JP7156119B2 - Method for Predicting Stress-Strain Properties of Fiber Reinforced Resin Molded Products - Google Patents

Method for Predicting Stress-Strain Properties of Fiber Reinforced Resin Molded Products Download PDF

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Description

特許法第30条第2項適用 平成30年9月11日に、ウェブサイト(http://www.jscm.gr.jp/schedule/2018/43CMsympo/login.php)にて公開された第43回複合材料シンポジウム 講演予稿集にて発表。 [刊行物等] 平成30年9月14日に、第43回複合材料シンポジウムにて発表。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act September 11, 2018, Article 43 published on the website (http://www.jscm.gr.jp/schedule/2018/43CMsympo/login.php) Presented in the proceedings of the Composite Materials Symposium. [Publications, etc.] Announced at the 43rd Composite Materials Symposium on September 14, 2018.

本開示は、繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法に関するものである。 The present disclosure relates to a method for predicting stress-strain characteristics of fiber-reinforced resin molded articles.

従来より、繊維強化樹脂材料の力学特性をCAE(Computer Aided Enginieering)により予測することが行われている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, the mechanical properties of fiber-reinforced resin materials have been predicted by CAE (Computer Aided Engineering) (see Patent Document 1, for example).

また、繊維強化樹脂材料の力学特性は、繊維-樹脂界面特性の影響を受け得ることが知られている(例えば非特許文献1参照)。 In addition, it is known that the mechanical properties of fiber-reinforced resin materials can be influenced by fiber-resin interface properties (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2013-36897号公報JP 2013-36897 A

J.Rosenthal:Polym.Compo.,13,6(1992),p462-p466J. Rosenthal: Polym. Compo. , 13, 6 (1992), p462-p466

しかしながら、特許文献1には、解析に用いる入力パラメータの1つとして、繊維強化樹脂材料に含まれる繊維と樹脂との界面の界面強度を用いることについて、言及はなされているものの、具体的な方法はなんら開示されていない。 However, although Patent Document 1 mentions using the interfacial strength of the interface between the fiber and the resin contained in the fiber-reinforced resin material as one of the input parameters used for analysis, a specific method has not been disclosed.

そこで本開示では、繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を、計算量を抑えつつ精度よく予測可能な方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a method for accurately predicting the stress-strain characteristics of a fiber-reinforced resin molded product while suppressing the amount of calculation.

上記の課題を解決するために、ここに開示する第1の技術に係る繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法は、基準となる繊維強化樹脂成形品のサンプルの画像データと、前記サンプルに含まれる繊維の繊維長データ及び配向データとに基づいて、代表体積要素を作成する工程と、繊維、樹脂及び繊維-樹脂界面の各々について、前記代表体積要素全体の要素数が所定の要素数以下となるように、有限要素法により有限要素メッシュを作成するとともに、前記繊維、前記樹脂及び前記繊維-樹脂界面の各々の応力を示す関数をこれらの含有比率に応じて足し併せて、前記代表体積要素全体の応力-ひずみ特性を示すモデル関数を作成する工程と、前記繊維及び前記樹脂の材料特性値と、予め実験的に取得した前記繊維-樹脂界面の界面強度の実測データとを、前記モデル関数に回帰させて回帰式を得る工程と、前記回帰式に基づき、任意の繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測する工程とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the stress-strain characteristic prediction method of a fiber reinforced resin molded product according to the first technology disclosed herein includes image data of a sample of a fiber reinforced resin molded product that serves as a reference, and the sample creating a representative volume element based on the fiber length data and orientation data of the fiber contained in the representative volume element, and for each of the fiber, the resin, and the fiber-resin interface, the total number of elements of the representative volume element is a predetermined number of elements A finite element mesh is created by the finite element method so that the following is obtained, and the functions indicating the stresses of the fibers, the resin, and the fiber-resin interface are added according to their content ratios, and the representative a step of creating a model function that indicates the stress-strain characteristics of the entire volume element; material characteristic values of the fiber and the resin; It is characterized by comprising a step of obtaining a regression formula by regressing a model function, and a step of predicting the stress-strain characteristics of an arbitrary fiber reinforced resin molded product based on the regression formula.

本技術によれば、繊維-樹脂界面の界面強度の実測データを、モデル関数に回帰させて回帰式を得るから、繊維-樹脂界面の界面強度を考慮したモデル関数を同定することができ、代表体積要素を繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の3種に分けて、各々について有限要素法によりメッシュ分割してモデル化することができる。そうして、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 According to this technology, the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface is regressed to the model function to obtain the regression equation, so that the model function that takes into account the interfacial strength of the fiber-resin interface can be identified. Volume elements can be divided into three types, fiber, resin, and fiber-resin interface, and each can be modeled by mesh division by the finite element method. Thus, it is possible to accurately predict the stress-strain characteristics of fiber-reinforced resin moldings.

第2の技術は、第1の技術において、前記繊維-樹脂界面の応力を示す関数は、結合力モデルを用いて記述されることを特徴とする。 A second technique is characterized in that, in the first technique, the function indicating the stress at the fiber-resin interface is described using a bonding force model.

結合力モデルは、CZM(Cohesive Zone Model)と称される関数であり、界面強度を直接考慮することができる。本技術によれば、界面強度を直接考慮することができるから、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 The cohesive force model is a function called CZM (Cohesive Zone Model), and can directly consider the interfacial strength. According to the present technology, since the interface strength can be directly considered, the stress-strain characteristics of the fiber-reinforced resin molded product can be predicted with high accuracy.

第3の技術は、第1又は第2の技術において、前記繊維-樹脂界面の界面強度の実測データは、ナノインデンテーション法により測定されたものであることを特徴とする。 A third technique is characterized in that, in the first or second technique, the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface is measured by a nanoindentation method.

ナノインデンテーション法は、成形品から切り出した試料片の繊維部分を微小プローブで押すことにより、試料片における樹脂部分と繊維部分との界面の強度をより精確に測定することができる。本技術によれば、ナノインデンテーション法により測定された界面強度の実測データを用いて回帰式を得るから、より精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 The nanoindentation method can more accurately measure the strength of the interface between the resin portion and the fiber portion of the sample piece by pressing the fiber portion of the sample piece cut out from the molded product with a fine probe. According to the present technology, since the regression equation is obtained using the measured data of the interfacial strength measured by the nanoindentation method, the stress-strain characteristics of the fiber-reinforced resin molded product can be predicted with higher accuracy.

