JP4459120B2 - Laminated material analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、積層材料からなる解析対象物に曲げ応力を付加した際の変形状態を、コンピュータを用いて仮想的に表現したメッシュモデルデータに基づいて解析する積層材料の解析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing a laminated material, in which a deformation state when bending stress is applied to an analysis object made of a laminated material is analyzed based on mesh model data virtually expressed using a computer.
従来から、対象物をコンピュータを用いて仮想的に表現し、この仮想対象物に対して、仮想的に負荷を加え、その変形量等を取得するCAE技術が広く知られている。かかるCAEを用いることで、実際に対象物を製造する前段階、すなわち、設計段階で当該対象物の強度等を知ることができる。その結果、製造コストや製造にかかる時間等を低減できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a CAE technique that virtually represents an object using a computer, virtually applies a load to the virtual object, and acquires a deformation amount or the like is widely known. By using such CAE, it is possible to know the strength and the like of the target object at the stage before actually manufacturing the target object, that is, the design stage. As a result, manufacturing costs, manufacturing time, and the like can be reduced.
このようなCAEで対象物の解析を行う場合には、予め、当該対象物の物性値を設定しておく必要がある。例えば、対象物の曲げ解析を行う場合には、予め、ヤング率や塑性変形率などを設定しておく必要がある。この解析で用いられる物性値は、解析に先立ち、材料試験等を行って取得する。 When analyzing a target object by such CAE, it is necessary to set the physical property value of the target object in advance. For example, when performing bending analysis of an object, it is necessary to set Young's modulus, plastic deformation rate, and the like in advance. The physical property values used in this analysis are obtained by conducting a material test or the like prior to the analysis.
ところで、解析対象物の中には、複数の素材を積層した積層材料からなるものもある。この積層材料は、互いに物性値が異なる複数の素材を積層しているため、積層材料全体の物性値は複雑になることが多い。例えば、積層材料は、異方性を備えているため、引張や、曲げ、圧縮といった変形種類によってヤング率などの物性値が変化することが知られている。 Incidentally, some analysis objects are made of a laminated material in which a plurality of materials are laminated. Since this laminated material is made by laminating a plurality of materials having different physical property values, the physical property values of the entire laminated material are often complicated. For example, since a laminated material has anisotropy, it is known that a physical property value such as a Young's modulus changes depending on a deformation type such as tension, bending, and compression.
そこで、従来から、かかる積層材料であっても高精度で解析するべく種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1には、荷重付加時の複合体の歪を算出し、算出された歪が引張歪か圧縮歪かを判定し、その歪種類に応じた縦弾性係数で解析を行う技術が提案されている。また、特許文献2には、複合体の数値解析に用いられる有限要素モデルに対して、引張用のヤング率と、圧縮用のヤング率と、をそれぞれ設定する技術が開示されている。これらの技術によれば、変形の種類に応じて適切な物性値が採用されるため、高精度での積層材料の解析が可能となる。
Therefore, conventionally, various techniques have been proposed in order to analyze such a laminated material with high accuracy. For example,
しかし、積層材料の物性値は、変形の種類だけでなく、変形の方向によっても異なることがある。すなわち、積層材料の場合、同じ曲げ変形であってもその曲げ方向、表面に凹の曲げか、裏面に凹の曲げか、によってヤング率が異なってくる。より正確な積層材料の解析を行うためには、この曲げ方向によるヤング率の違いも考慮することが必要となる。 However, the physical property values of the laminated material may differ depending not only on the type of deformation but also on the direction of deformation. That is, in the case of a laminated material, the Young's modulus differs depending on the bending direction, whether it is a concave bend on the front surface or a concave bend on the back surface, even if the bending deformation is the same. In order to analyze the laminated material more accurately, it is necessary to consider the difference in Young's modulus depending on the bending direction.
しかし、従来技術の中には、積層材料の曲げ方向を考慮したものはなかった。そのため、従来、積層材料の曲げ解析を行う際には、表側および裏側のヤング率のうち、いずれか一方、または、両者の平均値を、曲げヤング率として使用していた。換言すれば、裏側への曲げ、表側への曲げのいずれを解析する場合でも、同じ値のヤング率を用いていた。その結果、積層材料の解析結果の精度低下という問題を招いていた。 However, none of the prior arts considered the bending direction of the laminated material. Therefore, conventionally, when performing a bending analysis of a laminated material, either one of the Young's moduli on the front side or the back side, or an average value of both is used as the bending Young's modulus. In other words, the same Young's modulus was used when analyzing either the bending to the back side or the bending to the front side. As a result, there is a problem that the accuracy of the analysis result of the laminated material is lowered.
そこで、本発明では、より信頼性の高い積層材料の解析ができ得る積層材料の解析方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for analyzing a laminated material that can analyze the laminated material with higher reliability.
