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【解析事例】繊維強化部材の非線形強度解析

事例カテゴリ

構造解析

使用モジュール

Digimat-MF/MAP/CAE

事例提供

繊維配向分布と繊維長分布を考慮することで
高精度な解析が可能に

繊維強化樹脂による構造部材の強度解析の事例です。

材料はガラス繊維35%を含むポリアミドです。繊維のアスペクト比は平均値は25ですが、実際には製品中の繊維がすべて同じ長さではなく、スクリュー中、成形中に切断が生じることにより、長さには分布が現れます。
Digimatでは、繊維長を分布として設定することができ、こちらの事例では、この機能を活用しています。

	基材	ファイバー
材料	ポリアミド	ガラス
ヤング率[GPa]	2.75	72
ボアソン比	0.37	0.22
降伏応力[Mpa]	40	-
硬化則	指数則+線形則	-
硬化係数[Mpa]	36.7	-
硬化指数	320	-
線形硬化係数[Mpa]	30	-
密度[kg/m³]	1.13E+03	2.47e+03
質量分率[%]	-	35
アスペクト比	-	25、ファイバー長分布あり
ファイバー配向方向	-	Moldflow（DSM)

表1.材料定義

構造解析は、Digimatと連携しない解析、Digimatと連携した線形解析、非線形解析の3つを比較しています。
まずDigimatを用いず、FEMソルバーのみで行った解析では、反力が大きく異なっていました。Digimatと連携することによって大きく改善しましたが、線形解析では不十分です。材料モデルを弾塑性体とすることで、実験値との誤差2.4%と非常に高精度な解析となりました（表2）。

図1.繊維長分布と、繊維長-ヤング率の関係