WO2015098439A1 - 成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体 - Google Patents
成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015098439A1 WO2015098439A1 PCT/JP2014/081920 JP2014081920W WO2015098439A1 WO 2015098439 A1 WO2015098439 A1 WO 2015098439A1 JP 2014081920 W JP2014081920 W JP 2014081920W WO 2015098439 A1 WO2015098439 A1 WO 2015098439A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- analysis
- viscoelastic
- viscoelastic structure
- structure analysis
- flow
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 160
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 71
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 35
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 20
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 17
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 15
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 15
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 claims description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 claims description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 4
- 238000003696 structure analysis method Methods 0.000 claims 10
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 23
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 4
- 241000946381 Timon Species 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920010524 Syndiotactic polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 229920001893 acrylonitrile styrene Polymers 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N prop-2-enenitrile;styrene Chemical compound C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 SCUZVMOVTVSBLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D46/00—Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
- B29C33/3835—Designing moulds, e.g. using CAD-CAM
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
- B29C45/7693—Measuring, controlling or regulating using rheological models of the material in the mould, e.g. finite elements method
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N2011/0006—Calibrating, controlling or cleaning viscometers
- G01N2011/002—Controlling sample temperature; Thermal cycling during measurement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0092—Visco-elasticity, solidification, curing, cross-linking degree, vulcanisation or strength properties of semi-solid materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0092—Visco-elasticity, solidification, curing, cross-linking degree, vulcanisation or strength properties of semi-solid materials
- G01N2203/0094—Visco-elasticity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/0202—Control of the test
- G01N2203/0212—Theories, calculations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/0202—Control of the test
- G01N2203/0212—Theories, calculations
- G01N2203/0218—Calculations based on experimental data
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/22—Moulding
Definitions
- the present invention relates to a viscoelastic structure analysis apparatus, method, program, and medium for molded products, particularly molded products molded by injection molding, injection compression molding, or transfer molding.
- Patent Document 1 to Patent Document 10 are effective in analyzing viscoelasticity.
- the temperature change of the mold and the molded product in a minute time according to the history of the manufacturing time is a temperature change.
- the amount of thermal strain generated in the mold and the molded product corresponding to the temperature change calculated by the temperature change calculation means is calculated by the thermal strain amount calculation means, and calculated by this thermal strain amount calculation means
- the internal stress of the molded product is calculated by the internal stress calculation means from the amount of thermal strain and the stress relaxation data based on the temperature-time conversion rule stored in the data storage unit. Based on the internal stress calculation result, the molded product is calculated.
- the method of patent document 1 performed the viscoelasticity test in the solid phase below the glass transition temperature of the molding material, and the viscoelasticity test in the melt phase above the glass transition temperature, and continuously connected the data of both.
- a master curve of relaxation elastic modulus and a temperature shift factor incorporating a temperature-time conversion rule are stored in the data storage unit. Then, the thermal strain in the minute time is reflected in the relaxation phenomenon due to the time course of the stress generated thereby, and by integrating the history over the entire cooling time, the history of temperature and pressure during cooling is obtained. I try to handle it.
- the resin is supplied into the molded product from the molding machine through the sprue runner at the time of holding pressure.
- a difference occurs between the actual molding process and the pressure condition in the simulation, and a phenomenon such as a rapid decrease in the hydrostatic pressure obtained by the viscoelastic analysis occurs compared to the pressure history of the actual molded product. If the solidification time inside the molded product and the gate part is almost the same, or if the molded product has a thin part that solidifies faster than the gate part, the effect of holding pressure after the shrinkage start point is affected. It points out that the problem that it cannot be considered occurs.
- the temperature at the start of shrinkage of the resin calculated based on resin flow analysis is used as a method for accurately predicting the deformed shape of a molded product in consideration of the influence of resin supply during the pressure holding process.
- the pressure, and the shrinkage strain of the resin obtained from the specific volume every minute time after the resin shrinkage start time obtained by the resin flow analysis, and the structural analysis of the mold and the injection molded product A first thermo-viscoelasticity analysis step for calculating the deformation amount, temperature, and stress of the injection-molded product in the mold from the start of shrinkage of the resin to the mold opening every minute time, and the first heat
- the deformation amount, temperature, and stress obtained by the viscoelasticity analysis process are read, and the structure analysis of the injection-molded product that does not have a constraint condition by the mold allows the resin from the mold opening of the injection-molded product. Degrees is about to reach the ambient temperature, a method and a second heat viscoelastic analysis step of analyzing the deformation of the injection molded article for each minute time are shown
- Patent Document 10 the physical phenomenon in molding could not be accurately predicted by the analysis simply considering viscoelasticity shown in Patent Document 1 to Patent Document 9.
- the method of Patent Document 10 is a ratio of the temperature and pressure at the start of shrinkage of the resin calculated based on a resin flow analysis, and a minute time ratio after the start of shrinkage of the resin obtained by the resin flow analysis. This method simply considers the effect of resin supply during the pressure-holding process using the shrinkage strain of the resin determined from the volume, and can accurately consider the effect of resin supply during the pressure-holding process. There wasn't.
- the present invention is a molded product that is analyzed in the viscoelastic structure analysis of the molded product, taking into account the influence of resin supply during the pressure holding process, for example, in the pressure holding process of injection molding.
- An object of the present invention is to provide a viscoelastic structure analysis apparatus, method, program, and medium.
- a viscoelastic structure analysis apparatus or method is an analysis apparatus or method for performing viscoelastic structure analysis by a programmed computer, and at least a plurality of numerical analysis of a molded product.
- a calculation model creating means or step for dividing into elements, or a calculation model reading means or step for reading a calculation model divided into a plurality of numerical analysis elements are provided, and at least the viscoelastic properties of the viscoelastic structural analysis are defined.
- At least one of a physical property definition means or step, or a physical property reading means or step for reading viscoelastic physical properties, and at least heat transfer analysis means or step for performing heat transfer analysis of the molded product, or heat transfer analysis of the molded product A means or step for reading the heat transfer analysis results
- a viscoelastic structure analysis means or method comprising a viscoelastic structure analysis means or step for performing viscoelastic structure analysis, comprising either a step or a flow analysis result reading means or step for reading a flow analysis result of the molded article
- the viscoelastic structure analysis of each numerical analysis element of the calculation model or the nodes constituting the numerical analysis element is performed at the time when each numerical analysis element of the calculation model or the nodes constituting the numerical analysis element stops flowing.
- the heat transfer calculation means includes at least solidification heat, crystallization latent heat, curing reaction heat, chemical reaction heat. Any one of the above thermal energy is applied as a heat quantity.
- another embodiment of the viscoelastic structure analysis apparatus or method according to the present invention is such that the viscoelastic structure analysis means includes at least thermal expansion, solidification, crystallization, curing reaction, chemical reaction. A shrinkage load or an expansion load is applied by either of the above.
- another embodiment of the viscoelastic structure analyzing apparatus or method according to the present invention is a material in which the viscoelastic physical property is at least one of orthogonal anisotropy and complete anisotropy. It has the characteristics.
- each numerical analysis element of the calculation model or the flow stop evaluation of a node constituting the numerical analysis element provides each numerical analysis element of the calculation model or the flow stop evaluation of a node constituting the numerical analysis element.
- each numerical analysis element of the calculation model or a node constituting the numerical analysis element is solidified, or each numerical analysis element of the molded product or each numerical analysis upstream of the node constituting the numerical analysis element It is characterized in that the element or the node constituting the numerical analysis element is evaluated by solidifying.
- another embodiment of the viscoelastic structure analysis apparatus or method according to the present invention is such that the molded product is formed by injection molding, injection compression molding, transfer molding, compression molding, extrusion molding or casting.
- the molded product is a molded product.
- another embodiment of the viscoelastic structure analysis apparatus or method according to the present invention is characterized in that the viscoelastic structure analysis includes an analysis related to a heat treatment step after molding.
- another form of the viscoelastic structure analyzing apparatus or method according to the present invention is characterized in that the material of the molded product is a resin.
- another form of the viscoelastic structure analysis apparatus or method according to the present invention is such that the material of the molded product contains at least the orientation of the material of the molded product or the material of the molded product. It is characterized by having anisotropy of orientation depending on the orientation of the reinforcing material.
- the viscoelastic structure analysis program causes a computer to execute a viscoelastic structure analysis using any one of the methods described above.
- a storage medium according to the present invention is characterized in that the above-mentioned program is recorded.
- the “molded product” refers to a product obtained by flowing a molded product material in a molten state into a desired shape and then solidifying it.
- element division means that a structure such as a molded product is divided into a finite number of numerical analysis elements by virtual boundary lines or surfaces, and the divided elements are on the boundary. They are connected to each other by a finite number of nodes.
- viscoelastic structural analysis is an unsteady structural analysis in the time domain, and uses viscoelastic physical properties to provide elastic relaxation for stresses generated for strains generated at an arbitrary time. This refers to material nonlinear structural analysis that takes into account.
- viscoelastic physical properties are physical properties combining elasticity and viscosity, and any means can be used as long as the physical properties can be obtained.
- a dynamic viscoelasticity test (DMA) based on JIS K7244 ), Or physical property data obtained by a creep test in accordance with JIS K7115 and modeled by a generalized Maxwell model or a Forked model based on the obtained data.
- Any means can be used as long as the influence of temperature can be taken into account.
- WLF formula Williams-Landel-Ferry formula
- flow analysis is a numerical analysis of a process of pouring a molten material into a mold in order to make a molded product into a desired shape, and any means can be used as long as the process can be analyzed. It means analysis using the method, finite volume method, finite element method, boundary element method, particle method and the like.
