(57)【要約】【課題】煩雑で多量な計測や計算をすることなく、繊維強化樹脂材料等を用いた最終的な製品である樹脂成形部品から切り出された試験片の形状や構造に普遍的な態様で、樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことのできるシミュレーション装置を提供する。【解決手段】シミュレーション装置２０は、縦弾性係数決定部２０ａと、活性化エネルギ決定部２０ｂと、応力指数決定部２０ｃと、時間指数及び速度定数決定部２０ｄと、ひずみ速度算出部２０ｅと、を備え、繊維強化樹脂成形部品１０から機械的に切り出され試験片ＴＰ１、ＴＰ２の弾性変形特性やクリープ変形特性を計測する変形特性計測部３０が連絡している。【選択図】図４
2011196884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形部品から切り出した試験片の弾性変形特性に基づいて有限要素解析を適用することにより修正された縦弾性係数を決定する縦弾性係数決定部と、
前記試験片のクリープ変形特性に基づきながら、活性化エネルギ、応力指数、時間指数及び速度定数をクリープ物性値とする時間硬化則を適用したクリープひずみ速度を示す数式を用いて前記活性化エネルギを決定する活性化エネルギ決定部と、
前記クリープ変形特性に基づきながら、前記縦弾性係数を用いた有限要素解析を適用することにより修正された応力が代入された前記数式を用いて、前記応力指数を決定する応力指数決定部と、
前記クリープ変形特性に基づきながら、有限要素解析を適用することにより共に修正された前記時間指数及び前記速度定数を決定する時間指数及び速度定数決定部と、
前記活性化エネルギ、前記応力指数、前記時間指数及び前記速度定数を、前記数式に代入することにより、クリープひずみ速度を算出するひずみ速度算出部と、
を備えることを特徴とする樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項２】
前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する荷重及び前記試験片に印加する温度における３種類の組み合わせに対応する３種類の内容を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項３】
前記活性化エネルギ決定部で用いられる前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する荷重を一定にして前記試験片に印加する温度を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記応力指数決定部で用いられる前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する温度を一定にして前記試験片に印加する荷重を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容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樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項５】
前記時間指数及び速度定数決定部は、前記時間指数及び前記速度定数を同時に決定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樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項６】
前記樹脂成形部品は、繊維強化樹脂成形部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樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項７】
前記試験片は、板状又は筒状であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【請求項８】
前記数式は、クリープひずみ速度をｄεｃ／ｄｔ、前記速度定数をＡ（Ｐａ−ｎ・ｓ−ｍ）、前記活性化エネルギをΔＨ（Ｊ／ｍｏｌ）、気体定数をＲ（＝８．３１４４７Ｊ／ｍｏｌ）、絶対温度をＴ（Ｋ）、応力をσ（Ｐａ）、前記応力指数をｎ、時間をｔ（ｓｅｃ）及び前記時間指数をｍとしたとき、以下の式（数１０）で示され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樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置。
【数１０】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリープ変形特性のシミュレーション装置に関し、特に、繊維強化樹脂成形部品等の樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両には、軽量であって形状自由度が高い樹脂成形部品が多数用いられている。
【０００３】