第4の技術は、第1乃至第3の技術のいずれか一において、前記繊維強化樹脂成形品は、射出成形品であることを特徴とする。 A fourth technique is characterized in that, in any one of the first to third techniques, the fiber-reinforced resin molded product is an injection molded product.

射出成形法により得られた繊維強化樹脂成形品は、樹脂中に含まれる繊維の繊維長、繊維配向がランダムであることや、成形品の部位毎によっても含有比率や配向が異なり得ることから、モデル関数の立式が困難であり、CAEによる解析が困難となり得る。本技術によれば、射出成形法により得られた繊維強化樹脂成形品においても、繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の応力-ひずみ特性を示す関数を含有比率に応じて足し併せて代表体積要素全体の応力-ひずみ特性を示すモデル関数を作成するから、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 The fiber reinforced resin molded product obtained by injection molding has a random fiber length and fiber orientation of the fibers contained in the resin, and the content ratio and orientation may differ depending on the part of the molded product. Formulation of the model function is difficult, and analysis by CAE can be difficult. According to this technology, even in a fiber-reinforced resin molded product obtained by injection molding, a function indicating the stress-strain characteristics of fiber, resin, and fiber-resin interface is added according to the content ratio, Since a model function representing the stress-strain characteristics of is created, it is possible to accurately predict the stress-strain characteristics of fiber reinforced resin molded products.

以上述べたように、本開示によると、繊維-樹脂界面の界面強度の実測データを、モデル関数に回帰させて回帰式を得るから、繊維-樹脂界面の界面強度を考慮したモデル関数を同定することができ、代表体積要素を繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の3種に分けて、各々について有限要素法によりメッシュ分割してモデル化することができる。そうして、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 As described above, according to the present disclosure, the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface is regressed to the model function to obtain the regression equation, so the model function that takes into account the interfacial strength of the fiber-resin interface is identified. The representative volume elements can be divided into three types, fiber, resin, and fiber-resin interface, and each of them can be modeled by mesh division by the finite element method. Thus, it is possible to accurately predict the stress-strain characteristics of fiber-reinforced resin moldings.

一実施形態に係る応力-ひずみ特性予測方法を説明するためのフローである。It is a flow for explaining a stress-strain characteristic prediction method according to one embodiment. 繊維強化樹脂成形品の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a fiber reinforced resin molding. 繊維強化樹脂成形品のマイクロフォーカスX線CT画像である。It is a microfocus X-ray CT image of a fiber-reinforced resin molded product. メッシュ分割された代表体積要素(RVE)の一部を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a portion of a meshed representative volume element (RVE); ナノインデンテーション法において使用する試験片の切り出しについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating cutting of the test piece used in a nanoindentation method. ナノインデンテーション法の測定手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement procedure of a nanoindentation method. ナノインデンテーション法を用いて測定された微小プローブの変位と荷重との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between displacement and load of a microprobe measured using the nanoindentation method. PP成形品の引張試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the tensile test of a PP molded article. 繊維長測定試験において得られた繊維長の分布を示すグラフである。4 is a graph showing the distribution of fiber lengths obtained in a fiber length measurement test. 供試材3~8について、樹脂中のMA含有比率に対して界面のせん断強度の値をプロットした図である。FIG. 10 is a diagram plotting interface shear strength values against the MA content ratio in the resin for test materials 3 to 8. FIG. 供試材1,2の応力-ひずみ特性について、引張試験の結果とCAE計算結果とを比較したグラフである。2 is a graph comparing tensile test results and CAE calculation results for stress-strain characteristics of test materials 1 and 2. FIG.

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail based on the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the disclosure, its applicability or its uses.

(一実施形態)
<繊維強化樹脂成形品>
本実施形態に係る応力-ひずみ特性予測方法が好ましく適用される繊維強化樹脂成形品(以下、単に「成形品」ともいう。)は、強化材としての繊維を含有する樹脂からなる成形品である。
(one embodiment)
<Fiber-reinforced resin molded product>
The stress-strain characteristic prediction method according to the present embodiment is preferably applied to fiber-reinforced resin molded articles (hereinafter also simply referred to as "molded articles"). .

-樹脂-
樹脂は、成形品の骨格を形成するための母材であり、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂である。樹脂は、具体的には、例えば、ポリプロピレン樹脂(PP)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAHPP)等のポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂(以下、「エポキシ」と称することがある。)、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド(PPS)樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、変性ポリスチレン樹脂、AS樹脂(アクリロニトリルとスチレンとのコポリマー)、ABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンのコポリマー)、変性ABS樹脂、MBS樹脂(メチルメタクリレート、ブタジエン及びスチレンのコポリマー)、変性MBS樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、変性ポリメチルメタクリレート樹脂等が挙げられる。これらは1種又は2種以上が混合されて用いられ得る。
-resin-
The resin is a base material for forming the skeleton of the molded product, and is a thermosetting resin or a thermoplastic resin. Specific examples of resins include polyolefin resins such as polypropylene resin (PP) and maleic anhydride-modified polypropylene (MAHPP), epoxy resins (hereinafter sometimes referred to as "epoxy"), phenolic resins, unsaturated Polyester resin, vinyl ester resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyamide (PA) resin, liquid crystal polymer resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin , polyacetal resins, polysulfone resins, polyimide resins, polyetherimide resins, polystyrene resins, modified polystyrene resins, AS resins (copolymers of acrylonitrile and styrene), ABS resins (copolymers of acrylonitrile, butadiene and styrene), modified ABS resins, Examples include MBS resin (methyl methacrylate, butadiene and styrene copolymer), modified MBS resin, polymethyl methacrylate (PMMA) resin, modified polymethyl methacrylate resin, and the like. These may be used singly or in combination of two or more.

-繊維-
繊維は、主として繊維強化樹脂成形品の強度を向上させる目的で、樹脂に添加される材料であり、具体的には例えば、ガラスファイバ(GF)、カーボンファイバ(CF)、アラミドファイバ、アルミナファイバ、シリコンカーバイドファイバ、ボロンファイバ、炭化ケイ素ファイバ等が挙げられる。CFは、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN系)、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などが挙げられる。また、GFとしては、Eガラス、Sガラスなどが用いられる。これらは1種又は2種以上が混合されて用いられ得る。
-fiber-
Fibers are materials added to resins mainly for the purpose of improving the strength of fiber-reinforced resin molded articles. Examples include silicon carbide fiber, boron fiber, silicon carbide fiber, and the like. Examples of CF include polyacrylonitrile (PAN-based), pitch-based, cellulose-based, vapor-grown carbon fibers using hydrocarbons, and graphite fibers. As GF, E glass, S glass, or the like is used. These may be used singly or in combination of two or more.

繊維径rは、限定する意図ではないが、カタログ値などの平均径が例えば5nm以上100μm以下である。繊維長Lは、限定する意図ではないが、後述する繊維長測定試験で得られた繊維長が例えば10nm以上5000μm以下である。また、繊維長Lを繊維径rで除して得られるアスペクト比(L/r)は、限定する意図ではないが、例えば5以上、好ましくは5以上500以下である。 Although the fiber diameter r is not intended to be limited, the average diameter such as a catalog value is, for example, 5 nm or more and 100 μm or less. Although the fiber length L is not intended to be limited, the fiber length obtained in the fiber length measurement test described later is, for example, 10 nm or more and 5000 μm or less. Moreover, the aspect ratio (L/r) obtained by dividing the fiber length L by the fiber diameter r is not intended to be limited, but is, for example, 5 or more, preferably 5 or more and 500 or less.

なお、繊維の長手方向に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではないが、例えば円形、楕円形、矩形、多角形等の任意の形状である。言い換えると、繊維の形状は、円柱状、楕円柱状、四角柱状、多角柱状等の形状として扱われる。 The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fiber is not particularly limited, but may be circular, elliptical, rectangular, polygonal, or any other shape. In other words, the shape of the fiber is treated as a cylindrical shape, an elliptical columnar shape, a square columnar shape, a polygonal columnar shape, or the like.

また、成形品中における繊維の含有比率は、例えば1質量%以上50質量%以下、好ましくは5質量%以上20質量%以下である。 Moreover, the content ratio of the fibers in the molded article is, for example, 1% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less.

-改質剤や表面処理-
なお、樹脂と繊維との接着性を向上させる観点から、必要に応じて樹脂へ改質剤を添加したり、繊維の表面処理を行ったりしてもよい。樹脂の改質剤としては、例えば、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAHPP)等が挙げられる。繊維の表面処理としては、プラズマ処理、強酸酸化処理等が挙げられる。これらの改質剤の添加や表面処理の方法は、いずれかを単独で行ってもよいし、あるいはこれらのうちの2種類以上が組み合わされて使用され得る。
-Modifiers and surface treatments-
From the viewpoint of improving the adhesiveness between the resin and the fiber, if necessary, a modifier may be added to the resin, or the fiber may be surface-treated. Examples of resin modifiers include maleic anhydride-modified polypropylene (MAHPP) and the like. The surface treatment of fibers includes plasma treatment, strong acid oxidation treatment, and the like. Addition of these modifiers and surface treatment methods may be carried out singly, or two or more of them may be used in combination.

-その他の添加物-
繊維強化樹脂成形品は、成形性、強度、意匠性、機能性等の向上の観点から、フィラー、顔料、染料、耐衝撃性改良剤、UV吸収剤等の添加材等を含有してもよい。これらの添加材は単独で又は複数種添加され得る。
-Other additives-
Fiber-reinforced resin molded articles may contain additives such as fillers, pigments, dyes, impact modifiers, and UV absorbers from the viewpoint of improving moldability, strength, design, functionality, etc. . These additives may be added singly or in combination.

繊維強化樹脂成形品中に、添加材等を含有させる場合には、成形性、強度、意匠性、機能性等を向上させる観点から、添加材の含有比率は、成形品中において例えば5質量%以下とすることができる。 When additives, etc. are contained in the fiber-reinforced resin molded product, the content ratio of the additive is, for example, 5% by mass in the molded product from the viewpoint of improving moldability, strength, design, functionality, etc. You can:

-成形品-
本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法が好適に適用される成形品の用途としては、自動車用部品、ロケット、航空機等の部品、スポーツ用品等が挙げられる。
-Molding-
Applications of the molded product to which the method for predicting the stress-strain characteristics of a fiber-reinforced resin molded product according to the present embodiment is preferably applied include automobile parts, rockets, aircraft parts, sporting goods, and the like.

-成形方法-
成形方法は、特に限定されるものではなく、種々の公知の成形方法であってよい。具体的には例えば、射出成形、押出成形、真空成形、圧縮成形、オートクレーブ成形、樹脂トランスファー成形(RTM)等である。
-Molding method-
The molding method is not particularly limited, and may be various known molding methods. Specific examples include injection molding, extrusion molding, vacuum molding, compression molding, autoclave molding, and resin transfer molding (RTM).

なお、本実施形態に係る応力-ひずみ特性予測方法は、繊維の繊維長、繊維径、配向等にばらつきがあっても、効率よく予測を行うことができるから、射出成形品の応力-ひずみ特性の予測に特に好適に用いることができる。射出成形法により得られた繊維強化樹脂成形品は、樹脂中に含まれる繊維の繊維長、繊維配向がランダムであることや、成形品の部位毎によっても含有比率や配向が異なり得ることから、モデル関数の立式が困難であり、CAEによる解析が困難となり得る。本技術によれば、射出成形法により得られた繊維強化樹脂成形品においても、繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の応力-ひずみ特性を示す関数を含有比率に応じて足し併せて代表体積要素全体の応力-ひずみ特性を示すモデル関数を作成するから、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 In addition, the stress-strain characteristics prediction method according to the present embodiment can efficiently predict even if there are variations in the fiber length, fiber diameter, orientation, etc. of the fiber, so the stress-strain characteristics of the injection molded product can be used particularly preferably for prediction of The fiber reinforced resin molded product obtained by injection molding has a random fiber length and fiber orientation of the fibers contained in the resin, and the content ratio and orientation may differ depending on the part of the molded product. Formulation of the model function is difficult, and analysis by CAE can be difficult. According to this technology, even in a fiber-reinforced resin molded product obtained by injection molding, a function indicating the stress-strain characteristics of fiber, resin, and fiber-resin interface is added according to the content ratio, Since a model function representing the stress-strain characteristics of is created, it is possible to accurately predict the stress-strain characteristics of fiber reinforced resin molded products.

<応力-ひずみ特性の予測方法>
図1に、本実施形態に係る応力-ひずみ特性予測方法のフローを示す。応力-ひずみ特性予測方法は、RVE作成工程S1と、有限要素メッシュ作成工程S2と、モデル関数作成工程S3と、回帰分析工程S4と、予測工程S5とを備えている。なお、以下の工程は、例えばDigimat(e-Xtream engineering社製、Simpleware(Synopsys社製)、J-OCTA(株式会社JSOL製)、Abaqus(インターメッシュジャパン株式会社製)等の市販のCAEソフトウェアを用いて行うことができる。
<Method for predicting stress-strain characteristics>
FIG. 1 shows the flow of the stress-strain characteristic prediction method according to this embodiment. The stress-strain characteristic prediction method includes an RVE creation step S1, a finite element mesh creation step S2, a model function creation step S3, a regression analysis step S4, and a prediction step S5. In the following steps, commercially available CAE software such as Digimat (manufactured by e-Xtreme engineering Co., Ltd., Simpleware (manufactured by Synopsys), J-OCTA (manufactured by JSOL Co., Ltd.), Abaqus (manufactured by Intermesh Japan Co., Ltd.), etc. can be performed using

-RVE作成工程-
RVE作成工程S1は、基準となる繊維強化樹脂成形品から切り出したサンプルの画像データと、サンプルに含まれる繊維の繊維長データ及び配向データと、サンプルに含まれる繊維の含有比率とに基づいて、代表体積要素(RVE)、すなわちサンプルのミクロ構造の形状モデルを作成する工程である。
- RVE creation process -
In the RVE creation step S1, based on the image data of a sample cut out from a fiber-reinforced resin molded product as a reference, the fiber length data and orientation data of the fibers contained in the sample, and the content ratio of the fibers contained in the sample, It is the step of creating a representative volume element (RVE), a geometric model of the microstructure of the sample.

具体的には例えば、図2に示すように、基準となる成形品のサンプル100を射出成形法等の製造方法により準備する。サンプル100は、例えば引張試験用標準ISOダンベル試験片である。 Specifically, for example, as shown in FIG. 2, a sample 100 of a molded product that serves as a reference is prepared by a manufacturing method such as injection molding. Sample 100 is, for example, a standard ISO dumbbell specimen for tensile testing.

そして、サンプル100について、図2に示すように、ダンベル平行部の反ゲート側端部101を切り出し、図3に示すマイクロフォーカスX線CT画像(画像データ)を撮影する。画像データは、マイクロフォーカスX線CT画像に限らず、FIB-SEM等の画像であってもよい。 Then, for the sample 100, as shown in FIG. 2, an end portion 101 opposite to the gate side of the dumbbell parallel portion is cut out, and a microfocus X-ray CT image (image data) shown in FIG. 3 is taken. The image data is not limited to microfocus X-ray CT images, and may be images such as FIB-SEM.

また、成形品に含まれる繊維の繊維長、繊維径、繊維含有比率、繊維配向等のデータを得る。具体的には例えば、繊維長は、カタログ値を用いてもよいし、実験的に求めてもよい。実験的に求める方法としては、サンプル100の一部を切り出し、樹脂成分を焼却除去した後、所定数の繊維についてその繊維長を測定し、下記式(1)により重量平均繊維長Lを算出する方法が挙げられる。 In addition, data such as the fiber length, fiber diameter, fiber content ratio, fiber orientation, etc. of the fibers contained in the molded product are obtained. Specifically, for example, the fiber length may be obtained using catalog values or obtained experimentally. As an experimental method, a part of the sample 100 is cut out, the resin component is removed by incineration, the fiber length is measured for a predetermined number of fibers, and the weight average fiber length Lw is calculated by the following formula (1). method.

=(Σ )/(Σ) (i=1,2,…,I) ・・・(1)
但し、NはLの長さを有する繊維の数、Iは異なる繊維長の繊維の数である。
L w = (Σ i Ni Li 2 )/(Σ i Ni Li ) (i = 1, 2, ..., I) (1)
where N i is the number of fibers with length L i and I is the number of fibers with different fiber lengths.

また、繊維径はカタログ値を用いてもよいし、実験的に求めてもよい。実験的には、例えば、上述のごとく得られた所定数の繊維について顕微鏡観察し、平均径を算出すること等が挙げられる。繊維含有比率は、サンプル100を製造したときの仕込み値を用いればよい。なお、後の回帰分析における収束性の問題から、制約条件として、繊維断面をRVE表面に配置しないように、RVE中に繊維を配置することが望ましい。 Further, the fiber diameter may be obtained using a catalog value or obtained experimentally. Experimentally, for example, a predetermined number of fibers obtained as described above are observed under a microscope, and the average diameter is calculated. For the fiber content ratio, the charged value when the sample 100 is manufactured may be used. It should be noted that, as a constraint, it is desirable to place the fibers in the RVE such that the fiber cross-sections are not placed on the RVE surface due to convergence issues in later regression analysis.

また、繊維配向のデータは、例えば図3に示すCT画像を用い、図2に示す角度θ,φを各繊維について測定し、下記式(2)で表される配向テンソルAを算出することにより得ることができる。 Further, the fiber orientation data is obtained by, for example, using the CT image shown in FIG. 3, measuring the angles θ and φ shown in FIG. 2 for each fiber, and calculating the orientation tensor A represented by the following formula (2) Obtainable.

Figure 0007156119000001
Figure 0007156119000001

そうして、このようにして得られた、画像データ、繊維長、繊維径、繊維含有比率、繊維配向、及び制約条件から、例えば繊維を円柱状と仮定して、RVEを作成する。 Then, from the image data, fiber length, fiber diameter, fiber content ratio, fiber orientation, and constraint conditions obtained in this manner, RVE is created, for example, assuming that the fibers are cylindrical.

-有限要素メッシュ作成工程S2-
RVE作成工程S1で作成したRVEを、有限要素法により有限要素メッシュに分割する。このとき、繊維、樹脂及び繊維-樹脂界面の各々の領域を個別にメッシュ分割する。具体的には、RVE全体の要素数が、所定の要素数以下、すなわち例えば100万要素以下、好ましくは60万要素以下となるようにメッシュ分割することが望ましい。
-Finite element mesh creation process S2-
The RVE created in the RVE creation step S1 is divided into finite element meshes by the finite element method. At this time, the regions of the fibers, the resin, and the fiber-resin interface are individually mesh-divided. Specifically, it is desirable to perform mesh division so that the number of elements in the entire RVE is equal to or less than a predetermined number of elements, ie, one million elements or less, preferably 600,000 elements or less.

メッシュ分割したRVEの一部を図4に示す(符号200)。例えば、繊維及び樹脂領域については、四面体1次要素で分割することができる。 A portion of the meshed RVE is shown in FIG. 4 (reference numeral 200). For example, the fiber and resin regions can be divided by tetrahedral primary elements.

