(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂を圧縮成形する場合でも、適切な圧縮成形解析を行うことができる圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムを提供すること。【解決手段】樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、繊維をビーム要素でモデル化する繊維モデル部１１と、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、樹脂をソリッド要素でモデル化する樹脂モデル部１２と、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部１３と、ビーム要素およびソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部１４と、を備え、連成解析部１３は、大変形解析部１４によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、連成解析を行う。【選択図】図２
2019082929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行う、
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
【請求項２】
前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項３】
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項４】
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項５】
前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行う、
ことを特徴とする請求項３ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項６】
前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、
前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された樹脂の材料特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項７】
前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ２節点のビーム要素でモデル化し、
前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、４節点４面体のソリッド要素でモデル化する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項８】
前記繊維は、繊維長があらゆる長さの繊維である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項９】
前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項１０】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う、
ことを特徴とする圧縮成形解析方法。
【請求項１１】
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、を備える、
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策は喫緊の課題であり、自動車メーカー等にはＣＯ２排出量の削減のため、自動車の軽量化による大幅な燃費向上が求められている。従来の自動車部品等には鋼材が使われているが、近年、繊維強化樹脂が代替材料として検討されている。その中で、炭素繊維強化樹脂は鋼材と同等、またはそれ以上の機械特性を有しながら、その重量は鋼材と比べて１／４に抑えることができる。
【０００３】
繊維強化樹脂は、繊維長が２ｍｍ以下の不連続短繊維強化樹脂、繊維長が２ｍｍ〜５０ｍｍの不連続長繊維強化樹脂、および繊維長が５０ｍｍ以上の連続繊維強化樹脂に分類される。繊維強化樹脂は、繊維長が長いほど優れた機械特性を有することが知られており、繊維長が１０ｍｍ以上で高強度、繊維長が４０ｍｍ以上で高靱性を発現する。
【０００４】
不連続短繊維強化樹脂は射出成形によってリブのような複雑な形状を有する部品に成形することが可能であるが、繊維長が短いため鋼材と同等な強度特性を持たせることが難しい。連続繊維はプレス成形によって高強度かつ高靱性な部品に成形することができるが、リブのような複雑な形状を成形することができない。その中で、不連続長繊維強化樹脂は、圧縮成形によって複雑な形状に成形することが可能であり、様々な部品に適用することができる。さらに、炭素繊維を使用した場合は、鋼材と同等、またはそれ以上の高強度、高靱性を持たせることができるため、自動車の車体構造部品への全般的な適用が可能になり、自動車の大幅な軽量化が達成される
【０００５】
不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形させると、繊維と樹脂が流動して目的の部品形状に成形される。しかし、圧縮成形の中で繊維の配向（向き）や繊維の粗密が発生するため、成形された部品には剛性や強度が異なる領域が存在することが知られている。剛性や強度が低い箇所があると部品性能に大きく影響するため、繊維の配向（向き）や繊維の粗密を予測する数値シミュレーション技術が必要とされている。
【０００６】
従来、繊維配向については、不連続短繊維強化樹脂の射出成形の流動シミュレーションで使用されているFolgar-Tucker Modelに基づいた ＡＲＤ（Anisotropic Rotary Diffusion）法等の繊維配向アルゴリズムで予測を行っていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，５７１，８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のようなFolgar-Tucker Modelに基づいたＡＲＤ法においては、繊維は変形しない剛体として扱われており、繊維の重心位置の並進移動と回転のみが計算され、繊維の変形や応力を計算することができない。一方、実際の圧縮成形では繊維は変形して応力が発生し、繊維長が１０ｍｍを超える様な場合は繊維に大きな曲げやうねり等の変形が発生して成形挙動に影響する。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、不連続長繊維強化樹脂等の繊維強化樹脂を圧縮成形する場合でも、適切な圧縮成形解析を行うことができる圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析システムの一態様は、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行う、ことを特徴とする。
【００１１】
本明細書において、「繊維強化樹脂」は、不連続長繊維強化樹脂、不連続短繊維強化樹脂、および連続繊維強化樹脂等を含む概念である。本明細書において、「樹脂」は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を含む概念である。
【００１２】
本発明によれば、繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムにおいて、繊維モデル部は、繊維をビーム要素でモデル化する。樹脂モデル部は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、樹脂をソリッド要素でモデル化する。連成解析部は、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う。大変形解析部は、ビーム要素およびソリッド要素について大変形解析を行う。連成解析部による連成解析は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて行う。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向（向き）、繊維の粗密が、精度良く予測される。
【００１３】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行ってもよい。
【００１４】
この態様によれば、大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、ソリッド要素について大変形解析を行うので、例えば、リブが形成されるような変形の大きな箇所においても、安定して精度のよい大変形解析が行われる。
【００１５】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えてもよい。
【００１６】
この態様によれば、連成解析部は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素について、ビーム要素の軸方向の相対的な変位をすべり量として取得する。また、連成解析部は、取得したすべり量から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。
【００１７】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えてもよい。
【００１８】
この態様によれば、連成解析部は、大変形解析部によるビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素について、ビーム要素の軸方向の相対的な変位であるすべり量と、ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算されるビーム要素の節点の位置での温度とを取得する。また、連成解析部は、取得したすべり量および温度から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂の樹脂が熱可塑性樹脂の場合であっても、高温に加熱された熱可塑性樹脂が温度を変化させながら圧縮成形により変形するときに熱可塑性樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。
【００１９】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対して垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行ってもよい。
【００２０】
この態様によれば、連成解析部は、ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法によりビーム要素の節点の動きとソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行う。また、連成解析部は、ビーム要素の軸方向については、抵抗力を算出し、ビーム要素の節点およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を繊維が移動する現象が、精度良く再現される。
【００２１】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された材料特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定してもよい。
【００２２】
この態様において、「材料特性」とは、質量密度、ヤング率、降伏応力、粘度等を含む概念である。「繊維体積分率」とは、繊維強化樹脂に含まれる繊維の体積の割合を表す。
【００２３】
