(57)【要約】【課題】炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂のＣＡＥシステムを用いた衝撃解析において、実験値との整合性の高い解析方法を提供することを課題とする。【解決手段】繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、繊維強化樹脂の強度に関する物性値を設定する設定工程、並びに衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程、を含む繊維強化樹脂の衝撃解析方法において、支持台の強度に関する物性値を設定することにより、実験値との整合性の高い衝撃解析を行うことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂、前記繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び前記繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値を少なくとも設定する設定工程、並びに前記衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程、を含む繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、
前記設定工程において、前記支持台の強度に関する物性値を設定することを特徴とする、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂が炭素繊維を含むものである、請求項１に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【請求項３】
前記設定工程において、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【請求項４】
前記設定工程において、前記インパクターの強度に関する物性値を設定する、請求項１〜３の何れか１項に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【請求項５】
炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂層、並びに繊維強化されていない樹脂層を含む積層体を前記繊維強化樹脂とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、
前記モデル化工程において、前記積層体を前記繊維強化樹脂として含む衝撃試験モデルを作成し、
前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【請求項６】
前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、請求項５に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂のＣＡＥを用いた衝撃解析方法に関する。詳細には、衝撃吸収挙動に大きく影響する因子を特定し、その因子を考慮した衝撃解析を行うことで、実験値と整合性のとれた解析を行うことができる衝撃解析方法に関する。本発明によれば、繊維強化樹脂の衝撃特性を正確に予測することができ、自動車外装材料に用いる場合等において迅速かつ正確に工業的な設計を行うことができる。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の工業製品の開発において、設計した製品の性能等を評価するシミュレーションを行うことができるＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システムが広く利用されており、例えば設計した構造部品や使用する材料単体の衝撃吸収特性を評価する衝撃解析等にも活用されている。ＣＡＥシステムを用いることにより、実地試験を行う手間を省き、構造の最適化等を容易に図ることができるため、開発期間の短縮やコスト低減に繋がっている。
【０００３】
一方、環境問題等の観点から、自動車のさらなる軽量化が求められており、自動車部品の「樹脂化」の検討が活発に行われている。それに伴い、樹脂製の成型部品や樹脂材料単体の衝撃吸収特性を、ＣＡＥシステムを用いて評価する衝撃解析の検討も盛んに行われている。
例えば、特許文献１には、リブを有する樹脂成形体の衝撃特性をＬＳ−ＤＹＮＡを用いて評価する衝撃解析方法が開示されている。
一方、特許文献２には、タイヤ等の構造体の破壊現象を予測するに際し、亀裂が進展した後や亀裂が徐々に進展する過程を評価できる構造体の破壊予測方法及び構造体の破壊予測用コンピュータプログラムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９４５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＡＥシステムを用いて、設計した構造部品の衝撃吸収特性を評価するシミュレーションを行う場合、例えば構造部品と構造部品に衝撃を与えるインパクターを含んだ衝撃試験モデルを作成し、解析プログラムに設定して衝撃解析を行う方法が用いられる。一方で、例えば構造設計されていない板状の材料単体を評価する場合には、材料の振動等を阻害しないような構造を有する支持台をモデル化し、材料がこの支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うことがある。
