(57)【要約】【課題】繊維の配向パターンがランダムな構造物であっても繊維の配向パターンを考慮した構造解析を実現すること。【解決手段】構造解析装置１は、繊維の配向パターンがそれぞれ異なるミクロモデルを複数作成するミクロモデル作成部２１と、各ミクロモデルを対象に数値材料試験を行い、各ミクロモデルの材料物性値を得る材料物性値取得部２２と、ミクロモデル毎に得られた複数の材料物性値を用いて、繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する材料物性情報作成部２３と、構造物解析の対象となる構造物の各領域における繊維の配向パターンを推定する配向推定部３２と、各領域の繊維配向パターンに基づいて、各領域に対応する材料物性値を材料物性情報から取得し、取得した材料物性値を各領域に与えるマクロモデル作成部３３と、マクロモデルを使用して構造解析を行う解析部３４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を含む複合材料を用いて形成された構造物の構造解析を行う構造解析装置であって、
繊維の配向パターンがそれぞれ異なるミクロモデルを複数作成するミクロモデル作成部と、
各前記ミクロモデルを対象に数値材料試験を行い、各前記ミクロモデルの材料物性値を得る材料物性値取得部と、
前記ミクロモデル毎に得られた複数の前記材料物性値を用いて、前記繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する材料物性情報作成部と、
構造物解析の対象となる構造物の各領域における繊維の配向パターンを推定する配向推定部と、
前記配向推定部によって推定された各前記領域における繊維の配向パターンに基づいて、各前記領域に対応する前記材料物性値を前記材料物性情報から取得し、取得した前記材料物性値を各前記領域に与えるマクロモデル作成部と、
前記領域毎に繊維配向に応じた材料物性値が与えられたマクロモデルを使用して構造解析を行う解析部と
を具備する構造解析装置。
【請求項２】
前記材料物性値取得部は、各前記ミクロモデルについて複数の材料物性値を取得し、
前記材料物性情報作成部は、各前記ミクロモデルについて取得された複数の材料物性値と、複数の前記ミクロモデルの配向パターンとから、各材料物性に関する応答曲面を前記材料物性情報として作成する請求項１に記載の構造解析装置。
【請求項３】
前記配向推定部は、樹脂流動解析結果を用いて前記領域毎の繊維の配向パターンを推定する請求項１または２に記載の構造解析装置。
【請求項４】
繊維を含む複合材料を用いて形成された構造物の構造解析をコンピュータに実行させるための構造解析プログラムであって、
繊維の配向パターンがそれぞれ異なるミクロモデルを複数作成するミクロモデル処理と、
各前記ミクロモデルを対象に数値材料試験を行い、各前記ミクロモデルの材料物性値を得る材料物性値取得処理と、
前記ミクロモデル毎に得られた複数の前記材料物性値を用いて、前記繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する材料物性情報作成処理と、
構造物解析の対象となる構造物の各領域における繊維の配向パターンを推定する配向推定処理と、
前記配向推定処理によって推定された各前記領域における繊維の配向パターンに基づいて、各前記領域に対応する前記材料物性値を前記材料物性情報から取得し、取得した前記材料物性値を各前記領域に与えるマクロモデル作成処理と、
前記領域毎に繊維配向に応じた材料物性値が与えられたマクロモデルを使用して構造解析を行う解析処理と
を含む構造解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造解析装置及び構造解析プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙業界や自動車業界を中心に、金属材料の代替材料として繊維と樹脂とを用いた複合材料が用いられることが多くなってきている。これは、繊維強化樹脂が金属材料に比べて比強度に優れており、軽量化による燃費向上が期待されるためである。
繊維強化樹脂は、繊維の配向状態によりその剛性及び強度が大きく変化する。そのため、材料特性を詳細に把握するためには配向状態を変化させた供試体各々での材料試験が必要となるが、その試験数等は膨大となり多くの計算時間を費やす。このため、製品設計時に繊維配向の影響を反映させるのは非常に難しいものとされている。
【０００３】
