JP6420881B1 - Compression molding analysis system, compression molding analysis method, and compression molding analysis program - Google Patents

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Abstract

【課題】繊維強化樹脂を圧縮成形する場合でも、適切な圧縮成形解析を行うことができる圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムを提供すること。【解決手段】樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、繊維をビーム要素でモデル化する繊維モデル部11と、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、樹脂をソリッド要素でモデル化する樹脂モデル部12と、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部13と、ビーム要素およびソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部14と、を備え、連成解析部13は、大変形解析部14によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、連成解析を行う。【選択図】図2To provide a compression molding analysis system, a compression molding analysis method, and a compression molding analysis program capable of performing appropriate compression molding analysis even when fiber reinforced resin is compression molded. A compression molding analysis system for a fiber reinforced resin in which fibers are mixed with a resin, the fiber model unit 11 modeling a fiber with a beam element, and a node not shared with the node of the beam element. Resin model unit 12 that models resin with solid elements, coupled analysis unit 13 that performs coupled analysis of beam element movement and solid element movement, and large deformation that performs large deformation analysis on beam and solid elements And an analysis unit 14. The coupling analysis unit 13 performs coupled analysis based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit 14. . [Selection] Figure 2

Description

この発明は、圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムに関する。   The present invention relates to a compression molding analysis system, a compression molding analysis method, and a compression molding analysis program.

地球温暖化対策は喫緊の課題であり、自動車メーカー等にはCO排出量の削減のため、自動車の軽量化による大幅な燃費向上が求められている。従来の自動車部品等には鋼材が使われているが、近年、繊維強化樹脂が代替材料として検討されている。その中で、炭素繊維強化樹脂は鋼材と同等、またはそれ以上の機械特性を有しながら、その重量は鋼材と比べて1/4に抑えることができる。 Countermeasures for global warming are an urgent issue, and automobile manufacturers and the like are required to significantly improve fuel efficiency by reducing the weight of automobiles in order to reduce CO 2 emissions. Steel materials are used in conventional automobile parts and the like, but in recent years, fiber reinforced resin has been studied as an alternative material. Among them, the carbon fiber reinforced resin has a mechanical property equal to or higher than that of a steel material, but its weight can be suppressed to ¼ that of a steel material.

繊維強化樹脂は、繊維長が2mm以下の不連続短繊維強化樹脂、繊維長が2mm〜50mmの不連続長繊維強化樹脂、および繊維長が50mm以上の連続繊維強化樹脂に分類される。繊維強化樹脂は、繊維長が長いほど優れた機械特性を有することが知られており、繊維長が10mm以上で高強度、繊維長が40mm以上で高靱性を発現する。   The fiber reinforced resin is classified into a discontinuous short fiber reinforced resin having a fiber length of 2 mm or less, a discontinuous long fiber reinforced resin having a fiber length of 2 mm to 50 mm, and a continuous fiber reinforced resin having a fiber length of 50 mm or more. The fiber reinforced resin is known to have better mechanical properties as the fiber length is longer, and exhibits high strength when the fiber length is 10 mm or more and high toughness when the fiber length is 40 mm or more.

不連続短繊維強化樹脂は射出成形によってリブのような複雑な形状を有する部品に成形することが可能であるが、繊維長が短いため鋼材と同等な強度特性を持たせることが難しい。連続繊維はプレス成形によって高強度かつ高靱性な部品に成形することができるが、リブのような複雑な形状を成形することができない。その中で、不連続長繊維強化樹脂は、圧縮成形によって複雑な形状に成形することが可能であり、様々な部品に適用することができる。さらに、炭素繊維を使用した場合は、鋼材と同等、またはそれ以上の高強度、高靱性を持たせることができるため、自動車の車体構造部品への全般的な適用が可能になり、自動車の大幅な軽量化が達成される   Although the discontinuous short fiber reinforced resin can be molded into a part having a complicated shape such as a rib by injection molding, it is difficult to have strength characteristics equivalent to those of a steel material because the fiber length is short. Continuous fibers can be formed into high-strength and high-toughness parts by press molding, but complex shapes such as ribs cannot be formed. Among them, the discontinuous long fiber reinforced resin can be molded into a complicated shape by compression molding, and can be applied to various parts. In addition, when carbon fiber is used, it can have high strength and high toughness equivalent to or higher than that of steel, so it can be applied to car body structural parts in general, and it Weight reduction is achieved

不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形させると、繊維と樹脂が流動して目的の部品形状に成形される。しかし、圧縮成形の中で繊維の配向(向き)や繊維の粗密が発生するため、成形された部品には剛性や強度が異なる領域が存在することが知られている。剛性や強度が低い箇所があると部品性能に大きく影響するため、繊維の配向(向き)や繊維の粗密を予測する数値シミュレーション技術が必要とされている。   When the discontinuous long fiber reinforced resin is compression-molded, the fibers and the resin flow to be molded into a desired part shape. However, since fiber orientation (orientation) and fiber density occur during compression molding, it is known that regions having different rigidity and strength exist in the molded part. If there is a portion having low rigidity or strength, the performance of the parts is greatly affected, and therefore, a numerical simulation technique for predicting fiber orientation (direction) and fiber density is required.

従来、繊維配向については、不連続短繊維強化樹脂の射出成形の流動シミュレーションで使用されているFolgar-Tucker Modelに基づいた ARD(Anisotropic Rotary Diffusion)法等の繊維配向アルゴリズムで予測を行っていた(例えば、特許文献1)。   Conventionally, the fiber orientation was predicted by a fiber orientation algorithm such as the ARD (Anisotropic Rotary Diffusion) method based on the Folgar-Tucker Model used in the flow simulation of injection molding of discontinuous short fiber reinforced resin ( For example, Patent Document 1).

米国特許第8,571,828号公報US Patent No. 8,571,828

しかしながら、特許文献1のようなFolgar-Tucker Modelに基づいたARD法においては、繊維は変形しない剛体として扱われており、繊維の重心位置の並進移動と回転のみが計算され、繊維の変形や応力を計算することができない。一方、実際の圧縮成形では繊維は変形して応力が発生し、繊維長が10mmを超える様な場合は繊維に大きな曲げやうねり等の変形が発生して成形挙動に影響する。   However, in the ARD method based on the Folgar-Tucker Model such as Patent Document 1, the fiber is treated as a rigid body that does not deform, and only the translational movement and rotation of the center of gravity of the fiber are calculated, and the deformation and stress of the fiber are calculated. Cannot be calculated. On the other hand, in actual compression molding, the fiber is deformed to generate stress, and when the fiber length exceeds 10 mm, deformation such as large bending or undulation occurs in the fiber and affects the molding behavior.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、不連続長繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂を圧縮成形する場合でも、適切な圧縮成形解析を行うことができる圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a compression molding analysis system capable of performing an appropriate compression molding analysis even when a fiber reinforced resin such as a discontinuous long fiber reinforced resin is compression molded. An object of the present invention is to provide a compression molding analysis method and a compression molding analysis program.

上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析システムの一態様は、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行う、ことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, one aspect of the compression molding analysis system of the present invention is a fiber reinforced resin compression molding analysis system in which fibers are mixed with a resin, and the fibers are modeled as fiber models using beam elements. A fiber model part to be converted, a resin model part that models the resin as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element, and the movement of the beam element and the movement of the solid element A coupled analysis unit that performs coupled analysis of the beam element and a large deformation analysis unit that performs large deformation analysis on the beam element and the solid element, and the coupled analysis unit includes the beam element by the large deformation analysis unit. The coupled analysis is performed based on the movement of the beam element during the large deformation of the solid element and the movement of the solid element.

本明細書において、「繊維強化樹脂」は、不連続長繊維強化樹脂、不連続短繊維強化樹脂、および連続繊維強化樹脂等を含む概念である。本明細書において、「樹脂」は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を含む概念である。   In this specification, “fiber reinforced resin” is a concept including a discontinuous long fiber reinforced resin, a discontinuous short fiber reinforced resin, a continuous fiber reinforced resin, and the like. In this specification, “resin” is a concept including a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and the like.

本発明によれば、繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムにおいて、繊維モデル部は、繊維をビーム要素でモデル化する。樹脂モデル部は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、樹脂をソリッド要素でモデル化する。連成解析部は、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う。大変形解析部は、ビーム要素およびソリッド要素について大変形解析を行う。連成解析部による連成解析は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて行う。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向(向き)、繊維の粗密が、精度良く予測される。   According to the present invention, in the fiber reinforced resin compression molding analysis system, the fiber model unit models the fiber with a beam element. The resin model unit models the resin with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element. The coupled analysis unit performs coupled analysis between the movement of the beam element and the movement of the solid element. The large deformation analysis unit performs large deformation analysis on the beam element and the solid element. The coupled analysis by the coupled analysis unit is performed based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. Therefore, the behavior of the fiber and the resin, the orientation (orientation) of the fiber, and the density of the fiber are predicted with high accuracy.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行ってもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the large deformation analysis unit may perform large deformation analysis on the solid element by an adaptive remeshing method.

この態様によれば、大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、ソリッド要素について大変形解析を行うので、例えば、リブが形成されるような変形の大きな箇所においても、安定して精度のよい大変形解析が行われる。   According to this aspect, since the large deformation analysis unit performs large deformation analysis on the solid element by the adaptive remeshing method, for example, even in a large deformation portion where a rib is formed, the accuracy is stable and accurate. Large deformation analysis is performed.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えてもよい。   According to another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the coupled analysis unit is configured to detect the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. For the beam element and the solid element based on, the relative displacement in the axial direction of the beam element is acquired as a slip amount, a resistance force is calculated from the acquired slip amount, and the large deformation analysis unit includes the beam element The resistance may be applied as a load to the nodes of the solid element.

この態様によれば、連成解析部は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素について、ビーム要素の軸方向の相対的な変位をすべり量として取得する。また、連成解析部は、取得したすべり量から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。   According to this aspect, the coupled analysis unit performs the beam element axial direction on the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. The relative displacement of is acquired as the slip amount. The coupled analysis unit calculates a resistance force from the acquired slip amount, and applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element. Therefore, the phenomenon that the fiber moves in the resin when the fiber reinforced resin is deformed is accurately reproduced.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えてもよい。   According to another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the coupled analysis unit is configured to detect the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. For the beam element and the solid element based on the slip amount, which is a relative displacement in the axial direction of the beam element, and the temperature calculated at the node of the solid element, interpolation of the node of the beam element is calculated. The temperature at the position is acquired, and the resistance force is calculated from the acquired slip amount and the temperature. The large deformation analysis unit may apply the resistance force to the nodes of the beam element and the solid element as a load. Good.

この態様によれば、連成解析部は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素について、ビーム要素の軸方向の相対的な変位であるすべり量と、ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算されるビーム要素の節点の位置での温度とを取得する。また、連成解析部は、取得したすべり量および温度から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂の樹脂が熱可塑性樹脂の場合であっても、高温に加熱された熱可塑性樹脂が温度を変化させながら圧縮成形により変形するときに熱可塑性樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。   According to this aspect, the coupled analysis unit performs the beam element axial direction on the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. Is obtained by interpolating from the temperature calculated at the node of the solid element and the temperature at the node position of the beam element calculated by interpolation. The coupled analysis unit calculates a resistance force from the acquired slip amount and temperature, and applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element. Therefore, even when the fiber reinforced resin is a thermoplastic resin, the fiber moves in the thermoplastic resin when the thermoplastic resin heated to a high temperature is deformed by compression molding while changing the temperature. Is accurately reproduced.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対して垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行ってもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the coupled analysis unit is configured such that, in the direction perpendicular to the axial direction of the beam element, the movement of the nodal point of the beam element and the solid element are determined by a constraint method. In the axial direction of the beam element, the resistance force is calculated and the resistance force is applied to the node of the beam element and the node of the solid element as a load. Synthetic analysis may be performed.

この態様によれば、連成解析部は、ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法によりビーム要素の節点の動きとソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行う。また、連成解析部は、ビーム要素の軸方向については、抵抗力を算出し、ビーム要素の節点およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。   According to this aspect, the coupled analysis unit performs coupled analysis between the movement of the node of the beam element and the movement of the node of the solid element by the constraint method in the direction perpendicular to the axial direction of the beam element. In addition, the coupled analysis unit calculates a resistance force in the axial direction of the beam element, and applies the resistance force as a load to the node of the beam element and the node of the solid element. Therefore, the phenomenon that the fiber moves in the resin when the fiber reinforced resin is deformed is accurately reproduced.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された材料特性に(1−繊維体積分率)を掛けた値を設定してもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the fiber model unit sets a material property of a fiber measured from an actual object in the beam element, and a fiber volume fraction included in the resin model of the fiber model. The cross-sectional area of the beam element is set so that becomes the same as the actual fiber volume fraction, and the resin model portion adds (1-fiber volume fraction) to the material properties measured from the actual solid element. You may set the multiplied value.

この態様において、「材料特性」とは、質量密度、ヤング率、降伏応力、粘度等を含む概念である。「繊維体積分率」とは、繊維強化樹脂に含まれる繊維の体積の割合を表す。   In this embodiment, “material properties” is a concept including mass density, Young's modulus, yield stress, viscosity, and the like. “Fiber volume fraction” represents the proportion of the volume of fibers contained in the fiber reinforced resin.

この態様によれば、繊維モデル部は、実物から計測された繊維の材料特性を設定したビーム要素による繊維モデルの、樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が、実物の繊維体積分率と同じになるように、ビーム要素の断面積を設定する。従って、実物の繊維より少ない本数で、ビーム要素による繊維モデルでのモデル化が行われる。樹脂モデル部は、ソリッド要素に実物から計測された材料特性に(1−繊維体積分率)を掛けた値を設定する。従って、樹脂モデルに、繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせることが行われる。   According to this aspect, in the fiber model portion, the fiber volume fraction included in the resin model of the fiber model by the beam element in which the material properties of the fiber measured from the real thing are set to be the same as the real fiber volume fraction. The cross-sectional area of the beam element is set so that Therefore, modeling with a fiber model using beam elements is performed with a smaller number than the actual fibers. The resin model unit sets a value obtained by multiplying the solid element by the material property measured from the actual product by (1-fiber volume fraction). Therefore, the resin model is provided with material characteristics excluding the volume of the fiber model.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ2節点のビーム要素でモデル化し、前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、4節点4面体のソリッド要素でモデル化してもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the fiber model unit models the fiber with a two-node beam element having cross-sectional shape information, and the resin model unit converts the resin into four nodes. You may model with a tetrahedral solid element.

この態様によれば、繊維モデル部は、繊維を、断面形状の情報を持つ2節点のビーム要素でモデル化し、樹脂モデル部は、樹脂を、4節点4面体のソリッド要素でモデル化するので、繊維強化樹脂の適切な圧縮成形解析が行われる。
According to this aspect, the fiber model part models the fiber with a two-node beam element having cross-sectional shape information, and the resin model part models the resin with a solid element of a four-node tetrahedron. Appropriate compression molding analysis of fiber reinforced resin is performed.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維は、繊維長があらゆる長さの繊維であってもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the fiber may be a fiber having any length.

この態様によれば、繊維は、繊維長があらゆる長さの繊維なので、あらゆる種類の繊維強化樹脂について圧縮成形解析が適切に行われる。   According to this aspect, since the fiber has a fiber length of any length, compression molding analysis is appropriately performed for all types of fiber reinforced resin.

本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であってもよい。   In another aspect of the compression molding analysis system of the present invention, the resin may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.

この態様によれば、樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂なので、様々な種類の繊維強化樹脂について圧縮成形解析が適切に行われる。   According to this aspect, since the resin is a thermoplastic resin or a thermosetting resin, compression molding analysis is appropriately performed on various types of fiber reinforced resins.

上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析方法の一態様は、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う、ことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, one aspect of the compression molding analysis method of the present invention is a compression molding analysis method for fiber reinforced resin in which fibers are mixed with resin, and the fibers are modeled as fiber models using beam elements. The resin is modeled as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element, a large deformation analysis is performed on the beam element and the solid element, and the beam element and the solid element A coupled analysis between the movement of the beam element and the movement of the solid element is performed based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during large deformation.