本発明者らは、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂の材料単体の衝撃解析を行う場合に、支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うと、衝撃試験装置を用いて得られた実験値との整合性が非常に悪くなるという新たな課題を明らかとした。力学特性に優れる繊維強化樹脂を自動車の部品等に広く適用するためには、繊維強化樹脂単体の衝撃吸収特性を円滑かつ正確に評価することができる衝撃解析方法を確立することが非常に重要である。
即ち、本発明は、繊維強化樹脂を衝撃解析する場合の上記問題点を解明し、実験値との整合性の高い衝撃解析方法を提供することを課題とする。
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、繊維強化樹脂を衝撃解析する場合には、特に支持台の強度に関する物性値を考慮することが非常に重要であることを見出した。通常、支持台は鉄製であると考えるため、樹脂材料の衝撃解析を行う場合、支持台は樹脂材料と比較して質量が大きく、さらに剛性も高いため、計算上剛体として扱い、強度に関する物性値を特に設定しないことが一般的であった。しかしながら、繊維強化樹脂の衝撃解析を行う場合には、繊維強化樹脂が鉄鋼に近い物性を有するため、全体に対する支持台の振動の寄与が大きくなり、剛体として計算すると正確な数値が得られないことを本発明者らは明らかとしたのである。本発明者らは、支持台の強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が改善されることを見出し、本発明を完成させたのである。
即ち、本発明は以下の通りである。
（１） 炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくと
も１種により強化された繊維強化樹脂、前記繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び前記繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値を少なくとも設定する設定工程、並びに前記衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程、を含む繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、前記設定工程において、前記支持台の強度に関する物性値を設定することを特徴とする、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（２） 前記繊維強化樹脂が炭素繊維を含むものである、（１）に記載の繊維強化樹脂の
衝撃解析方法。
（３） 前記設定工程において、前記繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方
向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、（１）又は（２）に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（４） 前記設定工程において、前記インパクターの強度に関する物性値を設定する、（
１）〜（３）の何れかに記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（５） 炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくと
も１種により強化された繊維強化樹脂層、並びに繊維強化されていない樹脂層を含む積層体を前記繊維強化樹脂とする、（１）〜（４）の何れかに記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法であって、前記モデル化工程において、前記積層体を前記繊維強化樹脂として含む衝撃試験モデルを作成し、前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
（６） 前記設定工程において、前記繊維強化樹脂層の強度に関する物性値として、繊維
方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定する、（５）に記載の繊維強化樹脂の衝撃解析方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂について、実験値との整合性の極めて高い衝撃解析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクターをモデル化した図形である。