従来、繊維の配向状態が不均一な構造物の構造解析を簡素化する方法として例えば、特許文献１に開示される均質化法を用いた構造解析方法が知られている。特許文献１には、ミクロ構造が一方向にのみ周期的に配置されるマクロ構造物の構造解析方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６８２８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実際に使用される複合材の繊維のミクロ構造の配列は様々であり、特許文献１に開示されているように、一方向に周期性を持つものだけではない。このため、特許文献１に開示された構造解析方法では、繊維の配向パターンがランダムに変化するようなマクロ構造物についての構造解析を高い精度で実現することができなかった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、繊維の配向パターンがランダムな構造物であっても繊維の配向パターンを考慮した構造解析を実現することのできる構造解析装置及び構造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】
【０００７】
本発明の第一態様は、繊維を含む複合材料を用いて形成された構造物の構造解析を行う構造解析装置であって、繊維の配向パターンがそれぞれ異なるミクロモデルを複数作成するミクロモデル作成部と、各前記ミクロモデルを対象に数値材料試験を行い、各前記ミクロモデルの材料物性値を得る材料物性値取得部と、前記ミクロモデル毎に得られた複数の前記材料物性値を用いて、前記繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する材料物性情報作成部と、構造物解析の対象となる構造物の各領域における繊維の配向パターンを推定する配向推定部と、前記配向推定部によって推定された各前記領域における繊維の配向パターンに基づいて、各前記領域に対応する前記材料物性値を前記材料物性情報から取得し、取得した前記材料物性値を各前記領域に与えるマクロモデル作成部と、前記領域毎に繊維配向に応じた材料物性値が与えられたマクロモデルを使用して構造解析を行う解析部とを具備する構造解析装置である。
【０００８】
上記構造解析装置によれば、繊維の配向パターンがそれぞれ異なる複数のミクロモデルがミクロモデル作成部によって作成され、これらミクロモデルのそれぞれについて数値材料試験を行うことにより、各ミクロモデルについての材料物性値が材料物性値取得部によって取得される。そして、各ミクロモデルについて取得された複数の材料物性値と各ミクロモデルにおける繊維の配向パターンとから、繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報が材料物性情報作成部によって作成される。
一方、構造解析の対象となる構造物について、各領域における繊維の配向パターンが配向推定部によって推定される。そして、マクロモデル作成部によって、各領域の配向パターンに対応する材料物性値が材料物性情報から取得され、取得された材料物性値が各領域に与えられることによりマクロモデルが作成される。そしてこのマクロモデルを用いた構造解析が解析部によって行われる。
このように、本態様に係る構造解析装置によれば、繊維の配向パターンに応じた材料物性値がマクロモデルの各領域に与えられるので、配向パターンが一方向に周期性を持たない複合材料で形成された構造物でもその繊維の配向パターンを考慮した解析結果を得ることができる。
【０００９】
上記構造解析装置において、前記材料物性値取得部は、各前記ミクロモデルについて複数の材料物性値を取得し、前記材料物性情報作成部は、各前記ミクロモデルについて取得された複数の材料物性値と、複数の前記ミクロモデルの配向パターンとから、各材料物性に関する応答曲面を前記材料物性情報として作成することとしてもよい。
【００１０】
上記構造解析装置によれば、各ミクロモデルの配向パターンと、各ミクロモデルにおいて得られた複数の材料物性値とから各材料物性に関する応答曲面が作成されるので、限られたミクロモデルから広範な配向パターンに対応可能な物性特性情報を作成することが可能となる。
【００１１】
上記構造解析装置において、前記配向推定部は、樹脂流動解析結果を用いて前記領域毎の繊維の配向パターンを推定することとしてもよい。
【００１２】
上記構造解析装置によれば、領域毎の繊維の配向パターンを容易に推定することができる。
【００１３】