この態様によれば、繊維モデル部は、実物から計測された繊維の材料特性を設定したビーム要素による繊維モデルの、樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が、実物の繊維体積分率と同じになるように、ビーム要素の断面積を設定する。従って、実物の繊維より少ない本数で、ビーム要素による繊維モデルでのモデル化が行われる。樹脂モデル部は、ソリッド要素に実物から計測された材料特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する。従って、樹脂モデルに、繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせることが行われる。
【００２４】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ２節点のビーム要素でモデル化し、前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、４節点４面体のソリッド要素でモデル化してもよい。
【００２５】
この態様によれば、繊維モデル部は、繊維を、断面形状の情報を持つ２節点のビーム要素でモデル化し、樹脂モデル部は、樹脂を、４節点４面体のソリッド要素でモデル化するので、繊維強化樹脂の適切な圧縮成形解析が行われる。
【００２６】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記繊維は、繊維長があらゆる長さの繊維であってもよい。
【００２７】
この態様によれば、繊維は、繊維長があらゆる長さの繊維なので、あらゆる種類の繊維強化樹脂について圧縮成形解析が適切に行われる。
【００２８】
本発明の圧縮成形解析システムの他の態様は、前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であってもよい。
【００２９】
この態様によれば、樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂なので、様々な種類の繊維強化樹脂について圧縮成形解析が適切に行われる。
【００３０】
上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析方法の一態様は、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う、ことを特徴とする。
【００３１】
本発明の圧縮成形解析方法の一態様によれば、繊維はビーム要素でモデル化される。樹脂は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するようにソリッド要素でモデル化される。ビーム要素およびソリッド要素については、大変形解析が行われる。ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析が行われる。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向（向き）、繊維の粗密が、精度良く予測される。
【００３２】
上述の課題を解決するために、本発明の圧縮成形解析プログラムの一態様は、コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、を備えることを特徴とする。
【００３３】
本発明の圧縮成形解析プログラムの一態様によれば、繊維はビーム要素でモデル化される。樹脂は、ビーム要素の節点と共有しない節点を有するようにソリッド要素でモデル化される。ビーム要素およびソリッド要素については、大変形解析が行われる。ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析が行われる。従って、繊維および樹脂の挙動、繊維の配向（向き）、繊維の粗密が、精度良く予測される。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、繊維強化樹脂の圧縮成形における繊維および樹脂の変形挙動、繊維の配向（向き）、繊維の粗密を、精度良く予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る一実施形態の圧縮成形解析システムの概略構成を示す図である。
【図２】圧縮成形解析システムの機能ブロックを示す図である。
【図３】不連続長繊維強化樹脂の実物を撮影した画像を示す図である。
【図４】不連続長繊維強化樹脂の上面を拡大した図である。
【図５】不連続長繊維強化樹脂の側面視における積層状態を説明するための図である。
【図６】（Ａ）は、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図であり、（Ｂ）は、繊維モデルを構成するビーム要素と、樹脂モデルを構成するソリッド要素を示す図である。
【図７】繊維モデルを示す図である。
【図８】樹脂モデルを示す図である。
【図９】圧縮成形に用いる金型を示す図である。
【図１０】（Ａ）から（Ｅ）は、圧縮成形による不連続長繊維強化樹脂の形状の変化を説明する図である。
【図１１】圧縮成形解析シミュレーションの繊維強化樹脂解析モデルを説明するための図である。
【図１２】圧縮成形解析シミュレーションの動作を示すフローチャートである。
【図１３】ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の質量を示す図である。
【図１４】ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを示す図である。
【図１５】ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の加速度ベクトルを示す図である。
【図１６】ビーム要素の軸方向と垂直方向で構成される局所座標系を示す図である。
【図１７】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを示す図、（Ｂ）はビーム要素の軸方向と垂直方向で構成される局所座標系に従って、ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルを軸方向の成分と垂直方向の成分とに分解した図、（Ｃ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルの軸方向の成分のみを示す図、（Ｄ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の速度ベクトルの垂直方向の成分のみを示す図である。
【図１８】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の質量を示す図、（Ｂ）はビーム要素の節点の質量がソリッド要素の各節点に分配されて計算されるソリッド要素の各節点の質量を示す図である。
【図１９】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図、（Ｂ）はビーム要素の節点の垂直方向における運動量ベクトルがソリッド要素の各節点に分配されて計算されるソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図である。
【図２０】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、（Ａ）はソリッド要素の各節点の垂直方向における運動量ベクトルを示す図、（Ｂ）はソリッド要素の各節点の垂直方向における速度ベクトルが更新されることを示す図である。
【図２１】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の垂直方向における速度ベクトルをソリッド要素の各節点の垂直方向における速度ベクトルから形状関数による内挿補間で計算することを説明するための図、（Ｂ）は内挿補間で計算された速度ベクトルがビーム要素の節点の垂直方向における速度ベクトルとして更新されることを示す図である。
【図２２】ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図である。垂直方向における速度ベクトルの更新と同じ方法で、ビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の加速度ベクトルが更新されることを示す図である。
【図２３】ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点とソリッド要素の各節点の軸方向における変位増分ベクトルを示す図、（Ｂ）はビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の軸方向における変位増分ベクトルをソリッド要素の各節点の軸方向における変位増分ベクトルから形状関数による内挿補間で計算することを説明するための図である。
【図２４】ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素の節点の位置におけるすべり量増分ベクトルを示す図、（Ｂ）はビーム要素の節点の位置におけるすべり量を示す図である。
【図２５】ビーム要素の軸方向におけるビーム要素とソリッド要素との抵抗力の計算を説明するための図である。
【図２６】弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。抵抗力の計算方法を示すフローチャートである。
【図２７】弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。すべり量と抵抗力の関係を示す図である。
【図２８】弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図であり、（Ａ）はビーム要素が移動する前の状態を示す図、（Ｂ）はビーム要素をＸ軸の正方向に移動させた状態を示す図、（Ｃ）はビーム要素をさらにＸ軸の正方向に移動させた状態を示す図、（Ｄ）はビーム要素をＸ軸の負方向に移動させた状態を示す図、（Ｅ）はビーム要素をさらにＸ軸の負方向に移動させた状態を示す図、（Ｆ）はビーム要素をさらにＸ軸の負方向に移動させた状態を示す図、（Ｇ）はすべり量に対する抵抗力の変化を示す図である。
【図２９】異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について圧縮試験を説明する図であり、（Ａ）は直径ｄ１の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片を高さｈ４となるように重ねた状態を示す図、（Ｂ）は円板試験片を加熱しながら圧縮成形と同じ速度で平板を圧縮した状態を示す図である。
【図３０】異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について行った圧縮試験の結果示す図である。
【図３１】温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。温度依存の抵抗力の計算方法を示すフローチャートである。
【図３２】温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。ソリッド要素の各節点の温度からビーム要素の節点の位置でのソリッド要素の温度を内挿補間により計算することを示す図である。
【図３３】温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。すべり量と温度依存の抵抗力の関係を示す図である。
【図３４】熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデルの温度分布を、時系列に従って段階的に示す図であり、（Ａ）から（Ｃ）は本実施形態における熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデルの温度分布を時系列に従って段階的に示す図である。
【図３５】不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、（Ａ）から（Ｃ）は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の形状を時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図、（Ｄ）から（Ｆ）は圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルの形状を示す図である。
