※本ブログは、SIMULIA Blog （英語版）で既に発表されたブログの日本語参考訳です。
磁石設計は多くの物理学的分野にまたがっており、統一された磁石設計モデルは、磁石開発プロセスを加速し、効率化するために多くの利点をもたらします。本ブログ記事で紹介するワークフローでは、CATIAを使用して四重極磁石を設計し、SIMULIA CST Studio Suiteでシミュレーションを行い、Process Composerで最適化を行います。このワークフローは、すべて3DEXPERIENCEプラットフォームという共通の環境で実行されました。
エンジニアたちは長い間、磁石設計のための単一の統一モデルというコンセプトを追求してきました。意味のあるバーチャルツインモデルは、デバイスの電磁気的、熱的、構造的な性能をシミュレートする能力を具備するとともに、完全な幾何学的、材料、製造情報を保持する必要があります。バーチャルツインは、設計変更に対応し、設計変更の影響を捉えるために再実行する必要のあるシミュレーションを特定することができなければなりません。最低限、シミュレーション結果が仮想プロトタイプの以前のバージョンから生成された場合、信頼性を持ってそのことを識別できる必要があります。また、複数の物理分野からの入力を考慮して設計を最適化する能力も極めて重要です。
本ブログ記事では、3DEXPERIENCEプラットフォーム（3DEXPERIENCE platform）を使用して、Mechanical Designerロールを活用したCAD、電磁気シミュレーションツールCST Studio Suite®とOpera®、そしてProcess Composerによる最適化機能を連携させた方法について紹介します。この接続されたワークフローでは、電磁気的四重極磁石の鋼の極のプロファイルがMechanical Designerロールを使用して設計され、パラメータ化されました。そのパラメータ化された設計は最適化の基盤として使用され、物理的な結果は3DEXPERIENCEプラットフォームを通じて視覚化されました。
設計
最初に、磁石の単一の極が3DEXPERIENCEプラットフォーム上のCATIAアプリ「Part Design」を使用してモデリングされました。極は完全にパラメータ化され、特に次の最適化の焦点となる極の先端部分がパラメータ化されました。
シミュレーション
3DEXPERIENCEプラットフォームを使用して、部品はCST Studio Suiteにインポートされました。対称性を使用して、残りの四重極が作成されました。コイル、メッシュ、境界条件、解析オプションが追加されました。静磁場ソルバーが実行され、後処理条件が定義されました。
最適化
Optimization Process Composerは、パラメトリック化されたCATIAジオメトリを駆使して、CST Studio Suiteを使用した最適化プロセスを構築するために使用されました。CST Studio Suiteモデルからの出力は、最適化の目的関数に使用されました。
ポストプロセッシング
Performance Studioを使用して、最適化結果の初期的な軽量ポストプロセッシングが行われました。初期の結果から、候補となるジオメトリが選択されました。
候補ジオメトリ
候補ジオメトリのCAD更新がCST Studio Suiteで自動的に行われ、結果として得られたモデルが再シミュレーションされました。これにより、すべての関連する基準において初期モデルを上回る性能を示しました。
極とコイルに発生する力が計算され、その後の機械的評価が行われました。コイルの変位について初期計算が行われました。
更なる作業
この分析の次のステップは、マルチフィジックス解析の拡張です。電磁場シミュレーションから得られた力を使用して、3DEXPERIENCEプラットフォーム上でAbaqusロールを用いた構造解析を行うことができます。これらのモデルは、最適化ループに追加され、完全なマルチフィジックスシミュレーションが実現します。最終的には、電磁場損失の熱シミュレーションも含めることができます。
結論
磁石の設計は多くの物理学の分野を含み、磁石設計のための統一モデルは、磁石開発プロセスの加速と効率化に多くの利点をもたらします。本ブログ投稿で示されたワークフローは、CATIAを使用して四重極磁石を設計し、SIMULIA CST Studio Suiteでシミュレーションし、Process Composerで最適化を行いました。このワークフローは、すべて共通の環境である3DEXPERIENCEプラットフォーム上で実行されました。
このアプローチは、設計時間の短縮と最適な磁石性能を実現することを約束します。また、磁石の電磁気、熱、構造力学的特性とそれらの相互作用を同時に考慮したマルチフィジックスアプローチによる磁石解析を可能にします。
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BenはSIMULIA電磁気業界プロセスコンサルタントです。ダッソー・システムズで、BenはOperaチームと共に仕事をしており、主に加速器やMRI用の磁石、磁化、およびクエンチ（急激な温度上昇による超伝導体の破壊）に関する作業に多くの時間を費やしています。
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3Dソフトウェア市場におけるパイオニアであり、3DとPLMソリューションのワールド・リーダーであるDassault Systèmes（仏）の日本法人です。