【図２】繊維強化樹脂を支持するための支持台をモデル化した図形である（（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）斜視図）。
【図３】衝撃試験モデルの具体例である（（ａ）支持台の開口部が２５０ｍｍ×２５０ｍｍである衝撃試験モデル、（ｂ）支持台の開口部が５００ｍｍ×５００ｍｍである衝撃試験モデル。）。
【図４】衝撃解析を行って得られた結果と衝撃試験装置を用いて得られた実験値とを対比したインパクターの発生加速度−時間図である（支持台の強度に関する物性値の設定の有無を比較）。
【図５】衝撃解析を行って得られた結果と衝撃試験装置を用いて得られた実験値とを対比したインパクターの発生加速度−時間図である（繊維強化樹脂層の繊維方向と繊維の直交方向の強度に関する物性値の設定の有無を比較）。
【図６】実施例１〜４で得られたインパクターの発生加速度−時間図である。
【図７】実施例１、５及び６で得られたインパクターの発生加速度−時間図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂の衝撃解析方法ついて、以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。
【００１０】
本発明の繊維強化樹脂の衝撃解析方法（以下、「本発明の衝撃解析方法」と略す場合がある。）は、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程（以下、「本発明に係るモデル化工程」と略す場合がある。）、繊維強化樹脂の強度に関する物性値を少なくとも設定する設定工程（以下、「本発明に係る設定工程」と略す場合がある。）、並びに衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程（以下、「本発明に係る解析工程」と略す場合がある。）を含む衝撃解析方法であるが、設定工程において、繊維強化樹脂の強度に関する物性値のほかに、支持台の強度に関する物性値を設定して衝撃解析を行うことを特徴とする。
本発明者らは、ＣＡＥシステムを用いて、炭素繊維やガラス繊維等により強化された繊維強化樹脂の材料単体の衝撃解析を行う場合に、支持台に支持されている状態で衝撃解析を行うと、衝撃試験装置を用いて得られた実験値との整合性が非常に悪くなるという新たな課題を見出している。これは繊維強化樹脂が鉄鋼に近い物性を有するため、全体に対する支持台の振動の寄与が大きく、支持台を剛体として計算すると正確な数値が得られないためであると考えられる。本発明者らは、支持台の強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が著しく改善されることを見出したのである。
なお、本発明において「モデル」とは、モデリングソフト等を使用して作成したコンピューター上の図形を意味し、「モデル化工程」とは、繊維強化樹脂、インパクター、支持台等を少なくとも含む図形をコンピューター上で作成する工程であることを意味する。
また、本発明における「強度に関する物性値」には、「弾性率」、「降伏強さ」、「破壊エネルギー」等の外力が加えられたときの変形挙動を表す公知の物性値が含まれるほか、これらの物性値から得られる「ポアソン比」等の２次的な物性値、さらにはこれらの物性値を情報として含む「材質」等の設定項目も含まれるものとする。
さらに、「設定」とは、設定した項目が考慮された上で衝撃解析が行われるように、衝撃解析モデルを作成するためのモデリングソフト上、或いは衝撃解析を行う解析プログラム（衝撃試験ソフト）上に、設定したい内容を入力することを意味するものとする。
以下、繊維強化樹脂、衝撃試験モデルを作成するモデル化工程、及び衝撃解析を行う解析工程等について詳細に説明する。
【００１１】
＜繊維強化樹脂＞
本発明の衝撃解析方法は、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種により強化された繊維強化樹脂を解析対象とする解析方法であるが、炭素繊維、硝子繊維及びミネラル強化材系繊維の具体的種類は特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知の繊維について、広く対象とすることができる。特に炭素繊維を含む繊維強化樹脂の解析に好適に利用することができる。なお、ミネラル強化系繊維とは、公知の無機系強化添加物を意味し、具体的にはタルク、マイカ（雲母）、針状結晶
物ウィスカ等の鉱物由来の結晶物が挙げられる。
また、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の種類も特に限定されず、繊維強化樹脂に用いられる公知のマトリックス樹脂、例えばポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を広く対象とすることができる。
さらに、繊維強化樹脂における繊維の状態等も特に限定されず、例えば繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂も対象とすることもできる。
【００１２】
