設計プロセスの簡素化：タンカー製造における競争力を維持するためのシミュレーションの活用
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8万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、および流通専用のターミナルが約300カ所存在します。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4万リットルの液体を長距離輸送できる車両を製造しています。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及ぼします。
競争圧力や重量制限に対応するため、クロスランド社は研究開発能力を強化すべく、クイーンズ大学ベルファストと「ナレッジ・トランスファー・パートナーシップ」を締結しました。 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、構造シャーシモデル、およびトラック／サスペンション要素の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、設計の反復プロセスを効率化し、市場の需要に効果的に対応することを目指した。
解決策
このプロジェクトは、路面、タイヤ、サスペンションの挙動に加え、シャシー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。
本プロジェクトでは、ブレーキ操作、旋回、NVH（騒音・振動・不快感）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挙動をシミュレーションしました。SPH（スロッシング・シミュレーション・モデル）を活用し、タンクローリー内部でのスロッシング現象をシミュレートしました。
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おいて有限要素解析（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が設置された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を使用して、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、プロジェクト全体を通じて継続的なサポートを提供しました。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、チームは弱点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、設計の全段階におい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を用いて設計上の決定事項を検証・評価することで、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、複雑な構造や相互作用をモデル化する柔軟性と精度をもたらし、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できるようになり、複数の試験装置を構築するための貴重な時間と費用を節約できます。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になります。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者や製造者は、衝突解析や安全解析などにOasys Suiteを選択し、その強力なツールを使用して、信頼性の高い結果を持つ高品質のAnsys LS-DYNAモデルを作成しています。