本発明の圧縮成形解析方法の一態様によれば、繊維はビーム要素でモデル化される。樹脂は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するようにソリッド要素でモデル化される。ビーム要素およびソリッド要素については、大変形解析が行われる。ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析が行われる。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向(向き)、繊維の粗密が、精度良く予測される。   According to one aspect of the compression molding analysis method of the present invention, the fibers are modeled with beam elements. The resin is modeled with solid elements to have nodes that are not shared with the beam element nodes. Large deformation analysis is performed on beam elements and solid elements. Based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element, a coupled analysis of the movement of the beam element and the movement of the solid element is performed. Therefore, the behavior of the fiber and the resin, the orientation (orientation) of the fiber, and the density of the fiber are predicted with high accuracy.

上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析プログラムの一態様は、コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, one aspect of the compression molding analysis program of the present invention is a compression molding analysis program for causing a computer to perform a compression molding analysis of a fiber reinforced resin obtained by mixing a fiber with a resin. Modeling a fiber as a fiber model with a beam element; modeling the resin as a resin model with a solid element so as to have nodes that are not shared with the nodes of the beam element; and the beam element and the solid element Performing a large deformation analysis for the beam element and the solid element based on the beam element and the solid element movement during the large deformation of the beam element and the solid element. And a step of performing a coupled analysis.

本発明の圧縮成形解析プログラムの一態様によれば、繊維はビーム要素でモデル化される。樹脂は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するようにソリッド要素でモデル化される。ビーム要素およびソリッド要素については、大変形解析が行われる。ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析が行われる。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向(向き)、繊維の粗密が、精度良く予測される。   According to one aspect of the compression molding analysis program of the present invention, the fibers are modeled with beam elements. The resin is modeled with solid elements to have nodes that are not shared with the beam element nodes. Large deformation analysis is performed on beam elements and solid elements. Based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element, a coupled analysis of the movement of the beam element and the movement of the solid element is performed. Therefore, the behavior of the fiber and the resin, the orientation (orientation) of the fiber, and the density of the fiber are predicted with high accuracy.

本発明によれば、繊維強化樹脂の圧縮成形における繊維および樹脂の変形挙動、繊維の配向(向き)、繊維の粗密を、精度良く予測することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the deformation | transformation behavior of the fiber and resin, the orientation (direction) of a fiber, and the density of a fiber in the compression molding of a fiber reinforced resin can be predicted with high accuracy.

本発明に係る一実施形態の圧縮成形解析システムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a compression molding analysis system of one embodiment concerning the present invention. 圧縮成形解析システムの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of a compression molding analysis system. 不連続長繊維強化樹脂の実物を撮影した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which image | photographed the real thing of discontinuous long fiber reinforced resin. 不連続長繊維強化樹脂の上面を拡大した図である。It is the figure which expanded the upper surface of discontinuous long fiber reinforced resin. 不連続長繊維強化樹脂の側面視における積層状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the lamination | stacking state in the side view of discontinuous long fiber reinforced resin. (A)は、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図であり、(B)は、繊維モデルを構成するビーム要素と、樹脂モデルを構成するソリッド要素を示す図である。(A) is a figure which shows the tetra-solid element which comprises a resin model, (B) is a figure which shows the beam element which comprises a fiber model, and the solid element which comprises a resin model. 繊維モデルを示す図である。It is a figure which shows a fiber model. 樹脂モデルを示す図である。It is a figure which shows a resin model. 圧縮成形に用いる金型を示す図である。It is a figure which shows the metal mold | die used for compression molding. (A)から(E)は、圧縮成形による不連続長繊維強化樹脂の形状の変化を説明する図である。(A) to (E) is a figure explaining the change of the shape of the discontinuous long fiber reinforced resin by compression molding. 圧縮成形解析シミュレーションの繊維強化樹脂解析モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fiber reinforced resin analysis model of compression molding analysis simulation. 圧縮成形解析シミュレーションの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of a compression molding analysis simulation. ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の質量を示す図である。It is a figure which shows the mass of the node of a beam element, and each node of a solid element. ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを示す図である。It is a figure which shows the velocity vector of the node of a beam element, and each node of a solid element. ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の加速度ベクトルを示す図である。It is a figure which shows the acceleration vector of the node of a beam element, and each node of a solid element. ビーム要素の軸方向と垂直方向で構成される局所座標系を示す図である。It is a figure which shows the local coordinate system comprised by the axial direction and the orthogonal | vertical direction of a beam element. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを示す図、(B)はビーム要素の軸方向と垂直方向で構成される局所座標系に従って、ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを軸方向の成分と垂直方向の成分とに分解した図、(C)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルの軸方向の成分のみを示す図、(D)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルの垂直方向の成分のみを示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function, (A) is a figure which shows the velocity vector of the node of a beam element, and each node of a solid element, (B) is an axial direction of a beam element And (C) is a diagram in which the velocity vector of each node of the beam element and each node of the solid element is decomposed into an axial component and a vertical component according to a local coordinate system composed of FIG. 4D is a diagram showing only the axial component of the velocity vector of each node of the solid element, and FIG. 4D is a diagram showing only the vertical component of the velocity vector of the beam element and each node of the solid element. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の質量を示す図、(B)はビーム要素の節点の質量がソリッド要素の各節点に分配されて計算されるソリッド要素の各節点の質量を示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function, (A) is a figure which shows the mass of the node of a beam element, and each node of a solid element, (B) is the mass of the node of a beam element It is a figure which shows the mass of each node of a solid element calculated by distributing to each node of a solid element. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図、(B)はビーム要素の節点の垂直方向における運動量ベクトルがソリッド要素の各節点に分配されて計算されるソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function, (A) is a figure which shows the momentum vector in the perpendicular direction of the node of a beam element and each node of a solid element, (B) is a beam element It is a figure which shows the momentum vector in the vertical direction of each node of a solid element calculated by distributing the momentum vector in the vertical direction of each node to each node of the solid element. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、(A)はソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図、(B)はソリッド要素の各節点の垂直方向における速度ベクトルが更新されることを示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function, (A) is a figure which shows the momentum vector in the perpendicular direction of each node of a solid element, (B) is the perpendicular | vertical of each node of a solid element It is a figure which shows that the velocity vector in a direction is updated. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の垂直方向における速度ベクトルをソリッド要素の各節点の垂直方向における速度ベクトルから形状関数による内挿補間で計算することを説明するための図、(B)は内挿補間で計算された速度ベクトルがビーム要素の節点の垂直方向における速度ベクトルとして更新されることを示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function, (A) is the velocity vector in the vertical direction of a solid element in the position of the node of a beam element in the vertical direction of each node of a solid element. FIG. 7B is a diagram for explaining that the velocity vector is calculated by interpolation using the shape function from the velocity vector. FIG. 5B shows that the velocity vector calculated by the interpolation is updated as the velocity vector in the vertical direction of the node of the beam element. FIG. ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図である。垂直方向における速度ベクトルの更新と同じ方法で、ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の加速度ベクトルが更新されることを示す図である。It is a figure for demonstrating a beam solid constraint coupling function. It is a figure which shows that the acceleration vector of the node of a beam element and each node of a solid element is updated by the same method as the update of the velocity vector in a perpendicular direction. ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の軸方向における変位増分ベクトルを示す図、(B)はビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の軸方向における変位増分ベクトルをソリッド要素の各節点の軸方向における変位増分ベクトルから形状関数による内挿補間で計算することを説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of the resistance force of the beam element and solid element in the axial direction of a beam element, (A) is a figure which shows the displacement increment vector in the axial direction of the node of a beam element and each node of a solid element. , (B) is for explaining that the displacement increment vector in the axial direction of the solid element at the position of the node of the beam element is calculated from the displacement increment vector in the axial direction of each node of the solid element by interpolation using a shape function. FIG. ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図であり、(A)はビーム要素の節点の位置におけるすべり量増分ベクトルを示す図、(B)はビーム要素の節点の位置におけるすべり量を示す図である。It is a figure for demonstrating calculation of the resistance force of the beam element and solid element in the axial direction of a beam element, (A) is a figure which shows the slip amount increment vector in the position of the node of a beam element, (B) is a beam It is a figure which shows the slip amount in the position of the node of an element. ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of the resistance force of the beam element and solid element in the axial direction of a beam element. 弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。抵抗力の計算方法を示すフローチャートである。It is a figure for demonstrating the resistance force model by an elastic perfect plastic body. It is a flowchart which shows the calculation method of resistance force. 弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。すべり量と抵抗力の関係を示す図である。It is a figure for demonstrating the resistance force model by an elastic perfect plastic body. It is a figure which shows the relationship between a slip amount and resistance. 弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図であり、(A)はビーム要素が移動する前の状態を示す図、(B)はビーム要素をX軸の正方向に移動させた状態を示す図、(C)はビーム要素をさらにX軸の正方向に移動させた状態を示す図、(D)はビーム要素をX軸の負方向に移動させた状態を示す図、(E)はビーム要素をさらにX軸の負方向に移動させた状態を示す図、(F)はビーム要素をさらにX軸の負方向に移動させた状態を示す図、(G)はすべり量に対する抵抗力の変化を示す図である。It is a figure for demonstrating the resistance force model by an elastic perfect plastic body, (A) is a figure which shows the state before a beam element moves, (B) is the state which moved the beam element to the positive direction of the X-axis. (C) is a diagram showing a state in which the beam element is further moved in the positive direction of the X axis, (D) is a diagram showing a state in which the beam element is moved in the negative direction of the X axis, (E) Is a diagram showing a state in which the beam element is further moved in the negative direction of the X axis, (F) is a diagram showing a state in which the beam element is further moved in the negative direction of the X axis, and (G) is a resistance force against the slip amount. It is a figure which shows the change of. 異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について圧縮試験を説明する図であり、(A)は直径d1の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片を高さh4となるように重ねた状態を示す図、(B)は円板試験片を加熱しながら圧縮成形と同じ速度で平板を圧縮した状態を示す図である。It is a figure explaining a compression test about the disk test piece of the discontinuous long fiber reinforced resin of different temperature, (A) is so that the disk test piece of the discontinuous long fiber reinforced resin of diameter d1 may become height h4. The figure which shows the state piled up, (B) is a figure which shows the state which compressed the flat plate at the same speed as compression molding, heating a disk test piece. 異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について行った圧縮試験の結果示す図である。It is a figure which shows the result of the compression test done about the disk test piece of the discontinuous long fiber reinforced resin of different temperature. 温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。温度依存の抵抗力の計算方法を示すフローチャートである。It is a figure for demonstrating the resistance force model by a temperature dependence elastic perfect plastic body. It is a flowchart which shows the calculation method of temperature-dependent resistance. 温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。ソリッド要素の各節点の温度からビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の温度を内挿補間により計算することを示す図である。It is a figure for demonstrating the resistance force model by a temperature dependence elastic perfect plastic body. It is a figure which shows calculating the temperature of the solid element in the position of the node of a beam element from the temperature of each node of a solid element by interpolation. 温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。すべり量と温度依存の抵抗力の関係を示す図である。It is a figure for demonstrating the resistance force model by a temperature dependence elastic perfect plastic body. It is a figure which shows the relationship between a slip amount and temperature-dependent resistance. 熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデルの温度分布を、時系列に従って段階的に示す図であり、(A)から(C)は本実施形態における熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデルの温度分布を時系列に従って段階的に示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution of the resin model using a heat conduction / structure coupling analysis function step by step according to a time series, and (C) to (C) show the heat conduction / structure coupling analysis function in this embodiment. It is a figure which shows the temperature distribution of the used resin model in steps according to a time series. 不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、(A)から(C)は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の形状を時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図、(D)から(F)は圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルの形状を示す図である。It is a figure which shows the result of the compression molding test of discontinuous long fiber reinforced resin, and the result of a compression molding analysis simulation, (A)-(C) performed the compression molding test with respect to discontinuous long fiber reinforced resin. The figure which shows the image which image | photographed stepwise the shape of the discontinuous long fiber reinforced resin in the case according to a time series, (D) to (F) by the compression molding analysis simulation of this embodiment corresponding to each step of the compression molding test It is a figure which shows the shape of a resin model. 不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、(A)および(B)は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の形状を時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図、(C)および(D)は圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルの形状を示す図である。It is a figure which shows the result of the compression molding test of discontinuous long fiber reinforced resin, and the result of a compression molding analysis simulation, (A) and (B) performed the compression molding test with respect to discontinuous long fiber reinforced resin. The figure which shows the image which image | photographed stepwise the shape of the discontinuous long fiber reinforced resin in the case according to a time series, (C) And (D) is by the compression molding analysis simulation of this embodiment corresponding to each step of a compression molding test It is a figure which shows the shape of a resin model. 不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形解析シミュレーションの結果を示す図であり、(A)から(C)は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデルにおけるリブの形成過程を時系列に従って段階的に示す図、(D)から(F)は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルにおけるリブの形成過程を(A)から(C)に対応させて時系列に従って段階的に示す図である。It is a figure which shows the result of the compression molding analysis simulation of a discontinuous long fiber reinforced resin, (A) to (C) is a step-by-step process of forming ribs in the fiber model by the compression molding analysis simulation of this embodiment in time series. FIGS. 4D to 4F are diagrams showing the rib formation process in the resin model according to the compression molding analysis simulation of the present embodiment in a time-series manner in correspondence with (A) to (C). 不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、(A)は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の外縁部の形状を撮影した画像を示す図、(B)は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデルの外縁部の形状を示す図、(C)は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂のリブが形成される途中の段階を撮影した画像を示す図、(D)は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる途中の段階における繊維モデル上のリブを示す図である。It is a figure which shows the result of the compression molding test of a discontinuous long fiber reinforced resin, and the result of a compression molding analysis simulation, (A) is the discontinuity at the time of performing the compression molding test with respect to a discontinuous long fiber reinforced resin. The figure which shows the image which image | photographed the shape of the outer edge part of long fiber reinforced resin, (B) is a figure which shows the shape of the outer edge part of the fiber model by the compression molding analysis simulation of this embodiment, (C) is discontinuous long fiber reinforcement The figure which shows the image which image | photographed the stage in the middle of the rib of the discontinuous long fiber reinforced resin at the time of performing the compression molding test with respect to resin, (D) is in the middle by the compression molding analysis simulation of this embodiment It is a figure which shows the rib on the fiber model in a stage. 不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、(A)は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂のリブの断面を撮影した画像を示す図、(B)は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル上のリブの断面を示す図である。It is a figure which shows the result of the compression molding test of a discontinuous long fiber reinforced resin, and the result of a compression molding analysis simulation, (A) is the discontinuity at the time of performing the compression molding test with respect to a discontinuous long fiber reinforced resin. The figure which shows the image which image | photographed the cross section of the rib of long fiber reinforced resin, (B) is a figure which shows the cross section of the rib on the fiber model by the compression molding analysis simulation of this embodiment.

以下、本発明の一実施形態に係る圧縮成形解析システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る圧縮成形解析システム100の概略構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の圧縮成形解析システム100は、中央演算装置1、表示装置2、記憶装置3、入力装置4、および出力装置5を備えている。   Hereinafter, a compression molding analysis system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a compression molding analysis system 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the compression molding analysis system 100 of this embodiment includes a central processing unit 1, a display device 2, a storage device 3, an input device 4, and an output device 5.

本実施形態の圧縮成形解析システム100は、一例として、繊維強化樹脂として不連続長繊維強化樹脂を用い、成形法として圧縮成形を用いた場合の解析を行うシステムである。本実施形態では、圧縮成形解析システム100を用いて、不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形した際の流動シミュレーションを行う例について説明する。   The compression molding analysis system 100 of this embodiment is a system that performs an analysis when discontinuous long fiber reinforced resin is used as a fiber reinforced resin and compression molding is used as a molding method. In this embodiment, an example in which a flow simulation is performed when a discontinuous long fiber reinforced resin is compression molded using the compression molding analysis system 100 will be described.

