる箇所のスポットウェルドに対して、結合を弱める、あるいは削除するといった対策を行いました。それ以外のスポットウェルドには、初期のばらつきをそのまま与えました。
スポットウェルドへの対策
対策の結果
バンパーとクラッシュボックス付近に行った対策の結果、フロア侵入のばらつきが抑えられました（コンターの変化が減少）。また、剛体反力、フロア侵入量のばらつきについても、全体的に抑えることができました。
本手法を拡張する事により、将来的には形状や材質、境界条件のばらつきを含んだケースに対しても効果的な対策の指針を示す事が可能と考えられます。
フロア侵入（形状）のばらつき抑制
剛体反力のばらつき抑制
フロア侵入量のばらつき抑制
- ※このサイトに掲載されている一部の車体モデルはNCAC/GWUの提供です。
- ※DIFFCRASHの開発元はSIDACT GmbH（ドイツ）です。
- ※記載されている製品およびサービスの名称は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。
