基礎からのゴム材料セミナー 2026

ゴム系高分子材料は、機械・土木・建築などの分野において、工業用部材として広く利用されています。工業製品のシェアは、車両用タイヤが圧倒的ですが、その他の製品として、免震用積層ゴム支承、防舷材、エンジンマウント、ベアリング、プリンター部品、スポーツ用品などが挙げられます。ゴムが柔らかく伸張性に富んだ材料であることは、よくご存じかと思いますが、その力学特性をモデル化するためには、有限ひずみでの力学（有限変形論）の知識が必要となります。さらに、一般に流通しているゴム材料は、ゴム分子鎖間の結合を強固にし材料の強度や限界伸びを高めるために、原料となる生ゴム等に硫黄と添加剤（カーボンブラック、オイル、可塑剤など）を加えて加熱する加硫という処理を施しています。この加硫時に加える添加剤に応じて、ゴムは、複雑な力学特性、例えば粘弾性や最大経験ひずみ依存性（Mullins効果）を示すようになります。
本セミナーの午前の部では、まず、実際のゴムにみられる代表的な力学特性について、実験結果を基に簡潔に紹介します。次いで、最も単純なゴムの力学モデルである超弾性体について主に学習していきます。超弾性体とは、簡単に言えば有限ひずみにおける非線形の弾性体を指します。弾性体であるならば、学習も容易かと思うかもしれませんが、ネックになるのは、有限ひずみの力学です。そこで、このセミナーでは、超弾性体を理解するために必要となる最低限の力学知識に限定して学習していきます。時間の都合上、講義時間中に演習などを行うことは困難ですが、独学のための解答例付きの演習問題を用意しておきます。続いて、典型的なゴムの非線形力学挙動である粘弾性とMullins効果を表す代表的なモデルを紹介します。これらを理論面も含め理解するためには、さらなる学習が必要になりますが、すでにAnsysに代表される汎用FEMソフトには、材料モデルとして実装されている場合がほとんどです。そこで、このセミナーでは、材料定数の物理的な意味や定め方を中心に簡潔に説明します。最後に、ゴムの代表的な材料試験方法と、それを基に材料モデルの選定、およびモデルに含まれる材料定数の同定をする際のコツについて紹介します。

午後の部では、Ansys Mechanicalを使用し、ゴム材料の解析に必要な超弾性モデルの設定方法を学びます。まず、代表的な超弾性モデルの設定や選定方法を確認し、材料試験データの入力から材料定数の同定までの一連の流れを解説します。試験データを使用する際の注意点や、フィッティング結果を評価する際のポイントについても紹介します。次いで、ゴム部品は勘合など接触を伴う状態で使用されることが多くあることから、これらを表現するための接触の設定や、Oリングに代表される流体圧が作用する状態を表現する流体圧食い込み機能についても紹介します。次に、大変形による計算の発散を防ぐため、要素やメッシュの設定ついて解説します。各内容では簡単な実習例題を通じて実際に手を動かして体験的に習得していただけます。また、最後にはより実践的な例題も用意しております。