なお、繊維-樹脂界面の領域については、例えば接点共有モデル、界面層モデル、接触モデル、結合力モデル等を用いて記述することができる。接点共有モデルとは、一つの材料特性のみ変えたモデルである。界面層モデルとは、繊維周りに一定の厚みのメッシュを切り、ここの材料特性を変えたモデルである。接触モデルとは、繊維と樹脂を別々にメッシュ分割し、そこの境界に摩擦係数などで接触を定義したモデルである。結合力モデルとは、CZM(Cohesive Zone Model)と称される関数であり、後述するように、界面強度を直接考慮することができる。ゆえに、高精度の応力-ひずみ特性予測を可能とする観点から、特に界面強度を直接考慮することができる結合力モデルを用いて記述することが望ましい。 The region of the fiber-resin interface can be described using, for example, a contact sharing model, an interface layer model, a contact model, a bonding force model, and the like. A contact-sharing model is a model in which only one material property is changed. The interfacial layer model is a model in which a mesh with a constant thickness is cut around the fiber and the material properties are changed here. A contact model is a model in which fibers and resin are divided into separate meshes, and contact is defined at the boundary between them using a coefficient of friction and the like. The cohesive force model is a function called CZM (Cohesive Zone Model), and can directly consider interface strength as described later. Therefore, from the viewpoint of enabling highly accurate stress-strain property prediction, it is desirable to describe using a binding force model that can directly consider interfacial strength.

このとき、RVE全体の応力-ひずみ特性を示すモデル関数は、上述の有限要素メッシュを用い、繊維の応力を示す関数と、樹脂の応力を示す関数と、繊維-樹脂界面の応力を示す関数を、RVE中の繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の含有比率(質量比)に応じて加算することで表される。 At this time, the model function indicating the stress-strain characteristics of the entire RVE uses the finite element mesh described above, and uses a function that indicates the stress of the fiber, a function that indicates the stress of the resin, and a function that indicates the stress at the fiber-resin interface. , is added according to the content ratio (mass ratio) of the fiber, resin, and fiber-resin interface in RVE.

具体的には、RVE全体の応力σを表す関数は、下式(3)のように記述できる。
σ=σ+σ ・・・(3)
但し、式(3)中、σは複合材の弾性域の応力、σは複合材の塑性域の応力である。
Specifically, the function representing the stress σ of the entire RVE can be described as the following equation (3).
σ=σ EP (3)
However, in Equation (3), σ E is the stress in the elastic region of the composite material, and σ P is the stress in the plastic region of the composite material.

σは例えば複合速を使えば以下のように記述できる。
σ=ασ +σ (1-V) ・・・(4)
ここで、αは繊維の配向係数、σ 、σ はそれぞれ繊維およびマトリックスの弾性応力、Vは繊維の体積含有率である。ここには等価化一財物理論等を用いてもよい。
σ E can be described as follows, for example, using compound velocity.
σ E = ασ E f V f + σ E m (1−V f ) (4)
where α is the orientation coefficient of the fiber, σ E f and σ E m are the elastic stresses of the fiber and matrix, respectively, and V f is the volume fraction of the fiber. Equivalent one-property theory or the like may be used here.

σは以下のように記述できる。
σ=σ ×f(α、L、τif) ・・・(5)
ここで、σ は樹脂の塑性域の応力、Lは繊維長、τifは繊維と樹脂の界面強度である。
σ P can be written as follows.
σ PP m ×f(α, L, τ if ) (5)
Here, σ P m is the stress in the plastic region of the resin, L is the fiber length, and τ if is the interfacial strength between the fiber and the resin.

以上から複合材の応力は以下のように記述できる。
σ=ασ +σ (1-V)+σ ×f(α、L、τif) ・・・(6)
-データ取得工程S3-
上記式(6)に入力する材料特性値としてのデータを取得する。データは、繊維のヤング率E、樹脂のヤング率E、樹脂の応力-ひずみ関係、繊維-樹脂界面の界面強度τifである。
From the above, the stress of the composite material can be described as follows.
σ= ασE f V fE m (1−V f )+σ P m ×f(α, L, τ if ) (6)
-Data acquisition step S3-
Data are acquired as material characteristic values to be input to the above equation (6). The data are the Young's modulus E f of the fiber, the Young's modulus E m of the resin, the stress-strain relationship of the resin, and the interfacial strength τ if of the fiber-resin interface.

繊維のヤング率Eおよび樹脂のヤング率Eは文献値を使用することができる。樹脂の応力-ひずみ関係は、例えば、後述するように、繊維を含有しない樹脂のみで製造した成形品の引張試験を行うことにより、実測データ(材料特性値)として実験的に求めることができる。繊維-樹脂界面の界面強度τifは、例えば、後述するように、ナノインデンテーション法、マイクロドロップレット法等を利用して、実測データ(材料特性値)として実験的に求めることができる。 Literature values can be used for the Young's modulus E f of the fiber and the Young's modulus E m of the resin. The stress-strain relationship of the resin can be obtained experimentally as measured data (material characteristic values) by, for example, performing a tensile test on a molded product manufactured only from a resin that does not contain fibers, as described later. The interfacial strength τ if of the fiber-resin interface can be obtained experimentally as measured data (material characteristic values) using, for example, a nanoindentation method, a microdroplet method, or the like, as described later.

なお、ナノインデンテーション法は、図5,図6に示すように、例えば成形品100から切り出した薄肉の試料片13の繊維部分12を微小プローブ2で押すことにより、試料片13における樹脂部分11と繊維部分12との界面の強度を測定する。具体的には、図7に示すように、微小プローブ2の変位と荷重との関係をプロットし、荷重が一定となった(c)部分の荷重の値から、下記式(7)により界面強度を算出する。 In the nanoindentation method, as shown in FIGS. 5 and 6, for example, by pressing a fiber portion 12 of a thin sample piece 13 cut out from a molded product 100 with a microprobe 2, the resin portion 11 of the sample piece 13 is pushed. and the strength of the interface with the fiber portion 12 is measured. Specifically, as shown in FIG. 7, the relationship between the displacement of the microprobe 2 and the load is plotted. Calculate

τif=P/(πdL) ・・・(7)
但し、式(7)中、Pは荷重、dは繊維部分12の繊維径、Lは繊維部分12の繊維長である。また、図6,図7中の(a)~(d)の符号は、互いに対応している。
τ if =P/(πdL) (7)
However, in the formula (7), P is the load, d is the fiber diameter of the fiber portion 12, and L is the fiber length of the fiber portion 12. Reference numerals (a) to (d) in FIGS. 6 and 7 correspond to each other.

