Coreform CubitでHexメッシング工程をPythonにより完全自動化できたことは、Ultra Compact Flangeを短期間で認証するために必要な大量の有限要素解析を実行する上で不可欠でした。Coreform CubitのPython APIは非常に強力で使いやすく、入力パラメータからメッシュを構築し、境界条件・荷重に必要なface setを自動定義し、FEAソフトへエクスポートできます。
Sondre Tjessem
計算エンジニア（MSc）
背景
TP Products TP Productsは、高圧コンパクトコネクタ、風力発電向けフランジ、海中バルブ・スタブ・ジャンパーなど、要求の厳しい用途向け複雑機械部品を製造しています。設計、エンジニアリング、製造、試験をノルウェーのDrammen拠点で一貫して行い、シミュレーションを設計・試験の重要な一部として活用しています。Coreform Cubitを使って高品質Hexメッシュ生成を効率化し、フランジ寸法や材料条件の変化に応じてメッシュ作成を自動化しています。
課題
TP-Productsは、従来製品と同じ基本原理を使いながら、より環境負荷の低い接続を実現するTPC Ultra Compact Connectionsを開発しました。小型・軽量で互換性が高く、製造から輸送まで各段階のコストを削減できます。一方、0.5〜36インチの配管径、複数のフランジ形式、炭素鋼・ステンレス鋼・Duplex鋼など材料差を考慮すると、サイズ・材料・構成の組み合わせは数千通りになります。
各形式・寸法・材料の組合せについて機能と構造強度を確実に文書化するには、それぞれ個別の解析が必要です。各ケースで高品質Hexメッシュを手作業するのは現実的ではなく、内圧・引張のような対称荷重、曲げ・ねじりのような非対称荷重ごとに異なるメッシュが必要なため、自動化できるソフトウェアが求められました。
解決方法
難しい解析のための高度なHexメッシング：
フランジ性能を評価するには、各セクタに力がどう分布するかを解析する必要があります。CalculiXの結果取得方法上、メッシュ上で個々の面を個別定義する必要があります。Coreform CubitとPythonを使えば、CalculiXで必要なメッシュ品質と組織化を自動で満たせます。ボルト数の多い大規模モデルを手作業で処理するのは極めて非効率です。
強力なスクリプティングとプロセス自動化で解析処理量を最大化：
Coreform CubitのPython APIにより、必要寸法、ボルト径、ボルト本数などの入力パラメータから高品質Hexメッシュを自動生成できます。メッシュはMecwayへ渡して荷重・境界条件を設定・可視化し、その後CalculiX向け入力ファイルを書き出します。
自動メッシングにより、サイズ範囲全体、異なる材料、各種部品組合せについて、手動では不可能な時間内でフランジ設計を検証できます。
weld neck flange解析のタイムステップ3におけるVon Mises応力。内圧1552.5 barを適用しており、設計圧力の1.5倍に相当する試験圧力です。
weld neck flange解析のタイムステップ3におけるVon Mises応力。内圧1552.5 barを適用しており、設計圧力の1.5倍に相当する試験圧力です。
まとめ
TP-Productsは、深海コネクタや風力タービン用フランジなど重要部品の設計・製造にCoreform Cubitを利用しています。高度なHexメッシング機能とPython APIは、複雑で要求の厳しい解析にも対応し、同社のシミュレーションワークフローの中核として数百件の解析用Hexメッシュ生成に使われています。