- heat transfer analysis refers to an analysis for calculating a non-linear temperature of a molded product with respect to the time domain, and at least a thermal property (for example, a mold or air) around the molded product or the molded product (for example, mold or air). , Specific heat, specific gravity, thermal conductivity, emissivity, heat of fusion, heat of solidification, heat of reaction, heat of friction) or analysis conducted using the heat transfer coefficient between the molded product and the periphery of the molded product. Moreover, when performing a viscoelastic structure analysis including a heat treatment process, the heat transfer analysis in a heat treatment process is also implemented.
- injection molding refers to molding in which a material melted by heating in a cylinder is poured into a mold and shaped and solidified into the shape of the mold cavity to obtain a molded product having a desired shape. I mean. Alternatively, insert molding may be used in which another part (insert product) is inserted into the mold cavity in advance, and a molded product material is injected around it to create an integrally molded product.
- injection compression molding means that in the injection molding, the mold is not formed by completely closing the mold, but is heated and melted while the mold is closed from a slightly opened state in advance. It refers to molding that is injected into the inside.
- transfer molding refers to molding in which the material is heated and melted in a pot instead of a cylinder in the injection molding.
- compression molding refers to a molding method in which a molding material is placed in a cavity of a mold and pressed between the surface plates of a compression molding machine for shaping.
- extrusion molding refers to a molding method for continuously molding an endless long article such as a rod, sheet, web, plate, pipe or the like.
- casting refers to molding in which a material having a desired shape is obtained by pouring a material into a mold and shaping and solidifying it into the shape of the mold cavity.
- the material include metal, glass, and ceramic.
- the “heat treatment step” refers to a step in which heat is again applied to a molded product that has been removed from the mold and brought to a normal temperature state.
- heat treatment step refers to a step in which heat is again applied to a molded product that has been removed from the mold and brought to a normal temperature state.
- annealing, reflow, quenching, annealing, tempering, annealing, baking, etc. refers to a process.
- molded product material refers to a material used to make a molded product, and examples thereof include resin, rubber, metal, glass, and ceramics.
- “resin” refers to a substance composed of a polymer compound.
- polyethylene PE
- polypropylene PP
- vinyl chloride PVC
- polyamide PA
- polyacetal POM
- PBT polyethylene terephthalate
- PBT polyethylene terephthalate
- PES polyethylene terephthalate
- SPS syndiotactic polystyrene
- PPS polyphenylene sulfide
- PEEK polyether ether ketone
- LCP liquid crystal polymer
- PEN polycarbonate
- PC modified polyphenylene ether
- PSF polysulfone
- PES polyarylate
- PAR polyamideimide
- PAI polyetherimide
- PEI thermoplastic polymer
- thermoplastic polymer examples thereof include lyimide (PI), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile styrene (AS), and epoxy resin (EPO)
- orientation means that molecules of a molded product material or additives and contents of the molded product are aligned in the flow direction by flowing the molded product material.
- the “reinforced product contained in the resin” refers to a material for improving the characteristics of the resin, for example, glass fiber, carbon fiber, synthetic fiber, glass cloth, carbon fiber cloth, which improves strength, Examples thereof include synthetic fiber cloth and inorganic filler (metal, silica, mica, etc.).
- anisotropic means that physical properties differ depending on the orientation. For example, when a rectangular parallelepiped molded product is placed on the xy plane, the tensile elastic modulus in the x direction is different from the tensile elastic modulus in the y direction.
- solidification means that the liquid becomes solid.
- the molding material is resin, rubber, glass, ceramic, or the like
- solidification means that the liquid changes to a rubber state, a glass state, or a gel state and does not flow even when pressure is applied.
- the viscoelastic structure analysis is started for each element or each node from the point when the analysis target substance of each element or each node divided into elements cannot flow.
- the influence of the resin supply during the pressure-holding process is taken into account by a flow analysis separately performed.
- FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a storage medium according to an embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows an example of a structure of embodiment of this invention. In the flowchart which shows an example of a structure of embodiment of this invention shown in FIG. 3, it is a subflow figure which shows an example of a flow stop evaluation. It is a figure which shows an example of the element divided
- FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a molded product that is divided into elements to perform viscoelastic structure analysis according to the embodiment of the present invention, and is a schematic diagram for explaining a subflow diagram of flow stop evaluation of FIG. It is a figure for demonstrating the state in the next step of the state shown to. It is a perspective view which shows an example of the molded product divided
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of a viscoelastic structure analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention.
- the viscoelastic structure analyzing apparatus includes a computer (computer) 1 such as a personal computer or a workstation, a data input means such as a keyboard 2 and a mouse 3, and a data display device such as a display 4.
- a computer computer 1 such as a personal computer or a workstation
- a data input means such as a keyboard 2 and a mouse 3
- a data display device such as a display 4.
- a computer (computer) 1 includes a CPU 5, a main storage device (memory) 6, a hard disk, a flexible disk, a USB (Universal Serial Bus) memory, a memory card, a CD (Compact Disk), a DVD (Digital Versatile Disk), Consists of an auxiliary storage device 7 such as a Blu-ray disc, etc., and by means of these configurations, means for dividing at least the part of the molded product to be analyzed for viscoelastic structure or means for reading the data obtained by dividing the element, at least viscosity for viscoelastic structure analysis Means for defining elastic properties or means for reading viscoelastic properties, at least means for calculating heat transfer or means for reading heat transfer results, means for reading at least flow stop evaluation means or means for reading flow stop evaluation results, at least performing flow analysis of molded products Means to do or Means for reading the elastic movement analysis result includes a viscoelastic structure analysis means.
- FIG. 2 shows an example of data stored in the auxiliary storage device 7 according to the embodiment of the present invention.
- the auxiliary storage device 7 includes at least a program 10 that divides the molded product into elements or element division data 11 of the molded product, a program 12 that defines at least viscoelastic properties of viscoelastic structure analysis, or viscoelastic property data 13 of viscoelastic structure analysis.
- At least a heat transfer analysis program 14 or heat transfer analysis result data 15 at least a flow stop evaluation program 16 or a flow stop evaluation result data 17, at least a flow analysis program 18 or flow analysis result data 19 of a molded product, a viscoelastic structure
- An analysis program 20 is stored.
- FIG. 3 is a flowchart showing an example of the embodiment of the present invention.
- a computer 1 such as a personal computer or a workstation reads programs and data from the auxiliary storage device 7 to the memory 6 based on information from data input means such as a keyboard 2 and a mouse 3.
- data input means such as a keyboard 2 and a mouse 3.
- element division of the viscoelastic structure analysis target part is performed or element division data is read (step 21).
- the physical properties of viscoelastic structural analysis are defined or the viscoelastic physical properties are read (step 22).
- the viscoelastic physical properties for viscoelastic structure analysis are not limited as long as the physical properties can be acquired and defined, but an example of a method of acquiring and a method of defining is shown below.
- a method of acquiring a complex elastic modulus depending on temperature and frequency by DMA (dynamic viscoelasticity test) using a molded product material is most convenient because it is simple.
- the Laplace transform is performed after converting complex elastic modulus data that depends on both temperature and frequency into a format that depends only on frequency, using the Williams-Landel-Ferry formula (WLF formula) and Arrhenius temperature-time conversion rule. It is most commonly defined by the Prony series of the generalized Maxwell model by Fourier transform.
- anisotropy when the molded product is a resin used for injection molding, a test piece is obtained by a method in accordance with JIS K7252-5, and physical properties taking into account anisotropy are obtained. Like that.
- the computer 1 such as a computer or a workstation performs unsteady viscoelastic structure analysis in the time domain in steps 23 to 29 based on the data in steps 21 and 22.
- the analysis evaluation ends (step 29).
- step 24 to step 28 heat transfer analysis is performed on the element that performs flow analysis and the element that performs viscoelastic structure analysis (step 24).
- the thermal properties eg, specific heat, specific gravity, thermal conductivity
- the amount of heat accompanying phase transition such as solidification heat and crystallization latent heat, the heat of curing reaction, and the amount of heat accompanying chemical reaction.
- FIG. 4 is an example of a subflow diagram of flow stop evaluation in the embodiment of the present invention.
- the flow stop evaluation is performed using node data, but element data may be used instead of node data, or both node data and element data may be used.
- this subflow consists of 2 from start 1 to end 1 and from start 2 to end 2. Although it is composed of one flow, only the flow from start 1 to end 1 may be used.
- I will explain from start 1 to end 1. It is assumed that the number of nodes generated by element division is N, the constituent node numbers are assigned from 1 to N, and I is the node number. I is initialized to 1 (step 31), and flow stoppage determination is performed for all nodes by the node number I increment process (step 35) and the node number I and the number N of node comparison process (step 36) (step 36). 32). In the flow stop determination (step 32), for example, when the molding material is a thermoplastic resin, glass, ceramic, metal, or the like, it is determined that the flow is stopped when it is determined that the material has been solidified by cooling.
- the molding material is a thermoplastic resin, glass, ceramic, metal, or the like
- the molded article material when it is a thermosetting resin, it is regarded as a flow stop when it is determined that the material has been gelated or cured by a curing reaction.
- the molded article material when the molded article material is rubber, it is considered that the flow has stopped when it is determined that the molded article material has been cured by the vulcanization reaction. Since the cooling and curing reactions proceed from the surface, heat transfer from the surface of the central layer is delayed, and therefore, the flow stop of the central layer is generally delayed compared to the surface layer.
- the valve part the part if the supply of the molded product material is cut off
- the valve part when it is insert molding, it is preferable to determine that an insert product part is a flow stop.