本発明の積層材料の解析方法は、積層材料からなる解析対象物に曲げ応力を付加した際の変形状態を、コンピュータを用いて仮想的に表現したメッシュモデルデータに基づいて解析する積層材料の解析方法であって、前記コンピュータの計算部が、当該コンピュータの記憶部に記憶された解析対象物のメッシュモデルデータおよび解析対象物に付加される曲げ応力の条件を示す付加応力条件に基づき、解析対象物に付加応力条件で示す曲げ応力を付加した際の変形状態を、予め設定された仮のヤング率を用いて解析する仮解析ステップと、前記コンピュータの計算部が、仮解析ステップで得られる仮解析結果データに基づいて、その曲げ方向を判別する判別ステップと、前記コンピュータの計算部が、判別ステップで判別された曲げ方向に応じて、当該コンピュータの記憶部に記憶された積層材料を表側に曲げた際のヤング率である表側ヤング率または裏側に曲げた際のヤング率である裏側ヤング率のいずれかを選択する選択ステップと、前記コンピュータの計算部が、選択ステップで選択されたヤング率を用いて積層材料の曲げ解析を行う解析ステップと、を有することを特徴とする。 The method for analyzing a laminated material according to the present invention is an analysis of a laminated material that analyzes a deformation state when a bending stress is applied to an analysis object made of a laminated material based on mesh model data virtually represented by a computer. The calculation unit of the computer is configured to analyze the analysis object based on the mesh model data of the analysis object stored in the storage unit of the computer and the additional stress condition indicating the condition of the bending stress added to the analysis object. a deformation state at the time of adding the bending stress shown by the additional stress conditions at the object, and the temporary analyzing, using a Young's modulus of the temporary preset, temporary calculation unit of the computer is obtained at the provisional analysis step based on the analysis result data, response to a determination step of determining the bending direction, the calculation unit of the computer, to the determined bending direction determination step Te, a selection step of selecting one of the backside Young's modulus Young's modulus at which the laminate material stored in the storage unit bent in front Young's modulus or the back side is the Young's modulus at the time of bending the front side of the computer The computer has an analysis step for performing a bending analysis of the laminated material using the Young's modulus selected in the selection step.
好適な態様では、判別ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、仮解析結果データに基づいて、解析対象物のうち解析対象部分の表面の最大主応力と、裏面の最大主応力と、をそれぞれ算出する主応力算出ステップと、算出された表面の最大主応力と裏面の最大主応力とを比較するステップと、を実行し、最大主応力の高い面側を曲げ方向と判別する。 In a preferred aspect, in the determination step , the calculation unit of the computer calculates the maximum principal stress on the surface of the analysis target portion and the maximum principal stress on the back surface of the analysis target based on the temporary analysis result data, respectively. a main stress calculating step of, comparing the maximum principal stress calculated surface and the back surface of the maximum principal stress, and the execution, it is determined that the bending direction higher side of the maximum principal stress.
メッシュモデルがシェルメッシュモデルの場合、主応力算出ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、解析対象部分を構成するシェルメッシュの表面および裏面の最大主応力をそれぞれ算出する。メッシュモデルがソリッドメッシュモデルの場合、主応力算出ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、解析対象部分の表面を構成する表面対象メッシュと、解析対象部分の裏面を構成する裏面対象メッシュと、をそれぞれ特定する対象メッシュ特定ステップをさらに実行し、表面対象メッシュの外部露出面および裏面対象メッシュの外部露出面の最大主応力をそれぞれ算出する。対象メッシュ特定ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、表面対象メッシュの重心を通り、かつ、表面対象メッシュの外部露出面に垂直な直線を算出し、メッシュモデルの裏面を構成するメッシュのうち、算出された直線に最も近いメッシュを裏面対象メッシュとして特定することが望ましい。 When the mesh model is a shell mesh model, in the main stress calculation step , the calculation unit of the computer calculates the maximum main stresses on the front and back surfaces of the shell mesh constituting the analysis target portion. When the mesh model is a solid mesh model, in the principal stress calculation step , the calculation unit of the computer includes a surface target mesh that configures the surface of the analysis target portion and a back target mesh that configures the back surface of the analysis target portion, respectively. The target mesh specifying step to be specified is further executed to calculate the maximum principal stresses on the externally exposed surface of the front surface target mesh and the externally exposed surface of the back surface target mesh, respectively. In the target mesh identification step , the calculation unit of the computer calculates a straight line that passes through the center of gravity of the surface target mesh and is perpendicular to the externally exposed surface of the surface target mesh, and calculates the mesh constituting the back surface of the mesh model. It is desirable to specify the mesh closest to the straight line as the back surface target mesh.