本発明の第２態様は、繊維を含む複合材料を用いて形成された構造物の構造解析をコンピュータに実行させるための構造解析プログラムであって、繊維の配向パターンがそれぞれ異なるミクロモデルを複数作成するミクロモデル処理と、各前記ミクロモデルを対象に数値材料試験を行い、各前記ミクロモデルの材料物性値を得る材料物性値取得処理と、前記ミクロモデル毎に得られた複数の前記材料物性値を用いて、前記繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する材料物性情報作成処理と、構造物解析の対象となる構造物の各領域における繊維の配向パターンを推定する配向推定処理と、前記配向推定処理によって推定された各前記領域における繊維の配向パターンに基づいて、各前記領域に対応する前記材料物性値を前記材料物性情報から取得し、取得した前記材料物性値を各前記領域に与えるマクロモデル作成処理と、前記領域毎に繊維配向に応じた材料物性値が与えられたマクロモデルを使用して構造解析を行う解析処理とを含む構造解析プログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、繊維の配向パターンがランダムな構造物であっても繊維の配向パターンを考慮した構造解析を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造解析装置のハードウェア構成の一例を示した概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る構造解析装置が有する機能の一例を示した機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る構造解析装置によって解析される構造物の形状の一例を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る構造解析装置によって作成されるミクロモデルの一例を示した図である。
【図５】ミクロモデルにおける配向パターンの定義について説明するための図である。
【図６】ミクロモデルを用いた数値材料試験の試験結果の一例を示した図である。
【図７】ｘ方向弾性率に関する応答曲面の一例を示した図である。
【図８】せん断弾性率の応答曲面の一例を示した図である。
【図９】初期降伏応力の応答曲面の一例を示した図である。
【図１０】ｘ方向降伏応力比の応答曲面の一例を示した図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る構造解析方法の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る構造解析装置及び構造解析プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る構造解析装置１のハードウェア構成の一例を示した概略構成図である。構造解析装置１は、図１に示すように、コンピュータ（計算機システム）を有し、例えば、ＣＰＵ１１、ＣＰＵ１１が実行するプログラム及びこのプログラムにより参照されるデータ等を記憶するための補助記憶装置１２、各プログラム実行時のワーク領域として機能する主記憶装置１３、ネットワークに接続するための通信インターフェース１４、キーボードやマウス等からなる入力部１５、及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部１６等を備えている。これら各部は、例えば、バス１８を介して接続されている。補助記憶装置１２は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が一例として挙げられる。
【００１７】
後述する説明する各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で補助記憶装置１２に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ１１が主記憶装置１３に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、補助記憶装置１２に予めインストールされている形態や、他のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る構造解析装置１が有する機能の一例を示した機能ブロック図である。図２に示すように、構造解析装置１は、主にミクロ解析部２０とマクロ解析部３０とに大別される。ミクロ解析部２０は、構造解析を行う対象となる構造物のミクロの分析を行うものであり、マクロ解析部３０はミクロ解析部の解析結果をマクロに展開することにより構造物全体の解析を行うものである。
以下、構造解析の対象として図３に示した構造物１００を想定した場合について具体的に説明する。構造物１００は、例えば、繊維と樹脂とを用いた複合材料、具体的には、熱可塑性短繊維複合材を用いて形成されている。
【００１９】
ミクロ解析部２０は、主に、ミクロモデル作成部２１、材料物性値取得部２２、及び材料物性情報作成部２３を備えている。
ミクロモデル作成部２１は、繊維の配向パターンがそれぞれ異なる複数のミクロモデルを作成する。例えば、ミクロモデル作成部２１は、立方体の形状とされたユニットセル内における繊維の含有率、繊維の長さ、繊維の径、及び繊維の配向パターンをそれぞれ規定することにより、ミクロモデルを作成する。ここで、繊維の配向は任意に選定することが可能だが、できるだけミクロモデル間でばらつきを持たせることが好ましい。ミクロモデルの配向にばらつきを持たせることにより、後述する応答曲面の精度を向上させることができる。また、ミクロモデルの単位立方体の一辺は構造物１００の複合材料に用いられる繊維の長さよりも長く設定される。また、ミクロモデルを規定するための各種情報、例えば、ユニットセル内における繊維の含有率、繊維の長さ、繊維の径、及び繊維の配向パターンは、入力部１５からユーザが入力可能とされており、入力情報に基づいてミクロモデルが作成されることとしてもよいし、ミクロモデルの繊維の配向パターンについては、所定のアルゴリズムに従って自動的に作成されるものとしてもよい。
また、繊維の含有率、繊維の長さ、繊維の径については、構造物１００を形成する複合材の特性に合わせて決定されることが好ましい。
【００２０】
図４にミクロモデルの一例を示す。図４では、配向パターンの異なる５つのミクロモデルが例示されている。なお、本実施形態では、繊維と樹脂との複合材料を想定しているので、ミクロモデルにおける繊維以外の領域は樹脂が充填されているものとする。
【００２１】
ミクロモデルにおける単一繊維配向は、例えば、図５に示すような球面座標系における角度φ及び角度θによって規定される。角度φはＸＹ平面上におけるＸ軸からの回転角度であり、角度θはＹＺ平面上におけるＹ軸からの回転角である。
ミクロモデルにおける配向パターンは、繊維配向の向きとばらつき度を示すパラメータによって規定することができ、例えば、上記角度φ及びθを用いた配向関数Ｊφ、Ｊθ（０≦Ｊφ≦１，０≦Ｊθ≦１）により規定することができる。
【００２２】
配向関数ＪφはＸＹ平面上における繊維配向の傾向を設定するためのパラメータであり、Ｊφ＝１のときに全ての繊維配向がＸＹ平面上にあることを意味し、Ｊφの値がゼロに近づくほど繊維配向のばらつきが大きくなる、換言すると、ＹＺ平面上またはＸＺ平面上にばらつくことを意味する。そして、Ｊφ＝０の場合にはＸＹ平面上における配向の傾向がなく完全にランダムとなることを意味する。同様に、配向関数ＪθはＹＺ平面上における繊維配向のばらつきを設定するためのパラメータであり、Ｊθ＝１のときに全ての繊維配向がＹＺ平面上にあることを示し、Ｊφの値がゼロに近づくほど繊維配向のばらつきが大きくなる、換言すると、ＸＹ平面上へもばらつきを有することを意味する。そして、Ｊθ＝０の場合にはＸＹ平面上における繊維配向の傾向がなく完全にランダムとなることを意味する。なお、配向関数Ｊφ＝Ｊθ＝１の場合には、全ての繊維配向がＸ軸方向を向いていることを意味する。なお、図５に示した球面座標系の角度φ、θに基づく配向関数Ｊθ、Ｊθの場合、第１主方向がＸ軸に固定されてしまう。したがって、配向関数Ｊθ、Ｊθに加えて、配向の主要方向を規定するようにしてもよい。
また、配向関数Ｊφ、Ｊθについては、例えば、山田  国広、堀川  明、「二次元繊維集合体の確率幾何」、繊維機械学会誌、Vol.37,  pp.201-215,  1984に解説されており、例えば、この文献を参照し、適用することが可能である。
【００２３】
図４に示したミクロモデルにおいて、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４のミクロモデルは比較的ランダムな繊維配向を想定したモデルであり、Ｎｏ．３のミクロモデルは繊維配向が略Ｘ軸方向に沿って並んでいる場合を想定したモデルである。
なお、本実施形態では、一例として、球面座標系における角度φ、θを用いた配向関数Ｊφ、Ｊθによって配向パターンを規定した場合について説明したが、配向パターンの規定方法はこの例に限定されない。すなわち、各ミクロモデルにおける繊維配向の向きやばらつきを規定できるパラメータであれば、どのようなパラメータを用いても良い。例えば、繊維配向テンソルを用いて配向パターンを規定してもよい。この場合には、例えば、第１主方向、第２主方向におけるテンソル成分を設定すればよい。
【００２４】
材料物性値取得部２２は、ミクロモデル作成部２１によって作成された各ミクロモデルを用いて数値材料試験を行い、ミクロモデル毎に数値材料試験結果を得る。以下、材料物性値取得部２２によって実行される処理について具体的に説明する。
【００２５】