本発明の衝撃解析方法は、１種類の繊維強化樹脂からなる材料を解析対象とする態様に限られず、繊維強化樹脂を含むものであれば、複数種類の繊維強化樹脂（繊維強化樹脂層）を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂（繊維強化樹脂層）及び繊維強化されていない樹脂（樹脂層）を積層させた積層体を解析対象とするものであってもよい。
繊維強化されていない樹脂の種類も特に限定されず、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂のほか、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。
【００１３】
＜モデル化工程＞
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂、繊維強化樹脂に衝撃を与えるためのインパクター、及び繊維強化樹脂を支持するための支持台を含む衝撃試験モデルを作成するモデル化工程を含むものであるが、モデル化に使用するモデリングソフトの種類は特に限定されず、市販されている公知のソフトを適宜採用して使用することができる。例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ社製のＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳ、ＤＡＳＳＡＵＬＴ社製のＣＡＴＩＡ、ＰＴＣ社製の
Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ等が挙げられる。
【００１４】
本発明に係るモデル化工程において作成する繊維強化樹脂の形状は特に限定されないが、衝撃吸収特性を観測し易くなる観点から、シート状であることが好ましい。また、繊維強化樹脂がシート状である場合の面形状も特に限定されず、正方形状、矩形状、円形状等の何れであってもよい。繊維強化樹脂がシート状である場合の寸法も特に限定されないが、長辺（直径）が通常８０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上、より好ましくは２００ｍｍ以上であり、通常１０００ｍｍ以下、好ましくは８００ｍｍ以下、より好ましくは６００ｍｍ以下である。
繊維強化樹脂がシート状である場合、その厚みは特に限定されないが、１種類の繊維強化樹脂からなる材料である場合、通常１００μｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１．０ｍｍ以上であり、通常１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下である。上記範囲内の繊維強化性樹脂であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
また、複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合、繊維強化樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。一方、繊維強化されていない樹脂層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上であり、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下である。上記範囲内の積層体であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
さらに複数種類の繊維強化樹脂層を積層させた積層体、或いは繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体である場合の樹脂層の積層数も特に限定されないが、通常２層以上、好ましくは４層以上、より好ましくは５層以上であり、通常２０層以下、好ましくは１５層以下、より好ましくは１０層以下である。上記範囲内の積層体であると、本発明の衝撃解析方法を好適に利用することができる。
【００１５】
本発明に係るモデル化工程において作成するインパクターの形状、寸法、材質及び重量
は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状とすることが好ましい。衝撃試験装置に使用するインパクターを再現した形状であると、実験値との整合性を確認し易くなる。インパクターの具体的な形状としては、図１に示されるような形状が挙げられる。図１に示されるインパクターは、芯材（図１の２）の衝撃を与える側の部分に被覆層（図１の３）が取り付けられている構造となっている。
【００１６】
本発明に係るモデル化工程において作成する支持台の形状及び寸法等は、特に限定されないが、市販の衝撃試験装置に使用する支持台を再現した形状とすることが好ましい。衝撃試験装置に使用する支持台を再現した形状であると、実験値との整合性を確認し易くなる。支持台の具体的な形状としては、図２に示されるような形状が挙げられる。