- the node I is classified as a flow stop node (step 33), and if it is not determined that the flow is stopped, the node I is classified as a flow node (step 34).
- a flag for determining whether or not the subflow from start 2 to end 2 may be terminated is defined, and the initial value is set to TRUE (step 40).
- the most upstream node I is defined (step 41).
- the gate part that injects the molding material is the most upstream. It becomes a node.
- the node belonging to the mold surface may be the most upstream node until the movement of the mold surface stops. preferable.
- This subflow diagram is described assuming that there is one uppermost node in order to prevent the flow from becoming complicated. For example, there are a plurality of uppermost nodes in injection molding or injection compression molding using a multi-nozzle. It does not matter.
- step 42 it is determined whether or not the most upstream node I is a flow node based on the flow stop node and flow node classification results in the subflow from start 1 to end 1 (step 42). If the most upstream node I is not a flow node, the process proceeds to flag determination (step 49). Since the flag is TRUE in step 40, the process proceeds to end 2 and the subflow ends. When the process proceeds from step 42 to step 49, since there is no node regarded as a “true flow node”, the determination result that all the nodes are flow stop nodes is shown in step 25 of this flow shown in FIG. Return to.
- the most upstream node I is a flow node
- the most upstream node I is set as a “true flow node” (step 43), and it is determined whether or not the subflow from the start 2 to the end 2 may be terminated.
- the flag is set to FALSE (step 44).
- step 45 it is determined whether the downstream node J of the “true flow node” is a flow node (step 45).
- the downstream node J is a node adjacent to the most upstream node I through an element.
- description will be made using the divided element 55 shown in FIG. If the node 56 indicated by a black circle is the most upstream node, the downstream nodes are, for example, three nodes 57 indicated by adjacent white circles are downstream nodes. The four nodes 58 indicated by broken white circles may be used as downstream nodes.
- step 49 it is determined whether or not the flag for determining whether or not the subflow from the start 2 to the end 2 can be terminated is TRUE (step 49). If the flag is TRUE, go to end 2. In this case, since it means that all the downstream nodes J are determined to be the flow stop nodes, the “true flow node” is only the most upstream node I. Therefore, in this case, all filled nodes other than the node I are set as the flow stop nodes, and the determination result is returned to the step 25 of this flow shown in FIG. On the other hand, if the flag is FALSE, the process proceeds to step 50, and a flag for determining whether or not the subflow from the start 2 to the end 2 may be terminated is reinitialized to TRUE (step 50).
- FIG. 6 shows the next iteration calculation step of FIG. 5, but when the hatched node 61 is a newly generated “true flow node”, three nodes indicated by a dashed white circle are shown. 62 is the downstream node J.
- step 49 the flag for determining whether or not the subflow from the start 2 to the end 2 may be terminated becomes TRUE in step 49.
- the filled nodes other than those determined as “true flow nodes” are determined as flow stop nodes, and the determination result is returned to step 25 of this flow shown in FIG.
- step 25 or the flow stop evaluation result shown above is read, and the flow analysis is carried out for portions other than the portion determined to be flow stop (step 26), and the viscoelastic structure is determined for the portion determined to be flow stop Analysis is performed (step 27).
- the flow analysis it is of course possible to read the result of the previous execution.
- Step 27 an example in the embodiment of the present invention about Step 27 will be described in detail.
- the boundary part between the part that is not determined to stop flowing (hereinafter referred to as the flowing part) and the stopping part is completely restricted, and the element that is newly determined to stop flowing adjacent to the flowing part is It is desirable to give the pressure obtained by the flow analysis as the initial stress.
- the boundary condition of the surface of the flow stop portion not adjacent to the flow portion it is desirable to give unconstrained, partially constrained, complete constrained, and contact conditions according to the condition of each part of the surface.
- a temperature change is also involved in the molding process and the heat treatment process, it is preferable to apply a thermal load according to the linear expansion coefficient.
- shrinkage or expansion when shrinkage or expansion is accompanied by solidification, thermosetting reaction, chemical reaction, crystallization, or the like, it is preferable to replace the shrinkage or expansion with a thermal load.
- Formula (1) An example of formulation of viscoelastic properties is shown in Formula (1).
- the initial value (instantaneous elastic modulus) of the elastic modulus E is E 0, and the elastic modulus E is relaxed according to the elastic modulus series E i , the relaxation time series ⁇ i, and the elapsed time t, which are called Prony series.
- the effect of temperature is reflected by the shift factor a t, the higher the temperature, it is treated as the relaxation time is short.
- Formula (2) is a formula for calculating the stress ⁇ (t) at the elapsed time t.
- the product of the elastic modulus E and the strain ⁇ taking into account the relaxation shown in the equation (1) is convolved and integrated to calculate the stress ⁇ (t) at the elapsed time t.
- the initial time 0 is a time when it is determined that the flow is stopped, and is different for each node or element. It should be noted that when the molding material is a metal, the strain change rate is uniquely determined by the state at a given time (instant) without showing dependency on the load history. . Equations (1) and (2) show the longitudinal elastic modulus E, but the same applies to the shear elastic modulus G and the bulk elastic modulus K. Further, for the longitudinal elastic modulus E, the shear elastic modulus G, and the bulk elastic modulus K, viscoelastic properties having orthogonal anisotropy and complete anisotropy may be applied.
- the initial values (instantaneous elastic modulus) E 0 , G 0 , K 0 of the elastic moduli E, G, K may be calculated based on the homogenization method and the lamination theory. Furthermore, changes in elastic modulus associated with changes in composition such as molecular weight caused by temperature load, aging degradation, ultraviolet light (light), chemical reaction, water absorption, etc. may be taken into account.
- Equation (3) the elastic modulus of each element can be converted into an element stiffness matrix (D matrix), the strain ⁇ i of each node can be vectorized, and solved in consideration of boundary conditions, initial stress, thermal load, etc. preferable.
- stress residual stress, relaxation stress, etc.
- strain elastic strain, creep strain, etc.
- step 28 thermal strain, etc.
- FIG. 7 shows a bowl-shaped molded product 71, which is a shape to be subjected to viscoelastic structure analysis assuming molding by injection molding from the center through a sprue runner 72.
- the number of elements is 15812
- the number of nodes is 21537
- the sprue runner part 72 is modeled with beam elements (40 elements).
- the bowl-shaped product part 71 was modeled with solid elements (number of elements: 15772).
- the assumed resin is a polybutylene terephthalate (PBT) resin (manufactured by Toray Industries, Inc., grade name: 5101-H01).
- PBT polybutylene terephthalate
- FIG. 8 is a graph of the measurement results.
- the horizontal axis represents temperature
- the vertical axis represents storage elastic modulus and loss elastic modulus. Due to temperature-time dependency, the elastic modulus varies depending on the frequency. This was converted according to the temperature-time conversion rule according to the WLF rule shown in equation (4).
- T indicates temperature.
- FIG. 9 shows the conversion result.
- the horizontal axis of the graph is frequency, and the vertical axis is storage elastic modulus and loss elastic modulus.
- the Prony series is determined by fitting to this graph. Table 1 shows the series used, and FIG. 10 shows the storage elastic modulus and loss elastic modulus corresponding to the series shown in Table 1 on the graph of FIG. It can be seen that the series-fitted storage elastic modulus and loss elastic modulus are almost the same as the storage elastic modulus and loss elastic modulus of FIG.
- FIG. 11 is a graph showing the time relaxation of the elastic modulus obtained by substituting into the formula (1) for the series in Table 1.
- the horizontal axis represents shift factor ⁇ time, and the vertical axis represents the longitudinal elastic modulus.
- molding conditions were a mold temperature of 80 ° C., a filling time of 0.5 seconds, a holding pressure of 15 seconds, a holding pressure of 100 MPa, and a cooling time after holding of 10 seconds.
- the heat treatment was performed after one week after molding, after annealing at 170 ° C. for 150 seconds, and then allowed to stand for another week.
- the flow analysis was performed using general-purpose injection molding analysis software “3D TIMON (registered trademark)” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.
- the viscoelastic structure analysis was carried out using a structure analysis algorithm of “3D TIMON (registered trademark)” manufactured by Toray Engineering Co., Ltd. and incorporating the viscoelastic structure analysis of the present invention.
- Equation (5) is a calculation formula for the shrinkage rate. Based on the formula (5), the molding shrinkage rate and the longitudinal shrinkage rate after annealing were evaluated for the dimension in the longitudinal direction 73 shown in FIG.
- the longitudinal direction molding shrinkage ratio was 1.47%, 0.82 times the error (18% error) of the catalog value (1.8%) of the molding shrinkage ratio. Further, the shrinkage ratio in the longitudinal direction after the annealing treatment was 1.56%, and the deformation was increased by the annealing.
- Example 1 and Comparative Example 2 the molding shrinkage could be predicted with an accuracy within 20% of the catalog value, but in Comparative Example 1, it could not be predicted with an accuracy of within 20% of the catalog value. .
- Example 1 Regarding the tendency of deformation due to the annealing treatment, in Example 1, the deformation was increased by the annealing treatment, and in Comparative Example 1, on the contrary, the deformation was reduced. In Comparative Example 2, the deformation was not changed by the annealing treatment. Since the residual stress accumulated in the injection molding process is released by the annealing process, the deformation often increases according to experience.
- Example 1 Since the prediction accuracy of the molding shrinkage rate is not sufficient in Comparative Example 1, and the effect of annealing treatment cannot be predicted in Comparative Example 2, the result of Example 1 best represents the actual phenomenon.