まず、材料物性値取得部２２は、ミクロモデルを用いて数値材料解析を行うに当たり、ミクロモデルに使用されている樹脂及び繊維に関する物理的特性を入力データとして与える。これら入力データは、例えば、ユーザが入力部１５から入力可能とされている。
【００２６】
一例として、繊維を面内等方性を有する直交異方性弾性体、樹脂を等方性弾塑性体とし、両者が完全に固着していることを条件とし、繊維の諸元として、繊維径、長さ、ミクロモデルにおける含有率、及び配向パターン（例えば、上述した配向関数Ｊφ、Ｊθの値、または、繊維配向テンソルの第１主方向、第２主方向における成分パラメータ）を入力データとして与えるとともに、繊維自体の材料物性特性としてヤング率及びポアソン比を入力データとして与える。また、樹脂自体の材料物性特性として、ヤング率及びポアソン比を入力データとして与える。
そして、これらの入力データを用いた周期境界条件のもとで、各軸垂直方向に一軸引張、各面内にせん断を与え、６つの応力ひずみ特性を得る。すなわち、ｘｘ方向、ｙｙ方向、ｚｚ方向にそれぞれ一軸引張を与えた時の応力ひずみ特性、及び、ｘｙ方向、ｙｚ方向、ｚｘ方向にせん断を与えた場合の応力ひずみ特性からなる６つの応力ひずみ特性を得る。例えば、図６に、ミクロモデルＮｏ．４の数値材料解析結果の一例を示す。
【００２７】
続いて、数値材料試験の結果から各ミクロモデルについての各種材料物性値を得る。材料物性の一例として、例えば、線形特性、塑性特性、塑性特性の異方性が挙げられる。線形特性の一例として、弾性率Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ、ポアソン比νｘ、νｙ、νｚ、せん断弾性率Ｇｘｙ、Ｇｙｚ、Ｇｚｘ等が挙げられる。塑性特性の一例として、代表方向に関する塑性特性が挙げられる。ここで、代表方向は任意に選定可能であるが、繊維配向の傾向が最も弱い軸、換言すると、配向テンソルにおける第３主方向に設定するとよい。代表方向を第３主方向に設定することにより、有限要素法等を用いた解析での収束率が高く、良好な結果を得ることができる。
例えば、代表方向をｚ軸とした場合には、図６に示した試験結果のうち、ｚｚ軸の引っ張りに対する応力ひずみ特性を用いて、以下の（１）式で表されるボーチェ則の各種パラメータを同定する。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
また、塑性特性の異方性としては、代表方向に対する６方向（ｘｘ方向、ｙｙ方向、ｚｚ方向の引っ張り、ｘｙ、ｙｚ、ｚｘ方向のせん断）の降伏応力の比を算出する。例えば、Ｈｉｌｌの異方性パラメータを図６に示した試験結果から同定する。
このようにして材料物性値取得部２２によって取得された各ミクロモデルの各種材料物性値は、材料物性情報作成部２３に出力される。
【００３０】
材料物性情報作成部２３は、ミクロモデル毎に得られた複数の材料物性値を用いて、繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた材料物性情報を作成する。例えば、各ミクロモデルで得られた弾性率Ｅｘの値と各ミクロモデルの配向パターン（Ｊθ、Ｊφ）とから近似法や内挿補間法を用いて応答曲面（材料物性情報）を作成する。なお、限られた出力値から応答曲面を作成する応答曲面法については公知であるから、公知の技術を適宜採用すればよい。
【００３１】
図７〜図１０に応答曲面の一例を示す。図７はｘ方向弾性率Ｅｘに関する応答曲面の一例、図８はせん断弾性率Ｇｘｙの応答曲面の一例、図９は初期降伏応力σ０の応答曲面の一例、図１０はｘ方向降伏応力比Ｒ１１の応答曲面の一例を示した図である。
図７〜図１０に示すように、ＪθとＪφとの組み合わせで特定される座標から材料物性値が一意に特定される。
【００３２】
材料物性情報作成部２３によって作成された各種材料物性の応答曲面は、例えば、所定の記憶領域に記憶され、後述のマクロ解析部３０において用いられる。
【００３３】
マクロ解析部３０は、主に、分割部３１、配向推定部３２、マクロモデル作成部３３、及び解析部３４を備えている。
分割部３１は、構造解析の対象となる構造物１００を少なくとも２つの領域に分割する。ここで、分割部３１によって分割される領域は、それぞれ異なる大きさであってもよいし、同じ大きさであってもよい。
例えば、分割部３１は、構造物１００を所定の大きさのメッシュに分割する。この場合のメッシュの大きさは、例えば、ミクロモデルの大きさに基づいて決定される。また、分割部３１は、構造物１００を繊維配向に応じて複数の領域に分割することとしてもよい。例えば、構造物１００の繊維配向をＸ線ＣＴ観察によって把握し、その観察結果から同様の繊維配向を有する領域が１つの領域となるように構造物１００を分割することとしてもよい。また、分割部３１によって複数の領域に分割することに代えて、構造物１００に複数の領域を設定することとしてもよい。この場合、複数の領域は連続的でも良いし、間隔をあけて離散的に領域を設定してもよい。
【００３４】
配向推定部３２は、各領域における繊維の配向パターンを推定する。例えば、配向推定部３２は、樹脂流動解析等を行うことにより、領域毎の繊維配向テンソルを推定する。なお、上述のように、構造物１００をＸ線ＣＴ観察することにより、各領域の配向パターンを解析することとしてもよい。
【００３５】
マクロモデル作成部３３は、配向推定部３２によって推定された各領域における繊維の配向パターンに基づいて、各領域に対応する材料物性値を各種材料物性の応答曲面（材料物性情報）から取得し、取得した材料物性値を各領域に与える。なお、配向推定部３２によって推定された配向パターンが繊維配向テンソルとして与えられていた場合には、そのままの値では図７〜図１０に示した応答曲面に採用できないため、繊維配向テンソルとして表された各種パラメータを配向関数Ｊθ、Ｊθのパラメータに変換する変換処理が必要となる。
【００３６】
解析部３４は、マクロモデル作成部３３によって作成された構造物のマクロモデル、すなわち、領域毎に繊維配向に応じた材料物性値が与えられたマクロモデルを使用して構造解析を行う。例えば、マクロモデルを用いた有限要素法による構造解析を行う。
【００３７】
次に、上述した構造解析装置１によって実行される構造解析方法について図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係る構造解析方法の手順を示したフローチャートである。なお、図１１に示した各種処理は、ＣＰＵ１１が補助記憶装置１２に記憶されている構造解析プログラムを主記憶装置１３に読み出して実行することにより実現されるものである。
【００３８】
まず、配向パターンがそれぞれ異なる複数のミクロモデルを作成する（ＳＡ１）。続いて、各ミクロモデルに対して数値材料試験を行い（ＳＡ２）、ミクロモデル毎に各種材料物性値（例えば、線形特性、塑性特性、塑性特性の異方性等）を取得する（ＳＡ３）。
続いて、ミクロモデル毎に得られた複数の材料物性値を用いて、繊維の配向パターンと材料物性値とが関連付けられた応答曲面（材料物性情報）を作成する（ＳＡ４）。
【００３９】
次に、構造物１００を複数の領域に分割し（ＳＡ５）、各領域の配向テンソルを推定する（ＳＡ６）。続いて、各領域に配向パターンに応じた材料物性値を与え、構造物１００のマクロモデルを作成する（ＳＡ７）。そして、各領域に材料物性値が与えられたマクロモデルを用いて構造解析を行う（ＳＡ８）。
【００４０】
以上説明してきたように、本発明の一実施形態に係る構造解析装置１及び構造解析プログラムによれば、繊維の配向パターンに応じた材料物性値がマクロモデルの各領域に与えられるので、配向パターンが一方向に周期性を持たない複合材料で形成された構造物でもその繊維の配向パターンを考慮した解析結果を得ることができる。これにより、構造物の構造解析の解析精度を向上させることができる。
また、構造物１００の構造解析の解析精度が向上することにより、構造物の更なる薄肉化を図ることが可能となる。また、構造物１００の解析結果を考慮して繊維の配列パターンを変化させることにより、強度の調整を検討することが可能となる。
【００４１】
また、上記構造解析装置１によれば、各ミクロモデルの配向パターンと、各ミクロモデルにおいて得られた複数の材料物性値とから各材料物性に関する応答曲面が作成されるので、限られたミクロモデルから広範な配向パターンに対応可能な物性特性情報を作成することが可能となる。
【００４２】
また、上記構造解析装置１によれば、配向推定部３２が樹脂流動解析結果を用いて領域毎の繊維の配向パターンを推定するので、領域毎の繊維の配向パターンを容易に推定することが可能となる。
【００４３】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、上記実施形態で説明した構造解析方法の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  構造解析装置
２０  ミクロ解析部
２１  ミクロモデル作成部
２２  材料物性値取得部
２３  材料物性情報作成部
３０  マクロ解析部
３１  分割部
３２  配向推定部
３３  マクロモデル作成部
３４  解析部
１００  構造物
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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