他の好適な態様では、仮解析ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、表側ヤング率または裏側ヤング率のいずれか一方を仮のヤング率として解析する。 In another preferred aspect, in the temporary analysis step , the calculation unit of the computer analyzes either the front-side Young's modulus or the back-side Young's modulus as a temporary Young's modulus.
本発明によれば、自動的に曲げ方向を判別し、その曲げ方向に応じたヤング率で解析を行うため、解析結果の信頼性をより向上できる。 According to the present invention, since the bending direction is automatically determined and the analysis is performed with the Young's modulus corresponding to the bending direction, the reliability of the analysis result can be further improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である解析装置10の機能構成を示すブロック図である。この解析装置10は、物理的には、CPUやメモリ、ハードディスク、ユーザインターフェースを備えたコンピュータである。コンピュータのCPUがハードディスクに記憶された解析用プログラムを読み込み、実行することで、解析装置として機能する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an
この解析装置10は、機能的には図1に示すような構成となる。入出力部12は、ユーザからの指示や各種データの入力を受け付けるとともに、解析結果をユーザに提示するユーザインターフェースである。具体的には、この入出力部12は、キーボードやマウスなどからなる入力手段と、モニタやプリンタなどからなる出力手段と、を備えている。ユーザは、入力手段を介して各種の指示やデータを入力する。入力手段は、入力された指示やデータを、記憶部16に記憶させる。
The
通信部14は、当該解析装置以外のコンピュータや、情報通信機器との間でデータの遣り取り行う通信インターフェースである。この通信部14は、図示しないCAD装置から解析対象物のモデルデータ(CADデータ)を受信するとともに、当該モデルデータを記憶部16に記憶させる。
The
メッシュモデル変換部18は、CAD装置から入力されたCADデータをメッシュモデルデータに変換する。メッシュモデルは、各種形状をメッシュ状に分割したモデルであり、各種形状を単純形状の要素(メッシュ)の集合体として表現したモデルである。このメッシュモデルは、二次元状のメッシュを用いたシェルメッシュモデルと、三次元状のメッシュを用いたソリッドメッシュモデルと、に大別される。本実施形態では、計算資源(メモリ容量や計算時間、CPU処理能力など)の節約のために、二次元状のシェルモデルを用いる。
The mesh
記憶部16は、必要なデータを記憶する記憶手段として機能するもので、具体的には、ハードディスクやメモリなどからなる。この記憶部16には、後述する積層材料の曲げ解析に必要な解析条件が記憶される。解析条件は、曲げ解析の際の条件を示すもので、解析対象物のメッシュモデルデータ、付加応力条件データ、物性値データ、肉厚データ、などを含む。本実施形態では、この解析条件は、一つのCAEファイルとして記憶されている。ここで、付加応力条件データは、解析対象物に付加される応力の条件を示すデータで、具体的には、解析対象物の拘束位置や、付加される応力の大きさや範囲、位置などのデータである。物性値データは、解析対象物の物性値を示すデータである。物性値とは、各材料のヤング率や塑性変形率、熱膨張率など、各材料に固有な巨視的な力学的・熱的・電気的・磁気的・光学的などの性質を示す値である。曲げ解析を行う本実施形態では、物性値としてヤング率を設定している。また、後述するように、積層材料の場合は、その曲げ方向に応じてヤング率が異なってくるため、本実施形態では、表側ヤング率Eobと裏側ヤング率Ereの両方を物性値として記憶している。肉厚データは解析対象物の肉厚を示すデータである。すなわち、二次元状のシェルメッシュモデルを用いる本実施形態では、当該メッシュモデルから解析対象物の肉厚を把握することはできない。そこで、解析対象物の肉厚を解析条件として記憶しているのである。
The
解析実行部20は、記憶されている解析条件に基づいて曲げ解析を実行する計算部である。この解析実行部20は、従来のCAE装置における解析実行部と同様に、メッシュモデルを構成する各メッシュごとに、当該メッシュに働く応力を算出し、その応力による変位量をヤング率に基づいて算出する。この各メッシュに働く応力および変位量は、既知の物理式(例えば、E=σ/ε、E:ヤング率、σ:応力、ε:ひずみ、など)に基づいて算出される。このとき、正確なヤング率が設定されていなければ、正確な応力値や変位量を算出することはできない。
The
そこで、従来においても、解析対象物のヤング率を事前に実験等で取得し、その値を物性値データとして記憶している。そして、曲げ解析を実行する際には、記憶されているヤング率を物理式に適用することにより変位量等を算出している。ここで、普通の材料、すなわち、単一素材からなる等方性材料の場合は、曲げ方向に関わらず、そのヤング率は一定である。したがって、曲げ解析を行う場合には、曲げ試験等を実際に行って得られる一つのヤング率で曲げ解析を行えばよい。しかし、本実施形態で解析対象としている積層材料の場合、その曲げ方向によってヤング率が異なってくるという問題がある。すなわち、複数種類の素材が積層された積層材料の場合、表側を凹に曲げる場合と、裏側を凹に曲げる場合と、でヤング率が異なってくる。つまり、積層材料の曲げ解析を行う場合には、各メッシュごとにその曲げ方向を判断し、その曲げ方向に応じたヤング率で変位量や応力を計算する必要がある。 Therefore, conventionally, the Young's modulus of the object to be analyzed is acquired in advance by experiments or the like, and the value is stored as physical property value data. When executing the bending analysis, the displacement amount and the like are calculated by applying the stored Young's modulus to the physical equation. Here, in the case of an ordinary material, that is, an isotropic material made of a single material, its Young's modulus is constant regardless of the bending direction. Therefore, when performing a bending analysis, the bending analysis may be performed with one Young's modulus obtained by actually performing a bending test or the like. However, in the case of the laminated material to be analyzed in this embodiment, there is a problem that the Young's modulus varies depending on the bending direction. That is, in the case of a laminated material in which a plurality of types of materials are laminated, the Young's modulus differs between when the front side is bent concavely and when the back side is bent concavely. That is, when performing a bending analysis of a laminated material, it is necessary to determine a bending direction for each mesh and calculate a displacement amount and a stress with a Young's modulus corresponding to the bending direction.
そこで、本実施形態の解析実行部20は、仮のヤング率で応力計算を行う仮計算部22と、仮計算結果に基づいて曲げ方向を判断する曲げ方向判断部24と、判断された曲げ方向に応じたヤング率で曲げ解析を行う本計算部26と、を備えている。以下、これについて詳説する。
Therefore, the
仮計算部22は、仮のヤング率Enで、各メッシュの表裏面に働く応力を計算する。ここで、仮のヤング率Enは、メッシュ表面の応力計算時と、メッシュ裏面の応力計算時と、で同じ値であれば、どのような値でもよい。したがって、仮のヤング率Enとしては、表側ヤング率Eob、裏側ヤング率Ere、または、これらの平均値などを用いることができる。本実施形態では、仮のヤング率Enとして、表側ヤング率Eobを用いている。図2、図3は、この仮計算結果の一例を示す図である。図2は、所定の解析条件で解析対象物に応力を図面下方向に付加した際の解析対象物の表面の応力分布を、図3は解析対象物の裏面の応力分布を示す。図2、図3において、応力付加前の解析対象物の形状を破線で、応力付加前の解析対象物の形状を実線で示している。また、所定の基準値以上の応力が働く部分をハッチングで示している。図2、図3から明らかなように、同じ解析条件でも、表裏面でその応力の分布が異なることが分かる。
各メッシュに働く応力を、表側ヤング率Eob(仮のヤング率En)に基づいて計算すれば、仮計算部22は、続いて、表裏面それぞれの最大主応力を算出する。主応力は、次の式の解として与えられる。
[数1]
σ3−(σx+σy+σz)σ2+(σxσy+σyσz+σzσx−τxy 2−τyz 2−τzx 2)−(σxσyσz−σxτyz 2―σyτzx 2−σzτxy 2+2τxyτyzτzx)=0
If the stress acting on each mesh is calculated based on the front-side Young's modulus E ob (temporary Young's modulus E n ), the
[Equation 1]
σ 3 − (σ x + σ y + σ z ) σ 2 + (σ x σ y + σ y σ z + σ z σ x −τ xy 2 −τ yz 2 −τ zx 2 ) − (σ x σ y σ z −σ x τ yz 2 −σ y τ zx 2 −σ z τ xy 2 + 2τ xy τ yz τ zx ) = 0
ここで、σx,σy,σyはそれぞれx,y,z方向に働く応力であり、τxy,τyz,τzxはそれぞれxy,yz,zx方向に働くせん断応力である。そして、この式の解として求まるσ1,σ2,σ3(σ1>σ2>σ3)が、それぞれ、最大主応力、中間主応力、最小主応力となる。仮計算部22は、この式に基づき、メッシュ表面の最大主応力σ1obと、メッシュ裏面の最大主応力σ1reと、を算出する。算出された表裏面それぞれの最大主応力σ1ob,σ1reは、仮計算結果としてメモリに一時記憶される。
Here, σ x , σ y , and σ y are stresses acting in the x, y, and z directions, respectively, and τ xy , τ yz , and τ zx are shear stresses acting in the xy, yz, and zx directions, respectively. Then, σ1, σ2, and σ3 (σ1>σ2> σ3) obtained as a solution of this expression are the maximum principal stress, the intermediate principal stress, and the minimum principal stress, respectively. The
曲げ方向判断部24は、メモリに記憶されている仮計算結果に基づいて、各メッシュの曲げ方向を判断する。具体的には、表裏面の最大主応力σ1ob,σ1reを比較する。比較の結果、表面最大主応力σ1obが裏面最大主応力σ1re以上の場合(σ1ob≧σ1re)は、表側への曲げ、すなわち、表側が凹となる曲げであると判断する。逆に、表面最大主応力σ1obが裏面最大主応力σ1reより小さい場合(σ1ob<σ1re)は、裏側への曲げ、すなわち、裏側が凹となる曲げであると判断する。曲げ方向判断部24は、この判断結果をメモリに一時記憶させる。
The bending
本計算部26は、曲げ方向判断部24で判断された曲げ方向に応じたヤング率を用いて、曲げ解析を実行する。すなわち、表側への曲げと判断された場合には、表側ヤング率Eobを用いて、各メッシュに働く応力を算出する。そして、算出された応力とヤング率Eobを既知の物理式に代入することにより各メッシュの変位量を算出する。逆に、裏側への曲げと判断された場合には、裏側ヤング率Ereを用いて、各メッシュに働く応力および変位量を算出する。
The
解析実行部20は、この仮計算、曲げ方向判断、本計算を、各メッシュごとに繰り返し実行する。そして、全てのメッシュについて計算が終了すれば、解析終了となる。解析の結果は、入出力部12を介してユーザに提示される。
The
次に、本実施形態の解析装置10による積層材料の曲げ解析の流れについて図4を用いて説明する。図4は、積層材料の曲げ解析の流れを示すフローチャートである。曲げ解析を行う場合は、まず、解析対象物のCADデータをメッシュモデルデータに変換する(S10)。このメッシュモデルデータへの変換については、従来の種々の技術を適用できるため、ここではその説明を省略する。変換されたメッシュモデルデータは、解析条件の一つとして記憶部16に記憶される。
Next, the flow of bending analysis of a laminated material by the
また、ユーザは、材料試験で得られたヤング率や、付加応力条件、肉厚などを入力する(S12)。解析装置10は、入力されたこれらのデータを解析条件の一つとして記憶部16に記憶する。このとき、ヤング率は、積層材料を表側に曲げたときのヤング率(表側ヤング率Eob)と、裏側に曲げたときのヤング率(裏側ヤング率Ere)の二種類が入力される。
Further, the user inputs the Young's modulus, the applied stress condition, the wall thickness, etc. obtained in the material test (S12). The
解析条件が設定されれば、各メッシュごとに解析を開始する。具体的には、まず、一つのメッシュについて仮計算を実行する(S14,S16)。すなわち、表側ヤング率Eobを用いて、当該メッシュの表面最大主応力σ1obと裏面最大主応力σ1reを算出する。続いて、曲げ方向判断部24が表裏面の最大主応力σ1ob,σ1reを比較して、曲げ方向を判断する(S18)。比較の結果、表面最大主応力σ1obが裏面最大主応力σ1re以上の場合には、表側への曲げと判断する(S20)。逆に、表面最大主応力σ1obが裏面最大主応力σ1reより小さい場合には裏側への曲げと判断する(S22)。
If analysis conditions are set, analysis is started for each mesh. Specifically, first, provisional calculation is executed for one mesh (S14, S16). That is, using the front-side Young's modulus E ob , the maximum surface principal stress σ1 ob and the maximum back surface principal stress σ1 re of the mesh are calculated. Subsequently, the bending
曲げ方向が判断できれば、続いて、その曲げ方向に応じたヤング率で本計算を行う(S24)。すなわち、表側への曲げと判断された場合は、表側ヤング率Eobで各メッシュに働く応力およびその際の変位量を計算する。逆に、裏側への曲げと判断された場合は、裏側ヤング率Ereで各メッシュに働く応力およびその際の変位量を計算する。得られた計算結果は、そのメッシュの識別子と関連付けてメモリに一時記憶させる。 If the bending direction can be determined, then this calculation is performed with the Young's modulus corresponding to the bending direction (S24). That is, when it is determined that the bending is to the front side, the stress acting on each mesh and the amount of displacement at that time are calculated with the front side Young's modulus E ob . On the contrary, when it is determined that the bending is performed on the back side, the stress acting on each mesh and the displacement amount at that time are calculated with the back side Young's modulus Ere . The obtained calculation result is temporarily stored in the memory in association with the identifier of the mesh.
一つのメッシュについての仮計算、曲げ方向判断、本計算が終了すれば、別のメッシュについての計算を行う(S28)。また、全てのメッシュについての計算が終了すれば(S26)、全てのメッシュの計算結果を解析結果として出力し、解析終了となる。 When temporary calculation, bending direction determination, and main calculation for one mesh are completed, calculation for another mesh is performed (S28). If calculation for all meshes is completed (S26), the calculation results for all meshes are output as analysis results, and the analysis is completed.
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、曲げ方向に応じたヤング率で応力および変位を計算しているため、より信頼性の高い曲げ解析結果を得ることができる。また、曲げ方向は、仮計算結果に基づいて自動的に判別しているため、ユーザがその都度、曲げ方向を判断する必要がない。その結果、より簡易に信頼性の高い曲げ解析が可能となる。 As is clear from the above description, according to the present embodiment, since stress and displacement are calculated with Young's modulus corresponding to the bending direction, a more reliable bending analysis result can be obtained. Further, since the bending direction is automatically determined based on the provisional calculation result, it is not necessary for the user to determine the bending direction each time. As a result, it is possible to perform bending analysis with higher reliability and more easily.
次に、本解析装置10を用いた曲げ解析の解析結果の一例について具体例を用いて説明する。はじめに、本具体例における解析条件について簡単に説明する。本具体例では、図5に示すような5層構造の積層材料30を解析対象物としている。この積層材料30は、上から順に、不織布30a、ガラス繊維30b、ウレタン基材30c、ガラス繊維30b、フィルム30dが積層されたものである。そして、この積層材料30のヤング率は、表側に曲げたとき(不織布側が凹)が816.5であり、裏側に曲げたとき(フィルム側が凹)が1199.0である。すなわち、その裏側ヤング率Ereは、表側ヤング率Eobの約1.5倍である。
Next, an example of the analysis result of the bending analysis using the
図6は、本具体例における付加応力条件を示す図である。本具体例では、長方形の解析対象物32に応力を付加した際の曲げ変形状態について解析する。解析対象物の両端は拘束されており、解析対象物の略中央に略垂直の応力が付加される。本具体例では、この付加応力が下向きの場合(すなわち、解析対象物の表面を押下する場合)と、上向きの場合(すなわち、解析対象物の裏面を押下する場合)のそれぞれについて解析する。
FIG. 6 is a diagram showing an applied stress condition in this example. In this specific example, the bending deformation state when stress is applied to the
図7は、上記解析条件に基づき曲げ解析した結果を示すグラフである。図7において、横軸は変位量を、縦軸は解析対象物に付加された荷重を示している。また、細実線は表側に曲げた際の実測値を、太実線は裏側に曲げた際の実測値を、細破線は表側に曲げた際の解析結果を、太破線は裏側に曲げた際の解析結果を、それぞれ示している。なお、変位量とは、図6におけるA点、すなわち、積層材料の略中央点の変位量を示す。 FIG. 7 is a graph showing the result of bending analysis based on the above analysis conditions. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the amount of displacement, and the vertical axis indicates the load applied to the analysis object. Also, the thin solid line shows the measured value when bent to the front side, the thick solid line shows the measured value when bent to the back side, the thin broken line shows the analysis result when bent to the front side, and the thick broken line shows the result when bent to the back side The analysis results are shown respectively. The displacement amount indicates the displacement amount at point A in FIG. 6, that is, the approximate center point of the laminated material.
図7から明らかなように、実測値は、表側曲げの場合と裏側曲げの場合とで大きく異なる。つまり、表側と裏側とでヤング率が全く異なることが分かる。したがって、曲げ方向に対応するヤング率を用いなければ、解析結果の精度が著しく低下することが容易に推測できる。しかし、本実施形態では、既述したように、曲げ方向を判別し、その曲げ方向に応じたヤング率で曲げ解析を行う。その結果、図7に示すように本実施形態による解析結果は、高精度で実測値を再現できる。 As is apparent from FIG. 7, the actual measurement values differ greatly between the front side bending and the back side bending. That is, it can be seen that the Young's modulus is completely different between the front side and the back side. Therefore, if the Young's modulus corresponding to the bending direction is not used, it can be easily estimated that the accuracy of the analysis result is significantly reduced. However, in this embodiment, as described above, the bending direction is determined, and the bending analysis is performed with the Young's modulus corresponding to the bending direction. As a result, as shown in FIG. 7, the analysis result according to the present embodiment can reproduce the actual measurement value with high accuracy.
以上、説明したように本実施形態によれば、より信頼性の高い積層材料の曲げ解析がより簡易に可能となる。 As described above, according to the present embodiment, a more reliable bending analysis of a laminated material can be performed more easily.