中央演算装置1は、プログラムを実行可能なパーソナルコンピュータ等の装置であり、CPUおよびメモリ等を含む。表示装置2は、文字および画像を表示可能な液晶ディスプレイ等の装置である。記憶装置3は、HDD(Hard Disk Drive)等のプログラムおよびデータを記憶可能な装置であり、外部のデータベースサーバ等を用いてもよい。本発明のプログラムは、記憶装置3に格納されている。入力装置4は、ユーザによるデータまたは指示入力が可能なキーボード等の装置である。出力装置5は、文字および画像を出力可能なプリンタ等の装置である。本実施形態の圧縮成形解析システム100においては、出力装置5は省略してもよい。   The central processing unit 1 is a device such as a personal computer that can execute a program, and includes a CPU, a memory, and the like. The display device 2 is a device such as a liquid crystal display capable of displaying characters and images. The storage device 3 is a device capable of storing a program and data such as an HDD (Hard Disk Drive), and may use an external database server or the like. The program of the present invention is stored in the storage device 3. The input device 4 is a device such as a keyboard that allows a user to input data or instructions. The output device 5 is a device such as a printer that can output characters and images. In the compression molding analysis system 100 of the present embodiment, the output device 5 may be omitted.

図2は、中央演算装置1が本発明のプログラムを実行することにより機能する機能ブロックを示す図である。図2に示すように、中央演算装置1は制御部10として機能する。また、制御部10は、本発明のプログラムに応じて、繊維モデル部11、樹脂モデル部12、連成解析部13、および大変形解析部14として機能する。   FIG. 2 is a diagram showing functional blocks that function when the central processing unit 1 executes the program of the present invention. As shown in FIG. 2, the central processing unit 1 functions as a control unit 10. Moreover, the control part 10 functions as the fiber model part 11, the resin model part 12, the coupled analysis part 13, and the large deformation | transformation analysis part 14 according to the program of this invention.

繊維モデル部11は、不連続長繊維を断面形状の情報を持つ2節点の有限要素法のビーム要素でモデル化し、実物から計測された繊維の材料特性を設定する。繊維モデル部11は、実物の不連続長繊維より少ない本数でビーム要素によりモデル化を行っている。そのため、繊維モデル部11は、ビーム要素による繊維モデルは、樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように、ビーム要素の断面積を設定する。ビーム要素による繊維モデルの詳細については後述する。実物の不連続長繊維より少ない本数でビーム要素によりモデル化することにより、大変形解析および連成解析における計算時間を短縮することができる。   The fiber model unit 11 models the discontinuous long fiber with a beam element of a two-node finite element method having cross-sectional shape information, and sets the material properties of the fiber measured from the actual object. The fiber model unit 11 is modeled by beam elements with a smaller number than the actual discontinuous long fibers. Therefore, the fiber model unit 11 sets the cross-sectional area of the beam element so that the fiber model of the beam element has the same fiber volume fraction contained in the resin model as the actual fiber volume fraction. Details of the fiber model by the beam element will be described later. By modeling with fewer beam elements than actual discontinuous long fibers, the calculation time in large deformation analysis and coupled analysis can be shortened.

樹脂モデル部12は、樹脂を4節点4面体の有限要素法のテトラソリッド要素でモデル化する。樹脂モデル部12は、ソリッド要素の節点を、ビーム要素の節点と共有しないように設定する。また、樹脂モデル部12は、樹脂モデルに、繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせるため、実物の樹脂から計測された材料特性に、(1−繊維体積分率)を掛けた値を設定する。ソリッド要素による樹脂モデルの詳細については後述する。   The resin model unit 12 models the resin with a tetra-solid element of a four-node tetrahedron finite element method. The resin model unit 12 is set so that the nodes of the solid element are not shared with the nodes of the beam element. Further, the resin model unit 12 has a value obtained by multiplying the material characteristic measured from the actual resin by (1-fiber volume fraction) in order to give the resin model the material characteristic excluding the volume of the fiber model. Set. Details of the resin model using solid elements will be described later.

連成解析部13は、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う。連成解析とは、異なる二つの現象が相互作用により影響し合いながら解析が行われることをいう。連成解析部13は、ビーム要素の垂直方向の動きに対してはビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により連成解析を行い、ビーム要素の軸方向の動きに対してはビーム要素とソリッド要素のすべり量を取得して、取得したすべり量から抵抗力を算出して連成解析を行う。これにより、不連続長繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を再現する。ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能とすべり量と抵抗力の算出の詳細については後述する。   The coupled analysis unit 13 performs coupled analysis between the movement of the beam element and the movement of the solid element. Coupled analysis means that analysis is performed while two different phenomena influence each other through interaction. The coupled analysis unit 13 performs coupled analysis on the vertical movement of the beam element by the beam solid constraint coupling function, and detects the beam element in the axial direction of the beam element. The sliding amount of the solid element is acquired, the resistance is calculated from the acquired sliding amount, and the coupled analysis is performed. This reproduces the phenomenon that the discontinuous long fibers move in the resin when the discontinuous long fiber reinforced resin is deformed. Details of the beam solid constraint coupling function and the calculation of the slip amount and the resistance force will be described later.

大変形解析部14は、繊維モデルを構成するビーム要素、および樹脂モデルを構成するソリッド要素に対して、大変形解析を行う。大変形解析部14は、ソリッド要素に対しては、アダプティブ・リメッシュ機能を用いてソリッド要素の形状がいびつな形にならないようにソリッド要素を再作成しながら大変形解析を行う。また、大変形解析部14は、ビーム要素に対しては、ビーム要素はいびつな形にならないためアダプティブ・リメッシュ機能を用いずに大変形解析を行う。   The large deformation analysis unit 14 performs large deformation analysis on the beam elements constituting the fiber model and the solid elements constituting the resin model. The large deformation analysis unit 14 performs large deformation analysis on the solid element while recreating the solid element so that the shape of the solid element does not become an irregular shape by using the adaptive remeshing function. Further, the large deformation analysis unit 14 performs large deformation analysis on the beam element without using the adaptive remeshing function because the beam element does not have an irregular shape.

(不連続繊維強化樹脂)
次に、繊維モデル部11および樹脂モデル部12によりモデル化される不連続繊維強化樹脂について説明する。
繊維強化樹脂(FRP(Fiber Reinforced Plastics))とは、樹脂に繊維を混ぜ合わせた複合材料であり、繊維としては、ガラス繊維(Glass)あるいは炭素繊維(Carbon)がよく用いられる。ガラス繊維は、鉄鋼より軽量であるが、鉄鋼より剛性と強度が低いという特徴を有する。炭素繊維は、鉄鋼よりも軽量で、鉄鋼と同等またはそれ以上の剛性と強度を有するため、鉄鋼に代替可能な材料である。ただし、炭素繊維は、ガラス繊維や鋼材よりも高価である。
(Discontinuous fiber reinforced resin)
Next, the discontinuous fiber reinforced resin modeled by the fiber model part 11 and the resin model part 12 will be described.
Fiber reinforced resin (FRP (Fiber Reinforced Plastics)) is a composite material in which fibers are mixed with a resin, and glass fibers (Glass) or carbon fibers (Carbon) are often used as the fibers. Although glass fiber is lighter than steel, it has the characteristics that rigidity and intensity | strength are lower than steel. Carbon fiber is a material that can replace steel because it is lighter than steel and has rigidity and strength equal to or greater than that of steel. However, carbon fiber is more expensive than glass fiber or steel.

樹脂には、熱硬化性の樹脂と、熱可塑性の樹脂がある。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、一般的に室温で柔らかく、高温にすると化学反応で硬化して固まるが、その化学反応には時間がかかるという特徴を有する。なお、熱硬化性樹脂は、硬化後に室温まで冷却しても固まったままであり、不可逆性を有する。この特性のため、一般的にはリサイクルが困難である。   The resin includes a thermosetting resin and a thermoplastic resin. Examples of thermosetting resins include epoxy resins and phenol resins. Thermosetting resins are generally soft at room temperature and harden by a chemical reaction at high temperatures, which solidifies, but the chemical reaction takes time. The thermosetting resin remains solid even after cooling to room temperature after curing, and has irreversibility. Because of this property, it is generally difficult to recycle.

熱可塑性樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、一般的に室温で硬く、樹脂の溶融温度以上の高温にすると柔らかくなり、また、室温に戻すと硬くなることから、可逆性を有す。この特性のため、一般的にはリサイクルが容易である。熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂のように樹脂を硬化させるための化学反応が必要無いため、生産性が高いという利点を有する。   Examples of the thermoplastic resin include polypropylene and polyamide. Thermoplastic resins are generally hard at room temperature, soft when heated to a temperature higher than the melting temperature of the resin, and hard when returned to room temperature, and therefore have reversibility. Because of this property, it is generally easy to recycle. The thermoplastic resin has an advantage of high productivity because it does not require a chemical reaction for curing the resin unlike the thermosetting resin.

繊維強化樹脂に用いられる繊維は、連続繊維と、不連続繊維とがある。連続繊維は、繊維長が50mm以上の繊維であり、非常に長い。不連続繊維は、繊維長が2mm〜50mmの場合には、不連続長繊維と呼ばれ、2mm以下の場合には、不連続短繊維と呼ばれる。繊維が長いほど強度特性が良くなり、繊維長が10mm以上で高強度を発現し、40mm以上で高靱性を発現する。   The fibers used for the fiber reinforced resin include continuous fibers and discontinuous fibers. The continuous fiber is a fiber having a fiber length of 50 mm or more and is very long. A discontinuous fiber is called a discontinuous long fiber when the fiber length is 2 mm to 50 mm, and is called a discontinuous short fiber when the fiber length is 2 mm or less. The longer the fiber, the better the strength characteristics. When the fiber length is 10 mm or more, high strength is exhibited, and when the fiber length is 40 mm or more, high toughness is exhibited.

本実施形態では、一例として、製品名をTepex(登録商標)flowcore という、Bond-Laminates GmbH社製の不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形した際の流動シミュレーションを行う。図3は、不連続長繊維強化樹脂の実物を撮影した画像を示す図である。図4は、不連続長繊維強化樹脂の上面を拡大した図である。図3に示す不連続長繊維強化樹脂20は、繊維がガラス(Glass)で、繊維長は、30〜50mmである。図4に示すように、繊維21の繊維配向は、2次元でランダムとなっている。樹脂には、熱可塑性のポリアミドナイロン6が用いられている。   In the present embodiment, as an example, a flow simulation is performed when a product name is Tepex (registered trademark) flowcore and a discontinuous long fiber reinforced resin manufactured by Bond-Laminates GmbH is compression-molded. FIG. 3 is a view showing an image obtained by photographing the actual discontinuous long fiber reinforced resin. FIG. 4 is an enlarged view of the upper surface of the discontinuous long fiber reinforced resin. In the discontinuous long fiber reinforced resin 20 shown in FIG. 3, the fiber is glass, and the fiber length is 30 to 50 mm. As shown in FIG. 4, the fiber orientation of the fibers 21 is random in two dimensions. As the resin, thermoplastic polyamide nylon 6 is used.

図5は、不連続長繊維強化樹脂の側面視における積層状態を説明するための図である。図5に示す不連続長繊維強化樹脂20の板厚dは2mmであり、約40層の繊維層22が積層されている。繊維体積含有率は0.47(47%)である。繊維体積分率とは、繊維強化樹脂に含まれる繊維の体積の割合である。   FIG. 5 is a view for explaining a laminated state of the discontinuous long fiber reinforced resin in a side view. The plate thickness d of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 shown in FIG. 5 is 2 mm, and about 40 fiber layers 22 are laminated. The fiber volume content is 0.47 (47%). The fiber volume fraction is the ratio of the volume of fibers contained in the fiber reinforced resin.

以上のような不連続長繊維強化樹脂20は、圧縮成形により、複雑な形状に成形できる。圧縮成形とは、雄型と雌型からなる金型を用いて材料をプレスして成形する手法である。圧縮成形の特徴は、不連続長繊維強化樹脂20に含まれる繊維が切れることなく長繊維を維持しながら目的の形状に成形することができるため、成形後も高い強度特性を有することができる。また、熱可塑性の不連続長繊維強化樹脂20の場合、高温に加熱された不連続長繊維強化樹脂は、低温の金型に冷却されながら成形されて数分程度で硬化するため、成形開始から部品完成までの時間が短いことが利点である。   The discontinuous long fiber reinforced resin 20 as described above can be formed into a complicated shape by compression molding. Compression molding is a technique in which a material is pressed and molded using a mold composed of a male mold and a female mold. A feature of compression molding is that the fibers contained in the discontinuous long fiber reinforced resin 20 can be molded into a desired shape while maintaining the long fibers without breaking, and thus can have high strength characteristics even after molding. Further, in the case of the thermoplastic discontinuous long fiber reinforced resin 20, the discontinuous long fiber reinforced resin heated to a high temperature is molded while being cooled in a low temperature mold and cured in about several minutes. The advantage is that the time to complete the parts is short.

(繊維モデルおよび樹脂モデル)
次に、繊維モデル部11および樹脂モデル部12による繊維モデルおよび樹脂モデルについて説明する。図6(A)は、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図である。図6(B)は、繊維モデルを構成するビーム要素と、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図である。なお、図6(B)においては、テトラソリッド要素を模式的に2次元で表現している。図13以降の図面に示すテトラソリッド要素についても同様である。図7は、繊維モデルを示す図である。図8は、樹脂モデルを示す図である。
(Fiber model and resin model)
Next, the fiber model and resin model by the fiber model part 11 and the resin model part 12 are demonstrated. FIG. 6A is a diagram showing tetrasolid elements constituting a resin model. FIG. 6B is a diagram showing beam elements constituting the fiber model and tetrasolid elements constituting the resin model. In FIG. 6B, tetrasolid elements are schematically represented in two dimensions. The same applies to the tetrasolid elements shown in FIG. 13 and subsequent drawings. FIG. 7 is a diagram showing a fiber model. FIG. 8 is a diagram showing a resin model.

図6に示すビーム要素30の長さは、一例として、1mmとした。従って、不連続長繊維強化樹脂20の繊維長が40mmの場合には、ビーム要素30を40個連結する。各ビーム要素30は、節点31により連結される。ビーム要素30の節点31は、ソリッド要素40の節点41と共有しないように設定する。   The length of the beam element 30 shown in FIG. 6 is 1 mm as an example. Therefore, when the fiber length of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 is 40 mm, 40 beam elements 30 are connected. Each beam element 30 is connected by a node 31. The node 31 of the beam element 30 is set so as not to be shared with the node 41 of the solid element 40.

ビーム要素30の材料モデルは、弾性体または弾塑性体である。材料特性(質量密度、ヤング率、ポアソン比、降伏応力、加工硬化係数)は実物の繊維21と同じ値を設定する。なお、実物の繊維21の曲げ剛性は非常に小さいため、ビーム要素30の曲げ剛性も非常に小さく設定するか、またはゼロに設定する。実物の不連続長繊維強化樹脂20に含まれる繊維21の本数は莫大であり、同じ本数のビーム要素による繊維モデルを作成することは計算時間がかかりすぎるため現実的ではない。そのため、図7に示すように、繊維モデル50は、実物の繊維21の本数より少なくする。ただし、繊維体積分率が実物の不連続長繊維強化樹脂20と同じになるようにビーム要素30の断面形状の断面積を設定する。   The material model of the beam element 30 is an elastic body or an elastic-plastic body. The material properties (mass density, Young's modulus, Poisson's ratio, yield stress, work hardening coefficient) are set to the same values as those of the actual fiber 21. In addition, since the bending rigidity of the real fiber 21 is very small, the bending rigidity of the beam element 30 is also set to be very small or set to zero. The number of fibers 21 contained in the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20 is enormous, and it is not practical to create a fiber model with the same number of beam elements because it takes too much calculation time. Therefore, as shown in FIG. 7, the fiber model 50 is set to be smaller than the number of real fibers 21. However, the cross-sectional area of the cross-sectional shape of the beam element 30 is set so that the fiber volume fraction is the same as that of the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20.