【図３６】不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の形状を時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図、（Ｃ）および（Ｄ）は圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルの形状を示す図である。
【図３７】不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形解析シミュレーションの結果を示す図であり、（Ａ）から（Ｃ）は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデルにおけるリブの形成過程を時系列に従って段階的に示す図、（Ｄ）から（Ｆ）は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデルにおけるリブの形成過程を（Ａ）から（Ｃ）に対応させて時系列に従って段階的に示す図である。
【図３８】不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、（Ａ）は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂の外縁部の形状を撮影した画像を示す図、（Ｂ）は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデルの外縁部の形状を示す図、（Ｃ）は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂のリブが形成される途中の段階を撮影した画像を示す図、（Ｄ）は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる途中の段階における繊維モデル上のリブを示す図である。
【図３９】不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図であり、（Ａ）は不連続長繊維強化樹脂に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂のリブの断面を撮影した画像を示す図、（Ｂ）は本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル上のリブの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態に係る圧縮成形解析システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る圧縮成形解析システム１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の圧縮成形解析システム１００は、中央演算装置１、表示装置２、記憶装置３、入力装置４、および出力装置５を備えている。
【００３７】
本実施形態の圧縮成形解析システム１００は、一例として、繊維強化樹脂として不連続長繊維強化樹脂を用い、成形法として圧縮成形を用いた場合の解析を行うシステムである。本実施形態では、圧縮成形解析システム１００を用いて、不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形した際の流動シミュレーションを行う例について説明する。
【００３８】
中央演算装置１は、プログラムを実行可能なパーソナルコンピュータ等の装置であり、ＣＰＵおよびメモリ等を含む。表示装置２は、文字および画像を表示可能な液晶ディスプレイ等の装置である。記憶装置３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等のプログラムおよびデータを記憶可能な装置であり、外部のデータベースサーバ等を用いてもよい。本発明のプログラムは、記憶装置３に格納されている。入力装置４は、ユーザによるデータまたは指示入力が可能なキーボード等の装置である。出力装置５は、文字および画像を出力可能なプリンタ等の装置である。本実施形態の圧縮成形解析システム１００においては、出力装置５は省略してもよい。
【００３９】
図２は、中央演算装置１が本発明のプログラムを実行することにより機能する機能ブロックを示す図である。図２に示すように、中央演算装置１は制御部１０として機能する。また、制御部１０は、本発明のプログラムに応じて、繊維モデル部１１、樹脂モデル部１２、連成解析部１３、および大変形解析部１４として機能する。
【００４０】
繊維モデル部１１は、不連続長繊維を断面形状の情報を持つ２節点の有限要素法のビーム要素でモデル化し、実物から計測された繊維の材料特性を設定する。繊維モデル部１１は、実物の不連続長繊維より少ない本数でビーム要素によりモデル化を行っている。そのため、繊維モデル部１１は、ビーム要素による繊維モデルは、樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように、ビーム要素の断面積を設定する。ビーム要素による繊維モデルの詳細については後述する。実物の不連続長繊維より少ない本数でビーム要素によりモデル化することにより、大変形解析および連成解析における計算時間を短縮することができる。
【００４１】
樹脂モデル部１２は、樹脂を４節点４面体の有限要素法のテトラソリッド要素でモデル化する。樹脂モデル部１２は、ソリッド要素の節点を、ビーム要素の節点と共有しないように設定する。また、樹脂モデル部１２は、樹脂モデルに、繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせるため、実物の樹脂から計測された材料特性に、（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する。ソリッド要素による樹脂モデルの詳細については後述する。
【００４２】
連成解析部１３は、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きとの連成解析を行う。連成解析とは、異なる二つの現象が相互作用により影響し合いながら解析が行われることをいう。連成解析部１３は、ビーム要素の垂直方向の動きに対してはビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により連成解析を行い、ビーム要素の軸方向の動きに対してはビーム要素とソリッド要素のすべり量を取得して、取得したすべり量から抵抗力を算出して連成解析を行う。これにより、不連続長繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を再現する。ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能とすべり量と抵抗力の算出の詳細については後述する。
【００４３】
大変形解析部１４は、繊維モデルを構成するビーム要素、および樹脂モデルを構成するソリッド要素に対して、大変形解析を行う。大変形解析部１４は、ソリッド要素に対しては、アダプティブ・リメッシュ機能を用いてソリッド要素の形状がいびつな形にならないようにソリッド要素を再作成しながら大変形解析を行う。また、大変形解析部１４は、ビーム要素に対しては、ビーム要素はいびつな形にならないためアダプティブ・リメッシュ機能を用いずに大変形解析を行う。
【００４４】
（不連続繊維強化樹脂）
次に、繊維モデル部１１および樹脂モデル部１２によりモデル化される不連続繊維強化樹脂について説明する。
繊維強化樹脂（ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））とは、樹脂に繊維を混ぜ合わせた複合材料であり、繊維としては、ガラス繊維（Glass）あるいは炭素繊維（Carbon）がよく用いられる。ガラス繊維は、鉄鋼より軽量であるが、鉄鋼より剛性と強度が低いという特徴を有する。炭素繊維は、鉄鋼よりも軽量で、鉄鋼と同等またはそれ以上の剛性と強度を有するため、鉄鋼に代替可能な材料である。ただし、炭素繊維は、ガラス繊維や鋼材よりも高価である。
【００４５】
樹脂には、熱硬化性の樹脂と、熱可塑性の樹脂がある。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、一般的に室温で柔らかく、高温にすると化学反応で硬化して固まるが、その化学反応には時間がかかるという特徴を有する。なお、熱硬化性樹脂は、硬化後に室温まで冷却しても固まったままであり、不可逆性を有する。この特性のため、一般的にはリサイクルが困難である。
【００４６】
熱可塑性樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。熱可塑性樹脂は、一般的に室温で硬く、樹脂の溶融温度以上の高温にすると柔らかくなり、また、室温に戻すと硬くなることから、可逆性を有す。この特性のため、一般的にはリサイクルが容易である。熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂のように樹脂を硬化させるための化学反応が必要無いため、生産性が高いという利点を有する。
【００４７】
繊維強化樹脂に用いられる繊維は、連続繊維と、不連続繊維とがある。連続繊維は、繊維長が５０ｍｍ以上の繊維であり、非常に長い。不連続繊維は、繊維長が２ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、不連続長繊維と呼ばれ、２ｍｍ以下の場合には、不連続短繊維と呼ばれる。繊維が長いほど強度特性が良くなり、繊維長が１０ｍｍ以上で高強度を発現し、４０ｍｍ以上で高靱性を発現する。
【００４８】
本実施形態では、一例として、製品名をTepex（登録商標）flowcore という、Bond-Laminates GmbH社製の不連続長繊維強化樹脂を圧縮成形した際の流動シミュレーションを行う。図３は、不連続長繊維強化樹脂の実物を撮影した画像を示す図である。図４は、不連続長繊維強化樹脂の上面を拡大した図である。図３に示す不連続長繊維強化樹脂２０は、繊維がガラス（Glass）で、繊維長は、３０〜５０ｍｍである。図４に示すように、繊維２１の繊維配向は、２次元でランダムとなっている。樹脂には、熱可塑性のポリアミドナイロン６が用いられている。
【００４９】
図５は、不連続長繊維強化樹脂の側面視における積層状態を説明するための図である。図５に示す不連続長繊維強化樹脂２０の板厚ｄは２ｍｍであり、約４０層の繊維層２２が積層されている。繊維体積含有率は０．４７（４７％）である。繊維体積分率とは、繊維強化樹脂に含まれる繊維の体積の割合である。
【００５０】
以上のような不連続長繊維強化樹脂２０は、圧縮成形により、複雑な形状に成形できる。圧縮成形とは、雄型と雌型からなる金型を用いて材料をプレスして成形する手法である。圧縮成形の特徴は、不連続長繊維強化樹脂２０に含まれる繊維が切れることなく長繊維を維持しながら目的の形状に成形することができるため、成形後も高い強度特性を有することができる。また、熱可塑性の不連続長繊維強化樹脂２０の場合、高温に加熱された不連続長繊維強化樹脂は、低温の金型に冷却されながら成形されて数分程度で硬化するため、成形開始から部品完成までの時間が短いことが利点である。
【００５１】
（繊維モデルおよび樹脂モデル）
次に、繊維モデル部１１および樹脂モデル部１２による繊維モデルおよび樹脂モデルについて説明する。図６（Ａ）は、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図である。図６（Ｂ）は、繊維モデルを構成するビーム要素と、樹脂モデルを構成するテトラソリッド要素を示す図である。なお、図６（Ｂ）においては、テトラソリッド要素を模式的に２次元で表現している。図１３以降の図面に示すテトラソリッド要素についても同様である。図７は、繊維モデルを示す図である。図８は、樹脂モデルを示す図である。
【００５２】
図６に示すビーム要素３０の長さは、一例として、１ｍｍとした。従って、不連続長繊維強化樹脂２０の繊維長が４０ｍｍの場合には、ビーム要素３０を４０個連結する。各ビーム要素３０は、節点３１により連結される。ビーム要素３０の節点３１は、ソリッド要素４０の節点４１と共有しないように設定する。
