JP2014199219A - Impact analysis method for fiber-reinforced resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂のＣＡＥを用いた衝撃解析方法に関する。詳細には、衝撃吸収挙動に大きく影響する因子を特定し、その因子を考慮した衝撃解析を行うことで、実験値と整合性のとれた解析を行うことができる衝撃解析方法に関する。本発明によれば、繊維強化樹脂の衝撃特性を正確に予測することができ、自動車外装材料に用いる場合等において迅速かつ正確に工業的な設計を行うことができる。 The present invention relates to an impact analysis method using CAE of a fiber reinforced resin reinforced with carbon fiber, glass fiber, or the like. More specifically, the present invention relates to an impact analysis method capable of performing an analysis that is consistent with an experimental value by identifying a factor that greatly affects the impact absorption behavior and performing an impact analysis in consideration of the factor. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the impact characteristic of a fiber reinforced resin can be estimated correctly, and when using for an automotive exterior material etc., an industrial design can be performed rapidly and correctly.
近年、自動車等の工業製品の開発において、設計した製品の性能等を評価するシミュレーションを行うことができるＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムが広く利用されており、例えば設計した構造部品や使用する材料単体の衝撃吸収特性を評価する衝撃解析等にも活用されている。ＣＡＥシステムを用いることにより、実地試験を行う手間を省き、構造の最適化等を容易に図ることができるため、開発期間の短縮やコスト低減に繋がっている。 In recent years, in the development of industrial products such as automobiles, CAE (Computer Aided Engineering) systems capable of performing simulations for evaluating the performance of designed products have been widely used. For example, designed structural parts and materials used alone It is also used for impact analysis to evaluate the impact absorption characteristics of By using the CAE system, it is possible to save the labor of performing a field test and to easily optimize the structure, which leads to shortening of the development period and cost reduction.
一方、環境問題等の観点から、自動車のさらなる軽量化が求められており、自動車部品の「樹脂化」の検討が活発に行われている。それに伴い、樹脂製の成型部品や樹脂材料単体の衝撃吸収特性を、ＣＡＥシステムを用いて評価する衝撃解析の検討も盛んに行われている。
例えば、特許文献１には、リブを有する樹脂成形体の衝撃特性をＬＳ−ＤＹＮＡを用いて評価する衝撃解析方法が開示されている。
一方、特許文献２には、タイヤ等の構造体の破壊現象を予測するに際し、亀裂が進展した後や亀裂が徐々に進展する過程を評価できる構造体の破壊予測方法及び構造体の破壊予測用コンピュータプログラムが開示されている。
On the other hand, from the viewpoint of environmental problems and the like, further weight reduction of automobiles is demanded, and “resinization” of automobile parts is being actively studied. Along with this, studies on impact analysis for evaluating the impact absorption characteristics of resin molded parts and resin materials using a CAE system are also being actively conducted.
For example,
On the other hand,
ＣＡＥシステムを用いて、設計した構造部品の衝撃吸収特性を評価するシミュレーションを行う場合、例えば構造部品と構造部品に衝撃を与えるインパクターを含んだ衝撃試験モデルを作成し、解析プログラムに設定して衝撃解析を行う方法が用いられる。一方で、例えば構造設計されていない板状の材料単体を評価する場合には、材料の振動等を阻害しないような構造を有する支持台をモデル化し、材料がこの支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うことがある。
本発明者らは、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂の材料単体の衝撃解析を行う場合に、支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うと、衝撃試験装置を用いて得られた実験値との整合性が非常に悪くなるという新たな課題を明らかとした。力学特性に優れる繊維強化樹脂を自動車の部品等に広く適用するためには、繊維強化樹脂単体の衝撃吸収特性を円滑かつ正確に評価することができる衝撃解析方法を確立することが非常に重要である。
即ち、本発明は、繊維強化樹脂を衝撃解析する場合の上記問題点を解明し、実験値との整合性の高い衝撃解析方法を提供することを課題とする。
When performing a simulation to evaluate the shock absorption characteristics of a designed structural part using the CAE system, for example, create an impact test model that includes an impactor that impacts the structural part and the structural part, and set it in the analysis program. A method of performing an impact analysis is used. On the other hand, for example, when evaluating a single plate-shaped material that is not structurally designed, a support base having a structure that does not inhibit vibration of the material is modeled, and the material is supported by this support base. Impact analysis may be performed at
When performing an impact analysis of a single material of a fiber reinforced resin reinforced with carbon fiber, glass fiber, or the like, when the impact analysis is performed while being supported by a support base, the inventors use an impact test apparatus. The new problem that the consistency with the experimental value obtained in this way becomes very bad was clarified. In order to widely apply fiber reinforced resin with excellent mechanical properties to automobile parts, etc., it is very important to establish an impact analysis method that can smoothly and accurately evaluate the impact absorption characteristics of fiber reinforced resin alone. is there.