実物の不連続長繊維強化樹脂20と繊維モデル50とを比較すると以下のようになる。例えば、長さ100mm、幅100mm、板厚2mmの大きさで、繊維体積分率が47%、繊維長が40mmの不連続長繊維強化樹脂20の場合に、実物の不連続長繊維強化樹脂20と繊維モデル50を比較すると以下のようになる。   A comparison between the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20 and the fiber model 50 is as follows. For example, in the case of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 having a length of 100 mm, a width of 100 mm, a plate thickness of 2 mm, a fiber volume fraction of 47%, and a fiber length of 40 mm, the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20 The fiber model 50 is compared as follows.

<実物の不連続長繊維強化樹脂20>
繊維径:5〜10μm
繊維数:50,000,000〜120,000,000
積層数:32〜48層
<Real discontinuous long fiber reinforced resin 20>
Fiber diameter: 5-10 μm
Number of fibers: 50,000,000-120,000,000
Number of layers: 32 to 48 layers

<繊維モデル50>
繊維径:100〜500μm
繊維数:50,000〜1,200,000
積層数:2〜12層
<Fiber model 50>
Fiber diameter: 100-500 μm
Number of fibers: 50,000 to 1,200,000
Number of layers: 2 to 12 layers

図8に示す樹脂モデル60は、樹脂をテトラソリッド要素(4節点4面体要素)40でモデル化する。図6に示すように、ソリッド要素40の各面は、節点41により連結される。樹脂モデル60の材料モデルは、温度依存粘弾性体である。材料特性(質量密度、各温度のヤング率、各温度のポアソン比、各温度の粘度)は、実物の樹脂の特性に(1−繊維体積分率)を掛けた値を設定する。このように設定することにより、樹脂モデルに繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせることができる。   A resin model 60 shown in FIG. 8 models the resin with tetrasolid elements (four-node tetrahedral elements) 40. As shown in FIG. 6, each surface of the solid element 40 is connected by a node 41. The material model of the resin model 60 is a temperature-dependent viscoelastic body. The material characteristics (mass density, Young's modulus at each temperature, Poisson's ratio at each temperature, viscosity at each temperature) are set to values obtained by multiplying the characteristics of the actual resin by (1-fiber volume fraction). By setting in this way, the resin model can have material characteristics excluding the volume of the fiber model.

(圧縮成形)
次に、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションを行う圧縮成形について説明する。図9は、圧縮成形に用いる金型を示す図である。図10は、圧縮成形による不連続長繊維強化樹脂の形状の変化を説明する図である。
(Compression molding)
Next, compression molding for performing compression molding analysis simulation of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram showing a mold used for compression molding. FIG. 10 is a diagram for explaining a change in the shape of the discontinuous long fiber reinforced resin due to compression molding.

図9に示すように、圧縮成形に用いる金型は、雄型70と、雌型80とに分かれている。図9は、ZX平面で、雄型70、不連続長繊維強化樹脂20、および雌型80を切断した状態を示している。図9に示すように、雄型70は、X方向およびY方向の幅W2が130mmの平板部71を有しており、平板部71の中央部には、X方向およびY方向の幅W1が68mmの凸状部72が形成されている。凸状部72の内部には、高さh1が15mmのリブ形成部73が形成されている。雄型70は160℃に加熱された後、一定温度に保たれるように制御される。   As shown in FIG. 9, the mold used for compression molding is divided into a male mold 70 and a female mold 80. FIG. 9 shows a state in which the male mold 70, the discontinuous long fiber reinforced resin 20, and the female mold 80 are cut on the ZX plane. As shown in FIG. 9, the male mold 70 has a flat plate portion 71 having a width W2 of 130 mm in the X direction and the Y direction, and a width W1 in the X direction and the Y direction is formed at the central portion of the flat plate portion 71. A convex portion 72 of 68 mm is formed. Inside the convex part 72, a rib forming part 73 having a height h1 of 15 mm is formed. The male mold 70 is controlled to be kept at a constant temperature after being heated to 160 ° C.

雌型80は、雄型70と同様に、X方向およびY方向の幅W2が130mmの平板部81を有しており、平板部81の中央部には、X方向およびY方向の幅W1が68mmの凹状部82が形成されている。凹状部82の深さh2は、25.4mmとなっている。雌型80は、雄型70と同様に、160℃に加熱された後、一定温度に保たれるように制御される。   Similar to the male mold 70, the female mold 80 has a flat plate portion 81 with a width W2 in the X direction and the Y direction of 130 mm, and the central portion of the flat plate portion 81 has a width W1 in the X direction and the Y direction. A 68 mm concave portion 82 is formed. The depth h2 of the concave portion 82 is 25.4 mm. Similar to the male mold 70, the female mold 80 is controlled to be maintained at a constant temperature after being heated to 160 ° C.

不連続長繊維強化樹脂20は、板厚7mmの不連続長繊維強化樹脂を用意して、初期温度として290℃に加熱され、雌型80上に載置され、雄型70を雌型80の方向に移動することにより、圧縮成形される。不連続長繊維強化樹脂20の表面から、雄型70の平板部71までの高さh3は、25.4mmとなっている。圧縮成形後、不連続長繊維強化樹脂20の板厚は2〜3mmになる。   As the discontinuous long fiber reinforced resin 20, a discontinuous long fiber reinforced resin having a thickness of 7 mm is prepared, heated to 290 ° C. as an initial temperature, placed on the female mold 80, and the male mold 70 is replaced with the female mold 80. By moving in the direction, compression molding is performed. The height h3 from the surface of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 to the flat plate portion 71 of the male mold 70 is 25.4 mm. After the compression molding, the discontinuous long fiber reinforced resin 20 has a thickness of 2 to 3 mm.

図10(A)〜図10(E)に示すように、不連続長繊維強化樹脂20は、雄型70および雌型80の移動により変形し、リブ形成部73内に不連続長繊維強化樹脂20が流動することにより、リブ24が形成される。   As shown in FIGS. 10A to 10E, the discontinuous long fiber reinforced resin 20 is deformed by the movement of the male mold 70 and the female mold 80, and the discontinuous long fiber reinforced resin is formed in the rib forming portion 73. As the fluid 20 flows, the ribs 24 are formed.

(圧縮成形解析シミュレーション)
図11は、本実施形態における圧縮成形解析シミュレーションの繊維強化樹脂解析モデルを説明するための図である。本実施形態では、以上のような不連続長繊維強化樹脂20の圧縮成形時における流動シミュレーションを、図11に示す繊維モデル50の大変形解析と、樹脂モデル60の大変形解析とにより行う。この際、繊維モデル50および樹脂モデル60とは、互いに流動性に影響を与えるため、繊維モデル50を構成するビーム要素30の動きと、樹脂モデル60を構成するソリッド要素40の動きとの連成解析を行うことにより、解析モデル90の流動シミュレーションを行う。
(Compression molding analysis simulation)
FIG. 11 is a diagram for explaining a fiber-reinforced resin analysis model of a compression molding analysis simulation in the present embodiment. In this embodiment, the flow simulation at the time of compression molding of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 as described above is performed by the large deformation analysis of the fiber model 50 and the large deformation analysis of the resin model 60 shown in FIG. At this time, since the fiber model 50 and the resin model 60 affect the fluidity of each other, the movement of the beam element 30 constituting the fiber model 50 and the movement of the solid element 40 constituting the resin model 60 are coupled. By performing the analysis, a flow simulation of the analysis model 90 is performed.

本実施形態では、以上のような圧縮成形解析シミュレーションを行うソフトウェアとして、Livermore Software Technology Corporation社により商用コード化され、高度な非線形有限要素法ソルバーとして、学界や産業界などで幅広く活用されているLS−DYNAを用いた。   In this embodiment, LS, which is commercial coded by Livermore Software Technology Corporation as software for performing compression molding analysis simulation as described above, is widely used in academia and industry as an advanced nonlinear finite element solver. -DYNA was used.

LS−DYNAは、現象時間をある時間間隔で細かく分割して各時刻における変形状態を陽解法または陰解法と呼ばれる直接積分法によって逐次変形解析を行う。この各時刻をステップと呼ぶ。   In LS-DYNA, the phenomenon time is divided into small intervals at a certain time interval, and the deformation state at each time is subjected to sequential deformation analysis by a direct integration method called explicit method or implicit method. Each time is called a step.

LS−DYNAは、ビーム要素の大変形解析を行う機能を備えている。   LS-DYNA has a function of performing large deformation analysis of beam elements.

LS−DYNAは、金属の鍛造加工を行うために開発されたテトラソリッド要素のアダプティブ・リメッシュ機能を備えている。金属の鍛造加工のような大変形解析ではソリッド要素がいびつな形状になり、解析精度の悪化や計算時間の増大、解析計算が途中で止まるなどの問題が発生する。この問題を回避するために、ソリッド要素がいびつな形状になる前にソリッド要素が再作成され、再作成される前のソリッド要素が持っていた応力とひずみが再作成されたソリッド要素に自動的に引き継ぎながら解析計算を行うアダプティブ・リメッシュ機能が使用される。さらに、アダプティブ・リメッシュ機能は熱伝導解析との連成解析が可能であり、金属の熱間鍛造解析を行うことができる。金属の熱間鍛造解析では、高温に加熱されてヤング率や降伏応力が低くなり成形性が良くなった金属モデルが、低温の金型に冷却されながら成形される。本発明では、アダプティブ・リメッシュ機能の中でも計算精度が優れた3D アダプティブ EFG(Element Free Galerkin)機能を使用した。3D アダプティブ EFG機能は、メッシュフリー・ガラーキン法をベースにしたテトラソリッド要素のアダプティブ・リメッシュ機能である。なお、3D アダプティブ EFG機能以外のアダプティブ・リメッシュ機能を使用することもできる。   LS-DYNA has an adaptive remeshing function for tetra-solid elements developed for performing metal forging. In a large deformation analysis such as metal forging, solid elements become irregular shapes, causing problems such as deterioration in analysis accuracy, increase in calculation time, and analysis calculation being stopped halfway. To avoid this problem, the solid element is recreated before the solid element becomes distorted, and the stress and strain that the solid element had before it was recreated are automatically recreated. An adaptive remeshing function that performs analysis calculation while taking over is used. Furthermore, the adaptive remeshing function can be coupled with heat conduction analysis, and can perform hot forging analysis of metals. In the hot forging analysis of a metal, a metal model that is heated to a high temperature and has a low Young's modulus and yield stress and improved formability is formed while being cooled to a low-temperature mold. In the present invention, a 3D adaptive EFG (Element Free Galerkin) function having excellent calculation accuracy is used among the adaptive remeshing functions. The 3D adaptive EFG function is an adaptive remeshing function for tetra-solid elements based on the mesh-free Galerkin method. An adaptive remeshing function other than the 3D adaptive EFG function can also be used.

LS−DYNAは、鉄筋コンクリートの構造解析機能を行うために開発されたビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を備えている。鉄筋コンクリート解析機能では、鉄筋をビーム要素、コンクリートをソリッド要素でモデル化して、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きをビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により連成解析で計算する。   LS-DYNA has a beam, solid, constraint, and coupling function developed to perform the structural analysis function of reinforced concrete. In the reinforced concrete analysis function, the reinforcing bar is modeled as a beam element and the concrete is modeled as a solid element, and the movement of the beam element and the movement of the solid element are calculated by the coupled analysis using the beam solid constraint coupling function.

本実施形態では、繊維モデルのビーム要素30の大変形挙動を、前記ビーム要素の大変形解析機能により計算する。また、本実施形態では、上述のように一般的に金属の鍛造解析に用いられるアダプティブ・リメッシュ機能を、樹脂モデルの圧縮成形解析に適用し、樹脂モデルのソリッド要素40の大変形挙動を、前記アダプティブ・リメッシュ機能により計算する。さらに、本実施形態では、上述のように一般的に鉄筋コンクリートの構造解析に用いられるビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を、樹脂モデルと繊維モデルで構成される繊維強化樹脂の圧縮成形解析に適用し、繊維モデルのビーム要素30の動きと樹脂モデルのソリッド要素40の動きの連成解析を、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により計算する。   In this embodiment, the large deformation behavior of the beam element 30 of the fiber model is calculated by the large deformation analysis function of the beam element. In the present embodiment, as described above, the adaptive remeshing function generally used for metal forging analysis is applied to the compression molding analysis of the resin model, and the large deformation behavior of the solid element 40 of the resin model is Calculate using the adaptive remeshing function. Furthermore, in the present embodiment, as described above, the beam solid constraint coupling function generally used for structural analysis of reinforced concrete is analyzed by compression molding analysis of a fiber reinforced resin composed of a resin model and a fiber model. And the coupled analysis of the movement of the fiber element 30 of the fiber model and the movement of the solid element 40 of the resin model is calculated by the beam solid constraint coupling function.

鉄筋コンクリートの構造解析では、鉄筋はコンクリートの中で強固に拘束されており、ほとんどすべることは無いが、本実施形態では繊維モデルのビーム要素が柔らかい(低粘度)状態の樹脂モデルのソリッド要素の中で抵抗力を受けながら移動できる設定にしたことにより、繊維強化樹脂の圧縮成形時の変形挙動を再現することに成功した。   In the structural analysis of reinforced concrete, the reinforcing bars are firmly constrained in the concrete and hardly slip, but in this embodiment, the fiber model beam element is a soft (low viscosity) resin model solid element. By setting it so that it can move while receiving resistance, it succeeded in reproducing the deformation behavior of fiber reinforced resin during compression molding.

図12は、本実施形態における圧縮成形解析シミュレーションの動作を示すフローチャートである。まず、繊維モデル部11は、不連続長繊維強化樹脂20をビーム要素30でモデル化する(S1)。また、樹脂モデル部12は、ビーム要素30の節点31と共有しない節点41を有するように、樹脂をソリッド要素40でモデル化する(S1)。   FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the compression molding analysis simulation in the present embodiment. First, the fiber model unit 11 models the discontinuous long fiber reinforced resin 20 with the beam element 30 (S1). Further, the resin model unit 12 models the resin with the solid element 40 so as to have the node 41 that is not shared with the node 31 of the beam element 30 (S1).

次に、制御部10は、流動シミュレーションを行う(S2)。この時、大変形解析部14は、ビーム要素30についてはアダプティブ・リメッシュ機能を用いずに大変形解析を行う(S3)。また、大変形解析部14は、ソリッド要素40についてアダプティブ・リメッシュ機能を用いて大変形解析を行う(S5)。そして、連成解析部13は、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能とすべり抵抗力を用いて、ビーム要素30の動きとソリッド要素40の動きとの連成解析を行う(S4)。
流動シミュレーションが終了すると、制御部10は、出力装置5を用いて出力処理を行う(S5)。
Next, the control unit 10 performs a flow simulation (S2). At this time, the large deformation analysis unit 14 performs large deformation analysis on the beam element 30 without using the adaptive remeshing function (S3). The large deformation analysis unit 14 performs large deformation analysis on the solid element 40 using the adaptive remeshing function (S5). Then, the coupled analysis unit 13 performs coupled analysis between the movement of the beam element 30 and the movement of the solid element 40 by using the beam / solid / constraint / coupling function and the slip resistance (S4).
When the flow simulation ends, the control unit 10 performs output processing using the output device 5 (S5).

(ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能)
次に、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能について説明する。図13から図22は、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図である。
(Beam, solid, constraint, coupling function)
Next, the beam solid constraint coupling function will be described. 13 to 22 are views for explaining the beam solid constraint coupling function.

図13から図15に示すように、ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41は、質量、速度ベクトル、および加速度ベクトルを有している。   As shown in FIGS. 13 to 15, the node 31 of the beam element 30 and the node 41 of the solid element 40 have a mass, a velocity vector, and an acceleration vector.

図13において、m1はビーム要素30の節点31の質量を表し、M1,2,3,4はソリッド要素40の節点41の質量を表している。図14において、v1はビーム要素30の節点31の速度ベクトルを表し、V1,2,3,4はソリッド要素40の節点41の速度ベクトルを表している。図15において、a1はビーム要素30の節点31の加速度ベクトル、A1,2,3,4はソリッド要素40の節点41の加速度ベクトルを表している。 In FIG. 13, m 1 represents the mass of the node 31 of the beam element 30, and M 1, M 2, M 3, and M 4 represent the mass of the node 41 of the solid element 40. In FIG. 14, v 1 represents the velocity vector of the node 31 of the beam element 30, and V 1, V 2, V 3, and V 4 represent the velocity vector of the node 41 of the solid element 40. In FIG. 15, a 1 represents the acceleration vector of the node 31 of the beam element 30, and A 1, A 2, A 3, and A 4 represent the acceleration vector of the node 41 of the solid element 40.

なお、m,M,v,V,a,Aの添え字の番号は、説明のために節点31,41に付された番号を示している。以下、添え字の番号について同様である。   Note that the subscript numbers of m, M, v, V, a, and A indicate the numbers given to the nodes 31 and 41 for explanation. The same applies to the subscript numbers below.

ここで、図16に示すように、ビーム要素30の軸方向LCxと、軸方向LCxに垂直な垂直方向LCyとで構成される局所座標系を設定する。図17(A)に示すビーム要素30の節点31の速度ベクトルv1は、図17(B)に示すように、局所座標系に従って、ビーム要素30の軸方向の成分vT,1と、垂直方向の成分vN,1とに分解される。ちなみに、添え字のTは軸に沿った方向としての接線方向を意味するTangentialを表し、Nは垂直方向を意味するNormalを表す。 Here, as shown in FIG. 16, a local coordinate system configured by the axial direction LCx of the beam element 30 and the vertical direction LCy perpendicular to the axial direction LCx is set. The velocity vector v 1 of the node 31 of the beam element 30 shown in FIG. 17A is perpendicular to the axial component v T, 1 of the beam element 30 according to the local coordinate system, as shown in FIG. It is decomposed into a directional component v N, 1 . Incidentally, the subscript T represents Tangential which means the tangential direction as the direction along the axis, and N represents Normal which means the vertical direction.

また、図17(B)に示すように、ソリッド要素40の各節点41の速度ベクトルV1,2,3,4も、局所座標系に従って、前記軸方向の成分VT,1,VT,2,VT,3,VT,4と、前記垂直方向の成分VN,1,VN,2,VN,3,VN,4とに分解される。 As shown in FIG. 17B, the velocity vectors V 1, V 2, V 3, and V 4 of the nodes 41 of the solid element 40 are also expressed in the axial direction components V T, 1 , V T, 2 , V T, 3 , V T, 4 and the vertical components V N, 1 , V N, 2 , V N, 3 , V N, 4 are decomposed.

図17(C)に、ビーム要素30の節点31の速度ベクトルv1と、ソリッド要素40の各節点41の速度ベクトルV1,2,3,4とについて、前記軸方向の成分vT,1,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4を示す。 FIG. 17C shows the axial component v of the velocity vector v 1 of the node 31 of the beam element 30 and the velocity vectors V 1, V 2, V 3, and V 4 of the nodes 41 of the solid element 40. T, 1 , V T, 1 , V T, 2 , V T, 3 , V T, 4 are shown.

図17(D)に、ビーム要素30の節点31の速度ベクトルv1と、ソリッド要素40の各節点41の速度ベクトルV1,2,3,4とについて、前記垂直方向の成分vN,1,VN,1,VN,2,VN,3,VN,4を示す。 FIG. 17D shows the vertical component v of the velocity vector v 1 of the node 31 of the beam element 30 and the velocity vectors V 1, V 2, V 3, and V 4 of the nodes 41 of the solid element 40. N, 1 , VN, 1 , VN, 2 , VN, 3 , VN, 4 are shown.

本実施形態においては、ビーム要素30の前記垂直方向については、コンストレイント・カップリング法を用いて、速度カップリング計算および加速度カップリング計算を行い、ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41の動きを計算する。また、ビーム要素30の前記軸方向については、ビーム要素30とソリッド要素40の相対的な変位(すべり量)に応じた抵抗力の計算を行い、ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41の動きを計算する。以下、ビーム要素30の前記垂直方向と、ビーム要素30の前記軸方向とに分けて、ビーム要素30における節点31およびソリッド要素40における節点41の動きの計算について説明する。   In the present embodiment, in the vertical direction of the beam element 30, the velocity coupling calculation and the acceleration coupling calculation are performed using the constraint coupling method, and the nodal point 31 of the beam element 30 and the solid element 40. The movement of the node 41 is calculated. Further, with respect to the axial direction of the beam element 30, the resistance force is calculated according to the relative displacement (slip amount) between the beam element 30 and the solid element 40, and the node 31 of the beam element 30 and the node of the solid element 40 are calculated. 41 movements are calculated. Hereinafter, calculation of the movement of the node 31 in the beam element 30 and the movement of the node 41 in the solid element 40 will be described separately for the vertical direction of the beam element 30 and the axial direction of the beam element 30.

<ビーム要素垂直方向の速度および加速度のカップリング計算>
まず、ビーム要素30の前記垂直方向の速度カップリング計算および加速度カップリング計算について説明する。
速度カップリング計算においては、図18(A)に示すビーム要素30の節点31の質量m1は、ソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4により、図18(B)に示すように、ソリッド要素40の節点41に分配される。分配後のソリッド要素40の節点41の質量M'1,M'2,M'3,M'4は、以下のように表される。
<Coupling calculation of beam element vertical velocity and acceleration>
First, the vertical velocity coupling calculation and acceleration coupling calculation of the beam element 30 will be described.
In the velocity coupling calculation, the mass m 1 of the node 31 of the beam element 30 shown in FIG. 18 (A) is determined by the shape functions N 1 , N 2 , N 3 , and N 4 of the solid element 40 as shown in FIG. As shown in FIG. The masses M ′ 1, M ′ 2, M ′ 3 and M ′ 4 of the nodes 41 of the solid element 40 after distribution are expressed as follows.

M'1=M1+N1・m1
M'2=M2+N2・m1
M'3=M3+N3・m1
M'4=M4+N4・m1
M ′ 1 = M 1 + N 1 · m 1
M ′ 2 = M 2 + N 2 · m 1
M ′ 3 = M 3 + N 3 · m 1
M ′ 4 = M 4 + N 4 · m 1

同様に、図19(A)に示すビーム要素30の節点31の前記垂直方向における運動量ベクトルm1・vN,1は、ソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4により、図19(B)に示すように、ソリッド要素40の節点41に分配される。分配後のソリッド要素40の節点41の前記垂直方向における運動量ベクトル(M1・VN,1)',(M2・VN,2)',(M3・VN,3)',(M4・VN,4)'は、以下のように表される。 Similarly, the momentum vector m 1 · v N, 1 in the vertical direction of the node 31 of the beam element 30 shown in FIG. 19A is obtained by the shape function N 1 , N 2 , N 3 , N 4 of the solid element 40. 19B, it is distributed to the nodes 41 of the solid element 40. Momentum vectors (M 1 · V N, 1 ) ', (M 2 · V N, 2 )', (M 3 · V N, 3 ) ', () in the vertical direction of the nodes 41 of the solid element 40 after distribution M 4 · V N, 4 ) ′ is expressed as follows.

(M1・VN,1)'=M1・VN,1+N1(m1・vN,1)
(M2・VN,2)'=M2・VN,2+N2(m1・vN,1)
(M3・VN,3)'=M3・VN,3+N3(m1・vN,1)
(M4・VN,4)'=M4・VN,4+N4(m1・vN,i)
(M 1 · V N, 1 ) '= M 1 · V N, 1 + N 1 (m 1 · V N, 1 )
(M 2 · V N, 2 ) '= M 2 · V N, 2 + N 2 (m 1 · v N, 1 )
(M 3 · V N, 3 ) '= M 3 · V N, 3 + N 3 (m 1 · V N, 1 )
(M 4 · V N, 4 ) '= M 4 · V N, 4 + N 4 (m 1 · v N, i )

次に、図20(A)に示すソリッド要素40の節点41の前記垂直方向における運動量ベクトル(M1・VN,1)',(M2・VN,2)',(M3・VN,3)',(M4・VN,4)'を、図20(B)に示すようにビーム要素30の節点31の質量m1が分配されたソリッド要素40の節点41の質量M'1,M'2,M'3,M'4で割ることにより、ソリッド要素40の節点41の前記垂直方向における速度ベクトルVN,1,N,2,N,3,N,4を更新する。更新された速度ベクトルV'N,1,V'N,2,V'N,3,V'N,4は、以下のように表される。 Next, momentum vectors (M 1 · V N, 1 ) ′, (M 2 · V N, 2 ) ′, (M 3 · V) in the vertical direction of the nodes 41 of the solid element 40 shown in FIG. N, 3 ) ′, (M 4 · V N, 4 ) ′, the mass M of the node 41 of the solid element 40 to which the mass m 1 of the node 31 of the beam element 30 is distributed as shown in FIG. '1, M' 2, M divided by '3, M' 4, the velocity vector in the vertical direction of the nodal 41 of solid element 40 V N, 1, V N , 2, V N, 3, V N, Update 4 . The updated velocity vectors V ′ N, 1, V ′ N, 2, V ′ N, 3, V ′ N, 4 are expressed as follows.

V'N,1=[M1・VN,1+N1(m1・vN,1)]/[M1+N1・m1]
V'N,2=[M2・VN,2+N2(m1・vN,1)]/[M2+N2・m1]
V'N,3=[M3・VN,3+N3(m1・vN,1)]/[M3+N3・m1]
V'N,4=[M4・VN,4+N4(m1・vN,1)]/[M4+N4・m1]
V ′ N, 1 = [M 1 · V N, 1 + N 1 (m 1 · v N, 1 )] / [M 1 + N 1 · m 1 ]
V ′ N, 2 = [M 2 · V N, 2 + N 2 (m 1 · v N, 1 )] / [M 2 + N 2 · m 1 ]
V ′ N, 3 = [M 3 · V N, 3 + N 3 (m 1 · v N, 1 )] / [M 3 + N 3 · m 1 ]
V ′ N, 4 = [M 4 · V N, 4 + N 4 (m 1 · v N, 1 )] / [M 4 + N 4 · m 1 ]

次に、図21(A)に示すように、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記垂直方向における速度ベクトルを、更新されたソリッド要素40の節点41の前記垂直方向における速度ベクトルV'N,1,V'N,2,V'N,3,V'N,4から、ソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4による内挿補間で計算する。図21(B)に示すように、その値によりビーム要素30の節点31の前記垂直方向における速度ベクトルvN,1を更新する。更新された速度ベクトルv'N,1は、以下のように表される。 Next, as shown in FIG. 21 (A), the velocity vector in the vertical direction of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is used as the velocity in the vertical direction of the node 41 of the updated solid element 40. Calculate from the vectors V ′ N, 1, V ′ N, 2, V ′ N, 3, V ′ N, 4 by interpolation using the shape function N 1 , N 2 , N 3 , N 4 of the solid element 40 . As shown in FIG. 21B, the velocity vector v N, 1 in the vertical direction of the node 31 of the beam element 30 is updated according to the value. The updated velocity vector v ′ N, 1 is expressed as follows.

v'N,1=ΣNk・V'N,k(kは、ソリッド要素40の節点41の番号を示す。) v ′ N, 1 = ΣN k · V ′ N, k (k indicates the number of the node 41 of the solid element 40)

速度ベクトルの場合と同様に、ソリッド要素40における節点41の前記垂直方向における加速度ベクトルAN,1,N,2,N,3,N,4を更新する。次に、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記垂直方向における加速度ベクトルを、ソリッド要素40の節点41の前記垂直方向における更新された加速度ベクトルA'N,1,A'N,2,A'N,3,A'N,4から、ソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4による内挿補間で計算する。次に、図22に示すように、その値によりビーム要素30の節点31の前記垂直方向における加速度ベクトルaN,1を更新する。更新された加速度ベクトルa'N,1は、以下のように表される。 As in the case of the velocity vector, the acceleration vectors A N, 1, A N, 2, A N, 3, A N, 4 in the vertical direction of the node 41 in the solid element 40 are updated. Next, the acceleration vector in the vertical direction of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is used as the updated acceleration vector A ′ N, 1, A ′ N in the vertical direction of the node 41 of the solid element 40. , 2, A ′ N, 3 and A ′ N, 4 are calculated by interpolation using the shape functions N 1 , N 2 , N 3 and N 4 of the solid element 40. Next, as shown in FIG. 22, the acceleration vector a N, 1 in the vertical direction of the node 31 of the beam element 30 is updated with the value. The updated acceleration vector a ′ N, 1 is expressed as follows.

a'N,1=ΣNk・A'N,k(kは、ソリッド要素40の節点41の番号を示す。) a ′ N, 1 = ΣN k · A ′ N, k (k indicates the number of the node 41 of the solid element 40)

<ビーム要素軸方向の抵抗力の計算>
次に、ビーム要素30の軸方向におけるビーム要素30とソリッド要素40との抵抗力の計算について説明する。図23から図25は、ビーム要素30の軸方向におけるビーム要素30とソリッド要素40との抵抗力の計算を説明するための図である。図17(C)に示すビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41の前記軸方向における速度ベクトルに後述する時間増分ΔTを掛けることにより、図23(A)に示すビーム要素30の節点31の前記軸方向における変位増分ベクトルΔdT,1と、ソリッド要素40の節点41の前記軸方向における変位増分ベクトルΔDT,1,ΔDT,2,ΔDT,3,ΔDT,4とが計算される。
<Calculation of resistance in the beam element axis direction>
Next, calculation of the resistance force between the beam element 30 and the solid element 40 in the axial direction of the beam element 30 will be described. 23 to 25 are diagrams for explaining the calculation of the resistance force between the beam element 30 and the solid element 40 in the axial direction of the beam element 30. FIG. By multiplying the velocity vector in the axial direction of the node 31 of the beam element 30 and the node 41 of the solid element 40 shown in FIG. 17C by a time increment ΔT described later, the node of the beam element 30 shown in FIG. 31 of the displacement increment vector Δd T, 1 in the axial direction and the displacement increment vectors ΔD T, 1 , ΔD T, 2 , ΔD T, 3 , ΔD T, 4 of the node 41 of the solid element 40 in the axial direction. Calculated.

次に、図23(B)に示すように、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記軸方向における変位増分ベクトルを、ソリッド要素40の節点41の前記軸方向における変位増分ベクトルΔDT,1,ΔDT,2,ΔDT,3,ΔDT,4から、ソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4による内挿補間で計算する。計算されたビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記軸方向における変位増分ベクトルΔD'Tは、以下のように表される。 Next, as shown in FIG. 23B, the displacement increment vector in the axial direction of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is replaced with the displacement increment vector in the axial direction of the node 41 of the solid element 40. Calculation is performed from ΔD T, 1 , ΔD T, 2 , ΔD T, 3 , ΔD T, 4 by interpolation using the shape functions N 1 , N 2 , N 3 , N 4 of the solid element 40. The axial displacement increment vector ΔD ′ T of the solid element 40 at the calculated position of the node 31 of the beam element 30 is expressed as follows.

ΔD'T=ΣNk・ΔDT,k(kは、ソリッド要素40の節点41の番号を示す。) ΔD ′ T = ΣN k · ΔD T, k (k indicates the number of the node 41 of the solid element 40)

図23(B)に、ビーム要素30の節点31の前記軸方向における変位増分ベクトルΔdT,1と、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記軸方向における変位増分ベクトルΔD'Tを示す。 FIG. 23B shows the displacement increment vector Δd T, 1 in the axial direction of the node 31 of the beam element 30 and the displacement increment vector ΔD ′ in the axial direction of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30. T is shown.

ビーム要素30の節点31の前記軸方向における変位増分ベクトルΔdT,1から、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の前記軸方向における変位増分ベクトルΔD'Tを引いたものが相対的な変位増分を表し、すべり量増分ベクトルΔS1になる。すべり量増分ベクトルΔS1は、次のように表される。 Relative increment vector Δd T, 1 in the axial direction of the node 31 of the beam element 30 minus the displacement increment vector ΔD ′ T in the axial direction of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is relative. Represents a typical displacement increment, resulting in a slip increment vector ΔS 1 . The slip amount increment vector ΔS 1 is expressed as follows.

ΔS1=ΔdT,1−ΔD'T ΔS 1 = Δd T, 1 −ΔD ′ T

図24(A)に、ビーム要素30の節点31の位置におけるすべり量増分ベクトルΔS1を示す。 FIG. 24A shows a slip increment vector ΔS 1 at the position of the node 31 of the beam element 30.