- the present Example described the effect on the molding shrinkage rate, in addition to this, it was caused by the evaluation of residual stress, creep deformation, deformation under heat load such as heat cycle, evaluation of stress, strain, and residual stress. It can also be used to evaluate optical properties such as birefringence.
- at least one of the residual stress analysis result, residual strain analysis result, or deformation analysis result calculated by this viscoelasticity analyzer can be used as a boundary condition for other analysis such as structural analysis assuming the load in actual use. It can also be used.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
成形中および成形後ならびに熱処理中および熱処理後における成形品の変形形状および残留応力を精度よく解析する解析装置を提供すること。具体的には、プログラムされたコンピュータによって粘弾性構造解析を実施する解析装置であって、成形品を複数の数値解析要素に分割する計算モデル作成手段を備え、粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義する物性定義手段を備え、該成形品の伝熱解析を実施する伝熱解析手段を備え、流動停止を評価する流動停止評価手段を備え、流動解析を実施する流動解析手段を備え、粘弾性構造解析を実施する粘弾性構造解析手段を備えた粘弾性構造解析装置であって、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の粘弾性構造解析を、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が流動停止した時点から開始することを特徴とする。
Description
本発明は、成形品、特に射出成形、射出圧縮成形、またはトランスファー成形によって成形される成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体に関するものである。
成形の試作の回数や金型の製作回数を削減して製品のコストや納期を短縮するため、また最適な成形条件を探索するために、事前に数値計算によるシミュレーションを実施することは非常に重要である。
しかし、単にシミュレーションを実施すればよいというわけではなく、成形における物理現象や成形対象となる材料の物性を正しく考慮して数値計算することが重要である。その有効な手法として、特許文献１から特許文献１０では粘弾性を考慮した解析が有効としている。例えば、特許文献１では、射出成形法や圧縮成形法または射出圧縮成形法によって製作される成形品に対し、その製作時間の履歴に沿った微小時間における金型および成形品の温度変化を温度変化算出手段によって算出し、この温度変化算出手段によって算出された温度変化に対応して金型および成形品に発生する熱ひずみ量を熱ひずみ量算出手段によって算出し、この熱ひずみ量算出手段によって算出された熱ひずみ量と、データ記憶部に記憶された温度－時間換算則に基づく応力緩和データとから成形品の内部応力を内部応力算出手段によって算出し、この内部応力算出結果に基づき、成形品の最終的な形状を最終形状予測手段によって予測する成形品の仕上がり形状予測方法を提案している。
特許文献１の方法は、成形材料のガラス転移点温度以下の固体相における粘弾性試験と、ガラス転移点温度以上の溶融相における粘弾性試験とを行い、その両者のデータを繋ぎ合わせて連続した緩和弾性係数のマスターカーブと、温度－時間換算則を導入した温度シフトファクターとがデータ記憶部に記憶されている。そして、微小時間における熱ひずみに対し、それにより発生する応力の時間経過による綬和現象を反映させ、全冷却時間に亙ってこれを履歴積分することにより、冷却中の温度や圧力の履歴を取り扱うようにしている。特許文献１の方法を用いることによって、冷却時間の長短や、冷却水温度の高低、あるいは成形圧力の大小に対応した形状の変化をほぼ正確に評価することができるので、実際に金型を使用して成形作業を行わなくても、その金型での最適成形条件を予測設定することができるようになり、実際に金型を製作する前に成形品の加工精度を予測したり、設備の能力を予測したりすることができるので、金型の修正作業や、作り直し、あるいは設備の補充などを回避することができ、経済的にも時間的にも多大な負荷を削減することができることが示されている。
また、特許文献１０では、特許文献３、特許文献４、特許文献７に示す方法について、高温状態から粘弾性解析を開始すると、成形条件として与えた保圧値、保圧期間は初期条件として与えた圧力しか考慮されず、粘弾性解析を開始した時点以降の圧力に関する条件は無意味となっていると指摘している。
すなわち、実際の成形プロセスでは粘弾性解析の開始時刻以降も保圧時に成形機からスプルーランナー部を通じ、樹脂が成形品内に供給されるにも関わらず、保圧時の樹脂供給が考慮されず、実際の成形プロセスとシミュレーションにおける圧力条件とに差異が発生してしまい、実際の成形品の圧力履歴に比べ、粘弾性解析で得られる静水圧の低下が早いという現象等が発生する。成形品内部とゲート部で固化する時間がほとんど変わらない場合や、成形品内部にゲート部より早く固化する薄肉部分がある一般の成形品の場合には、収縮開始点以降の保圧の影響を考慮できないという問題が発生すると指摘している。
そこで特許文献１０では、保圧工程中の樹脂供給の影響を考慮して、精度良く成形品の変形形状を予測する方法として、樹脂流動解析に基づいて算出される前記樹脂の収縮開始時の温度および圧力と、当該樹脂流動解析によって得られる前記樹脂の収縮開始時点以降における微小時間毎の比容積から求められた当該樹脂の収縮ひずみと、を読み込み、前記金型および前記射出成形品の構造解析により、当該樹脂の収縮開始から型開きまでにおける当該金型内での当該射出成形品の変形量、温度、および応力を微小時間毎に演算する第１熱粘弾性解析工程と、前記第１熱粘弾性解析工程による前記変形量、温度および応力を読み込み、前記金型による拘束条件がない前記射出成形品の構造解析により、前記射出成形品の型開きから前記樹脂の温度が外気温度に達するまでについて、前記射出成形品の変形を微小時間毎に解析する第２熱粘弾性解析工程とを備える方法が示されている。
特許文献１０に示される通り、特許文献１から特許文献９に示される単に粘弾性を考慮するだけの解析では、成形における物理現象を正確に予測することができなかった。また、特許文献１０の方法は、樹脂流動解析に基づいて算出される前記樹脂の収縮開始時の温度および圧力と、当該樹脂流動解析によって得られる前記樹脂の収縮開始時点以降における微小時間毎の比容積から求められた当該樹脂の収縮ひずみを利用した簡略的に保圧工程中の樹脂供給の影響を考慮する方法であって、正確に保圧工程中の樹脂供給の影響を考慮することができなかった。
本発明は、上記従来技術における課題を鑑み、成形品の粘弾性構造解析において、例えば射出成形の保圧工程などにおいて、保圧工程中の樹脂供給の影響を忠実に考慮して解析する成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明に係る粘弾性構造解析装置または方法は、プログラムされたコンピュータによって粘弾性構造解析を実施する解析装置または方法であって、少なくとも成形品を複数の数値解析要素に分割する計算モデル作成手段もしくはステップ、または複数の数値解析要素に分割された計算モデルを読み込む計算モデル読み込み手段もしくはステップのいずれか一方を備え、少なくとも粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義する物性定義手段もしくはステップ、または粘弾性物性を読み込む物性読み込み手段もしくはステップのいずれか一方を備え、少なくとも該成形品の伝熱解析を実施する伝熱解析手段もしくはステップ、または該成形品の伝熱解析結果を読み込む伝熱解析結果読み込み手段もしくはステップのいずれか一方を備え、少なくとも流動停止を評価する流動停止評価手段もしくはステップ、または流動停止評価結果を読み込む流動停止評価結果読み込み手段もしくはステップのいずれか一方を備え、少なくとも流動解析を実施する流動解析手段もしくはステップ、または該成形品の流動解析結果を読み込む流動解析結果読み込み手段もしくはステップのいずれか一方を備え、粘弾性構造解析を実施する粘弾性構造解析手段もしくはステップを備えた粘弾性構造解析または方法であって、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の粘弾性構造解析を、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が流動停止した時点から開始することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記伝熱計算手段が、少なくとも凝固熱、結晶化潜熱、硬化反応熱、化学反応熱のいずれかの熱エネルギーを熱量として付与することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記粘弾性構造解析手段が、少なくとも熱膨張、凝固、結晶化、硬化反応、化学反応のいずれかによって、収縮荷重もしくは膨張荷重を付与することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記粘弾性物性が、少なくとも直交異方性または完全異方性のいずれか一方の材料特性を有することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の前記流動停止評価が、前記計算モデルの各数値解析要素もしく該数値解析要素を構成する節点が固化すること、または前記成形品の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点よりも上流の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が固化することによって評価することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記成形品が射出成形、射出圧縮成形、トランスファー成形、圧縮成形、押出成形または鋳造によって成形された成形品であることを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記粘弾性構造解析が、成形後の熱処理工程に関する解析も含むことを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記成形品の材料が樹脂であることを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る別の形態の粘弾性構造解析装置または方法は、前記成形品の材料が少なくとも該成形品の材料の配向または該成形品の材料に含有する強化物の配向によって、配向異方性を有することを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る粘弾性構造解析プログラムは、前記のいずれかの方法を用いて、粘弾性構造解析をコンピュータに実行させることを特徴とする。
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る記憶媒体は、前記のプログラムを記録していることを特徴とする。
以下に用語を定義する。