このように、ナノインデンテーション法は、成形品から実際に切り出した試料片13における樹脂部分11と繊維部分12との界面の強度を直接測定するから、繊維-樹脂界面の界面強度τifをより精確に測定することができる。ゆえに、繊維-樹脂界面の界面強度τifの実測データは、ナノインデンテーション法により取得することが望ましい。 In this way, the nanoindentation method directly measures the strength of the interface between the resin portion 11 and the fiber portion 12 in the sample piece 13 actually cut out from the molded product, so the interface strength τ if of the fiber-resin interface can be calculated as follows. can be measured accurately. Therefore, it is desirable to obtain measured data of the interfacial strength τ if of the fiber-resin interface by the nanoindentation method.

-回帰分析工程S4-
上述の繊維及び樹脂の材料特性値、樹脂のひずみ及び繊維-樹脂界面の界面強度の実測データ(材料特性値)を、上記式(6)のモデル関数に回帰させ、これら材料特性値を最もよく表すように式(6)の各係数を決定して同定する。そうして、最終的に下記式(8)の回帰式を得る。
-Regression analysis step S4-
The above-mentioned material characteristic values of the fiber and resin, the strain of the resin, and the measured data (material characteristic values) of the interfacial strength of the fiber-resin interface are regressed to the model function of the above formula (6), and these material characteristic values are the best Determine and identify each coefficient of equation (6) as shown. Then, the regression formula of the following formula (8) is finally obtained.

σ=Kε ・・・(8)
但し、式(8)中、Kは剛性マトリックス、εはRVE全体のひずみである。
σ=Kε (8)
However, in equation (8), K is the stiffness matrix and ε is the strain of the entire RVE.

-予測工程S5-
予測工程S5では、上記式(8)の回帰式に基づき、任意の繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測する。
-Prediction step S5-
In the prediction step S5, the stress-strain characteristics of an arbitrary fiber-reinforced resin molded product are predicted based on the regression formula (8) above.

以上述べたように、繊維-樹脂界面の応力を示す関数を定義するとともに、繊維-樹脂界面の界面強度の実測データを、モデル関数に回帰させて回帰式を得るから、繊維-樹脂界面の界面強度を考慮したモデル関数を同定することができ、代表体積要素を繊維、樹脂、繊維-樹脂界面の3種に分けて、各々について有限要素法によりメッシュ分割してモデル化することができる。そうして、精度よく繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測することができる。 As described above, the function representing the stress at the fiber-resin interface is defined, and the measured data of the interface strength at the fiber-resin interface is regressed to the model function to obtain the regression equation. A model function considering strength can be identified, and representative volume elements can be divided into three types, fiber, resin, and fiber-resin interface, and each can be modeled by mesh division by the finite element method. Thus, it is possible to accurately predict the stress-strain characteristics of fiber-reinforced resin moldings.

(その他の実施形態)
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、上記実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
(Other embodiments)
Other embodiments according to the present disclosure will be described in detail below. In the description of these embodiments, the same parts as in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

繊維表面の表面処理の有無を反映させる場合には、例えばτifを下記式(9)で表せばよい。 To reflect the presence or absence of surface treatment on the fiber surface, for example, τ if may be expressed by the following equation (9).

τif=a+b(1-ecx) ・・・(9)
但し、式(9)中、aは樹脂表面の摩擦係数、bは結合テンソル、cは無水マレイン酸変性ポリプロピレンと表面処理が施された樹脂表面との結合度合い、xは無水マレイン酸変性ポリプロピレンの含有比率である。
τ if =a+b(1−e cx ) (9)
However, in formula (9), a is the friction coefficient of the resin surface, b is the binding tensor, c is the degree of bonding between the maleic anhydride-modified polypropylene and the surface-treated resin surface, and x is the maleic anhydride-modified polypropylene. content ratio.

式(9)は、上述のナノインデンテーション法や、マイクロドロップレット法等により得られた繊維-樹脂界面の界面強度の実測データの近似式として得られた式である。 Formula (9) is an approximate formula obtained from the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface obtained by the above-described nanoindentation method, microdroplet method, or the like.

なお、繊維表面の表面処理とは、例えば、ガラス繊維であれば、ガラス繊維の表面にCOOH基等の官能基を導入して、また炭素繊維であれば、サイジング剤やプラズマ処理により、繊維表面の樹脂への接着性の度合い等を調整することをいう。表面処理の有無により、a,b,cの値が変化し得る。 The surface treatment of the fiber surface means, for example, in the case of glass fiber, introducing a functional group such as a COOH group to the surface of the glass fiber, or in the case of carbon fiber, treating the fiber surface with a sizing agent or plasma treatment. It refers to adjusting the degree of adhesion to resin etc. The values of a, b, and c may change depending on the presence or absence of surface treatment.

上記実施形態1の式(6)に上記式(9)を導入することにより、表面処理の有無を考慮した応力-ひずみ特性の予測が可能となる。 By introducing the above equation (9) into the above equation (6) of the first embodiment, it becomes possible to predict the stress-strain characteristics considering the presence or absence of surface treatment.

[実験例]
次に、具体的に実施した実験例について説明する。
[Experimental example]
Next, a concrete experimental example will be described.

<供試材>
樹脂として、ホモポリプロピレン(日本ポリプロ(株)製MA1B、以下、「PP」ともいう。)に、無水マレイン酸変性PP(三洋化成工業(株)社製ユーメックス1001、以下、「MA」ともいう。)を全樹脂中における含有比率が0質量%、5質量%,10質量%となるように配合したものを用いた。繊維として、市販の直径17μmのガラス繊維(以下、「GF」ともいう。)、表面処理A(CN基を導入)を施したガラス繊維、表面処理B(COOH基を導入)を施したガラス繊維を、成形品中の繊維含有比率が10質量%となるように添加し、射出成形により、表1に示す計8種類の成形品を作製した。
<Test material>
As the resin, homopolypropylene (MA1B manufactured by Japan Polypropylene Co., Ltd., hereinafter also referred to as "PP") and maleic anhydride-modified PP (Umex 1001 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., hereinafter also referred to as "MA") were used. ) was blended so that the content ratio in the total resin was 0% by mass, 5% by mass, and 10% by mass. As fibers, commercially available glass fibers with a diameter of 17 μm (hereinafter also referred to as “GF”), glass fibers subjected to surface treatment A (introduction of CN groups), and glass fibers subjected to surface treatment B (introduction of COOH groups). was added so that the fiber content ratio in the molded article was 10% by mass, and a total of 8 types of molded articles shown in Table 1 were produced by injection molding.