すべり量増分ベクトルΔS1を所定期間積算することにより、すべり量S1が計算される。 The slip amount S 1 is calculated by integrating the slip amount increment vector ΔS 1 for a predetermined period.

図24(B)に、ビーム要素30の節点31の位置でのすべり量S1を示す。 FIG. 24B shows the slip amount S 1 at the position of the node 31 of the beam element 30.

ビーム要素30の前記軸方向の抵抗力は、すべり量増分ベクトルΔS1から、後述する「弾完全塑性体による抵抗力モデル」、および「温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデル」により計算される。図25に示すように、抵抗力はビーム要素30の節点31に抵抗力ベクトルFb1として与えられ、ソリッド要素40の節点41にはソリッド要素40の形状関数N1,N2,N3,N4により分配された抵抗力が反対方向に抵抗力ベクトルFs1,Fs2,Fs3,Fs4として与えられる。抵抗力ベクトルFs1,Fs2,Fs3,Fs4は、以下のように表される。 The resistance force in the axial direction of the beam element 30 is calculated from the slip amount increment vector ΔS 1 by a “resistance force model by an elastic perfect plastic body” and a “resistance force model by a temperature-dependent elastic perfect plastic body” described later. . As shown in FIG. 25, the resistance force is given to the node 31 of the beam element 30 as a resistance vector Fb 1 , and the shape function N 1 , N 2 , N 3 , N of the solid element 40 is applied to the node 41 of the solid element 40. The resistance force distributed by 4 is given in the opposite direction as resistance vector Fs1 , Fs2 , Fs3 , Fs4. Resistance force vector Fs 1, Fs 2, Fs 3 , Fs 4 is expressed as follows.

Fs1=N1・Fb1
Fs2=N2・Fb1
Fs3=N3・Fb1
Fs4=N4・Fb1
Fs 1 = N 1 · Fb 1
Fs 2 = N 2 · Fb 1
Fs 3 = N 3 · Fb 1
Fs 4 = N 4 · Fb 1

つまり、本実施形態においては、ビーム要素30の前記軸方向について、ビーム要素30の節点31の位置におけるビーム要素30とソリッド要素40とのすべり量増分ベクトルを計算し、ビーム要素30の節点31が前記軸方向にすべりが生じたと認識されたら、反対方向に抵抗力を与える。そして、その抵抗力を相殺するようにソリッド要素40の節点41に反力としての抵抗力を与える処理を行っている。   That is, in the present embodiment, the slip amount increment vector between the beam element 30 and the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is calculated in the axial direction of the beam element 30, and the node 31 of the beam element 30 is If it is recognized that slip has occurred in the axial direction, a resistance force is applied in the opposite direction. And the process which gives resistance force as reaction force to the node 41 of the solid element 40 is performed so that the resistance force may be offset.

ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41における、ビーム要素30の前記軸方向の動きは、上述した速度ベクトル、加速度ベクトル、および抵抗力ベクトルが作用した運動方程式を計算することにより求められる。   The axial movement of the beam element 30 at the node 31 of the beam element 30 and the node 41 of the solid element 40 is obtained by calculating the equation of motion in which the above-described velocity vector, acceleration vector, and resistance force vector are applied. .

このような処理を行うことにより、不連続繊維強化樹脂の樹脂が柔らかい(低粘度の)状態で行われる圧縮成形において、樹脂の中を不連続繊維が抵抗力を受けながら移動する現象を、精度良く再現することができる。   By performing such treatment, in compression molding where the resin of the discontinuous fiber reinforced resin is soft (low viscosity), the phenomenon that the discontinuous fiber moves while receiving resistance in the resin Can be reproduced well.

(弾完全塑性体による抵抗力モデル)
次に、弾完全塑性体による抵抗力モデルについて説明する。図26から図28は、弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。なお、上述したように、本実施形態の圧縮解析シミュレーションでは、現象時間をある時間増分ΔTで細かく分割して各時刻における変形状態を陽解法または陰解法と呼ばれる直接積分法によって逐次変形解析を行う。この各時刻をステップと呼ぶ。ここで説明する抵抗力の計算についても、ステップごとに計算を行う。
(Resistance model with elastic perfect plastic)
Next, a resistance force model using an elastic perfect plastic body will be described. FIG. 26 to FIG. 28 are diagrams for explaining a resistance force model by an elastic perfect plastic body. Note that, as described above, in the compression analysis simulation of this embodiment, the phenomenon time is finely divided by a certain time increment ΔT, and the deformation state at each time is sequentially subjected to deformation analysis by a direct integration method called explicit method or implicit method. Each time is called a step. The calculation of the resistance force described here is also performed for each step.

抵抗力を計算するには、図26に示すように、まず、連成解析部13は、前ステップから本ステップの間で生じたすべり量増分ベクトルの成分ΔSを計算し、前ステップの抵抗力FbT-ΔTを記憶装置3から読み出す(S10)。なお、前ステップの抵抗力FbT-ΔTは予め記憶装置3に記憶させておく。 To calculate the resistance force, first, as shown in FIG. 26, the coupled analysis unit 13 calculates the component ΔS of the slip increment vector generated between the previous step and the current step, and the resistance force of the previous step. Fb T-ΔT is read from the storage device 3 (S10). Note that the resistance force Fb T-ΔT of the previous step is stored in the storage device 3 in advance.

次に、連成解析部13は、試行抵抗力Fbtrialの計算を行う(S11)。試行抵抗力Fbtrialは次式により計算する。 Next, the coupled analysis unit 13 calculates the trial resistance force Fb trial (S11). The trial resistance force Fb trial is calculated by the following equation.

Fbtrial=FbT-ΔT+K・ΔS Fb trial = Fb T-ΔT + K · ΔS

ここで、Kは、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおける弾性域の傾きである。図27に、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを示す。図27に示すように、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、すべり量がある範囲内の場合には、抵抗力Fbが弾性域で変化する。しかし、すべり量SがS1となり、抵抗力Fbが最大抵抗値Fbmaxに達した場合には、完全塑性域となり、その後、すべり量が大きくなっても抵抗力Fbは変化しない。このような弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおいて、弾性域の傾きKは次式で表される。 Here, K is the slope of the elastic region in the elastic perfect plastic slip resistance model. FIG. 27 shows an elastic perfect plastic slip resistance model. As shown in FIG. 27, in the elastic perfect plastic slip resistance model, when the slip amount is within a certain range, the resistance force Fb changes in the elastic region. However, when the slip amount S becomes S1 and the resistance force Fb reaches the maximum resistance value Fb max , it becomes a complete plastic region, and thereafter the resistance force Fb does not change even if the slip amount increases. In such an elastic perfect plastic slip resistance model, the slope K of the elastic region is expressed by the following equation.

K=Fbmax/S1 K = Fb max / S1

本発明者等は、ビーム要素30の軸方向におけるビーム要素30の節点31の挙動については、すべり量に対する抵抗力が弾完全塑性体の特性を有すると考えられることを見出し、この弾完全塑性体すべり抵抗力モデル、および後述する温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルにより抵抗力の計算を行うこととした。   The inventors of the present invention have found that the behavior of the node 31 of the beam element 30 in the axial direction of the beam element 30 is considered that the resistance to the slip amount has the characteristics of an elastic perfect plastic body. The resistance force was calculated by a slip resistance model and a resistance force model based on a temperature-dependent elastic perfect plastic body, which will be described later.

本実施形態の不連続長繊維強化樹脂20は、樹脂が熱可塑性樹脂であるため、温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルにより抵抗力が計算されるが、温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルの説明を行う前に、ここでは、温度に依存しない弾完全塑性体による抵抗力モデルを用いた抵抗力の計算について説明する。   In the discontinuous long fiber reinforced resin 20 of the present embodiment, since the resin is a thermoplastic resin, the resistance force is calculated by a resistance model using a temperature-dependent elastic perfect plastic body. Before explaining the model, here, calculation of the resistance force using a resistance force model based on an elastic perfect plastic body independent of temperature will be described.

次に、連成解析部13は、試行抵抗力Fbtrialが弾完全塑性体すべり抵抗力モデルの弾性域の抵抗力なのか、あるいは完全塑性域の抵抗力なのかを判断するために、降伏計算を行う(S12)。降伏計算は次式により行う。 Next, the coupled analysis unit 13 calculates the yield strength in order to determine whether the trial resistance force Fb trial is the elastic force of the elastic perfect plastic slip resistance force model or the resistance force of the complete plastic region. (S12). Yield calculation is performed by the following formula.

|Fbtrial| < Fbmax | Fb trial | <Fb max

連成解析部13は、降伏計算の結果、試行抵抗力Fbtrialの絶対値が最大抵抗値Fbmaxよりも小さい場合には(S12:YES)、試行抵抗力Fbtrialは弾性域にあると判断し、試行抵抗力Fbtrialを本ステップの抵抗力FbTとして求める(S13)。 If the absolute value of the trial resistance force Fb trial is smaller than the maximum resistance value Fb max as a result of the yield calculation (S12: YES), the coupled analysis unit 13 determines that the trial resistance force Fb trial is in the elastic range. Then, the trial resistance force Fb trial is obtained as the resistance force Fb T of this step (S13).

しかし、連成解析部13は、降伏計算の結果、試行抵抗力Fbtrialの絶対値が最大抵抗値Fbmax以上である場合には(S12:NO)、試行抵抗力Fbtrialは完全塑性域にあると判断し、次式により抵抗力FbTを求める(S14)。 However, if the absolute value of the trial resistance force Fb trial is greater than or equal to the maximum resistance value Fb max as a result of the yield calculation (S12: NO), the coupled analysis unit 13 determines that the trial resistance force Fb trial is in the complete plastic range. It is determined that there is a resistance force Fb T by the following equation (S14).

FbT =Fbmax・(Fbtrial/|Fbtrial|) Fb T = Fb max · (Fb trial / | Fb trial |)

連成解析部13は、以上のようにして求めた本ステップの抵抗力FbTを、ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41に負荷として与える(S15)。 The coupled analysis unit 13 applies the resistance force Fb T of this step obtained as described above as a load to the node 31 of the beam element 30 and the node 41 of the solid element 40 (S15).

図28は、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いた場合に、ビーム要素30の軸方向におけるビーム要素30の節点31のすべり量に対して、抵抗力がどのように変化するのかを説明するための図である。この例では、説明を簡単にするために、固定したソリッド要素40の中でビーム要素30を強制的に移動させた場合について説明する。   FIG. 28 explains how the resistance force changes with respect to the slip amount of the node 31 of the beam element 30 in the axial direction of the beam element 30 when the elastic perfect plastic slip resistance model is used. FIG. In this example, a case where the beam element 30 is forcibly moved in the fixed solid element 40 will be described in order to simplify the description.

図28(A)は、ビーム要素30が移動する前の状態を示している。この場合は、すべり量がゼロであり、図28(G)に示す(a)のポイントに対応している。図28(G)から明らかなように、この場合の抵抗力はゼロとなる。   FIG. 28A shows a state before the beam element 30 moves. In this case, the slip amount is zero, which corresponds to the point (a) shown in FIG. As is clear from FIG. 28G, the resistance force in this case is zero.

次に、図28(B)に示すように、ビーム要素30を点線で示す矢印の方向、つまり、X軸の正方向(図28において右方向)に移動させ、すべり量が図28(G)に示す(a)のポイントから(b)のポイントまで変化した場合を考える。この場合には、図28(G)に示すように、抵抗力はFb1となり、ビーム要素30の移動方向とは反対方向(図28(B)において左方向)に抵抗力Fb1が与えられる。 Next, as shown in FIG. 28 (B), the beam element 30 is moved in the direction of the arrow indicated by the dotted line, that is, in the positive direction of the X axis (rightward in FIG. 28), and the slip amount is as shown in FIG. Consider a case where the point changes from point (a) to point (b). In this case, as shown in FIG. 28 (G), the resistance force becomes Fb 1 , and the resistance force Fb 1 is given in the direction opposite to the moving direction of the beam element 30 (left direction in FIG. 28 (B)). .

さらに、図28(C)に示すように、ビーム要素30をX軸の正方向に移動させると、すべり量が図28(G)に示す(b)のポイントから(c)のポイントまで変化し、抵抗力は、最大抵抗力Fbmaxに到達する。その後もビーム要素30をX軸の正方向に移動させると、すべり量は図28(G)に示す(c)のポイントから(d)のポイントまで変化するが、抵抗力は最大抵抗力Fbmaxのままビーム要素30の節点31に与えられる。図28(C)は、ビーム要素30の節点31に最大抵抗力Fbmaxが与えられている状態を示している。 Further, as shown in FIG. 28 (C), when the beam element 30 is moved in the positive direction of the X axis, the slip amount changes from the point (b) shown in FIG. 28 (G) to the point (c). The resistance force reaches the maximum resistance force Fb max . Thereafter, when the beam element 30 is moved in the positive direction of the X axis, the slip amount changes from the point (c) to the point (d) shown in FIG. 28 (G), but the resistance force is the maximum resistance force Fb max. It is given to the node 31 of the beam element 30 as it is. FIG. 28C shows a state where the maximum resistance force Fb max is applied to the node 31 of the beam element 30.

次に、図28(D)に示すように、ビーム要素30をX軸の負方向(図28において左方向)に移動させると、すべり量が図28(G)に示す(d)のポイントから(e)のポイントに向かって変化し、抵抗力は減少する。そして、すべり量が図28(G)に示す(e)のポイントに達すると、抵抗力はゼロになる。図28(D)は、ビーム要素30の節点31における抵抗力がゼロになった状態を示している。   Next, as shown in FIG. 28 (D), when the beam element 30 is moved in the negative direction of the X axis (leftward in FIG. 28), the slip amount starts from the point (d) shown in FIG. 28 (G). It changes toward the point (e), and the resistance decreases. When the slip amount reaches the point (e) shown in FIG. 28G, the resistance force becomes zero. FIG. 28D shows a state in which the resistance force at the node 31 of the beam element 30 has become zero.

さらに、図28(E)に示すように、ビーム要素30をX軸の負方向に移動させると、ビーム要素30の移動方向とは反対方向(図28において右方向)に抵抗力が発生し、すべり量が図28(G)に示す(f)のポイントに達すると、抵抗力は最大抵抗力Fbmaxとなる。図28(E)は、ビーム要素30の節点31に最大抵抗力Fbmaxが与えられている状態を示している。 Further, as shown in FIG. 28 (E), when the beam element 30 is moved in the negative direction of the X axis, a resistance force is generated in a direction opposite to the movement direction of the beam element 30 (right direction in FIG. 28). When the slip amount reaches the point (f) shown in FIG. 28G, the resistance force becomes the maximum resistance force Fb max . FIG. 28E shows a state in which the maximum resistance force Fb max is applied to the node 31 of the beam element 30.

その後も、図28(F)に示すように、ビーム要素30をX軸の負方向に移動させると、すべり量は図28(G)に示す(f)のポイントから(g)のポイントまで変化するが、抵抗力は図28(F)に示すように、最大抵抗力Fbmaxのままビーム要素30の節点31に与えられる。 Thereafter, as shown in FIG. 28 (F), when the beam element 30 is moved in the negative direction of the X axis, the amount of slip changes from the point (f) shown in FIG. 28 (G) to the point (g). However, the resistance force is applied to the node 31 of the beam element 30 with the maximum resistance force Fb max as shown in FIG.

これ以降、ビーム要素30の節点31をX軸の正方向に移動させれば、図28(G)に点線の矢印で示すようにすべり量が変化し、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルに従って抵抗力が変化することになる。   Thereafter, if the node 31 of the beam element 30 is moved in the positive direction of the X-axis, the slip amount changes as shown by the dotted arrow in FIG. 28 (G), and the resistance according to the elastic perfect plastic slip resistance model is obtained. The power will change.

不連続長繊維強化樹脂における樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、圧縮成形において温度変化が無いため、上述した弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いることにより、ビーム要素30の節点31を、ビーム要素30の軸方向に移動させる際の抵抗力を計算することができる。   When the resin in the discontinuous long fiber reinforced resin is a thermosetting resin, since there is no temperature change in compression molding, the node 31 of the beam element 30 is obtained by using the above-described elastic complete plastic slip resistance model. It is possible to calculate a resistance force when the beam element 30 is moved in the axial direction of the beam element 30.