本発明において、「成形品」とは、溶融状態にした成形品材料を流動させることで所望の形にし、その後固めて得られた製品のことをいう。
本発明において、「要素分割」とは、成形品をはじめとする構造物を仮想の境界線または面によって有限個の数値解析要素に分割することをいい、分割された要素は、その境界上にある有限個の節点によって、互いに連結されている。
本発明において、「粘弾性構造解析」とは、時間領域に対して非定常な構造解析であり、かつ粘弾性物性を用い、任意の時間に発生したひずみに対して発生する応力について弾性緩和を考慮した材料非線形構造解析のことをいう。
本発明において、「粘弾性物性」とは、弾性と粘性を組み合わせた物性であり、その物性を取得できる手段であれば手段は問わないが、例えばＪＩＳ Ｋ７２４４に準拠する動的粘弾性試験（ＤＭＡ）、またはＪＩＳ Ｋ７１１５に準拠するクリープ試験により取得し、その取得データを基に、一般化マクスウェルモデルまたはフォークトモデルでモデル化された物性データのことをいう。また、温度の影響についても考慮できれば手段は問わないが、例えばＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠するＷｉｌｌｉａｍｓ－Ｌａｎｄｅｌ－Ｆｅｒｒｙ式（ＷＬＦ式）やアレニウスの温度－時間換算則によりシフトファクターを定義することで、温度の影響も考慮された物性のことである。
本発明において、「流動解析」とは、成形品を所望の形状にするために溶融状態の材料を型に流し込む工程の数値解析のことで、工程の解析ができれば手段は問わないが、例えば差分法、有限体積法、有限要素法、境界要素法、粒子法などを用いた解析のことをいう。
本発明において、「伝熱解析」とは、時間領域に対して非線形な成形品温度を計算する解析のことであり、少なくとも成形品または成形品の周囲（型や空気など）の熱物性（例えば、比熱、比重、熱伝導率、輻射率、融解熱、凝固熱、反応熱、摩擦熱）または成形品と成形品の周囲との熱伝達率を用いて実施される解析のこという。また、熱処理工程を含めて粘弾性構造解析を実施する場合は、熱処理工程における伝熱解析も実施する。
本発明において、「射出成形」とは、シリンダー内で加熱溶融させた材料を金型内に注入し、金型空洞部の形状に賦形固化させることにより、所望の形状の成形品を得る成形のことをいう。また、事前に別部品（インサート品）を金型空洞部に挿入し、その周りに成形品材料を注入して一体成形品を作成するインサート成形であっても構わない。
本発明において、「射出圧縮成形」とは、前記射出成形において、金型を完全に閉じて成形するのではなく、予め少し開いた状態から金型を閉じながら、加熱溶融させた材料を金型内に注入する成形のことをいう。
本発明において、「トランスファー成形」とは、前記射出成形において、シリンダーではなくポットで材料を加熱溶融させる成形のことをいう。
本発明において、「圧縮成形」とは、金型の空洞部に成形材料を入れ、圧縮成形機の定盤間で加圧して賦形する成形方法のことをいう。
本発明において、「押出成形」とは、棒、シート、ウェブ、板、パイプなどのようなエンドレス長尺物を連続成形する成形方法のことをいう。
本発明において、「鋳造」とは、材料を鋳型に流し込み鋳型空洞部の形状に賦形固化させることにより、所望の形状の成形品を得る成形のことをいう。材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックなどを挙げることができる。
本発明において、「熱処理工程」とは、型から取り出し常温状態になった成形品に再度熱を加える工程のことで、例えば、アニール、リフロー、焼き入れ、焼きなまし、焼き戻し、焼鈍、ベーキングなどの工程のことをいう。
本発明において、「成形品材料」とは、成形品を作るために用いる材料のことで、樹脂、ゴム、金属、ガラス、セラミックスなどを挙げることができる。
本発明において、「樹脂」とは、高分子化合物からなる物質のことをいい、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シンジオタクチック・ポリスチレン（ＳＰＳ） 、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリルニトリルスチレン（ＡＳ）、エポキシ樹脂（ＥＰＯＸＹ）などを挙げることができる。
本発明において、「配向」とは、成形品材料を流動させることで流動方向に成形品材料の分子もしくは成形品の添加物、含有物が揃うことをいう。
本発明において、「樹脂に含有する強化物」とは、樹脂の特性を向上させるための材料のことをいい、例えば強度を向上させるガラス繊維、炭素繊維、合成繊維、ガラスクロス、炭素繊維クロス、合成繊維クロス、無機フィラー（金属、シリカ、マイカなど）などを挙げることができる。
本発明において、「異方性」とは、向きによって物理的特性が異なることをいう。例えば、直方体の成形品をｘ－ｙ平面上に置いたとき、ｘ方向への引張弾性率とｙ方向への引張弾性率が異なる場合などをいう。
本発明において、「固化」とは、液体が固体になることをいう。なお、成形品材料が樹脂、ゴム、ガラス、セラミックなどの場合については、液体がゴム状態、ガラス状態もしくはゲル状に変化し、圧力を加えても流動しない状態になることを「固化」という。
本発明によれば、要素分割された各要素もしくは各節点の解析対象物質が流動することができなくなる時点から、各要素または各節点に対して粘弾性構造解析を開始する。その一方、例えば射出成形の保圧工程などにおいて、保圧工程中の樹脂供給の影響を別に実施する流動解析により考慮させる。流動が停止した部分については粘弾性構造解析を実施し、流動が停止していない部分については流動解析結果を利用することにより、より正確に物理現象を反映した成形品の粘弾性構造解析が可能となる。その結果、例えば射出成形の場合、実際に金型を使用して成形作業を行わなくても、その金型での最適成形条件を予測設定することができるようになり、実際に金型を製作する前に成形品の加工精度を予測したり、設備の能力を予測したりすることができるので、金型の修正作業、金型の作り直し、あるいは設備の補充などを回避することができ、経済的にも時間的にも多大な負荷を削減することができる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る粘弾性構造解析装置の一実施例を示す模式図である。本実施形態例において、粘弾性構造解析装置はパソコンやワークステーションなどのコンピュータ（計算機）１、キーボード２、マウス３などのデータ入力手段、ディスプレイ４などのデータ表示装置で構成される。コンピュータ（計算機）１は、ＣＰＵ５、主記憶装置（メモリー）６、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）メモリー、メモリーカード、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）、ブルーレイディスクなどの補助記憶装置７などにより構成され、それらの構成により、少なくとも粘弾性構造解析対象となる成形品部分を要素分割する手段または要素分割したデータを読み込む手段、少なくとも粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義する手段または粘弾性物性を読み込む手段、少なくとも伝熱計算手段または伝熱計算結果を読み込む手段、少なくとも流動停止評価手段または流動停止評価結果を読み込む手段、少なくとも成形品の流動解析を実施する手段または粘弾性流動解析結果を読み込む手段、粘弾性構造解析手段を備える。
図２は本発明の実施形態の補助記憶装置７の格納データの一例を示したものである。補助記憶装置７には、少なくとも成形品を要素分割するプログラム１０または成形品の要素分割データ１１、少なくとも粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義するプログラム１２または粘弾性構造解析の粘弾性物性データ１３、少なくとも伝熱解析を実施するプログラム１４または伝熱解析結果データ１５、少なくとも流動停止評価プログラム１６または流動停止評価結果データ１７、少なくとも成形品の流動解析プログラム１８または流動解析結果データ１９、粘弾性構造解析プログラム２０が格納されている。
図３は本発明の実施形態の一例を示すフロー図である。パソコンやワークステーションなどのコンピュータ１は、キーボード２、マウス３などのデータ入力手段からの情報を基に、補助記憶装置７からメモリー６にプログラムやデータを読み込む。読み込まれたデータにより、粘弾性構造解析対象部分の要素分割を実施するか要素分割データの読み込みを行う（ステップ２１）。また、粘弾性構造解析を実行するため粘弾性構造解析の物性を定義するか粘弾性物性の読み込みを行う（ステップ２２）。粘弾性構造解析用の粘弾性物性は、物性を取得、定義できれば手段は問わないが、以下に取得する方法、定義する方法の一例を示す。取得方法については、例えば、成形品材料を用いたＤＭＡ（動的粘弾性試験）で、温度、周波数依存の複素弾性率を取得する方法が簡便であるため、最も都合がよい。定義方法については、Ｗｉｌｌｉａｍｓ－Ｌａｎｄｅｌ－Ｆｅｒｒｙ式（ＷＬＦ式）やアレニウスの温度－時間換算則によって、温度、周波数の両者に依存する複素弾性率データを周波数のみに依存する形式に変換後、ラプラス変換やフーリエ変換により、一般化マクスウェルモデルのプロニー級数で定義することが最も一般的である。また、異方性を考慮する場合は、例えば成形品が射出成形で使用する樹脂である場合、ＪＩＳ Ｋ７２５２－５に準拠する方法で試験片を取得し、異方性を考慮した物性を取得するようにする。
次に、コンピュータやワークステーションなどの計算機１は、ステップ２１、ステップ２２のデータを基に、ステップ２３から２９で時間領域について非定常な粘弾性構造解析を実施する。まず、初期状態として、時間を０、ステップ＝０とする（ステップ２３）。ステップ＝（Ｎ－１）からステップ＝Ｎに進むと、経過時間δｔＮが経過し、時間ｔＮとなる。時間ｔＮが、時間領域について非定常な粘弾性構造解析終了時間ｔend以上になったとき、解析評価を終了する（ステップ２９）。解析終了時間について、時間ｔＮとｔendが一致するように、最終ステップについての経過時間δｔＮを調整することが好ましい。
次に、ステップ２４からステップ２８について説明する。まず流動解析を実施する要素、および粘弾性構造解析を実施する要素に対して伝熱解析を実施する（ステップ２４）。伝熱解析では、少なくとも成形品または成形品の周囲（型や空気など）の熱物性（例えば、比熱、比重、熱伝導率）または成形品と成形品の周囲との熱伝達率を用いて、時間領域に対して非線形な成形品温度を解析する。また、凝固熱、結晶化潜熱などの相転移に伴う熱量や硬化反応熱、化学反応に伴う熱量の影響を考慮することが好ましい。各熱物性について、時間、場所、温度に依存するデータを用いても、もちろん構わない。また、流動した場合、熱も流動とともに移動することを考慮しても構わない。なお、伝熱計算を行わず、別に実施された伝熱計算結果を読み込んでも問題ない。
続いて、成形品材料が充填済みである部位について、流動停止評価を行う（ステップ２
５）。図４は本発明の実施形態において、流動停止評価のサブフロー図の一例である。サ
ブフロー図では、流動停止の評価について、節点データを用いて実施しているが、節点デ
ータの代わりに要素データを用いても、節点データおよび要素データの両方を用いても構
わない。また、本サブフローは、スタート１からエンド１、スタート２からエンド２の２
つのフローで構成されているが、スタート１からエンド１までのフローのみを用いても構
わない。
５）。図４は本発明の実施形態において、流動停止評価のサブフロー図の一例である。サ
ブフロー図では、流動停止の評価について、節点データを用いて実施しているが、節点デ
ータの代わりに要素データを用いても、節点データおよび要素データの両方を用いても構
わない。また、本サブフローは、スタート１からエンド１、スタート２からエンド２の２
つのフローで構成されているが、スタート１からエンド１までのフローのみを用いても構
わない。
以下、図４に示す流動停止評価のサブフローについて、詳細に説明する。
