繊維配向解析に基づく材料の異方性を考慮した非線形構造解析事例

繊維強化プラスチック（FRP）は、一般的に金属材料より比強度が大きく、金属材料の代替材料として注目されています。近年では自動車部品、電子機器部品、スポーツ用品など様々な分野で使用されています。

FRPは繊維の配向状態によって材料物性に異方性が生じます。そのため、FRPの変形や応力などを高精度にシミュレーションする場合には、繊維配向状態に依存する異方性物性の考慮が必要です。

弊社ではこれまでに、PlanetsⅩとAnsysを連携することで、繊維配向に依存する異方性物性を考慮した構造解析に取り組んできました。

繊維配向を原因とする異方性物性を考慮したそり解析｜CAE・Ansysの活用推進、解析に関するご相談なら：サイバネット

しかしながら、上記事例は線形材料（弾性体）のみが対象です。非線形材料（弾塑性・クリープなど）の異方性物性を考慮する場合には、Multiscale.Simを使用して材料試験のシミュレーション（数値材料試験）を実施し、非線形の異方性物性を同定することが考えられます。

本事例では、FRP製の電子機器カバーが外力によって塑性変形することを想定し、繊維配向に依存する異方性物性を考慮した弾塑性解析を実施します。PlanetsⅩで計算した繊維配向状態と、Multiscale.Simで同定した弾塑性物性を、Ansysの構造解析に引き継ぎます。

PlanetsX・Multiscale.Sim・Ansysの連携フローは以下の通りです。

1. PlanetsXによって樹脂流動解析を実施し、繊維配向状態を予測
2. Multiscale.Simによって数値材料試験を実施し、代表的な繊維配向状態の非線形材料物性を同定
3. Ansys DesignXplorer によって、2.で同定した物性をもとに応答曲面を作成（様々な繊維配向状態の物性を評価するため）
4. Ansys Mechanicalによって、1.で計算した繊維配向情報と、3.で同定した非線形異方性物性をマッピングし、構造解析を実施

PlanetsXで樹脂流動解析を実施し、繊維配向状態を予測します。
メルトフロントの到達時刻を以下に示します。ゲート位置によって流動パターンが異なることが見て取れます。

また、繊維配向分布を以下に示します。ゲート案①では繊維が放射状に配向しているのに対して、ゲート案②では繊維が横方向に配向しています。この繊維配向分布を構造解析へ引き継ぎます。

相当塑性ひずみの結果を以下に示します。どちらのゲート案も、裏面のボス付近で相当塑性ひずみが大きくなっていることが確認できます。また、2つのゲート案同士を比較すると、ゲート案②の方が、相当塑性ひずみが大きくなっています。

結果の詳細につきましては、ダウンロード資料でご確認いただくことが可能です。

本解析を実施するのに必要なライセンスは以下の通りです。

• Ansys Mechanical Enterprise
• Ansys Discovery Pro
• Multiscale.Sim 非線形版
• PlanetsX　基幹プログラム
• PlanetsX 繊維配向解析オプション