【００５３】
ビーム要素３０の材料モデルは、弾性体または弾塑性体である。材料特性（質量密度、ヤング率、ポアソン比、降伏応力、加工硬化係数）は実物の繊維２１と同じ値を設定する。なお、実物の繊維２１の曲げ剛性は非常に小さいため、ビーム要素３０の曲げ剛性も非常に小さく設定するか、またはゼロに設定する。実物の不連続長繊維強化樹脂２０に含まれる繊維２１の本数は莫大であり、同じ本数のビーム要素による繊維モデルを作成することは計算時間がかかりすぎるため現実的ではない。そのため、図７に示すように、繊維モデル５０は、実物の繊維２１の本数より少なくする。ただし、繊維体積分率が実物の不連続長繊維強化樹脂２０と同じになるようにビーム要素３０の断面形状の断面積を設定する。
【００５４】
実物の不連続長繊維強化樹脂２０と繊維モデル５０とを比較すると以下のようになる。例えば、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、板厚２ｍｍの大きさで、繊維体積分率が４７％、繊維長が４０ｍｍの不連続長繊維強化樹脂２０の場合に、実物の不連続長繊維強化樹脂２０と繊維モデル５０を比較すると以下のようになる。
【００５５】
＜実物の不連続長繊維強化樹脂２０＞
繊維径：５〜１０μｍ
繊維数：５０，０００，０００〜１２０，０００，０００
積層数：３２〜４８層
【００５６】
＜繊維モデル５０＞
繊維径：１００〜５００μｍ
繊維数：５０，０００〜１，２００，０００
積層数：２〜１２層
【００５７】
図８に示す樹脂モデル６０は、樹脂をテトラソリッド要素（４節点４面体要素）４０でモデル化する。図６に示すように、ソリッド要素４０の各面は、節点４１により連結される。樹脂モデル６０の材料モデルは、温度依存粘弾性体である。材料特性（質量密度、各温度のヤング率、各温度のポアソン比、各温度の粘度）は、実物の樹脂の特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する。このように設定することにより、樹脂モデルに繊維モデルの体積を除いた材料特性を持たせることができる。
【００５８】
（圧縮成形）
次に、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションを行う圧縮成形について説明する。図９は、圧縮成形に用いる金型を示す図である。図１０は、圧縮成形による不連続長繊維強化樹脂の形状の変化を説明する図である。
【００５９】
図９に示すように、圧縮成形に用いる金型は、雄型７０と、雌型８０とに分かれている。図９は、ＺＸ平面で、雄型７０、不連続長繊維強化樹脂２０、および雌型８０を切断した状態を示している。図９に示すように、雄型７０は、Ｘ方向およびＹ方向の幅Ｗ２が１３０ｍｍの平板部７１を有しており、平板部７１の中央部には、Ｘ方向およびＹ方向の幅Ｗ１が６８ｍｍの凸状部７２が形成されている。凸状部７２の内部には、高さｈ１が１５ｍｍのリブ形成部７３が形成されている。雄型７０は１６０℃に加熱された後、一定温度に保たれるように制御される。
【００６０】
雌型８０は、雄型７０と同様に、Ｘ方向およびＹ方向の幅Ｗ２が１３０ｍｍの平板部８１を有しており、平板部８１の中央部には、Ｘ方向およびＹ方向の幅Ｗ１が６８ｍｍの凹状部８２が形成されている。凹状部８２の深さｈ２は、２５．４ｍｍとなっている。雌型８０は、雄型７０と同様に、１６０℃に加熱された後、一定温度に保たれるように制御される。
【００６１】
不連続長繊維強化樹脂２０は、板厚７ｍｍの不連続長繊維強化樹脂を用意して、初期温度として２９０℃に加熱され、雌型８０上に載置され、雄型７０を雌型８０の方向に移動することにより、圧縮成形される。不連続長繊維強化樹脂２０の表面から、雄型７０の平板部７１までの高さｈ３は、２５．４ｍｍとなっている。圧縮成形後、不連続長繊維強化樹脂２０の板厚は２〜３ｍｍになる。
【００６２】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）に示すように、不連続長繊維強化樹脂２０は、雄型７０および雌型８０の移動により変形し、リブ形成部７３内に不連続長繊維強化樹脂２０が流動することにより、リブ２４が形成される。
【００６３】
（圧縮成形解析シミュレーション）
図１１は、本実施形態における圧縮成形解析シミュレーションの繊維強化樹脂解析モデルを説明するための図である。本実施形態では、以上のような不連続長繊維強化樹脂２０の圧縮成形時における流動シミュレーションを、図１１に示す繊維モデル５０の大変形解析と、樹脂モデル６０の大変形解析とにより行う。この際、繊維モデル５０および樹脂モデル６０とは、互いに流動性に影響を与えるため、繊維モデル５０を構成するビーム要素３０の動きと、樹脂モデル６０を構成するソリッド要素４０の動きとの連成解析を行うことにより、解析モデル９０の流動シミュレーションを行う。
【００６４】
本実施形態では、以上のような圧縮成形解析シミュレーションを行うソフトウェアとして、Livermore Software Technology Corporation社により商用コード化され、高度な非線形有限要素法ソルバーとして、学界や産業界などで幅広く活用されているＬＳ−ＤＹＮＡを用いた。
【００６５】
ＬＳ−ＤＹＮＡは、現象時間をある時間間隔で細かく分割して各時刻における変形状態を陽解法または陰解法と呼ばれる直接積分法によって逐次変形解析を行う。この各時刻をステップと呼ぶ。
【００６６】
ＬＳ−ＤＹＮＡは、ビーム要素の大変形解析を行う機能を備えている。
【００６７】
ＬＳ−ＤＹＮＡは、金属の鍛造加工を行うために開発されたテトラソリッド要素のアダプティブ・リメッシュ機能を備えている。金属の鍛造加工のような大変形解析ではソリッド要素がいびつな形状になり、解析精度の悪化や計算時間の増大、解析計算が途中で止まるなどの問題が発生する。この問題を回避するために、ソリッド要素がいびつな形状になる前にソリッド要素が再作成され、再作成される前のソリッド要素が持っていた応力とひずみが再作成されたソリッド要素に自動的に引き継ぎながら解析計算を行うアダプティブ・リメッシュ機能が使用される。さらに、アダプティブ・リメッシュ機能は熱伝導解析との連成解析が可能であり、金属の熱間鍛造解析を行うことができる。金属の熱間鍛造解析では、高温に加熱されてヤング率や降伏応力が低くなり成形性が良くなった金属モデルが、低温の金型に冷却されながら成形される。本発明では、アダプティブ・リメッシュ機能の中でも計算精度が優れた３Ｄ  アダプティブ  ＥＦＧ（Element Free Galerkin）機能を使用した。３Ｄ  アダプティブ  ＥＦＧ機能は、メッシュフリー・ガラーキン法をベースにしたテトラソリッド要素のアダプティブ・リメッシュ機能である。なお、３Ｄ  アダプティブ  ＥＦＧ機能以外のアダプティブ・リメッシュ機能を使用することもできる。
【００６８】
ＬＳ−ＤＹＮＡは、鉄筋コンクリートの構造解析機能を行うために開発されたビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を備えている。鉄筋コンクリート解析機能では、鉄筋をビーム要素、コンクリートをソリッド要素でモデル化して、ビーム要素の動きとソリッド要素の動きをビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により連成解析で計算する。
【００６９】
本実施形態では、繊維モデルのビーム要素３０の大変形挙動を、前記ビーム要素の大変形解析機能により計算する。また、本実施形態では、上述のように一般的に金属の鍛造解析に用いられるアダプティブ・リメッシュ機能を、樹脂モデルの圧縮成形解析に適用し、樹脂モデルのソリッド要素４０の大変形挙動を、前記アダプティブ・リメッシュ機能により計算する。さらに、本実施形態では、上述のように一般的に鉄筋コンクリートの構造解析に用いられるビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を、樹脂モデルと繊維モデルで構成される繊維強化樹脂の圧縮成形解析に適用し、繊維モデルのビーム要素３０の動きと樹脂モデルのソリッド要素４０の動きの連成解析を、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能により計算する。
【００７０】
鉄筋コンクリートの構造解析では、鉄筋はコンクリートの中で強固に拘束されており、ほとんどすべることは無いが、本実施形態では繊維モデルのビーム要素が柔らかい（低粘度）状態の樹脂モデルのソリッド要素の中で抵抗力を受けながら移動できる設定にしたことにより、繊維強化樹脂の圧縮成形時の変形挙動を再現することに成功した。
【００７１】
図１２は、本実施形態における圧縮成形解析シミュレーションの動作を示すフローチャートである。まず、繊維モデル部１１は、不連続長繊維強化樹脂２０をビーム要素３０でモデル化する（Ｓ１）。また、樹脂モデル部１２は、ビーム要素３０の節点３１と共有しない節点４１を有するように、樹脂をソリッド要素４０でモデル化する（Ｓ１）。
【００７２】
次に、制御部１０は、流動シミュレーションを行う（Ｓ２）。この時、大変形解析部１４は、ビーム要素３０についてはアダプティブ・リメッシュ機能を用いずに大変形解析を行う（Ｓ３）。また、大変形解析部１４は、ソリッド要素４０についてアダプティブ・リメッシュ機能を用いて大変形解析を行う（Ｓ５）。そして、連成解析部１３は、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能とすべり抵抗力を用いて、ビーム要素３０の動きとソリッド要素４０の動きとの連成解析を行う（Ｓ４）。
流動シミュレーションが終了すると、制御部１０は、出力装置５を用いて出力処理を行う（Ｓ５）。
【００７３】
（ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能）
次に、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能について説明する。図１３から図２２は、ビーム・ソリッド・コンストレイント・カップリング機能を説明するための図である。
【００７４】
図１３から図１５に示すように、ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１は、質量、速度ベクトル、および加速度ベクトルを有している。
【００７５】
図１３において、ｍ1はビーム要素３０の節点３１の質量を表し、Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，Ｍ4はソリッド要素４０の節点４１の質量を表している。図１４において、ｖ1はビーム要素３０の節点３１の速度ベクトルを表し、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4はソリッド要素４０の節点４１の速度ベクトルを表している。図１５において、ａ1はビーム要素３０の節点３１の加速度ベクトル、Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4はソリッド要素４０の節点４１の加速度ベクトルを表している。
【００７６】
なお、ｍ，Ｍ，ｖ，Ｖ，ａ，Ａの添え字の番号は、説明のために節点３１，４１に付された番号を示している。以下、添え字の番号について同様である。
【００７７】
ここで、図１６に示すように、ビーム要素３０の軸方向LCｘと、軸方向LCｘに垂直な垂直方向LCｙとで構成される局所座標系を設定する。図１７（Ａ）に示すビーム要素３０の節点３１の速度ベクトルｖ1は、図１７（Ｂ）に示すように、局所座標系に従って、ビーム要素３０の軸方向の成分ｖT,1と、垂直方向の成分ｖN,1とに分解される。ちなみに、添え字のTは軸に沿った方向としての接線方向を意味するTangentialを表し、Nは垂直方向を意味するNormalを表す。
【００７８】
また、図１７（Ｂ）に示すように、ソリッド要素４０の各節点４１の速度ベクトルＶ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4も、局所座標系に従って、前記軸方向の成分ＶT,1，ＶT,2，ＶT,3，ＶT,4と、前記垂直方向の成分ＶN,1，ＶN,2，ＶN,3，ＶN,4とに分解される。