図２に示される支持台は、試験体（繊維強化樹脂）を挟み込んで固定できるように、上部（図２の４）と下部（図２の５）に分かれており、上部には持ち運びを容易にする取手（図２の６）が取り付けられた構造となっている。この上部と下部には、ボルト・ナットで連結できるように、同位置に穴（図２の８）が設けられており、さらにボルト・ナットで地面に固定できるように、下部の地面と接する位置に同様の穴が設けられている。また、上部と下部は、試験体を挟み込んだ際に試験体が露出するように、それぞれ開口を有する額縁状の形状になっている。
例えば、衝撃試験装置に使用する支持台が、図２に示されるような構造を有する場合には、本発明に係るモデル化工程においても、上部、下部、取手、連結に使用するボルト・ナット、各部分の繋ぎ目等を含めた詳細なモデルを作成することが好ましい。このような詳細なモデルを作成すると、例えば試験体（繊維強化樹脂）と支持台との間に生じる摩擦を考慮した衝撃解析等を行うことができ、より正確な解析となり得る。
支持台の開口の寸法は、解析対象である繊維強化樹脂の寸法に応じて適宜設定することができるが、長辺（直径）が通常１５０ｍｍ以上、好ましくは２００ｍｍ以上、より好ましくは２５０ｍｍ以上であり、通常１０００ｍｍ以下、好ましくは７５０ｍｍ以下、より好ましくは５００ｍｍ以下である。
【００１７】
＜設定工程＞
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂の強度に関する物性値、さらに支持台の強度に関する物性値を設定する設定工程を含むものであるが、繊維強化樹脂の強度に関する物性値、及び支持台の強度に関する物性値を設定する方法は特に限定されず、使用するモデリングソフト及び／又は解析プログラム（衝撃解析ソフト）に応じて適宜選択されるべきである。例えばモデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、衝撃解析ソフトとしてＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡを使用して衝撃解析を行う場合、モ
デリングソフトで作成した要素は、衝撃解析ソフトの要求するフォーマットに合わせたものとし、衝撃解析ソフトにおいては衝撃特性を計算するに必要な物性、例えば弾性率にひずみ速度・方向の依存性を設定し、モデルの正確な寸法等を入力し、なおかつ衝撃の条件である初速度や加速度等を設定する方法が挙げられる。
【００１８】
本発明に係る設定工程において設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。
また、例えば繊維が一方向に配向している場合など、弾性率等の物性値に異方性がある場合、繊維強化樹脂の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ましい。繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
なお、設定する繊維強化樹脂の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
例えば、炭素繊維強化樹脂の物性値では、繊維方向の弾性率１４０ＧＰａ、直交方向の弾性率２０ＧＰａ、ポアソン比０．３３、比重１．８を設定することが挙げられる。
【００１９】
本発明に係る設定工程において設定する支持台の強度に関する物性値の種類は、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度依存性に関連する物性値、及び支持台の材質が挙げられる。
なお、設定する支持台の強度に関する物性値は、実験によって得られた実験値のほか、計算によって得られた値であってもよい。
例えば、支持台の材質は、一般炭素鋼等として設定され、弾性率２０９ＧＰａ、降伏強度６４０ＭＰａ、ポアソン比０．３、比重７．８を設定することが挙げられる。
【００２０】
本発明に係る設定工程において設定するその他の項目は特に限定されないが、インパクターの強度に関する物性値を設定することが好ましい。インパクターの影響は、支持台に比して小さいが、インパクターの強度に関する物性値も設定することによって、より正確な解析を行うことができる。設定するインパクターの強度に関する物性値としては、インパクターの弾性率、降伏強度、ポアソン比及び比重等が挙げられる。
【００２１】
本発明に係る設定工程において、通常は衝撃解析モデルの正確な寸法、衝撃条件である初速度・加速度（インパクターの落下高さ）、衝撃試験の温度条件等を設定する。
本発明に係る設定工程において設定するインパクターの落下高さは、特に限定されず、繊維強化樹脂の厚み等に応じて適宜設定することができるが、通常１００ｍｍ以上、好ましくは２５０ｍｍ以上、より好ましくは３５０ｍｍ以上であり、通常２０００ｍｍ以下、好ましくは１５００ｍｍ以下、より好ましくは１０００ｍｍ以下である。また、例えば試験体同士の衝撃特性を比べる場合などにおいては、試験体同士の相違が顕著に表れる値を設定することが好ましい。
本発明に係る設定工程において設定する温度条件は特に限定されないが、−３０℃〜８０℃の範囲内で設定することが好ましい。また本発明の実施に当たっては、常温下（１０〜４０℃）又は８０℃程度の高温下で衝撃試験を行うことが好ましい。これらは実際の材料に応じて選択するとよい。