なお、ビーム要素30の節点31はソリッド要素40の節点41と連成計算を行うカップリング・ポイントであるが、節点31以外にもビーム要素30上に任意の個数のカップリング・ポイントを設定して、連成解析を行うこともできる。   The node 31 of the beam element 30 is a coupling point for performing a coupling calculation with the node 41 of the solid element 40. However, any number of coupling points other than the node 31 may be set on the beam element 30. Coupled analysis can also be performed.

(熱可塑性樹脂)
上述した弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、温度のパラメータは考慮されていない。しかし、本実施形態の不連続長繊維強化樹脂20のように、樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、圧縮成形において温度変化が発生するため、硬さ(粘度)が変化する。
(Thermoplastic resin)
In the above-described elastic perfect plastic slip resistance model, the temperature parameter is not taken into consideration. However, when the resin is a thermoplastic resin, such as the discontinuous long fiber reinforced resin 20 of the present embodiment, a temperature change occurs in compression molding, and thus the hardness (viscosity) changes.

図29は、異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について行った圧縮試験を説明する図である。図30は、圧縮試験の結果を示す図である。圧縮試験においては、図29(A)に示すように、直径d1が75mmの不連続長繊維強化樹脂20の円板試験片を、高さh4が6mmとなるように重ね、これらの円板試験片を、160℃、250℃、280℃とそれぞれ異なる温度に加熱した。そして、図29(B)に示すように、圧縮成形と同じ速度で平板を板厚方向に圧縮した。以下の説明において円板試験片を変位させる方向は板厚方向である。なお、不連続長繊維強化樹脂20の樹脂である熱可塑性のポリアミドナイロン6の溶融温度は、225℃である。   FIG. 29 is a diagram for explaining a compression test performed on disc test pieces of discontinuous long fiber reinforced resin at different temperatures. FIG. 30 is a diagram showing the results of a compression test. In the compression test, as shown in FIG. 29A, the disc test pieces of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 having a diameter d1 of 75 mm are stacked so that the height h4 is 6 mm, and these disc tests are performed. The pieces were heated to temperatures different from 160 ° C., 250 ° C., and 280 ° C., respectively. Then, as shown in FIG. 29B, the flat plate was compressed in the thickness direction at the same speed as the compression molding. In the following description, the direction in which the disk specimen is displaced is the thickness direction. The melting temperature of the thermoplastic polyamide nylon 6 which is the resin of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 is 225 ° C.

図30に示すように、温度が溶融温度より低い160℃の場合には、円板試験片を0.2mm変位させるのに約2000N程度の荷重が必要であり、その後も円板試験片を2mm変位させるのに約5000N程度の荷重が必要となることが分かる。   As shown in FIG. 30, when the temperature is 160 ° C., which is lower than the melting temperature, a load of about 2000 N is required to displace the disk specimen by 0.2 mm, and after that, the disk specimen is 2 mm. It can be seen that a load of about 5000 N is required for displacement.

しかし、温度が250℃の場合には、円板試験片を0.2mm変位させるのに必要な荷重は約500N程度であり、その後も円板試験片を2mm変位させるのに必要な荷重は約1000N程度であることが分かる。   However, when the temperature is 250 ° C., the load necessary for displacing the disk specimen by about 0.2 mm is about 500 N, and after that, the load necessary for displacing the disk specimen by about 2 mm is about It turns out that it is about 1000N.

さらに、温度が280℃の場合には、円板試験片を0.2mm変位させるのに必要な荷重は約100N程度であり、その後も円板試験片を2mm変位させるのに必要な荷重は約300N程度であることが分かる。   Furthermore, when the temperature is 280 ° C., the load necessary to displace the disk specimen by about 0.2 mm is about 100 N, and the load necessary to displace the disk specimen by 2 mm is about It turns out that it is about 300N.

以上のように、樹脂が熱可塑性の場合には、温度により硬さ(粘度)が異なるため、本実施形態では、以下のような、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いている。   As described above, when the resin is thermoplastic, the hardness (viscosity) varies depending on the temperature. Therefore, in the present embodiment, the following temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model is used.

(温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデル)
図31から図33は、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを説明するための図である。
(Temperature dependent elastic perfect plastic slip resistance model)
FIG. 31 to FIG. 33 are diagrams for explaining the temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model.

抵抗力を計算するには、図31に示すように、まず、連成解析部13は、前ステップから本ステップの間で生じたすべり量増分ベクトルの成分ΔSを計算し、ビーム要素30の節点31の位置におけるソリッド要素40の温度Tsを計算する(S20)。また、連成解析部13は、前ステップの抵抗力FbT-ΔTを記憶装置3から読み出す(S20)。なお、前ステップの抵抗力FbT-ΔTは予め記憶装置3に記憶させておく。 In order to calculate the resistance force, first, as shown in FIG. 31, the coupled analysis unit 13 calculates the component ΔS of the slip increment vector generated between the previous step and the present step, and the nodal point of the beam element 30. The temperature Ts of the solid element 40 at the position 31 is calculated (S20). Further, the coupled analysis unit 13 reads the resistance force Fb T-ΔT of the previous step from the storage device 3 (S20). Note that the resistance force Fb T-ΔT of the previous step is stored in the storage device 3 in advance.

図32に示すように、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素の温度Tsは、ソリッド要素40の節点41の温度Ts,(Kは、ソリッド要素40の節点41の番号を示す。)を形状関数により内挿して計算する。図32に示すように、ソリッド要素40の節点41の温度が、270℃、280℃、250℃、240℃の場合には、ビーム要素30の節点31でのソリッド要素の温度は、260℃となる。この場合、ビーム要素30の節点31の位置でのソリッド要素40の温度Tsは、次のように表される。 As shown in FIG. 32, the temperature Ts of the solid element at the position of the node 31 of the beam element 30 is the temperature Ts, K (K is the number of the node 41 of the solid element 40). ) Is calculated by interpolation with a shape function. As shown in FIG. 32, when the temperature of the node 41 of the solid element 40 is 270 ° C., 280 ° C., 250 ° C., and 240 ° C., the temperature of the solid element at the node 31 of the beam element 30 is 260 ° C. Become. In this case, the temperature Ts of the solid element 40 at the position of the node 31 of the beam element 30 is expressed as follows.

Ts=ΣNK・Ts,(Kは、ソリッド要素40の節点41の番号を示す。) Ts = ΣN K · Ts, K (K represents the number of the node 41 of the solid element 40)

次に、連成解析部13は、試行抵抗力Fbtrialの計算を行う(S21)。試行抵抗力Fbtrialは次式により計算する。 Next, the coupled analysis unit 13 calculates the trial resistance force Fb trial (S21). The trial resistance force Fb trial is calculated by the following equation.

Fbtrial=FbT-ΔT+K(Ts)・ΔS Fb trial = Fb T-ΔT + K (Ts) · ΔS

ここで、K(Ts)は、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおける弾性域の傾きである。K(Ts)は、Kが温度Tsの関数であることを示す。図33に、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを示す。図33に示すように、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、すべり量がある範囲内の場合には、抵抗力Fbが弾性域で変化する。しかし、すべり量SがS1となり、抵抗力Fbが最大抵抗値Fbmax(Ts)に達した場合には、完全塑性域となり、その後、同じ温度であればすべり量が大きくなっても抵抗力Fbは変化しない。最大抵抗値Fbmax(Ts)は、Fbmaxが温度Tsの関数であることを示す。このような温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおいて、弾性域の傾きK(Ts)は次式で表される。 Here, K (Ts) is the slope of the elastic region in the temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model. K (Ts) indicates that K is a function of temperature Ts. FIG. 33 shows a temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model. As shown in FIG. 33, in the temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance force model, when the slip amount is within a certain range, the resistance force Fb changes in the elastic region. However, when the slip amount S becomes S1 and the resistance force Fb reaches the maximum resistance value Fb max (Ts), the resistance force Fb is obtained even if the slip amount increases at the same temperature after that, when the slip temperature becomes the same. Does not change. The maximum resistance value Fb max (Ts) indicates that Fb max is a function of the temperature Ts. In such a temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model, the slope K (Ts) of the elastic region is expressed by the following equation.

K(Ts)=Fbmax(Ts)/S1 K (Ts) = Fb max (Ts) / S1

次に、連成解析部13は、試行抵抗力Fbtrialが温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルの弾性域の抵抗力なのか、あるいは完全塑性域の抵抗力なのかを判断するために、降伏計算を行う(S22)。降伏計算は次式により行う。 Next, the coupled analysis unit 13 determines whether the trial resistance force Fb trial is a resistance force in an elastic region or a resistance force in a complete plastic region in a temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance model. Yield calculation is performed (S22). Yield calculation is performed by the following formula.

|Fbtrial| < Fbmax(Ts) | Fb trial | <Fb max (Ts)

連成解析部13は、降伏計算の結果、試行抵抗力Fbtrialの絶対値が最大抵抗値Fbmax(Ts)よりも小さい場合には(S22:YES)、試行抵抗力Fbtrialは弾性域にあると判断し、試行抵抗力Fbtrialを本ステップの抵抗力FbTとして求める(S23)。 If the absolute value of the trial resistance force Fb trial is smaller than the maximum resistance value Fb max (Ts) as a result of the yield calculation, the coupled analysis unit 13 determines that the trial resistance force Fb trial is in the elastic range. It is determined that there is a trial resistance force Fb trial as the resistance force Fb T of this step (S23).

しかし、連成解析部13は、降伏計算の結果、試行抵抗力Fbtrialの絶対値が最大抵抗値Fbmax(Ts)以上である場合には(S22:NO)、試行抵抗力Fbtrialは完全塑性域にあると判断し、次式により抵抗力FbTを求める(S24)。 However, if the absolute value of the trial resistance force Fb trial is greater than or equal to the maximum resistance value Fb max (Ts) as a result of the yield calculation (S22: NO), the coupled analysis unit 13 completes the trial resistance force Fb trial. It determines that the plastic region, determine the resistance force Fb T by the following equation (S24).

FbT =Fbmax(Ts)・(Fbtrial/|Fbtrial|) Fb T = Fb max (Ts) ・ (Fb trial / | Fb trial |)

連成解析部13は、以上のようにして求めた本ステップの抵抗力FbTを、ビーム要素30の節点31およびソリッド要素40の節点41に負荷として与える(S25)。 The coupled analysis unit 13 applies the resistance force Fb T of this step obtained as described above as a load to the node 31 of the beam element 30 and the node 41 of the solid element 40 (S25).

(熱伝導・構造連成解析)
本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションのソフトウェアに実装されている、熱伝導・構造連成解析機能を使用して計算した。図34(A),(B),(C)は、本実施形態における熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデル60の温度分布を、時系列に従って段階的に示す図である。
(Heat conduction / structure coupled analysis)
The calculation was performed using the heat conduction / structure coupled analysis function implemented in the compression molding analysis simulation software of this embodiment. FIGS. 34A, 34B, and 34C are diagrams showing the temperature distribution of the resin model 60 using the heat conduction / structure coupling analysis function in this embodiment step by step in time series.

図34(A),(B),(C)において、樹脂モデル60の温度が高い部分は薄い色で表され、温度が低い部分は濃い色で表されている。図34(A)に示すように、圧縮成形の開始前においては、樹脂モデル60の温度は高い。しかし、図34(B),(C)に示すように、圧縮成形が開始されると、樹脂モデル60の温度は、雄型70および雌型80と接触する部分から温度が低下していくことが分かる。   In FIGS. 34 (A), (B), and (C), a portion where the temperature of the resin model 60 is high is represented by a light color, and a portion where the temperature is low is represented by a dark color. As shown in FIG. 34A, the temperature of the resin model 60 is high before the start of compression molding. However, as shown in FIGS. 34 (B) and 34 (C), when compression molding is started, the temperature of the resin model 60 decreases from the portion in contact with the male mold 70 and the female mold 80. I understand.

樹脂モデル60および繊維モデル50の挙動は、上述した温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにより、温度が低い箇所は硬く(高粘度)、高い領域は柔らかい(低粘度)特性で計算されている。   The behavior of the resin model 60 and the fiber model 50 is calculated by the above-described temperature-dependent elastic perfect plastic slip resistance force model, where the portion where the temperature is low is hard (high viscosity) and the high region is soft (low viscosity). .

以上のように、本実施形態によれば、熱伝導・構造連成解析において抵抗力を温度に依存させることにより、樹脂が熱可塑性の場合の不連続長繊維強化樹脂の中で不連続繊維が抵抗力を受けながら移動する現象を、精度良く再現することができる。   As described above, according to the present embodiment, by making the resistance force dependent on the temperature in the heat conduction / structure coupled analysis, the discontinuous fibers are discontinuous among the discontinuous long fiber reinforced resins when the resin is thermoplastic. The phenomenon of moving while receiving resistance can be accurately reproduced.

(不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験と、圧縮成形解析シミュレーションとの比較)
次に、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験と、圧縮成形解析シミュレーションとの比較について説明する。
図35から図39は、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図である。
図35(A),(B),(C)、および図36(A),(B)は、不連続長繊維強化樹脂20に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂20の形状を、時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図である。
図35(D),(E),(F)、および図36(C),(D)は、前記圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル60の形状を示す図である。
(Comparison of compression molding test of discontinuous long fiber reinforced resin and compression molding analysis simulation)
Next, a comparison between a compression molding test of discontinuous long fiber reinforced resin and a compression molding analysis simulation will be described.
35 to 39 are diagrams showing the results of a compression molding test of discontinuous long fiber reinforced resin and the results of a compression molding analysis simulation.
35 (A), (B), (C), and FIGS. 36 (A), (B) are discontinuous long fiber reinforced resins when a compression molding test is performed on the discontinuous long fiber reinforced resin 20. FIG. It is a figure which shows the image which image | photographed 20 shapes in steps according to the time series.
35 (D), (E), (F), and FIGS. 36 (C), (D) show the shape of the resin model 60 by the compression molding analysis simulation of this embodiment corresponding to each stage of the compression molding test. FIG.

図35および図36から明らかなように、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションは、不連続長繊維強化樹脂20の形状変化を精度良く表している。   As is clear from FIGS. 35 and 36, the compression molding analysis simulation of the present embodiment accurately represents the shape change of the discontinuous long fiber reinforced resin 20.

特に、雄型70のリブ形成部73内に不連続長繊維強化樹脂20が流動していくことにより形成されるリブ24と、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル60上のリブ61との形状が一致しており、その成形過程が精度良く表わされていることが分かる。   In particular, the rib 24 formed by the discontinuous long fiber reinforced resin 20 flowing in the rib forming portion 73 of the male mold 70, and the rib 61 on the resin model 60 by the compression molding analysis simulation of the present embodiment. It can be seen that the shapes of these are consistent and the molding process is represented with high accuracy.

図37(A),(B),(C)は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル50におけるリブ61の形成過程を、時系列に従って段階的に示す図である。
図37(D),(E),(F)は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル60におけるリブ61の形成過程を、図37(A),(B),(C)に対応させて時系列に従って段階的に示す図である。
FIGS. 37A, 37B, and 37C are diagrams showing the formation process of the rib 61 in the fiber model 50 by the compression molding analysis simulation of the present embodiment step by step in time series.
37 (D), (E), and (F) correspond to FIGS. 37 (A), (B), and (C) showing the formation process of the rib 61 in the resin model 60 by the compression molding analysis simulation of the present embodiment. It is a figure shown in steps according to time series.

図37(A),(B),(C)と図37(D),(E),(F)とを比較すると良く分かるように、本実施形態では、上述したコンストレイント・カップリング計算とすべり抵抗力による連成解析を行いながら、ビーム要素とソリッド要素の大変形解析を行っている。   As can be understood by comparing FIGS. 37 (A), (B), and (C) with FIGS. 37 (D), (E), and (F), in this embodiment, the above-described constraint coupling calculation is performed. Large deformation analysis of beam element and solid element is performed while performing coupled analysis with sliding resistance force.