なお、本実施形態では、二次元状のシェルメッシュモデルを用いて曲げ解析を行っているが、当然、三次元状のソリッドメッシュモデルを用いて曲げ解析を行ってもよい。この場合も、上述の実施形態と同様に、表裏面の主応力の比較に基づいて、曲げ方向を判別し、その曲げ方向に応じたヤング率で応力および変位量を算出する。ただし、ソリッドメッシュモデルの場合は、解析対象部分の表面を構成するメッシュと、その裏面を構成するメッシュとが異なる。すなわち、図8に示すとおり、解析対象物の特定部分Bの表面を構成するメッシュと、特定部分Bの裏面を構成するメッシュとは、異なる。したがって、ソリッドメッシュモデルを用いて解析する場合には、解析対象部分の表面を構成する表面対象メッシュと、解析対象部分の裏面を構成する裏面対象メッシュとを特定する必要がある。この表面対象メッシュと裏面対象メッシュの特定方法について図9を用いて説明する。図9は、対象メッシュ特定の流れを示すフローチャートである。対象メッシュを特定する場合は、まず、最初に解析対象部分の表面を構成するメッシュを表面対象メッシュとして特定する(S30)。続いて、この表面対象メッシュの重心を通り、表面対象メッシュの外部露出面に垂直な直線Lを算出する(S32)。そして、解析対象物の裏面を構成する複数のメッシュのうち、この直線Lに重心が最も近いメッシュを裏面対象メッシュとして特定する(S34)。 In the present embodiment, the bending analysis is performed using a two-dimensional shell mesh model, but naturally the bending analysis may be performed using a three-dimensional solid mesh model. Also in this case, similarly to the above-described embodiment, the bending direction is determined based on the comparison of the main stresses on the front and back surfaces, and the stress and the displacement amount are calculated with the Young's modulus corresponding to the bending direction. However, in the case of a solid mesh model, the mesh constituting the surface of the analysis target portion is different from the mesh constituting the back surface thereof. That is, as shown in FIG. 8, the mesh constituting the surface of the specific part B of the analysis object is different from the mesh constituting the back surface of the specific part B. Therefore, when analyzing using a solid mesh model, it is necessary to specify the surface target mesh which comprises the surface of an analysis object part, and the back object mesh which comprises the back surface of an analysis object part. A method for specifying the front surface target mesh and the back surface target mesh will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of specifying the target mesh. When specifying the target mesh, first, the mesh constituting the surface of the analysis target portion is first specified as the surface target mesh (S30). Subsequently, a straight line L that passes through the center of gravity of the surface target mesh and is perpendicular to the externally exposed surface of the surface target mesh is calculated (S32). Then, among the plurality of meshes constituting the back surface of the analysis target object, the mesh having the closest center of gravity to the straight line L is specified as the back surface target mesh (S34).
表裏面対象メッシュがそれぞれ特定されれば、シェルメッシュの場合と同様に、表裏面対象メッシュそれぞれの最大主応力を算出し、その最大主応力の比較に基づいて曲げ方向を判断する。そして、曲げ方向に応じたヤング率で応力および変位量を算出する。 If the front and back target meshes are specified, the maximum principal stress of each of the front and back target meshes is calculated as in the case of the shell mesh, and the bending direction is determined based on the comparison of the maximum principal stresses. Then, the stress and the displacement amount are calculated with Young's modulus corresponding to the bending direction.
つまり、以上の説明から明らかなように、シェルメッシュモデルだけに限らず、ソリッドメッシュモデルでも信頼性の高い曲げ解析が可能となる。なお、ここで説明した表裏面対象メッシュの特定方法は、一例であり、適宜、別の方法をとることができる。例えば、上記説明では直線Lは表面対象メッシュの重心を通るとしているが、必ずしも重心を通る必要は無い。 That is, as is clear from the above description, not only the shell mesh model but also a solid mesh model can be used for highly reliable bending analysis. In addition, the identification method of the front and back surface target mesh demonstrated here is an example, and can take another method suitably. For example, in the above description, the straight line L passes through the center of gravity of the surface target mesh, but does not necessarily pass through the center of gravity.
10 解析装置、12 入出力部、14 通信部、16 記憶部、18 メッシュモデル変換部、20 解析実行部、22 仮計算部、24 方向判断部、26 本計算部、En 仮のヤング率、Eob 表側ヤング率、Ere 裏側ヤング率、σ1ob 表面最大主応力、σ1re 裏面最大主応力。 10 analyzer, 12 output unit, 14 communication unit, 16 storage unit, 18 mesh model conversion unit, 20 analyzing unit, 22 temporary calculating unit, 24 direction determining section, 26 present calculation unit, the Young's modulus of E n temporary, E ob front side Young's modulus, E re back side Young's modulus, σ1 ob surface maximum principal stress, σ1 re back surface maximum principal stress.
