流動残留応力解析

PlanetsX ver.2.1では、流動残留応力解析「RELX（リラックス）」をオプション機能として追加しました。
流動残留応力は、成形品に残留する応力のうち、樹脂が金型内を流動している間、すなわち、せん断流動下において発生した分子配向による応力が、緩和過程において温度の低下に伴い緩和しきれず残留したものです。
この流動残留応力は、その応力によって成形品の強度低下・割れ、異方性機械物性・変形の評価ができます。
また応力の異方性から、光学製品の性能を評価することも可能です。
本解析事例では、流動残留応力によってどのような結果の出力が可能かをご紹介します。

流動残留応力の発生原因

キャビティ内で樹脂が流動すると、一般的に金型壁面の流速は０、キャビティの板厚中心付近では流速が速くなります。
このような状態において流速勾配の大きい部分（せん断速度の大きい部分）は、せん断応力も大きくなります。
また、このような部分では分子は安定な絡み合い状態ではなく、流動方向に引き伸ばされています（分子配向）。
充填が完了すると樹脂の流れは無くなるので、分子はもとの安定な平衡状態に戻ろうとします（緩和）。
しかしながら樹脂は金型によって冷却される為、やがて固化温度以下になり、もはや緩和することができなくなります。
このようにして成形品に残った応力が流動残留応力です。
以下に流動残留応力の発生と残留の模式図を示します。

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流動残留応力の計算

流動残留応力解析では、上述した流動残留応力の緩和過程をレオノフ粘弾性モデルを用いて計算します。
以下に計算例として、各種応力分布を示します。

Ｚ方向垂直応力分布 （画像クリックで拡大表示）

せん断応力分布（σyz） （画像クリックで拡大表示）

第一主応力分布 （画像クリックで拡大表示）

光学性能の計算

複屈折分布
（画像クリックで拡大表示）

流動残留応力は、光学製品で問題となる複屈折を計算する機能も有しています。
さらには光路差も計算でき、流動残留応力起因の光学性能評価に利用することができます。
熱応力起因の光学性能は、光学性能評価解析オプションで解析することができる為、成形品に発生している複屈折の原因を突き止めることができるので、不良対策の検討が効率的に行うことができます。

※この事例では、Ansysに加えて以下のライセンスが必要です。
Ansys Workbench版　射出成形CAEシステム　PlanetsX