That is, an object of the present invention is to elucidate the above-described problems when impact analysis is performed on a fiber reinforced resin, and to provide an impact analysis method having high consistency with experimental values.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、繊維強化樹脂を衝撃解析する場合には、特に支持台の強度に関する物性値を考慮することが非常に重要であることを見出した。通常、支持台は鉄製であると考えるため、樹脂材料の衝撃解析を行う場合、支持台は樹脂材料と比較して質量が大きく、さらに剛性も高いため、計算上剛体として扱い、強度に関する物性値を特に設定しないことが一般的であった。しかしながら、繊維強化樹脂の衝撃解析を行う場合には、繊維強化樹脂が鉄鋼に近い物性を有するため、全体に対する支持台の振動の寄与が大きくなり、剛体として計算すると正確な数値が得られないことを本発明者らは明らかとしたのである。本発明者らは、支持台の強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が改善されることを見出し、本発明を完成させたのである。
即ち、本発明は以下の通りである。
（１） 炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくと
も１種により強化された繊維強化樹脂、前記繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び前記繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値を少なくとも設定する設定工程、並びに前記衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程、を含む繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、前記設定工程において、前記支持台の強度に関する物性値を設定することを特徴とする、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（２） 前記繊維強化樹脂が炭素繊維を含むものである、（１）に記載の繊維強化樹脂の
衝撃解析方法。
（３） 前記設定工程において、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方
向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、（１）又は（２）に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（４） 前記設定工程において、前記インパクターの強度に関する物性値を設定する、（
１）〜（３）の何れかに記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（５） 炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくと
も１種により強化された繊維強化樹脂層、並びに繊維強化されていない樹脂層を含む積層体を前記繊維強化樹脂とする、（１）〜（４）の何れかに記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、前記モデル化工程において、前記積層体を前記繊維強化樹脂として含む衝撃試験モデルを作成し、前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（６） 前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層の強度に関する物性値として、繊維
方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、（５）に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that it is very important to take into consideration the physical property values related to the strength of the support base particularly when analyzing the impact of fiber reinforced resin. I found it. Usually, the support is considered to be made of iron, so when conducting an impact analysis of a resin material, the support is larger in mass and higher in rigidity than a resin material, so it is treated as a rigid body for calculation, and physical properties related to strength It was common not to set. However, when performing an impact analysis of fiber reinforced resin, the fiber reinforced resin has physical properties close to steel, so the contribution of the vibration of the support base to the whole increases, and accurate numerical values cannot be obtained when calculated as a rigid body. The present inventors have made clear. The inventors of the present invention have found that the consistency with the experimental values can be improved by performing impact analysis after setting the physical property values regarding the strength of the support base, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
(1) A fiber reinforced resin reinforced with at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber and mineral reinforcing fiber, an impactor for impacting the fiber reinforced resin, and the fiber reinforced resin. A modeling process for creating an impact test model including a support base for supporting, a setting process for setting at least physical property values relating to the strength of the fiber reinforced resin, and an impact analysis by inputting the impact test model into an analysis program An impact analysis method for a fiber reinforced resin including an analysis step, wherein a physical property value related to the strength of the support base is set in the setting step.
(2) The fiber reinforced resin impact analysis method according to (1), wherein the fiber reinforced resin contains carbon fiber.
(3) The fiber reinforced resin according to (1) or (2), wherein, in the setting step, as the physical property value related to the strength of the fiber reinforced resin, a physical property value related to the strength in the fiber direction and the orthogonal direction of the fiber is set. Shock analysis method.
(4) In the setting step, a physical property value related to the strength of the impactor is set.
The impact analysis method of the fiber reinforced resin according to any one of 1) to (3).
(5) A laminate including a fiber reinforced resin layer reinforced with at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and mineral reinforcing fiber, and a non-fiber reinforced resin layer is referred to as the fiber reinforced resin. The impact analysis method for the fiber reinforced resin according to any one of (1) to (4), wherein, in the modeling step, an impact test model including the laminate as the fiber reinforced resin is created, An impact analysis method for a fiber reinforced resin, wherein in the setting step, physical property values relating to the strengths of the fiber reinforced resin layer and the resin layer not reinforced with fiber are set.
(6) In the setting step, as the physical property value related to the strength of the fiber reinforced resin layer, the physical property value related to the strength of each of the fiber direction and the orthogonal direction of the fiber is set, and the impact analysis of the fiber reinforced resin according to (5) Method.
本発明によれば、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂について、実験値との整合性の極めて高い衝撃解析を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform an impact analysis with extremely high consistency with experimental values for a fiber reinforced resin reinforced with carbon fiber, glass fiber, or the like.
本発明の繊維強化樹脂の衝撃解析方法ついて、以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。 The impact analysis method of the fiber reinforced resin of the present invention will be described in detail below, but is not limited to these contents unless it is contrary to the gist of the present invention.
本発明の繊維強化樹脂の衝撃解析方法（以下、「本発明の衝撃解析方法」と略す場合がある。）は、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程（以下、「本発明に係るモデル化工程」と略す場合がある。）、繊維強化樹脂の強度に関する物性値を少なくとも設定する設定工程（以下、「本発明に係る設定工程」と略す場合がある。）、並びに衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程（以下、「本発明に係る解析工程」と略す場合がある。）を含む衝撃解析方法であるが、設定工程において、繊維強化樹脂の強度に関する物性値のほかに、支持台の強度に関する物性値を設定して衝撃解析を行うことを特徴とする。
本発明者らは、ＣＡＥシステムを用いて、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂の材料単体の衝撃解析を行う場合に、支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うと、衝撃試験装置を用いて得られた実験値との整合性が非常に悪くなるという新たな課題を見出している。これは繊維強化樹脂が鉄鋼に近い物性を有するため、全体に対する支持台の振動の寄与が大きく、支持台を剛体として計算すると正確な数値が得られないためであると考えられる。本発明者らは、支持台の強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が著しく改善されることを見出したのである。
なお、本発明において「モデル」とは、モデリングソフト等を使用して作成したコンピューター上の図形を意味し、「モデル化工程」とは、繊維強化樹脂、インパクター、支持台等を少なくとも含む図形をコンピューター上で作成する工程であることを意味する。
また、本発明における「強度に関する物性値」には、「弾性率」、「降伏強さ」、「破壊エネルギー」等の外力が加えられたときの変形挙動を表す公知の物性値が含まれるほか、これらの物性値から得られる「ポアソン比」等の２次的な物性値、さらにはこれらの物性値を情報として含む「材質」等の設定項目も含まれるものとする。
さらに、「設定」とは、設定した項目が考慮された上で衝撃解析が行われるように、衝撃解析モデルを作成するためのモデリングソフト上、或いは衝撃解析を行う解析プログラム（衝撃試験ソフト）上に、設定したい内容を入力することを意味するものとする。
以下、繊維強化樹脂、衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、及び衝撃解析を行う解析工程等について詳細に説明する。
The impact analysis method for fiber reinforced resin of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “impact analysis method of the present invention”) is at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and mineral reinforcing fiber. A modeling process for creating an impact test model including a fiber reinforced resin reinforced by the above, an impactor for giving an impact to the fiber reinforced resin, and a support base for supporting the fiber reinforced resin (hereinafter referred to as “the present invention” Modeling process ”may be abbreviated as“ modeling process ”), a setting process for setting at least physical property values relating to the strength of the fiber reinforced resin (hereinafter, sometimes referred to as“ setting process according to the present invention ”), and an impact test model. Although it is an impact analysis method including an analysis process (hereinafter, may be abbreviated as “analysis process according to the present invention”) for performing impact analysis by inputting into an analysis program, Into other physical properties relating to strength of the resin, and performing an impact analysis by setting the physical property values relating to the intensity of the support.