その他、繊維強化樹脂と支持台との間に生じる摩擦を考慮した摩擦係数を設定することが好ましい。摩擦係数を設定することにより、より正確な解析を行うことができる。
【００２２】
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体を解析対象とするものであってもよいが、このような積層体を解析する場合は、繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ましい。
繊維強化樹脂層（以下、「Ｃ（層）」と略す場合がある。）及び繊維強化されていない樹脂層（以下、「Ｍ（層）」と略す場合がある。）を含む積層体の衝撃解析を行う場合、従来、Ｃ層の総厚みとＭ層の総厚みを設定した簡易的な衝突解析モデルとしていたため、ＣＭＣＭと積層した場合とＣＭＭＣと積層した場合の解析結果が同一となっていた。従来の柔らかい材料に関してはこの方法であっても実験値との差が小さく、特に問題が生じなかった。
しかしながら、本発明者らが衝撃試験装置を使用して、実験値を確認したところ、ＣＭＣＭとＣＭＭＣとでは、その解析吸収挙動に大きな差が生じることを確認した。これは、繊維強化樹脂の弾性率、降伏強度が、強化されていない樹脂に比してはるかに高くなったと考えられる。そして、Ｃ層とＭ層の順番を再現した衝撃試験モデルを作成し、さらにＣ層及びＭ層のそれぞれの強度に関する物性値を設定した上で、衝撃解析を行うことにより、実験値との整合性が著しく改善されることを本発明者らは見出したのである。
【００２３】
また、例えば繊維強化樹脂層における繊維が一方向に配向している場合など、繊維強化樹脂層の弾性率等の物性値に異方性がある場合、繊維強化樹脂層の強度に関する物性値として、繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することが好ま
しい。
従来、このような積層体の衝撃解析では、Ｃ層の異方性を考慮せずに解析を行っていたため、実験値との整合性が非常に悪い結果となっていた。そこで、Ｃ層の強度に関する物性値について、繊維方向と繊維の直交方向に分けて設定することにより、実験値との整合性がさらに改善されることを本発明者らは見出したのである。
【００２４】
繊維強化樹脂層及び繊維強化されていない樹脂層を積層させた積層体を解析する場合の繊維強化されていない樹脂層の強度に関する物性値の種類は、衝撃解析に必要な物性値を少なくとも含むものであれば、特に限定されないが、弾性率、強度、ポアソン比、比重等のひずみ速度・方向依存性に関連する物性値が挙げられる。
【００２５】
＜解析工程＞
本発明の衝撃解析方法は、衝撃試験モデルを解析プログラムに入力して衝撃解析を行う解析工程を含むものであるが、使用する解析プログラムの種類は特に限定されず、市販されている公知の解析ソフトを適宜採用して使用することができる。例えば、ＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡ、ＥＳＩ社製のＰＡＭ−ＣＲＡＳＨ、ＨＫＳ社製のＡＢＡＱＵＳ等が挙げられる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明の具体的態様を詳細に説明するが、本発明が実施例の態様のみに限定されないことは言うまでもない。
【００２７】
＜参考例＞
（衝撃試験モデルの作成）
モデリングソフトとしてＳｉｅｍｅｎｓ社製 ＮＸ Ｉ−ＤＥＡＳを使用し、図３（ｂ）に示す衝撃試験モデル（試験体、試験体に衝撃を与えるためのインパクター、及び試験体を支持するための支持台を含むモデル）を作成した。
【００２８】
（強度に関する物性値の設定）
試験体、支持台、インパクター、及び試験条件について、以下の記載のように設定した。なお、支持台の影響をより正確に評価するために、試験体として、異方性のある繊維強化樹脂の代わりに異方性のないアルミ板（アルミ製板状試験体）を設定した。また、支持台は、ボルト・ナットによって地面に固定化されているものと設定した。
（１）試験体
（１−１）アルミ製板状試験体
厚さ：１ｍｍ
繊維方向の弾性率：７０ＧＰａ
ポアソン比：０．３４
（２）支持台
材質：一般鋼材
弾性率：２０９ＧＰａ
降伏強度：６９０ＭＰａ
ポアソン比：０．３
開口部は５００ｍｍ×５００ｍｍ
（３）インパクター
芯材（図１の２）の材質：アルミ
被覆層（図１の３）の材質：塩化ビニル
重さ：３．５ｋｇ
（４）試験条件
インパクターの落下高さ：３７６ｍｍ（自然落下；初速度０）
試験温度：２５℃
【００２９】
（衝撃解析）
作成した衝撃解析モデルを、ＬＳ−ＤＹＮＡインタフェースを用いて変換し、ＬＳＴＣ社製 ＬＳ−ＤＹＮＡ（衝撃解析ソフト）を使用して衝撃解析を行った。
【００３０】
＜比較例１＞
支持台の強度に関する物性値（材質、弾性率、降伏強度、ポアソン比）を設定しなかった以外は、参考例と同様に衝撃解析を行い、参考例（支持台の物性値を設定）と比較例１（支持台の物性値を未設定）を比較して、支持台の物性値の設定の有無の影響を調べた。参考例及び比較例１の衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図４に示す。