かかる樹脂成形部品には、経年的に高温の雰囲気温度下で荷重が印加される場合も多いため、研究開発段階で樹脂成形部品のクリープ変形特性を効率的かつ正確に評価して、その最終的な仕様を簡便に決定することが求められている。
【０００４】
特許文献１は、クリープ試験における各温度毎の複数の応力測定の繰り返しを廃し、効率的にクリープ物性値を決定することを企図したクリープ物性試験方法を開示し、いわゆるＮｏｒｔｏｎ則による定常クリープ物性値やいわゆる時間硬化型クリープ則による時間硬化型クリープ物性値を、応力緩和過程の荷重履歴から算出する方法を開示する。
【０００５】
具体的には、特許文献１では、予め円筒状の試験片を成形しておき、かかる試験片に一定荷重を印加しながらに変位を一定（歪みを一定）に保持し、一定経過時間毎の応力変化（荷重変化）を計測して、経過時間に対する応力の変化に関するグラフを求めている。そして、Ｎｏｒｔｏｎ則による各定常クリープ物性値は、単回帰分析により決定され、時間硬化型クリープ則による各時間硬化型クリープ物性値は、重回帰分析により決定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が提案する構成においては、円筒状の試験片を予め成形して各クリープ物性値を得るものであるため、現実に最終製品として成形される成形部品の構造を反映したクリープ物性値を得ることができないという基本的な課題がある。
【０００８】
また、特許文献１においては、定常クリープ物性値や時間硬化型クリープ物性値を、回帰分析により決定するものであるため、得られるクリープ物性値の精度を上げるには、円筒状の試験片を多数成形して応力緩和過程のプロファイルを多数計測する必要があり、高精度のクリープ物性値を得て高精度のクリープ変形特性を求めるには煩雑である。
【０００９】
特に、複雑な樹脂材料、例えば繊維強化樹脂材料を用いる場合には、繊維強化樹脂材料を用いて予め成形された試験片が、現実に最終製品として成形される繊維強化樹脂成形部品に比較してかけはなれた理想的な成形品となってしまい、そのクリープ物性値が、最終製品としての繊維強化樹脂成形部品のクリープ物性値と乖離する傾向が強く、かかる状況でいくら試験片を多数成形して応力緩和過程のプロファイルを多数計測したとしても、高精度のクリープ物性値を得ることは困難である。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、煩雑で多量な計測や計算をすることな
く、繊維強化樹脂材料等を用いた最終的な製品である樹脂成形部品から切り出された試験片の形状や構造に普遍的な態様で、樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことのできるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成すべく、本発明は、樹脂成形部品から切り出した試験片の弾性変形特性に基づいて有限要素解析（以下、ＦＥＡという）を適用することにより修正された縦弾性係数を決定する縦弾性係数決定部と、前記試験片のクリープ変形特性に基づきながら、活性化エネルギ、応力指数、時間指数及び速度定数をクリープ物性値とする時間硬化則を適用したクリープひずみ速度を示す数式を用いて前記活性化エネルギを決定する活性化エネルギ決定部と、前記クリープ変形特性に基づきながら、前記縦弾性係数を用いたＦＥＡを適用することにより修正された応力が代入された前記数式を用いて、前記応力指数を決定する応力指数決定部と、前記クリープ変形特性に基づきながら、ＦＥＡを適用することにより共に修正された前記時間指数及び前記速度定数を決定する時間指数及び速度定数決定部と、前記活性化エネルギ、前記応力指数、前記時間指数及び前記速度定数を、前記数式に代入することにより、クリープひずみ速度を算出するひずみ速度算出部と、を備えた樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置であることを第１の特徴とする。
【００１２】
また本発明は、かかる第１の特徴に加えて、前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する荷重及び前記試験片に印加する温度における３種類の組み合わせに対応する３種類の内容を有することを第２の特徴とする。
【００１３】
また本発明は、かかる第１又は第２の特徴に加えて、前記活性化エネルギ決定部で用いられる前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する荷重を一定にして前記試験片に印加する温度を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容を有することを第３の特徴とする。
【００１４】
また本発明は、かかる第１から第３の特徴に加えて、前記応力指数決定部で用いられる前記クリープ変形特性は、前記試験片に印加する温度を一定にして前記試験片に印加する荷重を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容を有することを第４の特徴とする。
【００１５】
また本発明は、かかる第１から第４の特徴に加えて、前記時間指数及び速度定数決定部は、前記時間指数及び前記速度定数を同時に決定することを第５の特徴とする。