また、圧縮成形においては、ウェルドラインと呼ばれる凹部が形成されるが、図37(F)に示すように、樹脂モデル60上にウェルドライン62が表されている。このウェルドライン62が形成される箇所を繊維モデル50で見てみると、図37(C)に矢印で示すように、繊維の配向(向き)を確認することができる。   Further, in compression molding, a recess called a weld line is formed, but a weld line 62 is represented on the resin model 60 as shown in FIG. When the place where the weld line 62 is formed is viewed in the fiber model 50, the orientation (orientation) of the fiber can be confirmed as shown by an arrow in FIG.

図38(A)は、不連続長繊維強化樹脂20に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂20の外縁部の形状を撮影した画像を示す図である。図38(B)は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル50の外縁部の形状を示す図である。
図38(C)は、不連続長繊維強化樹脂20に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂20のリブ24が形成される途中の段階を撮影した画像を示す図である。図38(D)は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる前記途中の段階における繊維モデル50上のリブ61を示す図である。
FIG. 38A is a diagram illustrating an image obtained by photographing the shape of the outer edge portion of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 when the compression molding test is performed on the discontinuous long fiber reinforced resin 20. FIG. 38B is a diagram showing the shape of the outer edge portion of the fiber model 50 by the compression molding analysis simulation of the present embodiment.
FIG. 38C is a diagram illustrating an image obtained by photographing a stage in the middle of forming the ribs 24 of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 when the compression molding test is performed on the discontinuous long fiber reinforced resin 20. is there. FIG. 38D is a diagram showing the rib 61 on the fiber model 50 in the intermediate stage according to the compression molding analysis simulation of the present embodiment.

図38(A)と図38(B)とを比較すると良く分かるように、実物の不連続長繊維強化樹脂20の外縁部において発生している皺の形状と、繊維モデル50における皺の形状とが一致しており、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションにより実物の成形状態を精度良く再現できる。   As can be seen by comparing FIG. 38 (A) and FIG. 38 (B), the shape of the wrinkles generated at the outer edge of the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20 and the shape of the wrinkles in the fiber model 50 And the real molding state can be accurately reproduced by the compression molding analysis simulation of this embodiment.

また、図38(C)に示すように、不連続長繊維強化樹脂20は、白色の矢印の方向に流動してリブ24を形成するが、図38(D)の繊維モデル50上のリブ61についても、形成途中の形状が一致しており、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションにより実物の成形過程を精度良く再現できることが分かる。   Further, as shown in FIG. 38C, the discontinuous long fiber reinforced resin 20 flows in the direction of the white arrow to form the rib 24, but the rib 61 on the fiber model 50 in FIG. Also, the shape in the middle of formation matches, and it can be seen that the actual molding process can be accurately reproduced by the compression molding analysis simulation of the present embodiment.

図39(A)は、不連続長繊維強化樹脂20に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂20のリブ24の断面を撮影した画像を示す図である。図39(B)は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル50上のリブ61の断面を示す図である。   FIG. 39A is a diagram illustrating an image obtained by photographing a cross section of the rib 24 of the discontinuous long fiber reinforced resin 20 when a compression molding test is performed on the discontinuous long fiber reinforced resin 20. FIG. 39B is a view showing a cross section of the rib 61 on the fiber model 50 by the compression molding analysis simulation of the present embodiment.

図39(A)と図39(B)とを比較すると良く分かるように、繊維モデル50を構成している繊維層は、実物の不連続長繊維強化樹脂20の繊維よりも太く、その数も少ないが、繊維の配向(向き)や繊維の粗密については、精度良く表されていることが分かる。なお、繊維モデル50は、設定した断面積の円柱形状になっているが、これは解析結果を見やすくするために描画を行っているだけである。つまり、解析では2節点のビーム要素で計算されている。   As can be clearly understood by comparing FIG. 39A and FIG. 39B, the fiber layer constituting the fiber model 50 is thicker than the fibers of the actual discontinuous long fiber reinforced resin 20, and the number thereof is also Although there are few, it turns out that the orientation (direction) of a fiber and the density of a fiber are expressed with sufficient precision. The fiber model 50 has a cylindrical shape with a set cross-sectional area, which is only drawn to make the analysis result easier to see. In other words, in the analysis, the calculation is performed with the beam element of two nodes.

以上のように、本実施形態によれば、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形解析シミュレーションにおいて、不連続長繊維をモデル化したビーム要素、および樹脂をモデル化したソリッド要素の大変形解析を行う際に、大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて連成解析を行う。従って、不連続長繊維および樹脂の挙動、不連続長繊維の配向(向き)、不連続長繊維の粗密を、精度良く予測することができる。   As described above, according to the present embodiment, in the compression molding analysis simulation of the discontinuous long fiber reinforced resin, the large deformation analysis of the beam element modeling the discontinuous long fiber and the solid element modeling the resin is performed. In this case, coupled analysis is performed based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation. Therefore, the behavior of the discontinuous long fibers and the resin, the orientation (direction) of the discontinuous long fibers, and the density of the discontinuous long fibers can be accurately predicted.

特に、本実施形態によれば、ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素のすべり量を取得し、取得したすべり量から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、不連続長繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を、精度良く再現することができる。   In particular, according to the present embodiment, the movement of the beam element during the large deformation of the beam element and the solid element and the slip amount of the beam element and the solid element based on the movement of the solid element are obtained, and the resistance force is obtained from the obtained slip amount. It calculates and gives resistance as a load to the node of a beam element and a solid element. Therefore, the phenomenon that the discontinuous long fibers move in the resin when the discontinuous long fiber reinforced resin is deformed can be accurately reproduced.

また、本実施形態によれば、ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算されるビーム要素の温度を取得し、前記すべり量と前記温度とから抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、不連続長繊維強化樹脂の樹脂が熱可塑性樹脂の場合であっても、熱可塑性樹脂が変形するときに熱可塑性樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を、精度良く再現することができる。   Further, according to the present embodiment, the temperature of the beam element calculated by interpolating from the temperature calculated at the node of the solid element is obtained, the resistance force is calculated from the slip amount and the temperature, the beam element and Resistive force is applied as a load to the nodes of solid elements. Therefore, even if the resin of the discontinuous long fiber reinforced resin is a thermoplastic resin, the phenomenon that the discontinuous long fibers move in the thermoplastic resin when the thermoplastic resin deforms can be accurately reproduced. Can do.

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。   The above embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上述した実施形態では、繊維強化樹脂の一例として、不連続長繊維強化樹脂を用いたが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、不連続繊維強化樹脂として不連続短繊維強化樹脂を用いた場合でも同様に適用することができる。また、連続繊維強化樹脂であっても同様に適用することができる。   In the above-described embodiment, the discontinuous long fiber reinforced resin is used as an example of the fiber reinforced resin. The same applies to the case where a resin is used. Moreover, even if it is continuous fiber reinforced resin, it is applicable similarly.

繊維は、繊維長が上述した実施形態で示した長さの不連続繊維に限定されるものではなく、あらゆる長さの繊維長の繊維に本発明を適用することができる。例えば、連続繊維であってもよい。   The fiber is not limited to the discontinuous fiber having the fiber length shown in the embodiment described above, and the present invention can be applied to fibers having any fiber length. For example, it may be a continuous fiber.

上述した実施形態では、圧縮成形の一例として、圧縮成形を行う際の解析シミュレーションについて説明したが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、プレス成形を行う際の解析シミュレーションにも適用可能である。   In the above-described embodiment, an analysis simulation when performing compression molding has been described as an example of compression molding. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and is also used for analysis simulation when performing press molding. Applicable.

上述した実施形態では、樹脂を4節点4面体のテトラソリッド要素でモデル化した態様について説明したが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、テトラソリッド要素以外のソリッド要素にも適用可能である。   In the above-described embodiment, the mode in which the resin is modeled by the tetrasolid element having a four-node tetrahedron has been described. However, the present invention is not limited to such a mode, and the solid element other than the tetrasolid element is also used. Applicable.

以上の態様に係る圧縮成形解析システムのプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピュータにインストールされ得る。記録媒体は、例えば非一過性(non-transitory)の記録媒体であり、CD-ROM等の光学式記録媒体が好例であるが、半導体記録媒体や磁気記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体を包含し得る。なお、通信網を介した配信の形態で前述のプログラムを提供してコンピュータにインストールすることも可能である。   The compression molding analysis system program according to the above aspect can be provided in a form stored in a computer-readable recording medium and installed in the computer. The recording medium is, for example, a non-transitory recording medium, and an optical recording medium such as a CD-ROM is a good example, but a known arbitrary format such as a semiconductor recording medium or a magnetic recording medium is used. A recording medium may be included. It is also possible to provide the aforementioned program in the form of distribution via a communication network and install it on a computer.

以上、本発明の実施形態に係る圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。   As described above, the compression molding analysis system, the compression molding analysis method, and the compression molding analysis program according to the embodiment of the present invention have been described, but the present invention is not limited to this, and does not depart from the gist of the present invention. Various modifications are possible.

11 繊維モデル部
12 樹脂モデル部
13 連成解析部
14 大変形解析部
100 圧縮成形解析システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fiber model part 12 Resin model part 13 Coupled analysis part 14 Large deformation analysis part 100 Compression molding analysis system

Claims (12)

樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
A compression molding analysis system for fiber reinforced resin in which fibers are mixed with resin,
A fiber model unit that models the fiber as a fiber model with a beam element;
A resin model portion that models the resin as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element;
A coupled analysis unit that performs coupled analysis of the movement of the beam element and the movement of the solid element;
A large deformation analysis unit for performing large deformation analysis on the beam element and the solid element,
The coupled analysis unit, on the basis of the motion of said beam elements in the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit and the motion of the solid element, have rows the coupled analysis,
The coupled analysis unit includes the beam element for the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. The relative displacement in the axial direction is acquired as a slip amount, and the resistance force is calculated from the acquired slip amount,
The large deformation analysis unit applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element.
A compression molding analysis system characterized by this.
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行い、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
A compression molding analysis system for fiber reinforced resin in which fibers are mixed with resin,
A fiber model unit that models the fiber as a fiber model with a beam element;
A resin model portion that models the resin as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element;
A coupled analysis unit that performs coupled analysis of the movement of the beam element and the movement of the solid element;
A large deformation analysis unit for performing large deformation analysis on the beam element and the solid element,
The coupled analysis unit performs the coupled analysis based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit,
The coupled analysis unit includes the beam element for the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element by the large deformation analysis unit. The slip amount, which is a relative displacement in the axial direction, and the temperature at the node position of the beam element calculated by interpolation from the temperature calculated at the node of the solid element are acquired, and the acquired slip Calculate the resistance from the amount and the temperature,
The large deformation analysis unit applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element .
Compression forming analysis system that is characterized in that.
前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行う、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧縮成形解析システム。
The large deformation analysis unit performs large deformation analysis on the solid element by an adaptive remeshing method.
The compression molding analysis system according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行う、
ことを特徴とする請求項ないし請求項のいずれか1項に記載の圧縮成形解析システム。
The coupled analysis unit performs coupled analysis between the movement of the node of the beam element and the movement of the node of the solid element by a constraint method in the direction perpendicular to the axial direction of the beam element, As for the axial direction, a coupled analysis is performed by calculating the resistance force and applying the resistance force as a load to the node of the beam element and the node of the solid element.
Compression molding analysis system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、
前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された樹脂の材料特性に(1−繊維体積分率)を掛けた値を設定する、
ことを特徴とする請求項ないし請求項4のいずれか1項に記載の圧縮成形解析システム。
The fiber model unit sets the material characteristics of the fiber measured from the real to the beam element, and the fiber volume fraction contained in the resin model of the fiber model is the same as the fiber volume fraction of the real thing. Setting the cross-sectional area of the beam element;
The resin model part sets a value obtained by multiplying the solid material by measuring (1-fiber volume fraction) the resin material property measured from the real thing.
Compression molding analysis system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ2節点のビーム要素でモデル化し、
前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、4節点4面体のソリッド要素でモデル化する、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の圧縮成形解析システム。
The fiber model unit models the fiber with a beam element of two nodes having cross-sectional shape information,
The resin model unit models the resin with a solid element of a four-node tetrahedron.
The compression molding analysis system according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記繊維は、繊維長をあらゆる長さに設定可能である、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の圧縮成形解析システム。
The fiber can be set to any length fiber length,
The compression molding analysis system according to any one of claims 1 to 6, wherein the compression molding analysis system is characterized in that:
前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の圧縮成形解析システム。
The resin is a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
The compression molding analysis system according to any one of claims 1 to 7, wherein the compression molding analysis system is characterized in that:
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
繊維モデル部により、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
樹脂モデル部により、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行い、
前記連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析方法
A compression molding analysis method for a fiber reinforced resin in which fibers are mixed with a resin,
The fiber model unit models the fiber as a fiber model with a beam element,
With the resin model part, the resin is modeled as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element,
The large deformation analysis unit performs large deformation analysis on the beam element and the solid element,
Based on the movement of the beam element and the movement of the solid element based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element, the coupled analysis unit And
The coupled analysis unit causes the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element to be relative to each other in the axial direction of the beam element. A large amount of displacement as a slip amount, calculate a resistance force from the acquired slip amount,
The large deformation analysis unit applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element.
A compression molding analysis method characterized by the above .
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
繊維モデル部により、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
樹脂モデル部により、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行い、
前記連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える
ことを特徴とする圧縮成形解析方法
A compression molding analysis method for a fiber reinforced resin in which fibers are mixed with a resin,
The fiber model unit models the fiber as a fiber model with a beam element,
With the resin model part, the resin is modeled as a resin model with a solid element so as to have a node that is not shared with the node of the beam element,
The large deformation analysis unit performs large deformation analysis on the beam element and the solid element,
Based on the movement of the beam element and the movement of the solid element based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element, the coupled analysis unit And
The coupled analysis unit causes the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element to be relative to each other in the axial direction of the beam element. A slip amount that is a large displacement and a temperature at the node position of the beam element calculated by interpolation from the temperature calculated at the node of the solid element, and resistance from the acquired slip amount and the temperature Calculate the force,
The large deformation analysis unit applies the resistance force as a load to the nodes of the beam element and the solid element .
A compression molding analysis method characterized by the above .
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、A compression molding analysis program for causing a computer to perform compression molding analysis of a fiber reinforced resin obtained by mixing fibers with resin.
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、Modeling the fiber as a fiber model with a beam element;
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、Modeling the resin as a resin model with solid elements so as to have nodes that are not shared with the nodes of the beam elements;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、Performing a large deformation analysis on the beam element and the solid element;
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、Performing a coupled analysis of the beam element movement and the solid element movement based on the beam element movement and the solid element movement during the large deformation of the beam element and the solid element;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出するステップと、The relative displacement in the axial direction of the beam element is obtained as a slip amount for the beam element and the solid element based on the movement of the beam element and the movement of the solid element during the large deformation of the beam element and the solid element. And calculating a resistance force from the acquired slip amount;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えるステップと、を備える、Applying the resistive force as a load to the nodes of the beam element and the solid element,
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。A compression molding analysis program characterized by that.
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、A compression molding analysis program for causing a computer to perform compression molding analysis of a fiber reinforced resin obtained by mixing fibers with resin.
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、Modeling the fiber as a fiber model with a beam element;
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、Modeling the resin as a resin model with solid elements so as to have nodes that are not shared with the nodes of the beam elements;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、Performing a large deformation analysis on the beam element and the solid element;
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、Performing a coupled analysis of the beam element movement and the solid element movement based on the beam element movement and the solid element movement during the large deformation of the beam element and the solid element;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出するステップと、A sliding amount that is a relative displacement in the axial direction of the beam element with respect to the beam element and the solid element based on the movement of the beam element during the large deformation of the beam element and the solid element and the movement of the solid element; Obtaining a temperature at the position of the node of the beam element calculated by interpolation from the temperature calculated at the node of the solid element, and calculating a resistance force from the acquired amount of the slip and the temperature;
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えるステップと、を備える、Applying the resistive force as a load to the nodes of the beam element and the solid element,
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。A compression molding analysis program characterized by that.
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