When performing an impact analysis of a single material of a fiber reinforced resin reinforced with carbon fiber, glass fiber, or the like using the CAE system, the present inventors perform an impact analysis while being supported by a support base. A new problem has been found that the consistency with the experimental values obtained using the impact test apparatus becomes very poor. This is presumably because the fiber reinforced resin has physical properties close to those of steel, and therefore the contribution of the vibration of the support base to the whole is large, and accurate numerical values cannot be obtained when the support base is calculated as a rigid body. The present inventors have found that the consistency with the experimental value is remarkably improved by performing the impact analysis after setting the physical property value regarding the strength of the support base.
In the present invention, “model” means a figure on a computer created using modeling software or the like, and “modeling step” means a figure including at least a fiber reinforced resin, an impactor, a support base, and the like. Is a process of creating on a computer.
In addition, the “physical property value relating to strength” in the present invention includes known physical property values representing deformation behavior when an external force such as “elastic modulus”, “yield strength”, “fracture energy” is applied. Further, secondary physical property values such as “Poisson's ratio” obtained from these physical property values, and setting items such as “material” including these physical property values as information are also included.
Furthermore, “setting” refers to modeling software for creating an impact analysis model or analysis program (impact test software) for performing impact analysis so that impact analysis is performed after considering the set items. It means that the contents to be set are input.
Hereinafter, a fiber reinforced resin, a modeling process for creating an impact test model, an analysis process for performing an impact analysis, and the like will be described in detail.
＜繊維強化樹脂＞
本発明の衝撃解析方法は、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂を解析対象とする解析方法であるが、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維の具体的種類は特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知の繊維について、広く対象とすることができる。特に炭素繊維を含む繊維強化樹脂の解析に好適に利用することができる。なお、ミネラル強化系繊維とは、公知の無機系強化添加物を意味し、具体的にはタルク、マイカ（雲母）、針状結晶
物ウィスカ等の鉱物由来の結晶物が挙げられる。
また、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の種類も特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知のマトリックス樹脂、例えばポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を広く対象とすることができる。
さらに、繊維強化樹脂における繊維の状態等も特に限定されず、例えば繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂も対象とすることもできる。
<Fiber reinforced resin>
The impact analysis method of the present invention is an analysis method for analyzing a fiber reinforced resin reinforced with at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and mineral reinforcing fiber, but carbon fiber, glass Specific types of the fiber and the mineral reinforcing material-based fiber are not particularly limited, and the known fiber used for the fiber reinforced resin can be widely used. It can utilize suitably for the analysis of the fiber reinforced resin containing carbon fiber especially. The mineral reinforcing fiber means a known inorganic reinforcing additive, and specific examples thereof include crystals derived from minerals such as talc, mica (mica), and needle-like crystal whisker.
In addition, the type of the matrix resin of the fiber reinforced resin is not particularly limited, and widely covers known matrix resins used for the fiber reinforced resin, for example, thermoplastic resins such as polypropylene resin, polystyrene resin, polycarbonate resin, and polyamide resin. Can do.
Furthermore, the state of the fiber in the fiber reinforced resin is not particularly limited, and for example, a fiber reinforced resin in which the fibers are oriented in one direction can also be targeted.
本発明の衝撃解析方法は、１種類の繊維強化樹脂からなる材料を解析対象とする態様に限られず、繊維強化樹脂を含むものであれば、複数種類の繊維強化樹脂（繊維強化樹脂層）を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂（繊維強化樹脂層）及び繊維強化されていない樹脂（樹脂層）を積層させた積層体を解析対象とするものであってもよい。
繊維強化されていない樹脂の種類も特に限定されず、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂のほか、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。
The impact analysis method of the present invention is not limited to an embodiment in which a material composed of one type of fiber reinforced resin is an object of analysis, and a plurality of types of fiber reinforced resins (fiber reinforced resin layers) can be used as long as they include fiber reinforced resin. A laminate obtained by laminating or a laminate obtained by laminating a fiber reinforced resin (fiber reinforced resin layer) and a resin (resin layer) that is not fiber reinforced may be an analysis target.
The type of resin that is not fiber reinforced is not particularly limited, and may be a thermoplastic resin such as a polypropylene resin, a polystyrene resin, a polycarbonate resin, or a polyamide resin, or a thermosetting resin such as an epoxy resin.
＜モデル化工程＞
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程を含むものであるが、モデル化に使用するモデリングソフトの種類は特に限定されず、市販されている公知のソフトを適宜採用して使用することができる。例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ社製のＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳ、ＤＡＳＳＡＵＬＴ社製のＣＡＴＩＡ、ＰＴＣ社製の
Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ等が挙げられる。
<Modeling process>
The impact analysis method of the present invention includes a modeling step of creating an impact test model including a fiber reinforced resin, an impactor for impacting the fiber reinforced resin, and a support base for supporting the fiber reinforced resin. The type of modeling software used for modeling is not particularly limited, and any well-known software that is commercially available can be used as appropriate. Examples include NX I-DEAS manufactured by Siemens, CATIA manufactured by DASSAULT, Pro / Engineering manufactured by PTC, and the like.
本発明に係るモデル化工程において作成する繊維強化樹脂の形状は特に限定されないが、衝撃吸収特性を観測し易くなる観点から、シート状であることが好ましい。また、繊維強化樹脂がシート状である場合の面形状も特に限定されず、正方形状、矩形状、円形状等の何れであってもよい。繊維強化樹脂がシート状である場合の寸法も特に限定されないが、長辺（直径）が通常８０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上、より好ましくは２００ｍｍ以上であり、通常１０００ｍｍ以下、好ましくは８００ｍｍ以下、より好ましくは６００ｍｍ以下である。
繊維強化樹脂がシート状である場合、その厚みは特に限定されないが、１種類の繊維強化樹脂からなる材料である場合、通常１００μｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１．０ｍｍ以上であり、通常１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下である。上記範囲内の繊維強化性樹脂であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
また、複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合、繊維強化樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。一方、繊維強化されていない樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。上記範囲内の積層体であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
さらに複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合の樹脂層の積層数も特に限定されないが、通常２層以上、好ましくは４層以上、より好ましくは５層以上であり、通常２０層以下、好ましくは１５層以下、より好ましくは１０層以下である。上記範囲内の積層体であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
The shape of the fiber reinforced resin created in the modeling step according to the present invention is not particularly limited, but is preferably a sheet shape from the viewpoint of easy observation of shock absorption characteristics. Further, the surface shape when the fiber reinforced resin is in a sheet shape is not particularly limited, and may be any of a square shape, a rectangular shape, a circular shape, and the like. The size when the fiber reinforced resin is in a sheet form is not particularly limited, but the long side (diameter) is usually 80 mm or more, preferably 100 mm or more, more preferably 200 mm or more, and usually 1000 mm or less, preferably 800 mm or less, more Preferably it is 600 mm or less.
