設計プロセスの簡素化：シミュレーションを活用したタンカー製造における競争力の維持
課題
1988年に設立されたクロスランド・タンカーズは、タンカーの修理・整備会社から製造会社へと事業転換し、2つの80,000平方フィートの施設で1日1隻のペースで新造タンカーを生産しています。
バルク液体の輸送は英国のサプライチェーンにおいて不可欠な役割を果たしており、輸入、輸出、流通専用のターミナルが約300か所ある。北アイルランドでバルク輸送用タンクローリーを専門とするクロスランド社は、最大40,000リットルの液体を長距離輸送できる車両を製造している。タンク内の液体の揺れは、走行性能や耐用年数に大きな影響を与える。
競争圧力や重量制限に対応するため、クロスランド社はベルファストのクイーンズ大学と「ナレッジ・トランスファー・パートナーシップ」を締結し、研究開発能力の強化に取り組みました。 その目的は、Ansys LS-DYNA シミュレーションを活用してタンクローリーの設計プロセスを簡素化することであり、SPH（平滑化粒子流体力学）タンクモデル、シャーシ構造モデル、およびトラック／サスペンション要素という 3 つの主要コンポーネントに焦点を当てた。Oasys LS-DYNA Environment 製品と専門知識を活用し、研究開発エンジニアのコナー・ロブ氏を含むチームは、設計の反復作業を効率化し、市場の需要に効果的に対応することを目指した。
解決策
本プロジェクトは、路面、タイヤ、サスペンションの動的挙動に加え、シャーシの影響も反映した、汎用性の高いロードタンカーモデルの開発を目的とした。
専用に開発されたOasys Suiteにより、Ansys LS-DYNAの豊富な機能やツールを効率的に操作することができ、溶接やボルトなどの接合部を作成するための直感的なメニューオプションも利用できました。さらに、Oasys PRIMERのモデルチェック機能によってプロセスがさらに効率化され、水で満たされた剛性タンクを特徴とする簡略化されたモデルが構築されました。
このプロジェクトでは、ブレーキ、旋回、NVH（騒音、振動、乗り心地）など、さまざまな負荷条件下におけるタンクローリー本体およびシャーシのシミュレーションを行いました。SPH手法を用いて、タンクローリー内部のスロッシング現象をシミュレーションしました。
Crossland社は、社内で実車試験を実施し、タンクローリーに加速度計とひずみゲージを取り付けて、さまざまな走行操作を行うことで、モデルの妥当性を検証しました。
実地試験の実施後、記録された加速度データを、3つの異なる荷重ケースについて有限要素解析（FEA）モデルに適用した。チームはOasys D3PLOTを用いて、実際のひずみゲージの設置位置に対応するシェルから応力-時間データを抽出できた。その後、Oasys T/HISを用いて、試験データとFEA解析結果をプロットし、モデルの妥当性を確認した。
Oasysチームは、学術的なモデリングから商用アプリケーションに至るまで、プロジェクトの全過程を通じて継続的なサポートを提供し、プロジェクトを導いてくれました。また、Ansys LS-DYNAおよびOasysのツールや手法を活用し、課題の明確化や最適なアプローチの決定を支援してくれました。
結果
タンカーが緊急ブレーキ操作を行うという「最悪のシナリオ」の荷重ケースを作成することで、チームは脆弱な箇所を特定することができました。
タンカーの包括的なモデルにより、設計の全段階を通じて段階的かつ大幅な改良を行う機会が得られ、軽量化と市場競争力の向上が図られました。シミュレーションデータに基づいて設計上の判断を行い、その評価を行うことで、設計プロセスが強化されました。
「LS-DYNAとOasys Suiteを活用することで、設計プロセスを効率化し、顧客に革新的かつ高品質なソリューションを提供できるようになりました。このソフトウェアは、複雑な形状や相互作用をモデル化する上で必要な柔軟性と精度をもたらしてくれ、Oasysチームからのサポートは計り知れない価値がありました。このパートナーシップが、当社の目標達成と市場における競争力の維持に役立つと確信しています。」 – ピアース・マッキーフリー、クロスランド・タンカーズ マネージング・ディレクター
クロスランド社は、安全率を維持しつつ重量を削減し、強度を高めることで、効率性を重視した設計が可能になりました。 このプロセスにより、同社は関連するすべての適合性試験を初回で合格し、複数の試験装置を構築する際に要する貴重な時間と費用を節約できるようになります。Oasys PRIMERでの効果的なワークフロー設定により、新しい設計に基づいてモデルを迅速に更新することが可能となります。これは、設計を極めて高い精度で試験・評価するクロスランド社の新しいプロセスにおいて、重要な役割を果たしています。
世界をリードする自動車設計・製造企業は、衝突・安全性解析などの用途に「Oasys Suite」を採用しており、その強力なツールを活用して、信頼性の高い結果をもたらす高品質なAnsys LS-DYNAモデルを作成しています。