最初に、スタート１からエンド１までを説明する。要素分割により生成された節点数をＮとし、構成節点番号は１からＮまでに割り振られているものとし、Ｉを節点番号とする。Ｉを１と初期化し（ステップ３１）、節点番号Ｉのインクリメント処理（ステップ３５）、節点番号Ｉと節点数Ｎの比較処理（ステップ３６）により、すべての節点について、流動停止判定を行う（ステップ３２）。流動停止判定（ステップ３２）において、例えば、成形品材料が熱可塑性樹脂、ガラス、セラミック、金属などである場合は、冷却により固化したと判定されたとき、流動停止と見なす。また、例えば、成形品材料が熱硬化性樹脂である場合は、硬化反応によりゲル化、もしくは硬化したと判定されたとき、流動停止と見なす。また、例えば、成形品材料がゴムである場合は、加硫反応により硬化したと判定されたとき、流動停止と見なす。なお、表面から冷却、硬化反応が進むため、中心層は表面からの伝熱が遅れるため、中心層は表層よりも流動停止のタイミングが遅くなることが一般的である。また、バルブゲートを設けた射出成形においてバルブを閉じた場合など、成形品材料の供給が断たれるような場合は、バルブ部分（成形品材料の供給が断たれば部位）も流動停止と判定することが好ましい。また、インサート成形であった場合は、インサート品部分は流動停止と判定することが好ましい。
もし流動停止と判定された場合、節点Ｉは流動停止節点と分類され（ステップ３３）、流動停止と判定されない場合、節点Ｉは流動節点と分類される（ステップ３４）。
次に、スタート２からエンド２までを説明する。なお、スタート２からエンド２までのフローで、以下で説明する「真の流動節点」以外の充填済み節点を図３に示す本フローのステップ２５において流動停止節点として返す。
まず、スタート２からエンド２のサブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグを定義し、初期値をＴＲＵＥとする（ステップ４０）。続いて、最上流節点Ｉを定義する（ステップ４１）。例えば、射出成形、トランスファー成形や鋳造の場合、成形品材料を注入するノズルと金型の境界位置が、キャビティ部分のみをモデル化したとしたならば、成形品材料を注入するゲート部分が最上流節点となる。また、例えば、射出圧縮成形の場合、前記のノズルと金型の境界位置やゲート部分に加え、金型面の移動が停止するまではこの金型面に属する節点も最上流節点とすることが好ましい。なお、本サブフロー図はフローが煩雑化することを防ぐため最上流節点は１つと仮定して記載しているが、例えば、マルチノズルを使用した射出成形や射出圧縮成形などでは最上流節点が複数あっても構わない。
次に、スタート１からエンド１のサブフローでの流動停止節点、流動節点の分類結果を基に、最上流節点Ｉが流動節点であるかどうかの判定を行う（ステップ４２）。もし、最上流節点Ｉが流動節点でない場合は、フラグの判定（ステップ４９）に進み、ステップ４０でフラグがＴＲＵＥになっているので、エンド２に進み、サブフローが終了する。ステップ４２からステップ４９へ進んだ場合、「真の流動節点」と見なされた節点は１つも存在しないため、すべての節点が流動停止節点であるという判定結果を図３に示す本フローのステップ２５に返す。一方、最上流節点Ｉが流動節点である場合、最上流節点Ｉを「真の流動節点」とし（ステップ４３）、スタート２からエンド２のサブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグをＦＡＬＳＥにする（ステップ４４）。
次に、「真の流動節点」の下流節点Ｊが流動節点であるかどうかの判定を行う（ステップ４５）。まず、ステップ４５からステップ５０の繰り返し処理について説明する。第１回目の繰り返し処理では、最上流節点Ｉのみが「真の流動節点」である。下流節点Ｊとは最上流節点Ｉに要素を介して隣接する節点のことである。一例として、図５に示す分割された要素５５を用いて説明する。黒丸で示す節点５６が最上流節点であるとすると、下流節点とは、例えば、隣接する白丸で示す３つの節点５７が下流節点である。破線白丸で示す４つの節点５８も含めて下流節点としても構わない。白丸で示す下流節点５７について、新たに下流節点番号Ｊ（Ｊ＝１から３）を割り振り、下流節点Ｊについて、それぞれ、スタート１からエンド１のサブフローで流動節点と分類されていれば、その下流節点Ｊを新たな「真の流動節点」に分類し（ステップ４６）、かつ、サブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグをＦＡＬＳＥにする（ステップ４７）。一方、下流節点Ｊ（Ｊ＝１から３）について、それぞれ、スタート１からエンド１のサブフローで流動停止節点と分類されていれば、節点Ｊを「真の流動停止節点」に分類する（ステップ４８）。
次に、スタート２からエンド２のサブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグがＴＲＵＥかどうかの判定を行う（ステップ４９）。フラグがＴＲＵＥならエンド２に進む。この場合、すべての下流節点Ｊが流動停止節点と判定されたことを意味するため、「真の流動節点」は最上流節点Ｉのみである。したがって、この場合は、節点Ｉ以外のすべての充填済み節点を流動停止節点として、図３に示す本フローのステップ２５に判定結果を返す。一方、フラグがＦＡＬＳＥならステップ５０に進み、スタート２からエンド２のサブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグをＴＲＵＥに再度初期化する（ステップ５０）。そして、第１回目の繰り返し処理（前のステップの繰り返し処理）で、新たに生成された「真の流動節点」について、ステップ４５から４９の上記と同様の処理を行う。ただし、新たに生成された「真の流動節点」の下流節点Ｊとは、新たに生成された「真の流動節点」に隣接する「真の流動節点」でも「真の流動停止節点」でもない節点のことである。例えば、図６は図５の次の繰り返し計算のステップ示しているが、ハッチングされた節点６１が新たに生成された「真の流動節点」であったとしたとき、破線白丸で示される３つの節点６２を下流節点Ｊとする。
以上のステップ４５から５０の処理について、スタート２からエンド２のサブフローを終了させてもよいかどうかを判定させるためのフラグがステップ４９においてＴＲＵＥになるまで繰り返す。そして、エンド２に到達したとき、「真の流動節点」と判定された節点以外の充填済み節点を流動停止節点と判定して、図３に示す本フローのステップ２５に判定結果を返す。
以上に示す流動停止評価（ステップ２５）もしくは流動停止評価結果を読み込み、流動停止と判定された部分以外については流動解析を実施し（ステップ２６）、流動停止と判定された部分については粘弾性構造解析を実施する（ステップ２７）。なお、流動解析（ステップ２６）については、事前に実施した結果を読み込んでも、もちろん構わない。
次にステップ２７についての本発明の実施の形態における一例を詳細に説明する。
境界条件については、流動停止と判定されていない部分（以下、流動部分と呼ぶ）と流動停止部分の境界部分は完全拘束とし、流動部分に隣接する新たに流動停止と判定された要素については、流動解析で得られた圧力を初期応力として与えることが望ましい。流動部分に隣接しない流動停止部分の表面の境界条件は、表面各部位の条件に応じて、非拘束、一部拘束、完全拘束、接触条件を与えることが望ましい。また、成形工程および熱処理工程において温度変化も伴うため、線膨張係数に応じた熱荷重を与えることが好ましい。また、例えば凝固、熱硬化反応、化学反応、結晶化などにより収縮または膨張を伴う場合は収縮量や膨張量を熱荷重に置き換えて荷重することが好ましい。また、例えば重力の影響など、その他の外力の影響を考慮しても構わない。
粘弾性物性の定式化の一例を式（１）に示す。弾性率Ｅは初期値（瞬間弾性率）をＥ０とし、プロニー級数と呼ばれる弾性率の級数Ｅｉ、緩和時間の級数τｉと経過時間ｔに応じて緩和する。また、温度の効果はシフトファクターａｔにより反映され、温度が高いほど、緩和時間が短いものとして扱われる。式（２）は、経過時間ｔにおける応力σ（ｔ）の算出式である。式（１）に示される緩和を考慮した弾性率Ｅとひずみεの積を畳み込み積分し、経過時間ｔにおける応力σ（ｔ）を算出する。初期時間０は流動停止と判定された時間とし、節点や要素毎に異なるものとする。なお、成形品材料が金属である場合、負荷の履歴に対して依存性を示さず、与えられた時間（瞬間）における状態によって、ひずみの変化率が一義的に定まることに留意する必要がある。式（１）、式（２）は、縦弾性率Ｅについて示しているが、せん断弾性率Ｇ、体積弾性率Ｋについても同様の扱いをする。また、縦弾性率Ｅ、せん断弾性率Ｇ、体積弾性率Ｋに対して、直交異方性、完全異方性の粘弾性物性を適用しても構わない。また、弾性率Ｅ、Ｇ、Kの初期値（瞬間弾性率）Ｅ０、G０、K０について、均質化法、積層理論に基づいて、算出しても構わない。さらには、温度負荷、経年劣化、紫外線（光）などにより生じる分子量等の組成変化や化学反応、吸水などに伴う弾性率の変化を考慮しても構わない。
要素分割した領域のマトリクス計算について手段は問わないが、計算時間の観点から有限要素法を用いると最も都合がよい。式（３）に示すように、各要素の弾性率を要素剛性マトリクス（Ｄマトリクス）化し、各節点のひずみεｉをベクトル化し、境界条件、初期応力、熱荷重等を考慮して解くことが好ましい。
これにより、時間ｔ（Ｎ―１）、ステップ＝（Ｎ－１）から時間δｔＮ経過した、時間ｔＮ、ステップ＝Ｎにおける応力（残留応力、緩和応力など）、ひずみ（弾性ひずみ、クリープひずみ、熱ひずみなど）、変位が求められる（ステップ２８）。また、例えば成形品がレンズであった場合、応力解析結果から複屈折やリタデーションを評価することも可能である。
上記説明（図３に示すフロー図）に従って得られた結果を用いて、応力、ひずみ、変位が小さくなる成形条件、熱処理条件、型形状の探索を実施することができる。また、本発明の内容に対して、最適化プログラムを適用して、応力、ひずみ、変位が小さくなる成形条件、熱処理条件、型形状を自動探索することも可能である。
〔実施例１〕
図７は硯形状の成形品７１で、中央部からスプルーランナー７２を介して射出成形による成形を想定した粘弾性構造解析の実施対象形状である。要素数：１５８１２、節点数：２１５３７で、スプルーランナー部７２はビーム要素（要素数４０）でモデル化した。硯形状の製品部７１はソリッド要素（要素数：１５７７２）でモデル化した。想定使用樹脂はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂（東レ株式会社製、グレード名：５１０１－Ｈ０１）で、汎用射出成形解析ソフトで必要な物性（粘度、Ｐ－Ｖ－Ｔ物性など）に加え、粘弾性物性をセイコーインスツル株式会社製動的粘弾性試験装置（ＤＭＳ６１００）で測定した。粘弾性物性測定では、加振周波数を０．１Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚの３水準設定し、温度を室温から２００℃まで２℃／ｍｉｎの昇温速度で測定した。図８は測定結果をグラフ化したもので、横軸が温度、縦軸が貯蔵弾性率、損失弾性率である。温度－時間の依存性があるため、周波数によって、異なる弾性率になっている。これを、式（４）に示すＷＬＦ則に従って、温度－時間換算則により換算した。
図７は硯形状の成形品７１で、中央部からスプルーランナー７２を介して射出成形による成形を想定した粘弾性構造解析の実施対象形状である。要素数：１５８１２、節点数：２１５３７で、スプルーランナー部７２はビーム要素（要素数４０）でモデル化した。硯形状の製品部７１はソリッド要素（要素数：１５７７２）でモデル化した。想定使用樹脂はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂（東レ株式会社製、グレード名：５１０１－Ｈ０１）で、汎用射出成形解析ソフトで必要な物性（粘度、Ｐ－Ｖ－Ｔ物性など）に加え、粘弾性物性をセイコーインスツル株式会社製動的粘弾性試験装置（ＤＭＳ６１００）で測定した。粘弾性物性測定では、加振周波数を０．１Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚの３水準設定し、温度を室温から２００℃まで２℃／ｍｉｎの昇温速度で測定した。図８は測定結果をグラフ化したもので、横軸が温度、縦軸が貯蔵弾性率、損失弾性率である。温度－時間の依存性があるため、周波数によって、異なる弾性率になっている。これを、式（４）に示すＷＬＦ則に従って、温度－時間換算則により換算した。