When the fiber reinforced resin is in the form of a sheet, the thickness is not particularly limited. However, when the material is made of one type of fiber reinforced resin, it is usually 100 μm or more, preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more. Yes, usually 10 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 2 mm or less. When the fiber reinforced resin is within the above range, the impact analysis method of the present invention can be suitably used.
In the case of a laminate in which a plurality of types of fiber reinforced resin layers are laminated, or a laminate in which a fiber reinforced resin layer and a resin layer that is not fiber reinforced are laminated, the thickness of the fiber reinforced resin layer is usually 10 μm or more. The thickness is preferably 50 μm or more, more preferably 100 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 250 μm or less. On the other hand, the thickness of the resin layer which is not fiber reinforced is usually 10 μm or more, preferably 50 μm or more, more preferably 100 μm or more, and usually 1 mm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 250 μm or less. When the laminate is within the above range, the impact analysis method of the present invention can be suitably used.
Furthermore, the number of laminated resin layers in the case of a laminate in which a plurality of types of fiber reinforced resin layers are laminated, or a laminate in which a fiber reinforced resin layer and a resin layer that is not fiber reinforced are laminated is not particularly limited. It is 2 layers or more, preferably 4 layers or more, more preferably 5 layers or more, and usually 20 layers or less, preferably 15 layers or less, more preferably 10 layers or less. When the laminate is within the above range, the impact analysis method of the present invention can be suitably used.
本発明に係るモデル化工程において作成するインパクターの形状、寸法、材質及び重量
は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状とすることが好ましい。衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状であると、実験値との整合性を確認し易くなる。インパクターの具体的な形状としては、図１に示されるような形状が挙げられる。図１に示されるインパクターは、芯材（図１の２）の衝撃を与える側の部分に被覆層（図１の３）が取り付けられている構造となっている。
The shape, dimensions, material, and weight of the impactor created in the modeling step according to the present invention are not particularly limited, but it is preferable to have a shape that reproduces the impactor used in a commercially available impact test apparatus. If the shape of the impactor used in the impact test apparatus is reproduced, it will be easy to confirm the consistency with the experimental values. As a specific shape of the impactor, there is a shape as shown in FIG. The impactor shown in FIG. 1 has a structure in which a covering layer (3 in FIG. 1) is attached to a portion of the core member (2 in FIG. 1) on which an impact is applied.
本発明に係るモデル化工程において作成する支持台の形状及び寸法等は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用する支持台を再現した形状とすることが好ましい。衝撃試験装置に使用する支持台を再現した形状であると、実験値との整合性を確認し易くなる。支持台の具体的な形状としては、図２に示されるような形状が挙げられる。
図２に示される支持台は、試験体（繊維強化樹脂）を挟み込んで固定できるように、上部（図２の４）と下部（図２の５）に分かれており、上部には持ち運びを容易にする取手（図２の６）が取り付けられた構造となっている。この上部と下部には、ボルト・ナットで連結できるように、同位置に穴（図２の８）が設けられており、さらにボルト・ナットで地面に固定できるように、下部の地面と接する位置に同様の穴が設けられている。また、上部と下部は、試験体を挟み込んだ際に試験体が露出するように、それぞれ開口を有する額縁状の形状になっている。
例えば、衝撃試験装置に使用する支持台が、図２に示されるような構造を有する場合には、本発明に係るモデル化工程においても、上部、下部、取手、連結に使用するボルト・ナット、各部分の繋ぎ目等を含めた詳細なモデルを作成することが好ましい。このような詳細なモデルを作成すると、例えば試験体（繊維強化樹脂）と支持台との間に生じる摩擦を考慮した衝撃解析等を行うことができ、より正確な解析となり得る。
支持台の開口の寸法は、解析対象である繊維強化樹脂の寸法に応じて適宜設定することができるが、長辺（直径）が通常１５０ｍｍ以上、好ましくは２００ｍｍ以上、より好ましくは２５０ｍｍ以上であり、通常１０００ｍｍ以下、好ましくは７５０ｍｍ以下、より好ましくは５００ｍｍ以下である。
The shape, dimensions, and the like of the support table created in the modeling process according to the present invention are not particularly limited, but it is preferable to have a shape that reproduces the support table used in a commercially available impact test apparatus. When the shape of the support base used in the impact test apparatus is reproduced, it becomes easy to confirm the consistency with the experimental values. As a specific shape of the support base, a shape as shown in FIG. 2 may be mentioned.
The support stand shown in FIG. 2 is divided into an upper part (4 in FIG. 2) and a lower part (5 in FIG. 2) so that the specimen (fiber reinforced resin) can be sandwiched and fixed, and the upper part is easy to carry. A handle (6 in FIG. 2) is attached. A hole (8 in FIG. 2) is provided in the upper and lower portions so that they can be connected with bolts and nuts, and a position in contact with the lower ground so that they can be fixed to the ground with bolts and nuts. Are provided with similar holes. Further, the upper part and the lower part have a frame-like shape each having an opening so that the specimen is exposed when the specimen is sandwiched.
For example, when the support base used in the impact test apparatus has a structure as shown in FIG. 2, even in the modeling process according to the present invention, the bolts and nuts used for the upper part, the lower part, the handle, and the connection, It is preferable to create a detailed model including the joints of each part. If such a detailed model is created, for example, an impact analysis in consideration of the friction generated between the specimen (fiber reinforced resin) and the support base can be performed, which can be a more accurate analysis.
The size of the opening of the support base can be appropriately set according to the size of the fiber reinforced resin to be analyzed, but the long side (diameter) is usually 150 mm or more, preferably 200 mm or more, more preferably 250 mm or more. Usually, it is 1000 mm or less, preferably 750 mm or less, more preferably 500 mm or less.