【００１６】
また本発明は、かかる第１から第５の特徴に加えて、前記樹脂成形部品は、繊維強化樹脂成形部品であることを第６の特徴とする。
【００１７】
また本発明は、かかる第１から第６の特徴に加えて、前記試験片は、板状又は筒状であることを第７の特徴とする。
【００１８】
また本発明は、かかる第１から第７の特徴に加えて、前記数式は、クリープひずみ速度をｄεｃ／ｄｔ、前記速度定数をＡ（Ｐａ−ｎ・ｓ−ｍ）、前記活性化エネルギをΔＨ（Ｊ／ｍｏｌ）、気体定数をＲ（＝８．３１４４７Ｊ／ｍｏｌ）、絶対温度をＴ（Ｋ）、応力をσ（Ｐａ）、前記応力指数をｎ、時間をｔ（ｓｅｃ）及び前記時間指数をｍとしたとき、以下の式（数１）で示されることを第８の特徴とする。
【００１９】
【数１】
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【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の特徴によれば、樹脂成形部品から切り出した試験片を対象にして、試験片の弾性変形特性に基づいてＦＥＡを適用することにより修正された縦弾性係数を決定し、試験片のクリープ変形特性に基づきながら、時間硬化則を適用したクリープひずみ速度を示す数式を用いて活性化エネルギを決定し、試験片のクリープ変形特性に基づきながら、弾性変形特性に基づいたＦＥＡを適用することにより修正された応力が代入された数式を用いて応力指数を決定し、かつクリープ変形特性に基づきながら、ＦＥＡを適用することにより共に修正された時間指数及び速度定数を決定するものであるため、試験片、ひいては樹脂成形部品の各クリープ物性値を簡便かつ正確に決定することができる。そして、かかる活性化エネルギ、応力指数、時間指数及び速度定数を用いることにより、最終的な樹脂成形部品の特性に整合性の高いクリープひずみ速度を算出することができ、煩雑で多量な計測や計算をすることなく、繊維強化樹脂材料等を用いた最終的な製品である樹脂成形部品から切り出された試験片の形状や構造に普遍的な態様で、かかる樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことができる。
【００２１】
本発明の第２の特徴によれば、試験片のクリープ変形特性が、試験片に印加する荷重及び試験片に印加する温度における３種類の組み合わせに対応する３種類の内容を有すれば足りるため、少工数かつ短時間でクリープ変形特性を計測することができる。
【００２２】
本発明の第３の特徴によれば、活性化エネルギ決定部で用いられる試験片のクリープ変形特性が、試験片に印加する荷重を一定にして試験片に印加する温度を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容が有れば足りるため、簡便に活性化エネルギを決定することができる。
【００２３】
本発明の第４の特徴によれば、応力指数決定部で用いられる試験片のクリープ変形特性が、試験片に印加する温度を一定にして試験片に印加する荷重を２種類とした組み合わせに対応する２種類の内容が有れば足りるため、簡便に応力指数を決定することができる。
【００２４】
本発明の第５の特徴によれば、時間指数及び速度定数決定部が、時間指数及び速度定数を同時に決定するものであるため、簡便に時間指数及び速度定数を決定することができると共に、試験片、ひいては樹脂成形部品の各クリープ物性値を簡便かつ正確に決定することができる。
【００２５】
本発明の第６の特徴によれば、樹脂成形部品として、内部構造の複雑な繊維強化樹脂成形部品が適用できて、かかる樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことができる。
【００２６】
本発明の第７の特徴によれば、試験片として、板状又は筒状の試験片が適用できて、試験片の形状や構造に普遍的な態様で、樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことができる。
【００２７】
本発明の第８の特徴によれば、時間硬化則を適用したクリープひずみ速度を示す数式として、式（数１）を使用することにより、樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態における繊維強化樹脂成形部品の斜視図である。
【図２】本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から機械的に切り出された平板状の試験片の斜視図である。
【図３】本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から機械的に切り出された円筒状の試験片の斜視図である。
【図４】本実施形態における繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置の構成を主として示すブロック図である。
【図５】本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から切り出された試験片の実測されたクリープ変形特性曲線を模式的に示すグラフである。