Ｔは温度を示す。測定結果に対して、Ｃ１＝３０、Ｃ２＝１８０、Ｔ０＝１００として換算した。図９に換算結果を示す。グラフの横軸が周波数、縦軸が貯蔵弾性率、損失弾性率である。このグラフにフィッティングさせる形で、プロニー級数を決定する。表１は用いた級数、図１０は表１の級数に対応する貯蔵弾性率、損失弾性率を図９のグラフ上に記載したものである。級数フィッティングした貯蔵弾性率、損失弾性率は、図９の貯蔵弾性率、損失弾性率とほぼ一致していることが分かる。
図１１は表１の級数について、式（１）に代入することで得られる弾性率の時間緩和を示すグラフである。横軸がシフトファクター×時間、縦軸が縦弾性率を示している。
想定成形条件は、金型温度８０℃、充填時間０．５秒、保圧時間１５秒、保持圧力１００ＭＰａ、保圧後の冷却時間を１０秒とした。また、熱処理条件は、成形後１週間経過したのち、１７０℃で１５０秒間アニール処理し、その後さらに１週間放置させるものとした。
流動解析は東レエンジニアリング株式会社製汎用射出成形解析ソフト“３Ｄ ＴＩＭＯＮ（登録商標）”により実施した。粘弾性構造解析は、東レエンジニアリング株式会社製 “３Ｄ ＴＩＭＯＮ（登録商標）”の構造解析アルゴリズムに本発明の粘弾性構造解析
を組み込んだものを用いて、実施した。
を組み込んだものを用いて、実施した。
式（５）は収縮率の算出式である。式（５）に基づいて、図７に示す長手方向７３の寸法について、成形収縮率、アニール後の長手方向収縮率を評価した。
粘弾性構造解析の結果、長手方向成形収縮率は１．４７％と、成形収縮率のカタログ値（１．８％）の０．８２倍（誤差１８％）となった。また、アニール処理後の長手方向収縮率は１．５６％となり、アニールによって変形が大きくなった。
〔比較例１〕
実施例１と同一の物性データ、成形条件、熱処理条件の下、特許文献１０に示される通り、樹脂流動解析に基づいて算出される前記樹脂の収縮開始時の温度および圧力と、当該樹脂流動解析によって得られる前記樹脂の収縮開始時点以降における微小時間毎の比容積から求められた当該樹脂の収縮ひずみを用いて、粘弾性構造解析を実施した。その結果、長手方向成形収縮率２．８６％と、成形収縮率のカタログ値（１．８％）の１．５９倍（誤差５９％）と実施例１より大きくなった。また、アニール処理後の長手方向収縮率２．８０％と、アニールによって変形が小さくなった。
実施例１と同一の物性データ、成形条件、熱処理条件の下、特許文献１０に示される通り、樹脂流動解析に基づいて算出される前記樹脂の収縮開始時の温度および圧力と、当該樹脂流動解析によって得られる前記樹脂の収縮開始時点以降における微小時間毎の比容積から求められた当該樹脂の収縮ひずみを用いて、粘弾性構造解析を実施した。その結果、長手方向成形収縮率２．８６％と、成形収縮率のカタログ値（１．８％）の１．５９倍（誤差５９％）と実施例１より大きくなった。また、アニール処理後の長手方向収縮率２．８０％と、アニールによって変形が小さくなった。
〔比較例２〕
実施例１と同一の物性データ、成形条件、熱処理条件の下、粘弾性を考慮せず、東レエンジニアリング株式会社製汎用射出成形解析ソフト“３Ｄ ＴＩＭＯＮ（登録商標）”を用いて、解析を実施した。その結果、長手方向成形収縮率は１．５１％で、成形収縮率のカタログ値（１．８％）の０．８４倍（誤差１６％）となった。一方、アニール処理後の長手方向収縮率は１．５１％と成形収縮率と変化がなかった。
実施例１と同一の物性データ、成形条件、熱処理条件の下、粘弾性を考慮せず、東レエンジニアリング株式会社製汎用射出成形解析ソフト“３Ｄ ＴＩＭＯＮ（登録商標）”を用いて、解析を実施した。その結果、長手方向成形収縮率は１．５１％で、成形収縮率のカタログ値（１．８％）の０．８４倍（誤差１６％）となった。一方、アニール処理後の長手方向収縮率は１．５１％と成形収縮率と変化がなかった。
〔まとめ〕
成形収縮率について、実施例１および比較例２では、カタログ値との誤差２０％以内の精度で予測できたが、比較例１ではカタログ値との誤差２０％以内の精度で予測ができなかった。
成形収縮率について、実施例１および比較例２では、カタログ値との誤差２０％以内の精度で予測できたが、比較例１ではカタログ値との誤差２０％以内の精度で予測ができなかった。
アニール処理による変形の傾向については、実施例１ではアニール処理によって変形が大きくなり、比較例１では逆に変形が小さくなった。比較例２ではアニール処理によって変形は変わらなかった。射出成形工程で蓄積された残留応力がアニール処理により解放されるため、経験上、変形が大きくなることが多い。
したがって、比較例１では成形収縮率の予測精度が十分ではなく、比較例２ではアニール処理の効果が予測できないため、実施例１の結果が実際の現象を最も良く表現できている。
なお、本実施例は成形収縮率について効果を述べたが、このほか、残留応力の評価、およびクリープ変形、およびヒートサイクルなどの熱荷重下における変形、応力、ひずみの評価、および残留応力に起因する複屈折等の光学特性評価などにも活用できる。また、本粘弾性解析装置により計算した少なくとも残留応力解析結果、または残留ひずみ解析結果、または変形解析結果のいずれかを、実使用時の荷重を想定した構造解析など、他の解析の境界条件として利用することも可能である。
１ コンピュータ（計算機）
２ キーボード
３ マウス
４ ディスプレイ
５ ＣＰＵ
６ 主記憶装置（メモリー）
７ 補助記憶装置
５５ 分割された要素
５６ 最上流節点
５７ 下流節点
５８ 下流節点
６１ 新たに生成された「真の流動節点」
６２ 下流節点
７１ 硯形状の成形品
７２ スプルーランナー
７３ 長手方向
２ キーボード
３ マウス
４ ディスプレイ
５ ＣＰＵ
６ 主記憶装置（メモリー）
７ 補助記憶装置
５５ 分割された要素
５６ 最上流節点
５７ 下流節点
５８ 下流節点
６１ 新たに生成された「真の流動節点」
６２ 下流節点
７１ 硯形状の成形品
７２ スプルーランナー
７３ 長手方向
Claims (20)
- プログラムされたコンピュータによって粘弾性構造解析を実施する解析装置であって、少なくとも成形品を複数の数値解析要素に分割する計算モデル作成手段または複数の数値解析要素に分割された計算モデルを読み込む計算モデル読み込み手段のいずれか一方を備え、少なくとも粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義する物性定義手段または粘弾性物性を読み込む物性読み込み手段のいずれか一方を備え、少なくとも該成形品の伝熱解析を実施する伝熱解析手段または該成形品の伝熱解析結果を読み込む伝熱解析結果読み込み手段のいずれか一方を備え、少なくとも流動停止を評価する流動停止評価手段または流動停止評価結果を読み込む流動停止評価結果読み込み手段のいずれか一方を備え、少なくとも流動解析を実施する流動解析手段または該成形品の流動解析結果読み込む流動解析結果読み込み手段のいずれか一方を備え、粘弾性構造解析を実施する粘弾性構造解析手段を備えた粘弾性構造解析装置であって、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の粘弾性構造解析を、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が流動停止した時点から開始することを特徴とする粘弾性構造解析装置。
- 前記伝熱計算手段は、少なくとも凝固熱、結晶化潜熱、硬化反応熱、化学反応熱のいずれかの熱エネルギーを熱量として付与することを特徴とする請求項１に記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記粘弾性構造解析手段は、少なくとも熱膨張、凝固、結晶化、硬化反応、化学反応のいずれかによって、収縮荷重もしくは膨張荷重を付与することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記粘弾性物性は、少なくとも直交異方性または完全異方性のいずれか一方の材料特性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の前記流動停止評価は、前記計算モデルの各数値解析要素もしく該数値解析要素を構成する節点が固化すること、または前記成形品の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点よりも上流の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が固化することによって評価することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記成形品が射出成形、射出圧縮成形、トランスファー成形、圧縮成形、押出成形または鋳造によって成形された成形品であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記粘弾性構造解析が、成形後の熱処理工程に関する解析も含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記成形品の材料が樹脂であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- 前記成形品の材料が少なくとも該成形品の材料の配向または該成形品の材料に含有する強化物の配向のいずれか一方によって、配向異方性を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の粘弾性構造解析装置。
- プログラムされたコンピュータによって粘弾性構造解析を実施する解析方法であって、少なくとも成形品を複数の数値解析要素に分割する計算モデル作成ステップまたは複数の数値解析要素に分割された計算モデルを読み込む計算モデル読み込みステップのいずれか一方を備え、少なくとも粘弾性構造解析の粘弾性物性を定義する物性定義ステップまたは粘弾性物性を読み込む物性読み込みステップのいずれか一方を備え、少なくとも該成形品の伝熱解析を実施する伝熱解析ステップまたは該成形品の伝熱解析結果を読み込む伝熱解析結果読み込みステップのいずれか一方を備え、少なくとも流動停止を評価する流動停止評価ステップまたは流動停止評価結果を読み込む流動停止評価結果読み込みステップのいずれか一方を備え、少なくとも流動解析を実施する流動解析ステップまたは該成形品の流動解析結果を読み込む流動解析結果読み込みステップのいずれか一方を備え、粘弾性構造解析を実施する粘弾性構造解析ステップを備えた粘弾性構造解析方法であって、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の粘弾性構造解析を、前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が流動停止した時点から開始することを特徴とする粘弾性構造解析方法。