＜設定工程＞
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂の強度に関する物性値、さらに支持台の強度に関する物性値を設定する設定工程を含むものであるが、繊維強化樹脂の強度に関する物性値、及び支持台の強度に関する物性値を設定する方法は特に限定されず、使用するモデリングソフト及び／又は解析プログラム（衝撃解析ソフト）に応じて適宜選択されるべきである。例えばモデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、衝撃解析ソフトとしてＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡを使用して衝撃解析を行う場合、モ
デリングソフトで作成した要素は、衝撃解析ソフトの要求するフォーマットに合わせたものとし、衝撃解析ソフトにおいては衝撃特性を計算するに必要な物性、例えば弾性率にひずみ速度・方向の依存性を設定し、モデルの正確な寸法等を入力し、なおかつ衝撃の条件である初速度や加速度等を設定する方法が挙げられる。
<Setting process>
The impact analysis method of the present invention includes a setting step for setting a physical property value related to the strength of the fiber reinforced resin, and further a physical property value related to the strength of the support base, and relates to the physical property value related to the strength of the fiber reinforced resin and the strength of the support base. The method of setting the physical property value is not particularly limited, and should be appropriately selected according to the modeling software and / or analysis program (impact analysis software) to be used. For example, when impact analysis is performed using NX I-DEAS manufactured by Siemens as modeling software and LS-DYNA manufactured by LSTC as impact analysis software, the elements created by the modeling software are in the format required by the impact analysis software. In the impact analysis software, set the physical properties necessary to calculate the impact characteristics, such as the elastic modulus, the strain rate and direction dependence, enter the exact dimensions of the model, etc. The method of setting initial velocity, acceleration, etc. which are are mentioned.
本発明に係る設定工程において設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。
また、例えば繊維が一方向に配向している場合など、弾性率等の物性値に異方性がある場合、繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ましい。繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
なお、設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
例えば、炭素繊維強化樹脂の物性値では、繊維方向の弾性率１４０ＧＰａ、直交方向の弾性率２０ＧＰａ、ポアソン比０．３３、比重１．８を設定することが挙げられる。
Kinds of physical property values related to the strength of the fiber reinforced resin set in the setting step according to the present invention are not particularly limited as long as they include at least the physical property values necessary for impact analysis, but elastic modulus, strength, Poisson's ratio, specific gravity Physical property values related to strain rate / direction dependency such as
In addition, when there is anisotropy in physical properties such as elastic modulus such as when the fibers are oriented in one direction, the strength in the fiber direction and the direction perpendicular to the fibers are used as the physical properties related to the strength of the fiber reinforced resin. It is preferable to set a physical property value for. A more accurate analysis can be performed by setting physical property values relating to the strengths of the fiber direction and the orthogonal direction of the fiber.
In addition, the physical property value regarding the strength of the fiber reinforced resin to be set may be a value obtained by calculation in addition to an experimental value obtained by experiment.
For example, the physical property values of the carbon fiber reinforced resin include setting the elastic modulus in the fiber direction to 140 GPa, the elastic modulus in the orthogonal direction to 20 GPa, the Poisson's ratio of 0.33, and the specific gravity of 1.8.
本発明に係る設定工程において設定する支持台の強度に関する物性値の種類は、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度依存性に関連する物性値、及び支持台の材質が挙げられる。
なお、設定する支持台の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
例えば、支持台の材質は、一般炭素鋼等として設定され、弾性率２０９ＧＰａ、降伏強度６４０ＭＰａ、ポアソン比０．３、比重７．８を設定することが挙げられる。
Kinds of physical property values related to the strength of the support base set in the setting step according to the present invention are not particularly limited, but physical property values related to strain rate dependency such as elastic modulus, strength, Poisson's ratio, specific gravity, etc. The material is mentioned.
The physical property value relating to the strength of the support base to be set may be a value obtained by calculation in addition to an experimental value obtained by experiment.
For example, the material of the support base is set as general carbon steel or the like, and the elastic modulus is 209 GPa, the yield strength is 640 MPa, the Poisson's ratio is 0.3, and the specific gravity is 7.8.
本発明に係る設定工程において設定するその他の項目は特に限定されないが、インパクターの強度に関する物性値を設定することが好ましい。インパクターの影響は、支持台に比して小さいが、インパクターの強度に関する物性値も設定することによって、より正確な解析を行うことができる。設定するインパクターの強度に関する物性値としては、インパクターの弾性率、降伏強度、ポアソン比及び比重等が挙げられる。 Other items to be set in the setting step according to the present invention are not particularly limited, but it is preferable to set a physical property value related to the strength of the impactor. Although the influence of the impactor is smaller than that of the support base, more accurate analysis can be performed by setting a physical property value related to the strength of the impactor. Examples of the physical property values relating to the impactor strength to be set include the impactor's elastic modulus, yield strength, Poisson's ratio, and specific gravity.
本発明に係る設定工程において、通常は衝撃解析モデルの正確な寸法、衝撃条件である初速度・加速度（インパクターの落下高さ）、衝撃試験の温度条件等を設定する。
本発明に係る設定工程において設定するインパクターの落下高さは、特に限定されず、繊維強化樹脂の厚み等に応じて適宜設定することができるが、通常１００ｍｍ以上、好ましくは２５０ｍｍ以上、より好ましくは３５０ｍｍ以上であり、通常２０００ｍｍ以下、好ましくは１５００ｍｍ以下、より好ましくは１０００ｍｍ以下である。また、例えば試験体同士の衝撃特性を比べる場合などにおいては、試験体同士の相違が顕著に表れる値を設定することが好ましい。
本発明に係る設定工程において設定する温度条件は特に限定されないが、−３０℃〜８０℃の範囲内で設定することが好ましい。また本発明の実施に当たっては、常温下（１０〜４０℃）又は８０℃程度の高温下で衝撃試験を行うことが好ましい。これらは実際の材料に応じて選択するとよい。
その他、繊維強化樹脂と支持台との間に生じる摩擦を考慮した摩擦係数を設定することが好ましい。摩擦係数を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
In the setting step according to the present invention, the accurate dimensions of the impact analysis model, the initial speed / acceleration (impactor drop height) which is the impact condition, the temperature condition of the impact test, etc. are usually set.