【図６】本実施形態における繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置を用いて実行される試験片のクリープひずみ速度を決定する工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置につき、図１から図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、樹脂成形部品として、本実施形態のシミュレーション手法が有意性を明確に示す内部構造が複雑な複合材料から成る繊維強化樹脂成形部品を例に挙げて説明するが、もちろん単一材料から成る樹脂成形部品にも適用できるものである。
【００３０】
図１は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品の斜視図である。図２は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から機械的に切り出された平板状の試験片の斜視図であり、図３は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から機械的に切り出された円筒状の試験片の斜視図である。図４は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置の構成を主として示すブロック図である。図５は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品から切り出された試験片の実測されたクリープ変形特性曲線を模式的に示したグラフであり、時間ｔとひずみεとの関係を表わす。
【００３１】
図１に示すように、繊維強化樹脂成形部品１０は、代表的に、矩形のブロック状であり、複数の貫通孔１２を有する。
【００３２】
かかる繊維強化樹脂成形部品１０は、繊維強化樹脂材料、つまりガラス繊維強化樹脂や炭素繊維強化樹脂を用いて成形した部品である。具体的には、母材となる樹脂は、一般的なものであれば足り限定的なものではないが、例えば、熱可塑性樹脂としては、ナイロン等のポリアミド樹脂、ＰＢＴ樹脂(ポリブチレンテレフタレート樹脂）等の熱可塑性飽和ポリエステル樹脂及び耐熱性のあるＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等が使用でき、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹脂等が使用できる。また、強化材となる繊維としては、ガラス短繊維やガラス長繊維の他、アクリル繊維等を炭化した炭化繊維、カーボンナノチューブ等の炭素繊維やケプラー等の樹脂繊維が使用できる。そして、かかる樹脂及び繊維を組み合わせて成形するには、成形型内に繊維を骨材化して配置しておいて樹脂を積層してもよいし、予め樹脂と繊維とを混合して圧縮してもよく、また、型内に繊維を敷いて樹脂を射出してもよい。また、ウエットカーボン型のみならずドライカーボン型の繊維強化樹脂も使用できる。
【００３３】
また、図１に示すように、繊維強化樹脂成形部品１０の貫通孔１２、１２の間の部分や貫通孔１２の周辺部から、図２に示すような平板状の試験片ＴＰ１や、図３に示すような円筒状の試験片ＴＰ２を、図示を省略する切削具等で機械的に切り出す。かかる試験片ＴＰ１、ＴＰ２の切り出す場所や形状は、限定的なものではなく、繊維強化樹脂成形部品１
０の樹脂の着き回りや繊維の配向等でクリープ変形特性が低下しそうな場所やその部分を反映させて機械的に切り出すために好適な板状や筒状等の形状を適宜選択すればよい。なお、以降の説明で、試験片ＴＰ１、ＴＰ２について特記すべき事項がある場合には個別に説明し、そうでない場合には便宜上試験片ＴＰ１、ＴＰ２と表記して共通に説明する。
【００３４】
さて、繊維強化樹脂成形部品１０に用いる繊維強化樹脂材料のクリープ変形特性は時間の依存性が強いものであるから、試験片ＴＰ１、ＴＰ２についてのクリープひずみ速度ｄεｃ／ｄｔは、時間硬化則を適用した以下の式（数２）で表すことができる。
【００３５】
【数２】
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【００３６】
ここで、Ａは速度定数（Ｐａ−ｎ・ｓ−ｍ）、ΔＨは活性化エネルギ（Ｊ／ｍｏｌ）、Ｒは気体定数（＝８．３１４４７Ｊ／ｍｏｌ）、Ｔは絶対温度（Ｋ）、σは応力（Ｐａ）、ｎは応力指数、ｔは時間（ｓｅｃ）、及びｍは時間指数である。この中で、速度定数Ａ、活性化エネルギΔＨ、応力指数ｎ、及び時間指数ｍは、繊維強化樹脂材料のクリープ特性を表す未知量であり、これら４つの値が決定すべきクリープ物性値であるといえる。
【００３７】
よって、繊維強化樹脂成形部品１０のクリープ変形特性をシミュレーションにより再現して予測するには、初めに繊維強化樹脂材料のクリープ物性値を決定する必要があるため、繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置２０は、以下の構成を有する。
【００３８】