Figure 0007156119000002
Figure 0007156119000002

<引張試験>
低せん断スクリューを装備した日本製鋼所電動横型220t射出成形機(J220AD-2M460H/30)により、引張試験用標準ISOダンベルサンプル(厚さ4mm)を成形した(図2参照)。サンプルとしては、計算で入力する材料特性値取得用の樹脂(MA有/無)のみのPP成形品と、計算の検証に用いるPP/GF成形品(MA有/無)との計4種類を準備した。JIS K7161に準じて、万能試験機(インストロン製)を用いて、チャック間距離115mm,試験速度1mm/分で応力-ひずみ曲線を測定した。なお、図2中に示す両矢印は、万能試験機による引張方向を示している。図8に、PP成形品の応力-ひずみ曲線を示す。
<Tensile test>
A standard ISO dumbbell sample (4 mm thick) for tensile testing was molded by a Japan Steel Works, Ltd. electric horizontal 220t injection molding machine (J220AD-2M460H/30) equipped with a low-shear screw (see Figure 2). There are four types of samples: a PP molded product with only resin (with or without MA) for obtaining material characteristic values to be input in the calculation, and a PP/GF molded product (with/without MA) used for verification of the calculation. Got ready. According to JIS K7161, a universal testing machine (manufactured by Instron) was used to measure the stress-strain curve at a chuck distance of 115 mm and a test speed of 1 mm/min. The double-headed arrow shown in FIG. 2 indicates the tensile direction by the universal testing machine. FIG. 8 shows the stress-strain curve of the PP molding.

<繊維長測定試験>
未試験の成形品の一部を切り取り、電気炉を用いて625℃で4時間加熱してPPを焼き飛ばした後、1000本のGFについて、その繊維長を測定して上述の式(1)を用いて重量平均繊維長(Lw)を算出した。なお、図9に、測定した繊維長の分布を示す。
<Fiber length measurement test>
Cut out a part of the untested molded product, heat it at 625 ° C. for 4 hours using an electric furnace to burn off the PP, then measure the fiber length of 1000 GFs and use the above formula (1) was used to calculate the weight average fiber length (Lw). FIG. 9 shows the measured fiber length distribution.

<繊維配向測定試験>
図2に示すダンベル平行部の反ゲート側端を切り取り、マイクロフォーカスX線CT装置((株)東研社製Tohken-skyscan2011)を用いて,4μmの分解能で画像を撮影した。この画像を元に、図2に示すφ,θを、ラトックシステムエンジニアリング(株)製TRI/3D-FBR64で繊維1本ごとに測定し、上記式(2)で表される配向テンソルAを算出した。配向テンソルAの算出結果を表2に示す。
<Fiber orientation measurement test>
The end of the dumbbell parallel portion shown in FIG. 2 on the side opposite to the gate was cut off, and an image was taken with a resolution of 4 μm using a microfocus X-ray CT apparatus (Tohken-skyscan 2011 manufactured by Token Co., Ltd.). Based on this image, φ and θ shown in FIG. 2 are measured for each fiber with TRI/3D-FBR64 manufactured by Ratoc System Engineering Co., Ltd., and the orientation tensor A represented by the above formula (2) is calculated. did. Table 2 shows the calculation results of the orientation tensor A.

Figure 0007156119000003
Figure 0007156119000003

<繊維-樹脂界面強度測定>
ナノインデンター(東陽テクニカ製)を用いて、図2の成形品を切削加工して得られた薄肉フィルム(厚さ:約 200μm)より、GFを押出し、直接、PP/GF界面のせん断強度を界面強度として測定した。供試材1,2の界面強度の測定結果を表2に示す。また、供試材3~8の界面強度の測定結果を図10に示す。
<Fiber-resin interface strength measurement>
Using a nanoindenter (manufactured by Toyo Technica), GF was extruded from a thin film (thickness: about 200 μm) obtained by cutting the molded product of FIG. It was measured as interface strength. Table 2 shows the measurement results of the interfacial strength of test materials 1 and 2. FIG. 10 shows the measurement results of the interfacial strength of test materials 3 to 8.

<計算>
上述の方法により、繊維配向測定で得られたCT画像と、繊維含有比率10質量%と、繊維長及び繊維配向の測定結果から、Digimat2016.1(e-Xtream engineering社)を用いて、RVE(3.1mm×0.6mm×0.6mm)を作成した。
<Calculation>
From the CT image obtained by fiber orientation measurement, the fiber content ratio of 10% by mass, and the measurement results of fiber length and fiber orientation by the above method, Digimat 2016.1 (e-Xtreme engineering) was used to obtain RVE ( 3.1 mm x 0.6 mm x 0.6 mm).

また、Abaqus 6.14-3(ダッソーシステムズ(株)製)を用いて、RVEの繊維および樹脂部分を四面体1次要素で分割した(メッシュサイズ40μm)。また、繊維-樹脂界面を結合力モデルでモデル化した。なお、RVE全体の要素数は約60万要素であった。 Using Abaqus 6.14-3 (manufactured by Dassault Systèmes, Inc.), the fiber and resin portions of the RVE were divided by tetrahedral primary elements (mesh size 40 μm). In addition, the fiber-resin interface was modeled with a bonding force model. The total number of elements in the RVE was approximately 600,000 elements.

そして、Abaqus 6.14-3を用いて、繊維及び樹脂の材料特性値としてのカタログ値、PP成形品の引張試験の結果、繊維-樹脂界面の界面強度の測定結果を入力して、回帰式を求めた。 Then, using Abaqus 6.14-3, input the catalog values as material property values of fibers and resins, the results of tensile tests of PP molded products, and the measurement results of the interfacial strength of the fiber-resin interface, and use the regression equation asked for

<実験結果と計算結果との比較>
供試材1,2について、上述の引張試験において求めたPP/GF成形品(MA有/無)の見かけの応力-ひずみ曲線と、上述の方法で同定した回帰式(8)を用いたCAE計算結果を図11に示す。
<Comparison between experimental results and calculation results>
For test materials 1 and 2, the apparent stress of the PP / GF molded product (with / without MA) obtained in the above-described tensile test - CAE using the regression equation (8) identified by the above method. Calculation results are shown in FIG.