【００３１】
図４の結果から明らかなように、支持台の強度に関する物性値を設定することによって、実験値との整合性が極めて高い衝撃解析が行えることが明らかである。
【００３２】
＜実施例１＞
５枚の繊維強化樹脂層を積層した積層体を試験体とし、試験体について以下の記載のように設定した以外は、参考例と同様に衝撃解析を行った。なお、積層体を構成する繊維強化樹脂層は、繊維方向と繊維の直交方向として、異なる弾性率を有するものとし、さらに５枚はそれぞれ同一の繊維方向を向いているものと設定とした。つまり、積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向とのなす角度で、その他の繊維強化樹脂層の繊維方向を表すと、最下部：（０°）−０°−０°−０°−０°：最上部となっている。
（１）試験体
（１−２）積層体
厚さ：１ｍｍ
※繊維強化樹脂層
材質：繊維強化樹脂
厚さ：２００μｍ
繊維方向の弾性率：１４０ＧＰａ
繊維の直交方向の弾性率：２０ＧＰａ
ポアソン比：０．３３
【００３３】
＜比較例２＞
繊維方向の弾性率及び繊維の直交方向の弾性率をそれぞれ８０ＧＰａに変更した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行い、実施例１（繊維強化樹脂の異方性を考慮）と比較例２（繊維強化樹脂の異方性を未考慮）を比較して、繊維強化樹脂の異方性の考慮の有無の影響を調べた。参考例及び比較例１の衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図５に示す。
【００３４】
図５の結果から明らかなように、繊維強化樹脂層の繊維方向と繊維の直交方向のそれぞれの強度に関する物性値を設定することによって、実験値との整合性が極めて高い衝撃解析が行えることが明らかである。
【００３５】
＜実施例２＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−９０°−９０°−９０°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
【００３６】
＜実施例３＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−９０°−０°−９０°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
【００３７】
＜実施例４＞
積層体最下部の繊維強化樹脂層の繊維方向に対して、なす角度が（０°）−４５°−９０°−１３５°−０°となるように設定した以外は、実施例１と同様に衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−時間図を図６に示す。
【００３８】
＜実施例５＞
積層体最下部及び最上部以外の３枚の繊維強化樹脂層を、繊維強化されていない樹脂層とし、繊維強化されていない樹脂層について以下の記載のように、さらになす角度が（０°）−Ｅｐ−Ｅｐ−Ｅｐ−９０°となるように設定した以外は、実施例１と同様の衝撃解析を行った。衝撃解析によって得られたインパクターの発生加速度−発生時間図を図７に示す。
（１）試験体
（１−２）積層体
※繊維強化されていない樹脂層
材質：エポキシ樹脂層
厚さ：２００μｍ
弾性率：２．４ＧＰａ
降伏強度：３０ＭＰａ
ポアソン比：０．４
【００３９】
＜実施例６＞
積層形態が（０°）−Ｅｐ−９０°−Ｅｐ−０°となるように設定した以外は、実施例５と同様に衝撃解析を行った。得られたインパクターの発生加速度−時間図を図７に示す。
【００４０】
図６及び７の結果から明らかなように、本発明の衝撃解析方法によって、異方性の大きい積層体と異方性の小さい積層体の衝撃特性の違いを、明確に区別して評価できることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の衝撃解析方法は、繊維強化樹脂を自動車用外板、例えばボンネットに利用し、事故時の歩行者へのダメージを最少にする設計を検討する際に利用することができる。
歩行者の事故時のダメージを生存確率と関係付けたものにＨＩＣ（Ｈｅａｄ  Ｉｎｊｕｒｙ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ）値があり、この値が１０００を超えると致命的なダメージを受けることが分かっている。設計段階において衝撃吸収性を考慮するのと同時に、この発明の手法をもって材料面の設計を行うことで、高い機能を発揮する材料を提供できる。
【符号の説明】
【００４２】
１      インパクター
２      インパクターの芯材
３      インパクターの被覆層
４      支持台上部
５      支持台下部
６      取手
７      取手取付け穴
８      固定用の穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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