The drop height of the impactor set in the setting step according to the present invention is not particularly limited and can be appropriately set according to the thickness of the fiber reinforced resin, etc., but is usually 100 mm or more, preferably 250 mm or more, more preferably. Is 350 mm or more, usually 2000 mm or less, preferably 1500 mm or less, more preferably 1000 mm or less. For example, when comparing the impact characteristics of test specimens, it is preferable to set a value at which the difference between the test specimens appears remarkably.
The temperature condition set in the setting step according to the present invention is not particularly limited, but is preferably set within a range of −30 ° C. to 80 ° C. In carrying out the present invention, it is preferable to conduct an impact test at room temperature (10 to 40 ° C.) or at a high temperature of about 80 ° C. These may be selected according to actual materials.
In addition, it is preferable to set a friction coefficient in consideration of the friction generated between the fiber reinforced resin and the support base. By setting the friction coefficient, more accurate analysis can be performed.
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体を解析対象とするものであってもよいが、このような積層体を解析する場合は、繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ましい。
繊維強化樹脂層（以下、「Ｃ（層）」と略す場合がある。）及び繊維強化されていない樹脂層（以下、「Ｍ（層）」と略す場合がある。）を含む積層体の衝撃解析を行う場合、従来、Ｃ層の総厚みとＭ層の総厚みを設定した簡易的な衝突解析モデルとしていたため、ＣＭＣＭと積層した場合とＣＭＭＣと積層した場合の解析結果が同一となっていた。従来の柔らかい材料に関してはこの方法であっても実験値との差が小さく、特に問題が生じなかった。
しかしながら、本発明者らが衝撃試験装置を使用して、実験値を確認したところ、ＣＭＣＭとＣＭＭＣとでは、その解析吸収挙動に大きな差が生じることを確認した。これは、繊維強化樹脂の弾性率、降伏強度が、強化されていない樹脂に比してはるかに高くなったと考えられる。そして、Ｃ層とＭ層の順番を再現した衝撃試験モデルを作成し、さらにＣ層及びＭ層のそれぞれの強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が著しく改善されることを本発明者らは見出したのである。
The impact analysis method of the present invention may be an analysis object of a laminate obtained by laminating a fiber reinforced resin layer and a resin layer that is not fiber reinforced, but when analyzing such a laminate, It is preferable to set physical property values relating to the strengths of the fiber reinforced resin layer and the resin layer not reinforced with fiber.
Impact of a laminate including a fiber reinforced resin layer (hereinafter sometimes abbreviated as “C (layer)”) and a resin layer that is not fiber reinforced (hereinafter sometimes abbreviated as “M (layer)”). In the case of performing the analysis, since the conventional collision analysis model has been set with the total thickness of the C layer and the total thickness of the M layer, the analysis results when the CMCM is stacked and the CMMC are stacked are the same. It was. Even with this method for conventional soft materials, the difference from the experimental values was small, and no particular problem occurred.
However, when the present inventors confirmed the experimental value using an impact test apparatus, it was confirmed that a large difference in the analytical absorption behavior occurred between CMCM and CMMC. This is probably because the elastic modulus and yield strength of the fiber reinforced resin are much higher than those of the unreinforced resin. Then, an impact test model that reproduces the order of the C layer and the M layer is created, and further, physical properties related to the strength of each of the C layer and the M layer are set. The present inventors have found that the property is remarkably improved.
また、例えば繊維強化樹脂層における繊維が一方向に配向している場合など、繊維強化樹脂層の弾性率等の物性値に異方性がある場合、繊維強化樹脂層の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ま
しい。
従来、このような積層体の衝撃解析では、Ｃ層の異方性を考慮せずに解析を行っていたため、実験値との整合性が非常に悪い結果となっていた。そこで、Ｃ層の強度に関する物性値について、繊維方向と繊維の直交方向に分けて設定することにより、実験値との整合性がさらに改善されることを本発明者らは見出したのである。
In addition, when there is anisotropy in the physical property value such as the elastic modulus of the fiber reinforced resin layer, for example, when the fibers in the fiber reinforced resin layer are oriented in one direction, It is preferable to set physical property values relating to the strength in the fiber direction and the orthogonal direction of the fiber.
Conventionally, in such an impact analysis of a laminated body, since the analysis was performed without considering the anisotropy of the C layer, the consistency with the experimental value was very poor. Therefore, the present inventors have found that the consistency with the experimental value is further improved by setting the physical property value relating to the strength of the C layer separately in the fiber direction and the orthogonal direction of the fiber.
繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体を解析する場合の繊維強化されていない樹脂層の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。 Types of physical property values related to the strength of resin layers that are not fiber reinforced when analyzing a laminate comprising a fiber reinforced resin layer and a resin layer that is not fiber reinforced include at least the physical property values necessary for impact analysis If it is, it will not specifically limit, The physical property value relevant to strain rate and direction dependence, such as an elasticity modulus, intensity | strength, Poisson's ratio, specific gravity, is mentioned.
＜解析工程＞
本発明の衝撃解析方法は、衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程を含むものであるが、使用する解析プログラムの種類は特に限定されず、市販されている公知の解析ソフトを適宜採用して使用することができる。例えば、ＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡ、ＥＳＩ社製のＰＡＭ−ＣＲＡＳＨ、ＨＫＳ社製のＡＢＡＱＵＳ等が挙げられる。
<Analysis process>
The impact analysis method of the present invention includes an analysis process in which an impact test model is input to an analysis program to perform an impact analysis, but the type of analysis program to be used is not particularly limited, and a well-known analysis software that is commercially available can be used. It can employ | adopt suitably and can use. Examples thereof include LS-DYNA manufactured by LSTC, PAM-CRASH manufactured by ESI, and ABAQUS manufactured by HKS.
以下、実施例により本発明の具体的態様を詳細に説明するが、本発明が実施例の態様のみに限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail by way of examples, but it goes without saying that the present invention is not limited only to the embodiments.
＜参考例＞
（衝撃試験モデルの作成）
モデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、図３（ｂ）に示す衝撃試験モデル（試験体、試験体に衝撃を与えるためのインパクター、及び試験体を支持するための支持台を含むモデル）を作成した。
<Reference example>
(Creation of impact test model)
Using NX I-DEAS manufactured by Siemens as modeling software, an impact test model (a test body, an impactor for giving an impact to the test body, and a support base for supporting the test body are shown in FIG. Including model).
（強度に関する物性値の設定）
試験体、支持台、インパクター、及び試験条件について、以下の記載のように設定した。なお、支持台の影響をより正確に評価するために、試験体として、異方性のある繊維強化樹脂の代わりに異方性のないアルミ板（アルミ製板状試験体）を設定した。また、支持台は、ボルト・ナットによって地面に固定化されているものと設定した。
（１）試験体
（１−１）アルミ製板状試験体
厚さ：１ｍｍ
繊維方向の弾性率：７０ＧＰａ
ポアソン比：０．３４
（２）支持台
材質：一般鋼材
弾性率：２０９ＧＰａ
降伏強度：６９０ＭＰａ
ポアソン比：０．３
開口部は５００ｍｍ×５００ｍｍ
（３）インパクター
芯材（図１の２）の材質：アルミ
被覆層（図１の３）の材質：塩化ビニル
重さ：３．５ｋｇ
（４）試験条件
インパクターの落下高さ：３７６ｍｍ（自然落下；初速度０）
試験温度：２５℃
(Setting physical properties related to strength)
The test body, support table, impactor, and test conditions were set as described below. In addition, in order to evaluate the influence of a support stand more correctly, the aluminum plate (aluminum plate-shaped test body) without anisotropy was set instead of the anisotropic fiber reinforced resin as a test body. The support base was set to be fixed to the ground by bolts and nuts.
(1) Specimen (1-1) Aluminum plate-like specimen Thickness: 1 mm
Elastic modulus in the fiber direction: 70 GPa
Poisson's ratio: 0.34
(2) Support base Material: General steel material Elastic modulus: 209 GPa
Yield strength: 690 MPa
Poisson's ratio: 0.3
The opening is 500mm x 500mm
(3) Impactor Material of core material (2 in Fig. 1): Aluminum Material of coating layer (3 in Fig. 1): Vinyl chloride Weight: 3.5kg
(4) Test conditions Impactor drop height: 376 mm (natural fall; initial speed 0)
Test temperature: 25 ° C
（衝撃解析）
作成した衝撃解析モデルを、ＬＳ−ＤＹＮＡインタフェースを用いて変換し、ＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡ（衝撃解析ソフト）を使用して衝撃解析を行った。
(Impact analysis)
The created impact analysis model was converted using an LS-DYNA interface, and impact analysis was performed using LS-DYNA (impact analysis software) manufactured by LSTC.
＜比較例１＞
支持台の強度に関する物性値（材質、弾性率、降伏強度、ポアソン比）を設定しなかった以外は、参考例と同様に衝撃解析を行い、参考例（支持台の物性値を設定）と比較例１（支持台の物性値を未設定）を比較して、支持台の物性値の設定の有無の影響を調べた。参考例及び比較例１の衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図４に示す。
<Comparative Example 1>
Impact analysis was performed in the same way as the reference example, except that the physical property values (material, elastic modulus, yield strength, Poisson's ratio) related to the strength of the support base were not set, and compared with the reference example (set the physical property values of the support base) Example 1 (the physical property value of the support base was not set) was compared to examine the influence of the presence or absence of the physical property value setting of the support base. FIG. 4 shows a generated acceleration-time diagram of the impactor obtained by the impact analysis of the reference example and the comparative example 1.
図４の結果から明らかなように、支持台の強度に関する物性値を設定することによって、実験値との整合性が極めて高い衝撃解析が行えることが明らかである。 As is apparent from the results of FIG. 4, it is clear that impact analysis with extremely high consistency with experimental values can be performed by setting physical property values relating to the strength of the support base.
＜実施例１＞
５枚の繊維強化樹脂層を積層した積層体を試験体とし、試験体について以下の記載のように設定した以外は、参考例と同様に衝撃解析を行った。なお、積層体を構成する繊維強化樹脂層は、繊維方向と繊維の直交方向として、異なる弾性率を有するものとし、さらに５枚はそれぞれ同一の繊維方向を向いているものと設定とした。つまり、積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向とのなす角度で、その他の繊維強化樹脂層の繊維方向を表すと、最下部：（０°）−０°−０°−０°−０°：最上部となっている。
（１）試験体
（１−２）積層体
厚さ：１ｍｍ
※繊維強化樹脂層
材質：繊維強化樹脂
厚さ：２００μｍ
繊維方向の弾性率：１４０ＧＰａ
繊維の直交方向の弾性率：２０ＧＰａ
ポアソン比：０．３３
<Example 1>
An impact analysis was performed in the same manner as in the reference example, except that a laminate obtained by laminating five fiber reinforced resin layers was used as a test sample, and the test sample was set as described below. In addition, the fiber reinforced resin layer which comprises a laminated body shall have a different elastic modulus as a fiber direction and the orthogonal direction of a fiber, and also set that 5 sheets each face the same fiber direction. That is, when the fiber direction of the other fiber reinforced resin layer is expressed by the angle formed with the fiber direction of the fiber reinforced resin layer at the bottom of the laminate, the lowermost part: (0 °) -0 ° -0 ° -0 °- 0 °: the top.
(1) Specimen (1-2) Laminate Thickness: 1mm
* Fiber reinforced resin layer Material: Fiber reinforced resin Thickness: 200μm
Elastic modulus in the fiber direction: 140 GPa
Elastic modulus in the orthogonal direction of the fiber: 20 GPa
Poisson's ratio: 0.33
＜比較例２＞
繊維方向の弾性率及び繊維の直交方向の弾性率をそれぞれ８０ＧＰａに変更した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行い、実施例１（繊維強化樹脂の異方性を考慮）と比較例２（繊維強化樹脂の異方性を未考慮）を比較して、繊維強化樹脂の異方性の考慮の有無の影響を調べた。参考例及び比較例１の衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図５に示す。
<Comparative example 2>
Impact analysis was performed in the same manner as in Example 1 except that the elastic modulus in the fiber direction and the elastic modulus in the orthogonal direction of the fiber were each changed to 80 GPa, and Example 1 (considering the anisotropy of the fiber reinforced resin) and Comparative Example 2 (not considering the anisotropy of the fiber reinforced resin) was compared, and the influence of the presence or absence of consideration of the anisotropy of the fiber reinforced resin was examined. FIG. 5 shows an acceleration-time diagram of the impactor obtained by the impact analysis of the reference example and the comparative example 1.
図５の結果から明らかなように、繊維強化樹脂層の繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することによって、実験値との整合性が極めて高い衝撃解析が行えることが明らかである。 As is clear from the results of FIG. 5, it is possible to perform impact analysis with extremely high consistency with the experimental values by setting the physical property values related to the strengths in the fiber direction and the fiber orthogonal direction of the fiber reinforced resin layer. it is obvious.
＜実施例２＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−９０°−９０°−９０°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
<Example 2>
The same as in Example 1 except that the angle formed with respect to the fiber direction of the fiber reinforced resin layer at the bottom of the laminate was set to be (0 °) -90 ° -90 ° -90 ° -0 °. Impact analysis was performed. FIG. 6 shows a generation acceleration-time diagram of the impactor obtained by the impact analysis.
＜実施例３＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−９０°−０°−９０°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
<Example 3>
The same as Example 1 except that the angle formed with respect to the fiber direction of the fiber reinforced resin layer at the bottom of the laminate was set to be (0 °) -90 ° -0 ° -90 ° -0 °. Impact analysis was performed. FIG. 6 shows a generation acceleration-time diagram of the impactor obtained by the impact analysis.
＜実施例４＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−４５°−９０°−１３５°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
<Example 4>
The same as in Example 1 except that the angle formed with respect to the fiber direction of the fiber reinforced resin layer at the bottom of the laminate was set to be (0 °) -45 ° -90 ° -135 ° -0 °. Impact analysis was performed. FIG. 6 shows a generation acceleration-time diagram of the impactor obtained by the impact analysis.
＜実施例５＞
積層体最下部及び最上部以外の３枚の繊維強化樹脂層を、繊維強化されていない樹脂層とし、繊維強化されていない樹脂層について以下の記載のように、さらになす角度が（０°）−Ｅｐ−Ｅｐ−Ｅｐ−９０°となるように設定した以外は、実施例１と同様の衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−発生時間図を図７に示す。
（１）試験体
（１−２）積層体
※繊維強化されていない樹脂層
材質：エポキシ樹脂層
厚さ：２００μｍ
弾性率：２．４ＧＰａ
降伏強度：３０ＭＰａ
ポアソン比：０．４
<Example 5>
The three fiber reinforced resin layers other than the lowermost part and the uppermost part of the laminate are resin layers that are not fiber reinforced, and the resin layer that is not fiber reinforced has a further angle (0 °) as described below. The impact analysis was performed in the same manner as in Example 1 except that -Ep-Ep-Ep-90 ° was set. FIG. 7 shows a generation acceleration-generation time diagram of the impactor obtained by the impact analysis.
(1) Specimen (1-2) Laminate * Resin layer not reinforced with fiber Material: Epoxy resin layer Thickness: 200 μm
Elastic modulus: 2.4 GPa
Yield strength: 30 MPa
Poisson's ratio: 0.4
＜実施例６＞
積層形態が（０°）−Ｅｐ−９０°−Ｅｐ−０°となるように設定した以外は、実施例５と同様に衝撃解析を行った。得られたインパクターの発生加速度−時間図を図７に示す。
<Example 6>
The impact analysis was performed in the same manner as in Example 5 except that the laminated form was set to (0 °) -Ep-90 ° -Ep-0 °. FIG. 7 shows a generated acceleration-time diagram of the obtained impactor.
図６及び７の結果から明らかなように、本発明の衝撃解析方法によって、異方性の大きい積層体と異方性の小さい積層体の衝撃特性の違いを、明確に区別して評価できることが明らかである。 As is clear from the results of FIGS. 6 and 7, it is clear that the impact analysis method of the present invention can clearly distinguish and evaluate the difference in impact characteristics between a laminate with high anisotropy and a laminate with low anisotropy. It is.
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂を自動車用外板、例えばボンネットに利用し、事故時の歩行者へのダメージを最少にする設計を検討する際に利用することができる。
歩行者の事故時のダメージを生存確率と関係付けたものにＨＩＣ（Ｈｅａｄ Ｉｎｊｕｒｙ Ｃｒｉｔｅｒｉａ）値があり、この値が１０００を超えると致命的なダメージを受けることが分かっている。設計段階において衝撃吸収性を考慮するのと同時に、この発明の手法をもって材料面の設計を行うことで、高い機能を発揮する材料を提供できる。
The impact analysis method of the present invention can be used when a fiber reinforced resin is used for an automobile outer plate, for example, a bonnet, and a design for minimizing damage to a pedestrian during an accident is studied.
There is a HIC (Head Injury Criteria) value that relates the damage at the time of an accident of a pedestrian to the survival probability, and it is known that if this value exceeds 1000, fatal damage is received. By considering the impact absorbability at the design stage and simultaneously designing the material surface using the method of the present invention, a material exhibiting a high function can be provided.
１ インパクター
２ インパクターの芯材
３ インパクターの被覆層
４ 支持台上部
５ 支持台下部
６ 取手
７ 取手取付け穴
８ 固定用の穴
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記設定工程において、前記支持台の強度に関する物性値を設定することを特徴とする、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。 To support a fiber reinforced resin reinforced with at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and mineral reinforcing fiber, an impactor for impacting the fiber reinforced resin, and the fiber reinforced resin A modeling process for creating an impact test model including the support base, a setting process for setting at least a physical property value relating to the strength of the fiber reinforced resin, and an analysis process for performing an impact analysis by inputting the impact test model into an analysis program, An impact analysis method for fiber reinforced resin containing
In the setting step, a physical property value related to the strength of the support base is set.
前記モデル化工程において、前記積層体を前記繊維強化樹脂として含む衝撃試験モデルを作成し、
前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。 A fiber reinforced resin layer reinforced with at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and mineral reinforcing fiber, and a laminate including a resin layer that is not fiber reinforced is used as the fiber reinforced resin. The method for analyzing an impact of a fiber reinforced resin according to any one of Items 1 to 4,
In the modeling step, an impact test model including the laminate as the fiber reinforced resin is created,
An impact analysis method for fiber reinforced resin, wherein, in the setting step, physical property values relating to the strengths of the fiber reinforced resin layer and the resin layer not reinforced with fiber are set.
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