【００７９】
図１７（Ｃ）に、ビーム要素３０の節点３１の速度ベクトルｖ1と、ソリッド要素４０の各節点４１の速度ベクトルＶ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4とについて、前記軸方向の成分ｖT,1，ＶT,1，ＶT,2，ＶT,3，ＶT,4を示す。
【００８０】
図１７（Ｄ）に、ビーム要素３０の節点３１の速度ベクトルｖ1と、ソリッド要素４０の各節点４１の速度ベクトルＶ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4とについて、前記垂直方向の成分ｖN,1，ＶN,1，ＶN,2，ＶN,3，ＶN,4を示す。
【００８１】
本実施形態においては、ビーム要素３０の前記垂直方向については、コンストレイント・カップリング法を用いて、速度カップリング計算および加速度カップリング計算を行い、ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１の動きを計算する。また、ビーム要素３０の前記軸方向については、ビーム要素３０とソリッド要素４０の相対的な変位（すべり量）に応じた抵抗力の計算を行い、ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１の動きを計算する。以下、ビーム要素３０の前記垂直方向と、ビーム要素３０の前記軸方向とに分けて、ビーム要素３０における節点３１およびソリッド要素４０における節点４１の動きの計算について説明する。
【００８２】
＜ビーム要素垂直方向の速度および加速度のカップリング計算＞
まず、ビーム要素３０の前記垂直方向の速度カップリング計算および加速度カップリング計算について説明する。
速度カップリング計算においては、図１８（Ａ）に示すビーム要素３０の節点３１の質量ｍ1は、ソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4により、図１８（Ｂ）に示すように、ソリッド要素４０の節点４１に分配される。分配後のソリッド要素４０の節点４１の質量Ｍ'1，Ｍ'2，Ｍ'3，Ｍ'4は、以下のように表される。
【００８３】
Ｍ'1＝Ｍ1＋Ｎ1・ｍ1
Ｍ'2＝Ｍ2＋Ｎ2・ｍ1
Ｍ'3＝Ｍ3＋Ｎ3・ｍ1
Ｍ'4＝Ｍ4＋Ｎ4・ｍ1
【００８４】
同様に、図１９（Ａ）に示すビーム要素３０の節点３１の前記垂直方向における運動量ベクトルｍ1・ｖN,1は、ソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4により、図１９（Ｂ）に示すように、ソリッド要素４０の節点４１に分配される。分配後のソリッド要素４０の節点４１の前記垂直方向における運動量ベクトル(Ｍ1・ＶN,1)'，(Ｍ2・ＶN,2)'，(Ｍ3・ＶN,3)'，(Ｍ4・ＶN,4)'は、以下のように表される。
【００８５】
(Ｍ1・ＶN,1)'＝Ｍ1・ＶN,1＋Ｎ1(ｍ1・ｖN,1)
(Ｍ2・ＶN,2)'＝Ｍ2・ＶN,2＋Ｎ2(ｍ1・ｖN,1)
(Ｍ3・ＶN,3)'＝Ｍ3・ＶN,3＋Ｎ3(ｍ1・ｖN,1)
(Ｍ4・ＶN,4)'＝Ｍ4・ＶN,4＋Ｎ4(ｍ1・ｖN,i)
【００８６】
次に、図２０（Ａ）に示すソリッド要素４０の節点４１の前記垂直方向における運動量ベクトル(Ｍ1・ＶN,1)'，(Ｍ2・ＶN,2)'，(Ｍ3・ＶN,3)'，(Ｍ4・ＶN,4)'を、図２０（Ｂ）に示すようにビーム要素３０の節点３１の質量ｍ1が分配されたソリッド要素４０の節点４１の質量Ｍ'1，Ｍ'2，Ｍ'3，Ｍ'4で割ることにより、ソリッド要素４０の節点４１の前記垂直方向における速度ベクトルＶN,1，ＶN,2，ＶN,3，ＶN,4を更新する。更新された速度ベクトルＶ'N,1，Ｖ'N,2，Ｖ'N,3，Ｖ'N,4は、以下のように表される。
【００８７】
Ｖ'N,1＝[Ｍ1・ＶN,1＋Ｎ1(ｍ1・ｖN,1)]／[Ｍ1＋Ｎ1・ｍ1]
Ｖ'N,2＝[Ｍ2・ＶN,2＋Ｎ2(ｍ1・ｖN,1)]／[Ｍ2＋Ｎ2・ｍ1]
Ｖ'N,3＝[Ｍ3・ＶN,3＋Ｎ3(ｍ1・ｖN,1)]／[Ｍ3＋Ｎ3・ｍ1]
Ｖ'N,4＝[Ｍ4・ＶN,4＋Ｎ4(ｍ1・ｖN,1)]／[Ｍ4＋Ｎ4・ｍ1]
【００８８】
次に、図２１（Ａ）に示すように、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記垂直方向における速度ベクトルを、更新されたソリッド要素４０の節点４１の前記垂直方向における速度ベクトルＶ'N,1，Ｖ'N,2，Ｖ'N,3，Ｖ'N,4から、ソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4による内挿補間で計算する。図２１（Ｂ）に示すように、その値によりビーム要素３０の節点３１の前記垂直方向における速度ベクトルｖN,1を更新する。更新された速度ベクトルｖ'N,1は、以下のように表される。
【００８９】
ｖ'N,1＝ΣＮk・Ｖ'N,k（kは、ソリッド要素４０の節点４１の番号を示す。）
【００９０】
速度ベクトルの場合と同様に、ソリッド要素４０における節点４１の前記垂直方向における加速度ベクトルＡN,1，ＡN,2，ＡN,3，ＡN,4を更新する。次に、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記垂直方向における加速度ベクトルを、ソリッド要素４０の節点４１の前記垂直方向における更新された加速度ベクトルＡ'N,1，Ａ'N,2，Ａ'N,3，Ａ'N,4から、ソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4による内挿補間で計算する。次に、図２２に示すように、その値によりビーム要素３０の節点３１の前記垂直方向における加速度ベクトルａN,1を更新する。更新された加速度ベクトルａ'N,1は、以下のように表される。
【００９１】
ａ'N,1＝ΣＮk・Ａ'N,k（kは、ソリッド要素４０の節点４１の番号を示す。）
【００９２】
＜ビーム要素軸方向の抵抗力の計算＞
次に、ビーム要素３０の軸方向におけるビーム要素３０とソリッド要素４０との抵抗力の計算について説明する。図２３から図２５は、ビーム要素３０の軸方向におけるビーム要素３０とソリッド要素４０との抵抗力の計算を説明するための図である。図１７（C）に示すビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１の前記軸方向における速度ベクトルに後述する時間増分ΔTを掛けることにより、図２３（Ａ）に示すビーム要素３０の節点３１の前記軸方向における変位増分ベクトルΔｄT,1と、ソリッド要素４０の節点４１の前記軸方向における変位増分ベクトルΔＤT,1，ΔＤT,2，ΔＤT,3，ΔＤT,4とが計算される。
【００９３】
次に、図２３（B）に示すように、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記軸方向における変位増分ベクトルを、ソリッド要素４０の節点４１の前記軸方向における変位増分ベクトルΔＤT,1，ΔＤT,2，ΔＤT,3，ΔＤT,4から、ソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4による内挿補間で計算する。計算されたビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記軸方向における変位増分ベクトルΔＤ'Tは、以下のように表される。
【００９４】
ΔＤ'T＝ΣＮk・ΔＤT,ｋ（kは、ソリッド要素４０の節点４１の番号を示す。）
【００９５】
図２３（Ｂ）に、ビーム要素３０の節点３１の前記軸方向における変位増分ベクトルΔｄT,1と、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記軸方向における変位増分ベクトルΔＤ'Tを示す。
【００９６】
ビーム要素３０の節点３１の前記軸方向における変位増分ベクトルΔｄT,1から、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の前記軸方向における変位増分ベクトルΔＤ'Tを引いたものが相対的な変位増分を表し、すべり量増分ベクトルΔＳ1になる。すべり量増分ベクトルΔＳ1は、次のように表される。
【００９７】
ΔＳ1＝ΔｄT,1−ΔＤ'T
【００９８】
図２４（Ａ）に、ビーム要素３０の節点３１の位置におけるすべり量増分ベクトルΔＳ1を示す。
【００９９】
すべり量増分ベクトルΔＳ1を所定期間積算することにより、すべり量Ｓ1が計算される。
【０１００】
図２４（Ｂ）に、ビーム要素３０の節点３１の位置でのすべり量Ｓ1を示す。
【０１０１】
ビーム要素３０の前記軸方向の抵抗力は、すべり量増分ベクトルΔＳ1から、後述する「弾完全塑性体による抵抗力モデル」、および「温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデル」により計算される。図２５に示すように、抵抗力はビーム要素３０の節点３１に抵抗力ベクトルFｂ1として与えられ、ソリッド要素４０の節点４１にはソリッド要素４０の形状関数Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4により分配された抵抗力が反対方向に抵抗力ベクトルFｓ1，Fｓ2，Fｓ3，Fｓ4として与えられる。抵抗力ベクトルFｓ1，Fｓ2，Fｓ3，Fｓ4は、以下のように表される。
【０１０２】
Fｓ1＝Ｎ1・Fｂ1
Fｓ2＝Ｎ2・Fｂ1
Fｓ3＝Ｎ3・Fｂ1
Fｓ4＝Ｎ4・Fｂ1
【０１０３】
つまり、本実施形態においては、ビーム要素３０の前記軸方向について、ビーム要素３０の節点３１の位置におけるビーム要素３０とソリッド要素４０とのすべり量増分ベクトルを計算し、ビーム要素３０の節点３１が前記軸方向にすべりが生じたと認識されたら、反対方向に抵抗力を与える。そして、その抵抗力を相殺するようにソリッド要素４０の節点４１に反力としての抵抗力を与える処理を行っている。
【０１０４】
ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１における、ビーム要素３０の前記軸方向の動きは、上述した速度ベクトル、加速度ベクトル、および抵抗力ベクトルが作用した運動方程式を計算することにより求められる。
【０１０５】
このような処理を行うことにより、不連続繊維強化樹脂の樹脂が柔らかい（低粘度の）状態で行われる圧縮成形において、樹脂の中を不連続繊維が抵抗力を受けながら移動する現象を、精度良く再現することができる。
【０１０６】
（弾完全塑性体による抵抗力モデル）
次に、弾完全塑性体による抵抗力モデルについて説明する。図２６から図２８は、弾完全塑性体による抵抗力モデルを説明するための図である。なお、上述したように、本実施形態の圧縮解析シミュレーションでは、現象時間をある時間増分ΔTで細かく分割して各時刻における変形状態を陽解法または陰解法と呼ばれる直接積分法によって逐次変形解析を行う。この各時刻をステップと呼ぶ。ここで説明する抵抗力の計算についても、ステップごとに計算を行う。
【０１０７】
抵抗力を計算するには、図２６に示すように、まず、連成解析部１３は、前ステップから本ステップの間で生じたすべり量増分ベクトルの成分ΔＳを計算し、前ステップの抵抗力ＦｂT-ΔTを記憶装置３から読み出す（Ｓ１０）。なお、前ステップの抵抗力ＦｂT-ΔTは予め記憶装置３に記憶させておく。
【０１０８】
次に、連成解析部１３は、試行抵抗力Ｆｂtrialの計算を行う（Ｓ１１）。試行抵抗力Ｆｂtrialは次式により計算する。
【０１０９】
Ｆｂtrial＝ＦｂT-ΔT＋Ｋ・ΔＳ
【０１１０】
ここで、Ｋは、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおける弾性域の傾きである。図２７に、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを示す。図２７に示すように、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、すべり量がある範囲内の場合には、抵抗力Ｆｂが弾性域で変化する。しかし、すべり量ＳがＳ１となり、抵抗力Ｆｂが最大抵抗値Ｆｂmaxに達した場合には、完全塑性域となり、その後、すべり量が大きくなっても抵抗力Ｆｂは変化しない。このような弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおいて、弾性域の傾きＫは次式で表される。
