設計解析の実施
Ponzio Aluminum社（以下、ポンジオ社）はAltair® SimSolid®の構造解析機能で自社のファサードモジュールの力学解析を行い、風圧によって日除けパネルがたわみ、モジュール内部へ水が浸入するかどうか、設計が暴風雨時の重要な安全要件を満たしているかどうかを評価しました。
ポンジオ社では、5つのステップからなるワークフローを採用しています。
- 詳細な3次元CADを簡略化せずに取り込む
- コンタクトを作成し、マテリアルと境界条件（運動学的制約と荷重）を割り当てる
- 線形解析を行い、モデルの妥当性を検証する
- 非線形接点の割り当てと非線形解析の実施
- 応力と最大ギャップ許容値を確認するために、結果をレビューする
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ポンジオ社によるファサードモジュールデザインと、マリオンとサンシェードのクローズアップ画像
ファサードモジュールは、2枚のガラス板、フレーム、3枚の日除けで構成されていました。SimSolidはあらゆる段階や形式のCADモデルをサポートしているため、インポートされたCAD形状は完全に詳細化されています。SimSolidはソリッド形状であれば不正確な形状でもシミュレーションを実行できることが特長で、従来のCADを読み込む場合のシミュレーションでユーザーが苦労する複雑な形状の簡略化などの作業が必要ありません。
以下は、モジュールを構成するパーツを素材の種類（鉄、プラスチック、アルミニウム、ゴム）ごとに分類した画像です。
CADをインポートする際、SimSolidはファスナーだけでなく、押し出し部品やシートも自動的に認識しました。これにより、接続の品質、モデルの高速セットアップ、ソリューションのパフォーマンスが向上します。
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スチール製のネジ・ボルト・ナット（左）、プラスチック製の部品（右）
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アルミ製マリオン、トランサム、ブラケット、サンシェード（左）、ガスケット（右）
各材料には、解析への剛性の寄与を考慮し、対応する機械的特性を割り当てました。
SimSolidは構造シミュレーションにおけるあらゆる種類の接続をサポートしており、この解析でも部品間の接続は自動的に割り当てられました。ソフトウェア内の自動検出機能により、部品間の隙間と貫通を検出し、ユーザーが各接続部の詳細度を決定できます。
便利なことに、SimSolidは実行時間を数分から数秒に短縮し、大規模で複雑なアセンブリでも完全な精度で解析できるよう設計されているため、モデルの詳細を形状に簡単に追加できます。次の画像では、解析のために考慮された接続点が赤でマークされています。
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簡略化せずにSimSolidに直接インポートしたCADの詳細図とSimSolid解析で使用した接点
モデルの設定と接触点の定義後、設計が水の浸入を許しているかどうかを見るため、風荷重を設定しました。風速150km/hに対応する風荷重は、サンシェードの外面に作用する一様な圧力として適用します。
アンカープレートを拘束するための運動境界条件を追加し、最初の線形解析を実行します。
予想通り、主な変形は片持ち梁として挙動するサンシールドで発生しました。応力はSimSolidで調べることができましたが、目的は風と雨の組み合わせによって引き起こされる力が、構造物の内部に水を侵入させるかどうかを理解することでした。
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適用される境界条件：圧力と制約（左）モジュール全体の変位コンターの大きさ（右）
線形解析中に、SimSolidはモデルのゴム部品がその反作用で牽引されて分離する可能性を検出したので、非線形解析を実施してさらに接続を検証することにしました。
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開口部に考慮された変位コンターと非線形分離接点の拡大図（緑色）
SimSolidでは、線形解析から非線形解析に簡単に切り替えられるため、今回はゴムとマリオンの接点を「分離」接点として条件設定しました（右側画像の緑色の点）。
結果
新たな解析の結果、接点の最大開口は0.03ミリに抑えられていることが分かりました。SimSolidの構造解析能力と解析結果を組み合わせることで、極端な暴風雨にさらされても、このシステムが防水性を保つことが証明されたのです。
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オープニングマグニチュードコンター
部品の組み立て方により、サンシェードはマリオンに直接ボルトで固定するのではなく、ポンジオが特別に設計したブラケットで接続されました。部品に発見された応力ピークは、安全制限値以下に抑えることができました。設計シナリオを比較し、水の浸入を考慮してモデルの形状を調整することで、ポンジオのチームは構造を最適化することに成功しました。
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最も応力のかかる部品の応力コンター（規定範囲内）
設計者やエンジニアにとってSimSolidは、設計プロセスをスピードアップさせながら、ファサードモジュールの性能を効率的に検討したり、建物の性能の最終的な検証チェックにも活用できるツールです。従来の構造シミュレーションで行われていた、最も時間がかかり、専門知識が必要で、エラーが起こりやすい2つの作業「解析モデルの形状準備」と「メッシング」を省くことで、建築設計者は、建物の予備設計段階やその後の検証においてキーとなる設計要素の性能評価と解析結果の分析に集中でき、自由度が高まります。
その他のアルテアの建築・エンジニアリング・建設（AEC）ソリューションとの併用により、地域特有の構造解析や設計要件に必要な中間的な建築設計フェーズをさらに探求することもできます。
構造シミュレーションの詳細については、建築、土木エンジニアリング、建設（AEC）のページをご覧ください。
使用モデルは、ポンジオ社の提供によるものです。