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Multiscale.Simによる二段階均質化を用いたハニカムサンドイッチ構造の均質化
均質化・複合材料・軽量化・簡略化
2021年7月
ハニカムサンドイッチ構造はハニカム構造のコア材を板材ではさんだ構造をしており、空隙率が90%以上と高くなるため高強度かつ軽量であるという特徴があります。この特徴を活かし建築土木、航空宇宙など強度がありながらも軽量、省スペースを求められる分野で広く利用されています。使われる素材はFRP、アルミニウム、CNF、アラミド、プラスチックなど多岐にわたり、様々な組み合わせのハニカムサンドイッチが開発されています。このハニカムサンドイッチ構造は比較的大きい構造体に使われることが多いため、全体形状をモデル化しシミュレーションする際にはコア材のハニカム構造の複雑さが解析モデル規模を増大させてしまうという問題があります。例えば飛行機部品の大きさに対してハニカム構造は微細なレベルのスケールとなるので、ハニカム構造に合わせて解析モデルを生成すると全体が膨大な規模となってしまいます。そこで本稿では、2段階の均質化によりハニカムサンドイッチ構造を単一のシェルに均質化しマクロ解析の解析規模を低減する方法について示します。
目次
- はじめに
- 解析の目的と概要解析手法
- 解析結果
- 使用ソフトウェア
ソリッド均質化とシェル均質化
本解析では2段階の均質化を行います。1回目の均質化はAnsys Design Modelerのハニカムテンプレートにより作成したミクロモデルについてMultiscale.Simでソリッド均質化を行い、ソリッドの等価物性値を求めます。2回目の均質化ではハニカムの等価物性値を適用したブロックを板材ではさんだミクロモデルについてシェル均質化を行い、シェルの統合断面剛性を求めます。シェル均質化はソリッド均質化よりもメモリ使用量、解析時間ともに桁違いに大きくなるためシェル均質化を行うミクロモデルはできる限り単純にする必要があります。そのため1回目の均質化によりハニカム構造にソリッド均質化を行い、ブロック形状に単純化します。
均質化モデルとフルモデルのマクロ解析結果比較
破砕プロセスにおけるRocky DEMシミュレーションの伝統的なアプローチで、実際の破砕まで粒子を単一のエンティティとして考えます。これらのアプローチでは、Ab-T10モデルまたはTavares Breakage Modelを使用します。どちらの瞬間断片化モデルも、破砕現象を正確に表現し、ミル、シュレッダー、コーン・クラッシャー、ジョー・クラッシャー、ハンマーミル、高圧粉砕ロールなどの鉱山機械を解析するために一般的に使用されています。
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