【０１１１】
Ｋ＝Ｆｂmax／Ｓ１
【０１１２】
本発明者等は、ビーム要素３０の軸方向におけるビーム要素３０の節点３１の挙動については、すべり量に対する抵抗力が弾完全塑性体の特性を有すると考えられることを見出し、この弾完全塑性体すべり抵抗力モデル、および後述する温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルにより抵抗力の計算を行うこととした。
【０１１３】
本実施形態の不連続長繊維強化樹脂２０は、樹脂が熱可塑性樹脂であるため、温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルにより抵抗力が計算されるが、温度依存弾完全塑性体による抵抗力モデルの説明を行う前に、ここでは、温度に依存しない弾完全塑性体による抵抗力モデルを用いた抵抗力の計算について説明する。
【０１１４】
次に、連成解析部１３は、試行抵抗力Ｆｂtrialが弾完全塑性体すべり抵抗力モデルの弾性域の抵抗力なのか、あるいは完全塑性域の抵抗力なのかを判断するために、降伏計算を行う（Ｓ１２）。降伏計算は次式により行う。
【０１１５】
|Ｆｂtrial| ＜ Ｆｂmax
【０１１６】
連成解析部１３は、降伏計算の結果、試行抵抗力Ｆｂtrialの絶対値が最大抵抗値Ｆｂmaxよりも小さい場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、試行抵抗力Ｆｂtrialは弾性域にあると判断し、試行抵抗力Ｆｂtrialを本ステップの抵抗力ＦｂTとして求める（Ｓ１３）。
【０１１７】
しかし、連成解析部１３は、降伏計算の結果、試行抵抗力Ｆｂtrialの絶対値が最大抵抗値Ｆｂmax以上である場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、試行抵抗力Ｆｂtrialは完全塑性域にあると判断し、次式により抵抗力ＦｂTを求める（Ｓ１４）。
【０１１８】
ＦｂT ＝Ｆｂmax・(Ｆｂtrial／|Ｆｂtrial|)
【０１１９】
連成解析部１３は、以上のようにして求めた本ステップの抵抗力ＦｂTを、ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１に負荷として与える（Ｓ１５）。
【０１２０】
図２８は、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いた場合に、ビーム要素３０の軸方向におけるビーム要素３０の節点３１のすべり量に対して、抵抗力がどのように変化するのかを説明するための図である。この例では、説明を簡単にするために、固定したソリッド要素４０の中でビーム要素３０を強制的に移動させた場合について説明する。
【０１２１】
図２８（Ａ）は、ビーム要素３０が移動する前の状態を示している。この場合は、すべり量がゼロであり、図２８（Ｇ）に示す（ａ）のポイントに対応している。図２８（Ｇ）から明らかなように、この場合の抵抗力はゼロとなる。
【０１２２】
次に、図２８（Ｂ）に示すように、ビーム要素３０を点線で示す矢印の方向、つまり、Ｘ軸の正方向（図２８において右方向）に移動させ、すべり量が図２８（Ｇ）に示す（ａ）のポイントから（ｂ）のポイントまで変化した場合を考える。この場合には、図２８（Ｇ）に示すように、抵抗力はＦｂ1となり、ビーム要素３０の移動方向とは反対方向（図２８（Ｂ）において左方向）に抵抗力Ｆｂ1が与えられる。
【０１２３】
さらに、図２８（Ｃ）に示すように、ビーム要素３０をＸ軸の正方向に移動させると、すべり量が図２８（Ｇ）に示す（ｂ）のポイントから（ｃ）のポイントまで変化し、抵抗力は、最大抵抗力Ｆｂmaxに到達する。その後もビーム要素３０をＸ軸の正方向に移動させると、すべり量は図２８（Ｇ）に示す（ｃ）のポイントから（ｄ）のポイントまで変化するが、抵抗力は最大抵抗力Ｆｂmaxのままビーム要素３０の節点３１に与えられる。図２８（Ｃ）は、ビーム要素３０の節点３１に最大抵抗力Ｆｂmaxが与えられている状態を示している。
【０１２４】
次に、図２８（Ｄ）に示すように、ビーム要素３０をＸ軸の負方向（図２８において左方向）に移動させると、すべり量が図２８（Ｇ）に示す（ｄ）のポイントから（ｅ）のポイントに向かって変化し、抵抗力は減少する。そして、すべり量が図２８（Ｇ）に示す（ｅ）のポイントに達すると、抵抗力はゼロになる。図２８（Ｄ）は、ビーム要素３０の節点３１における抵抗力がゼロになった状態を示している。
【０１２５】
さらに、図２８（Ｅ）に示すように、ビーム要素３０をＸ軸の負方向に移動させると、ビーム要素３０の移動方向とは反対方向（図２８において右方向）に抵抗力が発生し、すべり量が図２８（Ｇ）に示す（ｆ）のポイントに達すると、抵抗力は最大抵抗力Ｆｂmaxとなる。図２８（Ｅ）は、ビーム要素３０の節点３１に最大抵抗力Ｆｂmaxが与えられている状態を示している。
【０１２６】
その後も、図２８（Ｆ）に示すように、ビーム要素３０をＸ軸の負方向に移動させると、すべり量は図２８（Ｇ）に示す（ｆ）のポイントから（ｇ）のポイントまで変化するが、抵抗力は図２８（Ｆ）に示すように、最大抵抗力Ｆｂmaxのままビーム要素３０の節点３１に与えられる。
【０１２７】
これ以降、ビーム要素３０の節点３１をＸ軸の正方向に移動させれば、図２８（Ｇ）に点線の矢印で示すようにすべり量が変化し、弾完全塑性体すべり抵抗力モデルに従って抵抗力が変化することになる。
【０１２８】
不連続長繊維強化樹脂における樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、圧縮成形において温度変化が無いため、上述した弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いることにより、ビーム要素３０の節点３１を、ビーム要素３０の軸方向に移動させる際の抵抗力を計算することができる。
【０１２９】
なお、ビーム要素３０の節点３１はソリッド要素４０の節点４１と連成計算を行うカップリング・ポイントであるが、節点３１以外にもビーム要素３０上に任意の個数のカップリング・ポイントを設定して、連成解析を行うこともできる。
【０１３０】
（熱可塑性樹脂）
上述した弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、温度のパラメータは考慮されていない。しかし、本実施形態の不連続長繊維強化樹脂２０のように、樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、圧縮成形において温度変化が発生するため、硬さ（粘度）が変化する。
【０１３１】
図２９は、異なる温度の不連続長繊維強化樹脂の円板試験片について行った圧縮試験を説明する図である。図３０は、圧縮試験の結果を示す図である。圧縮試験においては、図２９（Ａ）に示すように、直径ｄ１が７５ｍｍの不連続長繊維強化樹脂２０の円板試験片を、高さｈ４が６ｍｍとなるように重ね、これらの円板試験片を、１６０℃、２５０℃、２８０℃とそれぞれ異なる温度に加熱した。そして、図２９（Ｂ）に示すように、圧縮成形と同じ速度で平板を板厚方向に圧縮した。以下の説明において円板試験片を変位させる方向は板厚方向である。なお、不連続長繊維強化樹脂２０の樹脂である熱可塑性のポリアミドナイロン６の溶融温度は、２２５℃である。
【０１３２】
図３０に示すように、温度が溶融温度より低い１６０℃の場合には、円板試験片を０．２ｍｍ変位させるのに約２０００Ｎ程度の荷重が必要であり、その後も円板試験片を２ｍｍ変位させるのに約５０００Ｎ程度の荷重が必要となることが分かる。
【０１３３】
しかし、温度が２５０℃の場合には、円板試験片を０．２ｍｍ変位させるのに必要な荷重は約５００Ｎ程度であり、その後も円板試験片を２ｍｍ変位させるのに必要な荷重は約１０００Ｎ程度であることが分かる。
【０１３４】
さらに、温度が２８０℃の場合には、円板試験片を０．２ｍｍ変位させるのに必要な荷重は約１００Ｎ程度であり、その後も円板試験片を２ｍｍ変位させるのに必要な荷重は約３００Ｎ程度であることが分かる。
【０１３５】
以上のように、樹脂が熱可塑性の場合には、温度により硬さ（粘度）が異なるため、本実施形態では、以下のような、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを用いている。
【０１３６】
（温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデル）
図３１から図３３は、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを説明するための図である。
【０１３７】
抵抗力を計算するには、図３１に示すように、まず、連成解析部１３は、前ステップから本ステップの間で生じたすべり量増分ベクトルの成分ΔＳを計算し、ビーム要素３０の節点３１の位置におけるソリッド要素４０の温度Ｔsを計算する（Ｓ２０）。また、連成解析部１３は、前ステップの抵抗力ＦｂT-ΔTを記憶装置３から読み出す（Ｓ２０）。なお、前ステップの抵抗力ＦｂT-ΔTは予め記憶装置３に記憶させておく。
【０１３８】
図３２に示すように、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素の温度Ｔsは、ソリッド要素４０の節点４１の温度Ｔs,Ｋ（Ｋは、ソリッド要素４０の節点４１の番号を示す。）を形状関数により内挿して計算する。図３２に示すように、ソリッド要素４０の節点４１の温度が、２７０℃、２８０℃、２５０℃、２４０℃の場合には、ビーム要素３０の節点３１でのソリッド要素の温度は、２６０℃となる。この場合、ビーム要素３０の節点３１の位置でのソリッド要素４０の温度Ｔsは、次のように表される。
【０１３９】
Ｔs＝ΣＮK・Ｔs,Ｋ（Ｋは、ソリッド要素４０の節点４１の番号を示す。）
【０１４０】
次に、連成解析部１３は、試行抵抗力Ｆｂtrialの計算を行う（Ｓ２１）。試行抵抗力Ｆｂtrialは次式により計算する。
【０１４１】
Ｆｂtrial＝ＦｂT-ΔT＋Ｋ(Ｔs)・ΔＳ
【０１４２】
ここで、Ｋ(Ｔs)は、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおける弾性域の傾きである。Ｋ(Ｔs)は、Kが温度Tsの関数であることを示す。図３３に、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルを示す。図３３に示すように、温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルは、すべり量がある範囲内の場合には、抵抗力Ｆｂが弾性域で変化する。しかし、すべり量ＳがＳ１となり、抵抗力Ｆｂが最大抵抗値Ｆｂmax(Ｔs)に達した場合には、完全塑性域となり、その後、同じ温度であればすべり量が大きくなっても抵抗力Ｆｂは変化しない。最大抵抗値Ｆｂmax(Ｔs)は、Ｆｂmaxが温度Tsの関数であることを示す。このような温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにおいて、弾性域の傾きＫ(Ｔs)は次式で表される。
【０１４３】
Ｋ(Ｔs)＝Ｆｂmax(Ｔs)／Ｓ１
【０１４４】
次に、連成解析部１３は、試行抵抗力Ｆｂtrialが温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルの弾性域の抵抗力なのか、あるいは完全塑性域の抵抗力なのかを判断するために、降伏計算を行う（Ｓ２２）。降伏計算は次式により行う。
【０１４５】
|Ｆｂtrial| ＜ Ｆｂmax(Ｔs)
【０１４６】
連成解析部１３は、降伏計算の結果、試行抵抗力Ｆｂtrialの絶対値が最大抵抗値Ｆｂmax(Ｔs)よりも小さい場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、試行抵抗力Ｆｂtrialは弾性域にあると判断し、試行抵抗力Ｆｂtrialを本ステップの抵抗力ＦｂTとして求める（Ｓ２３）。
【０１４７】
