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現物のボイド(空隙)を考慮した繊維複合材の破断解析

軽量で強度の高い繊維強化樹脂(FRP)は幅広い分野で利用されています。ガラス繊維を使用したGFRPは耐食性、電波透過性、電気絶縁性にも優れていますが、繊維強化樹脂は製造工程で意図しないボイドが発生することがあります。本例は、ガラス繊維含有率30%のポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂のX線CT測定を行い、ボイドのある現物モデルとボイドを埋めたモデルの破断進展の比較に加え、繊維と樹脂の界面剥離を考慮したモデルについても破断のタイミングや最大荷重がどのように変化するかをシミュレーションした事例です。
解析・利用例のポイント
  • Simplewareを活用したボイド・界面剥離の破断挙動解析

Simplewareを活用したボイド・界面剥離の破断挙動解析

GFRPのX線CT画像をSimplewareに読み込み、繊維、樹脂、ボイドをセグメンテーションしました。その後、ボイド有り、ボイド無し、界面剥離有りの3種類の条件でFEメッシュを生成し、Ansys LS-DYNAで破断シミュレーションを実施しました。ボイドがあるモデルは、ボイドが無いモデルと比較してボイド周辺から亀裂が発生するため早いタイミングで破断する結果となりました。また、界面剥離を考慮したモデルでは、破断が早く進行し、最大荷重が大幅に低下することが確認されました。この解析のように現物の材料構造およびボイドを考慮したモデルで解析を実施することで、ボイドや界面剥離が強度に与える影響を評価できます。本事例の詳細をご希望の方は関連資料の事例詳細よりお申し込みください。

ボイドを考慮した複合材の破断解析
ボイドを考慮した複合材の破断解析
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