つまり、かかるシミュレーション装置２０は、図４に示すように、縦弾性係数決定部２０ａと、活性化エネルギ決定部２０ｂと、応力指数決定部２０ｃと、時間指数及び速度定数決定部２０ｄと、ひずみ速度算出部２０ｅと、を備え、その他に図示を省略する必要なメモリ等を含む。また、シミュレーション装置２０には、繊維強化樹脂成形部品１０から機械的に切り出され試験片ＴＰ１、ＴＰ２の弾性変形特性やクリープ変形特性を計測する変形特性計測部３０が連絡している。
【００３９】
ここで、繊維強化樹脂成形部品１０から切り出された試験片ＴＰ１、ＴＰ２のクリープ変形特性曲線は、変形特性計測部３０によって実測され、図５に示すようなひずみεの経時的変化を示す。ここで、εｅは弾性変形領域における弾性ひずみ、εｃはクリープ変形領域におけるクリープひずみ、及びｄεｃ／ｄｔはクリープ変形領域におけるクリープひずみ速度である。具体的には、試験片ＴＰ１、ＴＰ２に荷重を加えると、短時間でε２まで弾性変形した後、クリープ変形へと移行する。かかるクリープ変形領域は、弾性変形後の遷移クリープ変形領域と、それに引き続く定常クリープ変形領域とを含み、定常クリープ変形の漸近値はε１である。また、クリープひずみεｃを時間で微分することで、クリープひずみ速度ｄεｃ／ｄｔを算出することができる。
【００４０】
つまり、このように変形特性計測部３０が連絡したシミュレーション装置２０においては、縦弾性係数決定部２０ａが、変形特性計測部３０が計測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２の弾性変形特性に基づいてＦＥＡを適用することにより修正された縦弾性係数Ｅを決定し、活性化エネルギ決定部２０ｂが、変形特性計測部３０が計測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２のクリープ変形特性に基づきながら、式（数２）を用いて活性化エネルギΔＨを決定し、応力指数決定部２０ｃが、変形特性計測部３０が計測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２のクリープ変形特性に基づきながら、修正された縦弾性係数Ｅを用いたＦＥＡを適用することにより
修正された応力が代入された式（数２）を用いて応力指数ｎを決定し、時間指数及び速度定数決定部２０ｄが、変形特性計測部３０が計測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２のクリープ変形特性に基づきながら、活性化エネルギ決定部２０ｂが決定した活性化エネルギ及び応力指数決定部２０ｃが決定した応力指数が代入された式（数２）を用いてＦＥＡを適用することにより共に修正された時間指数ｍ及び速度定数Ａを決定し、ひずみ速度算出部２０ｅが、活性化エネルギ決定部２０ｂが決定した活性化エネルギ、応力指数決定部２０ｃが決定した応力指数、時間指数及び速度定数決定部２０ｄが決定した時間指数及び速度定数を、式（数２）に代入することにより、クリープひずみ速度を算出することになる。
【００４１】
以上の構成のシミュレーション装置２０を用いて、試験片ＴＰ１、ＴＰ２の各クリープ物性値を導出してクリープひずみ速度を求める各工程につき、図６を参照して、以下具体的に説明する。
【００４２】
図６は、本実施形態における繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーション装置を用いて実行される試験片のクリープひずみ速度を決定する工程を示すフローチャートである。
【００４３】
図６に示すように、まず、ステップＳ１において、図１に示すような繊維強化樹脂成形部品１０を用意する。
【００４４】
次に、ステップＳ２において、繊維強化樹脂成形部品１０から図２、３に各々示すような試験片ＴＰ１、ＴＰ２を適宜選択して機械的に切り出す。
【００４５】
次に、ステップＳ３において、選択して切り出された試験片ＴＰ１、ＴＰ２を変形特性計測部３０内に配置して、試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度に維持しながら一定荷重Ｐを印加し、試験片ＴＰ１、ＴＰ２における図５に示すようなクリープ変形特性曲線を計測する。
【００４６】
具体的には、試験片ＴＰ１を用いる場合には、図２に示すように、試験片ＴＰ１の長手方向の両端に円柱状の支持具１４、１６を各々当接して、試験片ＴＰ１の長手方向の中央部を支持具１４、１６の反対側から荷重Ｐで押圧して曲げ、試験片ＴＰ１の長手方向の中央部における面垂直方向に生じるクリープ変位を計測する。一方で、試験片ＴＰ２を用いる場合には、図３に示すように、試験片ＴＰ２の軸方向に沿って平板状の支持具１８を当接して、支持具１８の反対側から試験片ＴＰ２の筒状部の外面を軸方向に均一に径方向に向かって荷重Ｐで押圧して圧縮し、試験片ＴＰ２の筒状部において径方向に生じるクリープ変位を計測する。
【００４７】
ここで、計測する試験片ＴＰ１、ＴＰ２におけるクリープ変形特性曲線については、各々３種類が必要である。つまり、例えば、試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合、試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐｂを印加した場合、及び試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔｂに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合の３種類のクリープ変形特性曲線を計測する必要がある。なお、かかる温度Ｔａ、Ｔｂ及び荷重Ｐａ、Ｐｂは、繊維強化樹脂成形部品１０が実際に適用される自動車内等の環境に対応する所定の範囲内、典型的には、環境要件の温度及び荷重の各範囲を内包する範囲内に各々設定されることが、シミュレーションの再現性を向上する観点から好ましい。
【００４８】
次に、ステップＳ４において、試験片ＴＰ１、ＴＰ２の縦弾性係数Ｅを決定する。
【００４９】
具体的には、試験片ＴＰ１については、まず、縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を弾性変形範
囲内の式（数３）を用いて計算する。ここで、試験片ＴＰ１においては、図２に示すように、長さをＬ（ｍ）、幅をｂ（ｍ）及び高さをｈ（ｍ）とする。
【００５０】
【数３】
2011196884.tif 000005
【００５１】
かかる式（数３）では、試験片ＴＰ１を弾性変形させる荷重Ｐｅ及び弾性変位δｅを知る必要があるので、図２に示すように、試験片ＴＰ１の長手方向の両端に支持具１４、１６を各々当接して、試験片ＴＰ１の長手方向の中央部を支持具１４、１６の反対側から荷重Ｐｅで押圧して曲げる。この際、荷重Ｐｅを０から増加させながら押圧していき、試験片ＴＰ１の長手方向の中央部において面垂直方向に生じる弾性変位δｅを経時的に計測して、荷重−弾性変位曲線を得る。なお、弾性変位δｅの最大値は、試験片ＴＰ１の弾性変位の最大値であり、図５においては、ひずみε２の値に相当する。
【００５２】
そして、かかる実測による荷重−弾性変位曲線の線形領域から初期弾性変位δｅ０を求めて、かかる荷重Ｐｅ０及び初期弾性変位δｅ０を式（数３）に代入し、縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を計算する。
【００５３】
ここで、式（数３）は、試験片ＴＰ１の変形量が小さい場合に成り立つものであり、試験片ＴＰ１の変形量が大きくなると形状非線形性が無視できなくなるため、かかる事情を考慮してＦＥＡを繰り返し、縦弾性係数Ｅの値を初期値Ｅ０から一般化する必要がある。そこで、具体的には、かかる縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を用いて再現した荷重−変位曲線が、実測した荷重−弾性変位曲線にカーブフィットするようにＦＥＡを繰り返して、縦弾性係数Ｅの値を初期値Ｅ０から修正し、一意的な縦弾性係数Ｅの値を求める。
【００５４】
一方で、試験片ＴＰ２についても、同様に、試験片ＴＰ２の軸方向に沿って支持具１８を当接して、支持具１８の反対側から試験片ＴＰ１の外面を軸方向に均一に径方向に向かってＰｅで押圧して圧縮する。この際、荷重Ｐｅを０から増加させながら押圧していき、試験片ＴＰ２の筒状部において径方向に生じる弾性変位δｅを計測して、荷重−弾性変位曲線を得る。但し、試験片ＴＰ２については、式（数３）に相当する数式を求めるのが煩雑であるので、縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を求めることは省略し、任意の初期値Ｅ０を用いて再現した荷重−変位曲線が、実測した荷重−弾性変位曲線にカーブフィットするようにＦＥＡを繰り返して、縦弾性係数Ｅの値を初期値Ｅ０から修正し、一意的な縦弾性係数Ｅの値を求める。
【００５５】
なお、かかる試験片ＴＰ１、ＴＰ２の弾性変位δｅの荷重−弾性変位曲線は、試験片ＴＰ１、ＴＰ２を室温に維持して計測すれば足り、かかる計測は、ステップＳ３における試験片ＴＰ１、ＴＰ２のクリープ変形特性曲線の計測の前に行ってよいし、別に用意した繊維強化樹脂成形部品１０から同様に試験片ＴＰ１、ＴＰ２を切り出して行ってもよい。
【００５６】
また、もちろん必要に応じて、試験片ＴＰ１について、式（数３）を求めずに縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を任意の値に設定して、ＦＥＡを繰り返して縦弾性係数Ｅを一意的に求めてもよい。また、試験片ＴＰ２について、式（数３）に相当する数式を求めて、縦弾性係数Ｅの初期値Ｅ０を設定して、ＦＥＡを繰り返して縦弾性係数Ｅを一意的に求めてもよい。
【００５７】
さて、以下、ステップＳ５からステップＳ７において、各クリープ物性値を求める。
【００５８】
まず、ステップＳ５において、活性化エネルギΔＨを求める。具体的には、式（数２）について、任意の１つの応力σと任意の２つの温度Ｔａ、Ｔｂとの組み合わせで連立方程式を作れば以下の式（数４）及び式（数５）となるので、各々対数を取りながら式（数４）を式（数５）で除して活性化エネルギΔＨに関して整理すれば、以下の式（数６）を得る。
【００５９】
【数４】
2011196884.tif 000006
【００６０】
【数５】
2011196884.tif 000007
【００６１】
【数６】
2011196884.tif 000008
【００６２】
ここで、式（数６）で示される活性化エネルギΔＨは、温度Ｔａ、Ｔｂとそれらに各々対応するクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔａ、（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔｂとが分かれば求まる。具体的には、温度Ｔａ、Ｔｂに各々対応するクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔａ、（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔｂは、試験片ＴＰ１、ＴＰ２に対して、ステップＳ３で実測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合、及び試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔｂに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合の２種類のクリープ変形特性曲線を用いれば、温度Ｔａ、Ｔｂにおけるクリープひずみ（εｃ）Ｔ＝Ｔａ、（εｃ）Ｔ＝Ｔｂを時間について１階微分して求めることができるから、かかる温度Ｔａ、Ｔｂ、及びクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔａ、（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔｂを各々代入する。
【００６３】
従って、温度Ｔａ及び温度Ｔｂに各々対応してこのようにして求めたクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔａ、（ｄεｃ／ｄｔ）Ｔ＝Ｔｂを式（数６）に代入して、活性化エネルギΔＨを決定する。
【００６４】
次に、ステップＳ６において、応力指数ｎを求める。具体的には、式（数２）について、任意の１つの温度Ｔと任意の２つの応力σａ、σｂとの組み合わせで連立方程式を作れば以下の式（数７）及び式（数８）となるので、各々対数を取りながら式（数７）を式（数８）で除して応力指数ｎに関して整理すれば、以下の式（数９）を得る。なお、応力σａ、σｂは、荷重Ｐａ、Ｐｂに各々対応するものとする。
【００６５】
【数７】
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【００６６】
【数８】
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【００６７】
【数９】
2011196884.tif 000011
【００６８】
ここで、式（数９）で示される応力指数ｎは、応力σａ、σｂとそれらに各々対応するクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σａ、（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σｂとが分かれば求まる。具体的には、応力σａ、σｂに各々対応するクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σａ、（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σｂは、試験片ＴＰ１、ＴＰ２に対して、ステップＳ３で実測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合、及び試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐｂを印加した場合の２種類のクリープ変形特性曲線を用いれば、応力σａ、σｂに生じた場合におけるクリープひずみ（εｃ）σ＝σａ、（εｃ）σ＝σｂを時間について１階微分して求めることができるから、かかる応力σａ、σｂ、及びクリープひずみ速度（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σａ、（ｄεｃ／ｄｔ）σ＝σｂを各々代入する。
【００６９】
但し、試験片ＴＰ１、ＴＰ２の変形量が小さい場合の応力は印加される荷重と比例関係にあるが、試験片ＴＰ１、ＴＰ２の変形量が大きくなると形状非線形性が無視できなくなるので、応力指数ｎの導出に用いる応力σａ、σｂとしては、ステップＳ４で予め修正した縦弾性係数Ｅを用いて、ＦＥＡにより修正したものを用いることとする。具体的には、試験片ＴＰ１、ＴＰ２について、ステップＳ４で予め修正しておいた縦弾性係数Ｅを用いて再現した荷重−弾性変位曲線における弾性変形終了時の最大応力値が、ステップＳ４で実測した荷重−弾性変位曲線から求まる弾性変形終了時の最大応力値に一致するように、ＦＥＡを繰り返して応力の値を修正し、荷重Ｐａ、Ｐｂに対応して各々修正された応力の値を応力指数ｎの導出に用いる応力σａ、σｂとして用いる。
【００７０】
従って、このようにして求めた応力σａ、σｂ及びそれらに各々対応して求めたクリープひずみ（εｃ）σ＝σａ、（εｃ）σ＝σｂを式（数９）に代入して、応力指数ｎを決定する。