しかし、連成解析部１３は、降伏計算の結果、試行抵抗力Ｆｂtrialの絶対値が最大抵抗値Ｆｂmax(Ｔs)以上である場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、試行抵抗力Ｆｂtrialは完全塑性域にあると判断し、次式により抵抗力ＦｂTを求める（Ｓ２４）。
【０１４８】
ＦｂT ＝Ｆｂmax(Ｔs)・(Ｆｂtrial／|Ｆｂtrial|)
【０１４９】
連成解析部１３は、以上のようにして求めた本ステップの抵抗力ＦｂTを、ビーム要素３０の節点３１およびソリッド要素４０の節点４１に負荷として与える（Ｓ２５）。
【０１５０】
（熱伝導・構造連成解析）
本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションのソフトウェアに実装されている、熱伝導・構造連成解析機能を使用して計算した。図３４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本実施形態における熱伝導・構造連成解析機能を用いた樹脂モデル６０の温度分布を、時系列に従って段階的に示す図である。
【０１５１】
図３４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、樹脂モデル６０の温度が高い部分は薄い色で表され、温度が低い部分は濃い色で表されている。図３４（Ａ）に示すように、圧縮成形の開始前においては、樹脂モデル６０の温度は高い。しかし、図３４（Ｂ），（Ｃ）に示すように、圧縮成形が開始されると、樹脂モデル６０の温度は、雄型７０および雌型８０と接触する部分から温度が低下していくことが分かる。
【０１５２】
樹脂モデル６０および繊維モデル５０の挙動は、上述した温度依存弾完全塑性体すべり抵抗力モデルにより、温度が低い箇所は硬く（高粘度）、高い領域は柔らかい（低粘度）特性で計算されている。
【０１５３】
以上のように、本実施形態によれば、熱伝導・構造連成解析において抵抗力を温度に依存させることにより、樹脂が熱可塑性の場合の不連続長繊維強化樹脂の中で不連続繊維が抵抗力を受けながら移動する現象を、精度良く再現することができる。
【０１５４】
（不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験と、圧縮成形解析シミュレーションとの比較）
次に、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験と、圧縮成形解析シミュレーションとの比較について説明する。
図３５から図３９は、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形試験の結果と、圧縮成形解析シミュレーションの結果とを示す図である。
図３５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）、および図３６（Ａ），（Ｂ）は、不連続長繊維強化樹脂２０に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂２０の形状を、時系列に従って段階的に撮影した画像を示す図である。
図３５（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）、および図３６（Ｃ），（Ｄ）は、前記圧縮成形試験の各段階に対応する本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル６０の形状を示す図である。
【０１５５】
図３５および図３６から明らかなように、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションは、不連続長繊維強化樹脂２０の形状変化を精度良く表している。
【０１５６】
特に、雄型７０のリブ形成部７３内に不連続長繊維強化樹脂２０が流動していくことにより形成されるリブ２４と、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル６０上のリブ６１との形状が一致しており、その成形過程が精度良く表わされていることが分かる。
【０１５７】
図３７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル５０におけるリブ６１の形成過程を、時系列に従って段階的に示す図である。
図３７（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる樹脂モデル６０におけるリブ６１の形成過程を、図３７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に対応させて時系列に従って段階的に示す図である。
【０１５８】
図３７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）と図３７（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）とを比較すると良く分かるように、本実施形態では、上述したコンストレイント・カップリング計算とすべり抵抗力による連成解析を行いながら、ビーム要素とソリッド要素の大変形解析を行っている。
【０１５９】
また、圧縮成形においては、ウェルドラインと呼ばれる凹部が形成されるが、図３７（Ｆ）に示すように、樹脂モデル６０上にウェルドライン６２が表されている。このウェルドライン６２が形成される箇所を繊維モデル５０で見てみると、図３７（Ｃ）に矢印で示すように、繊維の配向（向き）を確認することができる。
【０１６０】
図３８（Ａ）は、不連続長繊維強化樹脂２０に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂２０の外縁部の形状を撮影した画像を示す図である。図３８（Ｂ）は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル５０の外縁部の形状を示す図である。
図３８（Ｃ）は、不連続長繊維強化樹脂２０に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂２０のリブ２４が形成される途中の段階を撮影した画像を示す図である。図３８（Ｄ）は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる前記途中の段階における繊維モデル５０上のリブ６１を示す図である。
【０１６１】
図３８（Ａ）と図３８（Ｂ）とを比較すると良く分かるように、実物の不連続長繊維強化樹脂２０の外縁部において発生している皺の形状と、繊維モデル５０における皺の形状とが一致しており、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションにより実物の成形状態を精度良く再現できる。
【０１６２】
また、図３８（Ｃ）に示すように、不連続長繊維強化樹脂２０は、白色の矢印の方向に流動してリブ２４を形成するが、図３８（Ｄ）の繊維モデル５０上のリブ６１についても、形成途中の形状が一致しており、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションにより実物の成形過程を精度良く再現できることが分かる。
【０１６３】
図３９（Ａ）は、不連続長繊維強化樹脂２０に対して圧縮成形試験を行った場合の不連続長繊維強化樹脂２０のリブ２４の断面を撮影した画像を示す図である。図３９（Ｂ）は、本実施形態の圧縮成形解析シミュレーションによる繊維モデル５０上のリブ６１の断面を示す図である。
【０１６４】
図３９（Ａ）と図３９（Ｂ）とを比較すると良く分かるように、繊維モデル５０を構成している繊維層は、実物の不連続長繊維強化樹脂２０の繊維よりも太く、その数も少ないが、繊維の配向（向き）や繊維の粗密については、精度良く表されていることが分かる。なお、繊維モデル５０は、設定した断面積の円柱形状になっているが、これは解析結果を見やすくするために描画を行っているだけである。つまり、解析では２節点のビーム要素で計算されている。
【０１６５】
以上のように、本実施形態によれば、不連続長繊維強化樹脂の圧縮成形解析シミュレーションにおいて、不連続長繊維をモデル化したビーム要素、および樹脂をモデル化したソリッド要素の大変形解析を行う際に、大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きとに基づいて連成解析を行う。従って、不連続長繊維および樹脂の挙動、不連続長繊維の配向（向き）、不連続長繊維の粗密を、精度良く予測することができる。
【０１６６】
特に、本実施形態によれば、ビーム要素およびソリッド要素の大変形中のビーム要素の動きとソリッド要素の動きに基づくビーム要素とソリッド要素のすべり量を取得し、取得したすべり量から抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、不連続長繊維強化樹脂が変形するときに樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を、精度良く再現することができる。
【０１６７】
また、本実施形態によれば、ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算されるビーム要素の温度を取得し、前記すべり量と前記温度とから抵抗力を算出し、ビーム要素およびソリッド要素の節点に抵抗力を負荷として与える。従って、不連続長繊維強化樹脂の樹脂が熱可塑性樹脂の場合であっても、熱可塑性樹脂が変形するときに熱可塑性樹脂の中を不連続長繊維が移動する現象を、精度良く再現することができる。
【０１６８】
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。
【０１６９】
上述した実施形態では、繊維強化樹脂の一例として、不連続長繊維強化樹脂を用いたが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、不連続繊維強化樹脂として不連続短繊維強化樹脂を用いた場合でも同様に適用することができる。また、連続繊維強化樹脂であっても同様に適用することができる。
【０１７０】
繊維は、繊維長が上述した実施形態で示した長さの不連続繊維に限定されるものではなく、あらゆる長さの繊維長の繊維に本発明を適用することができる。例えば、連続繊維であってもよい。
【０１７１】
上述した実施形態では、圧縮成形の一例として、圧縮成形を行う際の解析シミュレーションについて説明したが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、プレス成形を行う際の解析シミュレーションにも適用可能である。
【０１７２】
上述した実施形態では、樹脂を４節点４面体のテトラソリッド要素でモデル化した態様について説明したが、本発明はこのような態様に限定される訳ではなく、テトラソリッド要素以外のソリッド要素にも適用可能である。
【０１７３】
以上の態様に係る圧縮成形解析システムのプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピュータにインストールされ得る。記録媒体は、例えば非一過性（non-transitory）の記録媒体であり、ＣＤ-ＲＯＭ等の光学式記録媒体が好例であるが、半導体記録媒体や磁気記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体を包含し得る。なお、通信網を介した配信の形態で前述のプログラムを提供してコンピュータにインストールすることも可能である。
【０１７４】
以上、本発明の実施形態に係る圧縮成形解析システム、圧縮成形解析方法、および圧縮成形解析プログラムについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１７５】
１１    繊維モデル部
１２    樹脂モデル部
１３    連成解析部
１４    大変形解析部
１００  圧縮成形解析システム
【図１】
2019082929.tif 000003
【図２】
2019082929.tif 000004
【図３】
2019082929.tif 000005
【図４】
2019082929.tif 000006