Claims (6)
前記コンピュータの計算部が、当該コンピュータの記憶部に記憶された解析対象物のメッシュモデルデータおよび解析対象物に付加される曲げ応力の条件を示す付加応力条件に基づき、解析対象物に付加応力条件で示す曲げ応力を付加した際の変形状態を、予め設定された仮のヤング率を用いて解析する仮解析ステップと、
前記コンピュータの計算部が、仮解析ステップで得られる仮解析結果データに基づいて、その曲げ方向を判別する判別ステップと、
前記コンピュータの計算部が、判別ステップで判別された曲げ方向に応じて、当該コンピュータの記憶部に記憶された積層材料を表側に曲げた際のヤング率である表側ヤング率または裏側に曲げた際のヤング率である裏側ヤング率のいずれかを選択する選択ステップと、
前記コンピュータの計算部が、選択ステップで選択されたヤング率を用いて積層材料の曲げ解析を行う解析ステップと、
を有することを特徴とする積層材料の解析方法。 An analysis method of a laminated material that analyzes a deformation state when a bending stress is applied to an analysis object made of a laminated material based on mesh model data virtually expressed using a computer,
Based on the mesh model data of the analysis object stored in the storage unit of the computer and the additional stress condition indicating the condition of the bending stress applied to the analysis object , the calculation unit of the computer adds an additional stress condition to the analysis object. A temporary analysis step for analyzing the deformation state when the bending stress indicated by is applied using a preset temporary Young's modulus;
A determination step for determining a bending direction of the computer based on the temporary analysis result data obtained in the temporary analysis step,
When the calculation unit of the computer is bent to the front side Young's modulus or the back side, which is the Young's modulus when the laminated material stored in the storage unit of the computer is bent to the front side according to the bending direction determined in the determination step A selection step of selecting any one of the backside Young's moduli of
An analysis step in which the calculation unit of the computer performs a bending analysis of the laminated material using the Young's modulus selected in the selection step;
A method for analyzing a laminated material, comprising:
判別ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、
仮解析結果データに基づいて、解析対象物のうち解析対象部分の表面の最大主応力と、裏面の最大主応力と、をそれぞれ算出する主応力算出ステップと、
算出された表面の最大主応力と裏面の最大主応力とを比較するステップと、
を実行し、最大主応力の高い面側を曲げ方向と判別することを特徴とする積層材料の解析方法。 A method for analyzing a laminated material according to claim 1,
In the determination step , the calculation unit of the computer
Based on the provisional analysis result data, a principal stress calculation step for calculating the maximum principal stress on the surface of the analysis target portion and the maximum principal stress on the back surface of the analysis object,
Comparing the calculated maximum principal stress on the front surface with the maximum principal stress on the back surface;
Is performed, and the surface side with the highest principal stress is determined as the bending direction.
メッシュモデルがシェルメッシュモデルの場合、主応力算出ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、
解析対象部分を構成するシェルメッシュの表面および裏面の最大主応力をそれぞれ算出することを特徴とする積層材料の解析方法。 A method for analyzing a laminated material according to claim 2,
When the mesh model is a shell mesh model, in the principal stress calculation step , the calculation unit of the computer
Analysis method of the product layer material you and calculates the front and back surfaces of the maximum principal stress in the shell mesh constituting an analysis target part, respectively.
メッシュモデルがソリッドメッシュモデルの場合、主応力算出ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、
解析対象部分の表面を構成する表面対象メッシュと、解析対象部分の裏面を構成する裏面対象メッシュと、をそれぞれ特定する対象メッシュ特定ステップをさらに実行し、
表面対象メッシュの外部露出面および裏面対象メッシュの外部露出面の最大主応力をそれぞれ算出することを特徴とする積層材料の解析方法。 A method for analyzing a laminated material according to claim 2,
When the mesh model is a solid mesh model, in the principal stress calculation step , the calculation unit of the computer
Further executing a target mesh specifying step for specifying a front surface target mesh that configures the surface of the analysis target portion and a back surface target mesh that configures the back surface of the analysis target portion,
A method for analyzing a laminated material, wherein the maximum principal stresses of the externally exposed surface of the front surface target mesh and the externally exposed surface of the back surface target mesh are respectively calculated.
対象メッシュ特定ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、
表面対象メッシュの重心を通り、かつ、表面対象メッシュの外部露出面に垂直な直線を算出し、
メッシュモデルの裏面を構成するメッシュのうち、算出された直線に最も近いメッシュを裏面対象メッシュとして特定することを特徴とする積層材料の解析方法。 A method for analyzing a laminated material according to claim 4,
In the target mesh identification step , the computer calculation unit includes:
Calculate a straight line that passes through the center of gravity of the surface target mesh and is perpendicular to the externally exposed surface of the surface target mesh,
A method for analyzing a laminated material, wherein a mesh closest to a calculated straight line is specified as a back surface target mesh among meshes constituting a back surface of a mesh model.
仮解析ステップにおいて、前記コンピュータの計算部は、表側ヤング率または裏側ヤング率のいずれか一方を仮のヤング率として解析することを特徴とする積層材料の解析方法。 A method for analyzing a laminated material according to any one of claims 1 to 5,
In the temporary analysis step , the calculation unit of the computer analyzes either the front-side Young's modulus or the back-side Young's modulus as a temporary Young's modulus.
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