図11に示すように、供試材1,2の応力-ひずみ特性の実験値とCAE計算結果とでは、いずれもほぼ一致していることが判る。なお、実験値では、弾性域ではMA有/無での差はないが、降伏以降でMA有(供試材2)の方がMA無(供試材1)よりも応力値が高くなっている。CAE計算結果では、降伏以降の応力値の差についてもシミュレーションできており、上記式(6)において繊維-樹脂界面強度を考慮することによって、CAEにおいてもこの差を定量的に表し得ることが示唆された。 As shown in FIG. 11, it can be seen that the experimental values of the stress-strain characteristics of the test materials 1 and 2 and the CAE calculation results are both substantially in agreement. In the experimental values, there is no difference between with and without MA in the elastic region, but after yielding, the stress value with MA (test material 2) is higher than that without MA (test material 1). there is In the CAE calculation results, the difference in stress values after yielding can also be simulated, suggesting that this difference can be expressed quantitatively in CAE by considering the fiber-resin interface strength in the above formula (6). was done.

<繊維表面の表面処理の効果>
供試材3~8について、界面強度を測定したところ、表1,図10に示すように、MAを含有しない供試材3,6では、表面処理B(COOH基を導入)よりも表面処理A(CN基を導入)を施したGFを含む方が、界面強度は高く、繊維-樹脂間の接着強度が高いことが判る。一方、MAを含有する供試材4,5,7,8では、表面処理A(CN基を導入)よりも表面処理B(COOH基を導入)を施したGFを含む方が、界面強度は高く、繊維-樹脂間の接着強度が高いことが判る。このことから、COOHとMAとの相互作用が強く、接着強度が向上したものと考えられる。なお、図10では、MAの含有比率が5質量%を超えて増加すると、表面処理A,Bの界面強度の差は小さくなることが示唆される。このように界面強度の実測データから図11の近似曲線が得られ、当該近似曲線は、上記式(9)で表される。なお、表面処理Aの近似式の係数a,b,cはそれぞれ5.3,9.65,0.19であり、表面処理Bの近似式の係数a,b,cはそれぞれ4.6,10.2,0.37である。
<Effect of surface treatment on fiber surface>
When the interfacial strength was measured for test materials 3 to 8, as shown in Table 1 and FIG. It can be seen that the interfacial strength is higher and the adhesive strength between the fiber and the resin is higher when the GF to which A (CN group is introduced) is included. On the other hand, in test materials 4, 5, 7, and 8 containing MA, interfacial strength is higher when GF subjected to surface treatment B (introduction of COOH group) is included than in surface treatment A (introduction of CN group). It can be seen that the adhesive strength between the fiber and the resin is high. From this, it is considered that the interaction between COOH and MA is strong and the adhesive strength is improved. In addition, FIG. 10 suggests that when the content of MA exceeds 5% by mass, the difference in interfacial strength between the surface treatments A and B becomes smaller. In this way, the approximated curve of FIG. 11 is obtained from the measured data of the interface strength, and the approximated curve is represented by the above equation (9). The coefficients a, b and c of the approximation formula for surface treatment A are 5.3, 9.65 and 0.19, respectively, and the coefficients a, b and c of the approximation formula for surface treatment B are 4.6 and 4.6, respectively. 10.2, 0.37.

100 サンプル、成形品(繊維強化樹脂成形品)
101 反ゲート側端部
11 樹脂部分
12 繊維部分
15 繊維-樹脂界面
200 (代表体積要素、RVEの)一部
100 samples, molded products (fiber reinforced resin molded products)
101 Opposite gate side end 11 Resin part 12 Fiber part 15 Fiber-resin interface 200 Part (of representative volume element, RVE)

Claims (4)

基準となる繊維強化樹脂成形品のサンプルの画像データと、前記サンプルに含まれる繊維の繊維長データ及び配向データとに基づいて、代表体積要素を作成する工程と、
繊維、樹脂及び繊維-樹脂界面の各々について、前記代表体積要素全体の要素数が所定の要素数以下となるように、有限要素法により有限要素メッシュを作成するとともに、前記繊維、前記樹脂及び前記繊維-樹脂界面の各々の応力を示す関数をこれらの含有比率に応じて足し併せて、前記代表体積要素全体の応力-ひずみ特性を示すモデル関数を作成する工程と、
前記繊維及び前記樹脂の材料特性値と、予め実験的に取得した前記繊維-樹脂界面の界面強度の実測データとを、前記モデル関数に回帰させて回帰式を得る工程と、
前記回帰式に基づき、任意の繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性を予測する工程とを備えた
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法。
a step of creating a representative volume element based on image data of a sample of a fiber-reinforced resin molded product that serves as a reference, and fiber length data and orientation data of fibers contained in the sample;
For each of the fibers, the resin and the fiber-resin interface, a finite element mesh is created by the finite element method so that the total number of elements of the representative volume elements is equal to or less than a predetermined number of elements, and the fibers, the resin and the a step of creating a model function indicating the stress-strain characteristics of the entire representative volume element by adding together functions indicating the stresses of the fiber-resin interfaces according to their content ratios;
obtaining a regression formula by regressing the material characteristic values of the fiber and the resin and the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface obtained experimentally in advance against the model function;
A method for predicting stress-strain characteristics of a fiber-reinforced resin molded product, comprising a step of predicting the stress-strain characteristics of an arbitrary fiber-reinforced resin molded product based on the regression equation.
請求項1において、
前記繊維-樹脂界面の応力を示す関数は、結合力モデルを用いて記述される
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法。
In claim 1,
A method for predicting stress-strain characteristics of a fiber-reinforced resin molded product, wherein the function indicating the stress at the fiber-resin interface is described using a bonding force model.
請求項1又は請求項2において、
前記繊維-樹脂界面の界面強度の実測データは、ナノインデンテーション法により測定されたものである
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法。
In claim 1 or claim 2,
A method for predicting stress-strain characteristics of a fiber-reinforced resin molded product, wherein the measured data of the interfacial strength of the fiber-resin interface is measured by a nanoindentation method.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記繊維強化樹脂成形品は、射出成形品である
ことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の応力-ひずみ特性予測方法。
In any one of claims 1 to 3,
A stress-strain characteristic prediction method for a fiber reinforced resin molded product, wherein the fiber reinforced resin molded product is an injection molded product.
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