- 前記伝熱計算は、少なくとも凝固熱、結晶化潜熱、硬化反応熱、化学反応熱のいずれかの熱エネルギーを熱量として付与することを特徴とする請求項１０に記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記粘弾性構造解析は、少なくとも熱膨張、凝固、結晶化、硬化反応、化学反応のいずれかによって、収縮荷重もしくは膨張荷重を付与することを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記粘弾性物性は、少なくとも直交異方性または完全異方性のいずれか一方の材料特性を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記計算モデルの各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点の前記流動停止評価は、前記計算モデルの各数値解析要素もしく該数値解析要素を構成する節点が固化すること、または前記成形品の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点よりも上流の各数値解析要素または該数値解析要素を構成する節点が固化することによって評価することを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記成形品が射出成形、射出圧縮成形、トランスファー成形、圧縮成形、押出成形または鋳造によって成形された成形品であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記粘弾性構造解析が、成形後の熱処理工程に関する解析も含むことを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記成形品の材料が樹脂であることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 前記成形品の材料が少なくとも該成形品の材料の配向または該成形品の材料に含有する強化物の配向のいずれか一方によって、配向異方性を有することを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の粘弾性構造解析方法。
- 請求項１０から１８のいずれかに記載の方法を用いて、粘弾性構造解析をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項１９に記載のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記憶媒体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013268525 | 2013-12-26 | ||
| JP2013-268525 | 2013-12-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015098439A1 true WO2015098439A1 (ja) | 2015-07-02 |
Family
ID=53478307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/081920 WO2015098439A1 (ja) | 2013-12-26 | 2014-12-03 | 成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2015098439A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109476790A (zh) * | 2016-05-25 | 2019-03-15 | 蒙诺利赛科斯公司 | 处理血液样品以检测靶核酸 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001293748A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-23 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置および形状精度予測方法 |
| JP2003011199A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-15 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置および形状精度予測方法 |
| JP2004160700A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置及び形状精度予測方法 |
-
2014
- 2014-12-03 WO PCT/JP2014/081920 patent/WO2015098439A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001293748A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-23 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置および形状精度予測方法 |
| JP2003011199A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-15 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置および形状精度予測方法 |
| JP2004160700A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Canon Inc | 射出成形プロセスシミュレーション装置及び形状精度予測方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109476790A (zh) * | 2016-05-25 | 2019-03-15 | 蒙诺利赛科斯公司 | 处理血液样品以检测靶核酸 |
| CN109476790B (zh) * | 2016-05-25 | 2021-08-27 | 蒙诺利赛科斯公司 | 处理血液样品以检测靶核酸 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | Thermoviscoelastic simulation of thermally and pressure-induced stresses in injection moulding for the prediction of shrinkage and warpage for fibre-reinforced thermoplastics | |
| Song et al. | CAE method for compression molding of carbon fiber-reinforced thermoplastic composite using bulk materials | |
| JP2006523351A (ja) | 加工される材料の性質を予測する装置および方法 | |
| Isayev et al. | Residual stresses and birefringence in injection molding of amorphous polymers: simulation and comparison with experiment | |
| Kim et al. | Residual stress distributions and their influence on post-manufacturing deformation of injection-molded plastic parts | |
| Spina et al. | Analysis of polymer crystallization and residual stresses in injection molded parts | |
| Park et al. | Modeling and simulation of fiber orientation in injection molding of polymer composites | |
| Sun et al. | The application of modified PVT data on the warpage prediction of injection molded part | |
| Liu et al. | A study on the distinguishing responses of shrinkage and warpage to processing conditions in injection molding | |
| JP5095461B2 (ja) | 射出成形プロセス解析方法 | |
| Jin et al. | Analysis and design for reducing residual stress and distortion after ejection of injection molded part with metal-insert | |
| Anass et al. | Simulation of crystallization evolution of polyoxymethylene during microinjection molding cycle | |
| Kim et al. | Birefringence and interface in sequential co‐injection molding of amorphous polymers: Simulation and experiment | |
| Ho et al. | Three‐dimensional numerical analysis of injection‐compression molding process | |
| JP2007083602A (ja) | 射出成形品の成形収縮率予測方法 | |
| Cao et al. | Numerical simulation for flow‐induced stress in injection/compression molding | |
| Marin et al. | Influences of the mesh in the CAE simulation for plastic injection molding | |
| JP6660068B2 (ja) | 成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体 | |
| WO2015098439A1 (ja) | 成形品の粘弾性構造解析装置、方法、プログラム、および媒体 | |
| JP2009233882A (ja) | 樹脂成形品のボイド生成予測方法 | |
| Yang et al. | Numerical simulation on residual wall thickness of tubes with dimensional transitions and curved sections in water‐assisted injection molding | |
| Jiang et al. | Three‐dimensional numerical simulation on fiber orientation of short‐glass‐fiber‐reinforced polypropylene composite thin‐wall injection‐molded parts simultaneously accounting for wall slip effect and pressure dependence of viscosity | |
| JP5134259B2 (ja) | そり変形解析方法およびそのプログラムならびにそり変形解析装置 | |
| Cao et al. | Computing flow-induced stresses of injection molding based on the Phan–Thien–Tanner model | |
| Islam et al. | Injection moulding simulation and validation of thin wall components for precision applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14874424 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 26.10.2016) |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14874424 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |