マルチスケール解析最適化手法を用いたリバースエンジニアリングA

はじめに

ガラス繊維や炭素繊維で強化された繊維強化複合材料は、高い比強度および比剛性を持つことから、特に構造物の軽量化に大きく貢献し、様々な分野において利用されています。しかし、これら複合材料は強化剤と樹脂の比率・種類・形状などをコントロールすることによって様々な物性値を持たせることができるために、様々な種類の複合材料が存在し、鋼材のような規格や材料データベースが存在しないのが現状です。また、複合材料やそれに使用されている繊維および樹脂の材料特性は一般に公開されていないことが多く、解析を実施する際の障害となることが多々あります。

そこで「最適化手法を用いたリバースエンジニアリング@」では、既知の複合材料の材料物性値を基に、繊維の材料物性値を同定する解析をご紹介させていただきました。しかし、場合によっては実機による複合材料の材料試験が実施できず、複合材料自体の材料物性値が取得できない場合もあります。そこで、本解析事例では複合材料から成るパイプ(製品レベル)の実機による3点曲げ試験結果から、複合材料に使用されている繊維の材料物性値の同定を実施しました。

解析の目的と概要

本解析では複合材料に使用されている樹脂の材料物性値が既知であり、繊維の材料物性値が未知の場合に、実機のパイプの3点曲げ試験結果からリバースエンジニアリング(逆解析)により繊維の材料物性値を同定することを目的とします。

具体的には、均質化手法を用いたマルチスケール解析ソフトであるMultiscale.Simの線形均質化機能を用いて、繊維のヤング率及びポアソン比を変数として、複合材料の異方性弾性物性値を求めます。次いで、求めた複合材料の物性値を使用してパイプの3点曲げ試験を解析により実施します。この時、実機によるパイプの3点曲げ試験結果より得られた応力ひずみ曲線と、解析より得られた応力ひずみ曲線とが一致するように繊維のヤング率及びポアソン比をANSYS DesignXplorerを用いた最適化計算により同定します。

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解析種類

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