【図５】
2019082929.tif 000007
【図６】
2019082929.tif 000008
【図７】
2019082929.tif 000009
【図８】
2019082929.tif 000010
【図９】
2019082929.tif 000011
【図１０】
2019082929.tif 000012
【図１１】
2019082929.tif 000013
【図１２】
2019082929.tif 000014
【図１３】
2019082929.tif 000015
【図１４】
2019082929.tif 000016
【図１５】
2019082929.tif 000017
【図１６】
2019082929.tif 000018
【図１７】
2019082929.tif 000019
【図１８】
2019082929.tif 000020
【図１９】
2019082929.tif 000021
【図２０】
2019082929.tif 000022
【図２１】
2019082929.tif 000023
【図２２】
2019082929.tif 000024
【図２３】
2019082929.tif 000025
【図２４】
2019082929.tif 000026
【図２５】
2019082929.tif 000027
【図２６】
2019082929.tif 000028
【図２７】
2019082929.tif 000029
【図２８】
2019082929.tif 000030
【図２９】
2019082929.tif 000031
【図３０】
2019082929.tif 000032
【図３１】
2019082929.tif 000033
【図３２】
2019082929.tif 000034
【図３３】
2019082929.tif 000035
【図３４】
2019082929.tif 000036
【図３５】
2019082929.tif 000037
【図３６】
2019082929.tif 000038
【図３７】
2019082929.tif 000039
【図３８】
2019082929.tif 000040
【図３９】
2019082929.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月28日(2018.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行う、
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
【請求項２】
前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項３】
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項４】
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項５】
前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行う、
ことを特徴とする請求項３ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項６】
前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、
前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された樹脂の材料特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項７】
前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ２節点のビーム要素でモデル化し、
前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、４節点４面体のソリッド要素でモデル化する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項８】
前記繊維は、繊維長をあらゆる長さに設定可能である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項９】
前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項１０】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
繊維モデル部により、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
樹脂モデル部により、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う、
ことを特徴とする圧縮成形解析方法。
【請求項１１】
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、を備える、
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月10日(2018.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行い、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
【請求項２】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析システムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化する繊維モデル部と、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化する樹脂モデル部と、
前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行う連成解析部と、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行う大変形解析部と、を備え、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記連成解析を行い、
前記連成解析部は、前記大変形解析部による前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部は、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析システム。
【請求項３】
前記大変形解析部は、アダプティブ・リメッシング法により、前記ソリッド要素について大変形解析を行う、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項４】
前記連成解析部は、前記ビーム要素の軸方向に対する垂直方向については、コンストレイント法により前記ビーム要素の節点の動きと前記ソリッド要素の節点の動きとの連成解析を行い、前記ビーム要素の軸方向については、前記抵抗力を算出して前記ビーム要素の節点および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えることにより連成解析を行う、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項５】
前記繊維モデル部は、前記ビーム要素に実物から計測された繊維の材料特性を設定し、前記繊維モデルの前記樹脂モデルに含まれる繊維体積分率が実物の繊維体積分率と同じになるように前記ビーム要素の断面積を設定し、
前記樹脂モデル部は、前記ソリッド要素に実物から計測された樹脂の材料特性に（１−繊維体積分率）を掛けた値を設定する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項６】
前記繊維モデル部は、前記繊維を、断面形状の情報を持つ２節点のビーム要素でモデル化し、
前記樹脂モデル部は、前記樹脂を、４節点４面体のソリッド要素でモデル化する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項７】
前記繊維は、繊維長をあらゆる長さに設定可能である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項８】
前記樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の圧縮成形解析システム。
【請求項９】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
繊維モデル部により、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
樹脂モデル部により、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行い、
前記連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析方法。
【請求項１０】
樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析方法であって、
繊維モデル部により、前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化し、
樹脂モデル部により、前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化し、
大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行い、
連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行い、
前記連成解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出し、
前記大変形解析部により、前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与える、
ことを特徴とする圧縮成形解析方法。
【請求項１１】
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位をすべり量として取得し、取得した前記すべり量から抵抗力を算出するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えるステップと、を備える、
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。
【請求項１２】
コンピュータに、樹脂に繊維を混ぜ合わせた繊維強化樹脂の圧縮成形解析を行わせる圧縮成形解析プログラムであって、
前記繊維をビーム要素で繊維モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素の節点と共有しない節点を有するように、前記樹脂をソリッド要素で樹脂モデルとしてモデル化するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素について大変形解析を行うステップと、
前記ビーム要素と前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとに基づいて、前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きとの連成解析を行うステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の大変形中の前記ビーム要素の動きと前記ソリッド要素の動きに基づく前記ビーム要素と前記ソリッド要素について、前記ビーム要素の軸方向における相対的な変位であるすべり量と、前記ソリッド要素の節点で計算される温度から補間して計算される前記ビーム要素の節点の位置での温度とを取得し、取得した前記すべり量および前記温度から抵抗力を算出するステップと、
前記ビーム要素および前記ソリッド要素の節点に前記抵抗力を負荷として与えるステップと、を備える、
ことを特徴とする圧縮成形解析プログラム。