【００７１】
次に、ステップＳ７において、時間指数ｍ及び速度定数Ａを求める。ここで、時間指数ｍは、クリープ変形特性の時間依存性を示す因子で、特に遷移クリープの挙動に強い影響を与えるものであり、時間指数ｍの値が小さいと遷移クリープの時間は短く、遷移クリープの変形は急激に収束して定常クリープに移行する一方で、時間指数ｍの値が大きいと、遷移クリープの時間は長くなって、遷移クリープの変形は収束しにくい傾向にある。また、速度定数Ａは、クリープひずみ速度の絶対値を決定する因子であり、速度定数Ａの値が小さいとクリープひずみ速度は小さくなる一方で、速度定数Ａの値が大きいとクリープひ
ずみ速度は大きくなる傾向にある。つまり、時間指数ｍ及び速度定数Ａは、クリープ変形特性に対して、互いに相関的に影響を与える因子であるといえから、ステップＳ７においては、時間指数ｍ及び速度定数Ａを共に調整しながら同時に決定することとする。
【００７２】
具体的には、例えば、実測したクリープ変形特性曲線として、ステップＳ３で実測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合のクリープ変形特性曲線を用いて、式（数２）に対して、温度Ｔａ、荷重Ｐａに対応してステップＳ６において予め修正した応力σａ、ステップＳ４で求めた活性化エネルギΔＨ、ステップＳ５で求めた応力指数ｎ、時間指数ｍの任意の初期値ｍ０及び速度定数Ａの任意の初期値Ａ０を各々代入してＦＥＡを開始して、クリープ変形特性曲線を再現する。そして、ステップＳ３で実測した試験片ＴＰ１、ＴＰ２を一定温度Ｔａに維持しながら一定荷重Ｐａを印加した場合のクリープ変形特性曲線に対して、遷移クリープ領域での変形量の収束状態やクリープ領域全般におけるクリープひずみ速度の値を見ながら、時間指数ｍの値及び速度定数Ａの値を調整してＦＥＡを繰り返していき、ＦＥＡによって再現されたクリープ変形特性曲線が、実測したクリープ変形特性曲線にカーブフィットした状態が得られたならば、その際の時間指数ｍの値及び速度定数Ａの値を、ＦＥＡにより修正された時間指数ｍの値及び速度定数Ａの値として決定する。
【００７３】
そして、ステップＳ８において、以上のように決定された各クリープ物性値を式（数２）に代入して、試験片ＴＰ１、ＴＰ２のいずれかについてのクリープひずみ速度ｄεｃ／ｄｔを求め、繊維強化樹脂成形部品のクリープ変形特性をシミュレーションにより予測して今回の一連の処理は終了する。
【００７４】
なお、以上のステップＳ５及びステップＳ６の各ステップの順番は、限定的なものではなく前後してもかまわない。
【００７５】
以上の本実施形態の構成によれば、樹脂成形部品から切り出した試験片を対象にして、試験片の弾性変形特性に基づいてＦＥＡを適用することにより修正された縦弾性係数を決定し、試験片のクリープ変形特性に基づきながら、時間硬化則を適用したクリープひずみ速度を示す数式を用いて活性化エネルギを決定し、試験片のクリープ変形特性に基づきながら、弾性変形特性に基づいたＦＥＡを適用することにより修正された応力が代入された数式を用いて応力指数を決定し、かつクリープ変形特性に基づきながら、活性化エネルギ及び応力指数が代入された数式を用いてＦＥＡを適用することにより共に修正された時間指数及び速度定数を決定するものであるため、試験片、ひいては樹脂成形部品の各クリープ物性値を簡便かつ正確に決定することができる。そして、かかる活性化エネルギ、応力指数、時間指数及び速度定数を、数式に代入することにより、最終的な樹脂成形部品の特性に整合性の高いクリープひずみ速度を算出することができ、煩雑で多量な計測や計算をすることなく、繊維強化樹脂材料等を用いた最終的な製品である樹脂成形部品から切り出された試験片の形状や構造に普遍的な態様で、かかる樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことができる。
【００７６】
なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明においては、煩雑で多量な計測や計算をすることなく、繊維強化樹脂材料等を用いた最終的な製品である樹脂成形部品から切り出された試験片の形状や構造に普遍的な態様で、樹脂成形部品のクリープ変形特性のシミュレーションを高精度に行うことのできるシミュレーション装置を提供することができるものであり、その汎用普遍
的な性格からクリープ変形特性のシミュレーションの分野に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００７８】
１０…繊維強化樹脂成形部品
１２…貫通孔
１４…支持具
１６…支持具
１８…支持具
２０…シミュレーション装置
２０ａ…縦弾性係数決定部
２０ｂ…活性化エネルギ決定部
２０ｃ…応力指数決定部
２０ｄ…速度定数決定部
２０ｅ…ひずみ速度算出部
３０…変形特性計測部
【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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