(57)【要約】【課題】繊維樹脂複合材の強度をより正確かつ簡便に解析することができる強度解析方法を提供することを課題とする。【解決手段】繊維樹脂複合材の強度解析モデルを作成するにあたり、基材部、即ち樹脂をソリッド要素で、強化材部、即ち繊維をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、さらに作成した要素の節点について特定の条件を満たすように設定することにより、繊維樹脂複合材の強度をより正確かつ簡便に解析することができる。【選択図】図１
2015090690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデルを用いる有限要素法による強度解析方法であって、下記（１）〜（６）の工程を含むことを特徴とする、繊維樹脂複合材の強度解析方法。
（１）：強化材部を含まない状態の繊維樹脂複合材の解析モデル１をソリッド要素で作成し、各要素に節点を設定する工程。
（２）：（１）の工程で作成した解析モデル１を用いて強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を算出する工程。
（３）：基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデル２を、基材部をソリッド要素で、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、各要素に節点を設定する工程。
（４）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（２）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する工程。
（５）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（４）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する工程。（６）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（５）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行うことにより、最終的な強度解析結果を得る工程。
【請求項２】
前記（５）の工程が複数回行われる、請求項１に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
【請求項３】
前記強化材部の形状が柱状であり、前記強化材部をビーム要素で作成する、請求項１又は２に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
【請求項４】
前記強化材部の形状が板状であり、前記強化材部をシェル要素で作成する、請求項１又は２に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維樹脂複合材の強度解析方法に関するものであり、より詳しくは繊維樹脂複合材の強度を正確かつ簡便に解析することができる繊維樹脂複合材の強度解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂等の樹脂材料は、軽量で成形が容易なことから、従来より様々な工業製品に利用されているが、近年、樹脂材料をさらに炭素繊維やガラス繊維等によって強化した繊維樹脂複合材の利用が広がっている。繊維樹脂複合材は強度や剛性に優れるため、例えば携帯電話やノートパソコン等の携帯品の樹脂部材をさらに薄く、丈夫にするために利用したり、また自動車等の軽量化を図るために、金属材料の代替として利用したりする動きがある。
【０００３】
一方、工業製品等の研究開発過程において、製品やその構造部材の強度等の物性値を簡易的に取得するために、数値解析シミュレーションを利用することがしばしば行われており、代表的な方法として有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ法）が知られている。有限要素法では、例えばシェル要素やソリッド要素等を用いて構造物のモデル化を行い、構造物に掛かる外力を設定することによって、各要素に発生する応力やひずみ等を計算することができる。ただし、繊維樹脂複合材のような複合材料の解析を行う場合、単純に均一材料として設定してしまうと、計算誤差が大きくなって破壊現象等を正確には再現することができないという問題がある。そこで、複合材料に合わせた解析方法が検討されており、例えば複合材料に均質化法を適用して同等の弾性定数をもつ均一材に置き換えて解析を行う方法（特許文献１参照）、種々の要素の構成の差異と材料強度との関係を示した補正強度データベースを使って、各要素の補正強度を算出し、それを反映して解析を行う方法（特許文献２参照）等が提案させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４７３０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９７５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
繊維樹脂複合材のような複合材料の強度解析を行う場合において、例えば特許文献１に記載されているようにビーム要素を用いて基材をモデル化してしまうと、計算上近似が必要となって正確な数値が得られにくいという問題がある。また、特許文献２に記載されているようなデータベースを使用する方法では、解析の前提として数多くの実験データが必要となり、簡便に解析を行うことができないという問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解消することを目的としているものであり、繊維樹脂複合材の強度をより正確かつ簡便に解析することができる強度解析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【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、繊維樹脂複合材の強度解析モデルを作成するにあたり、基材部、即ち樹脂をソリッド要素で、強化材部、即ち繊維をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、さらに作成した要素の節点について特定の条件を満たすように設定することにより、繊維樹脂複合材の強度をより正確かつ簡便に
解析することができるようになることを見出し、本発明を完成させたのである。
【０００７】
即ち、本発明は以下の通りである。
＜１＞ 基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデルを用いる有限要素法による強度解析方法であって、下記（１）〜（６）の工程を含むことを特徴とする、繊維樹脂複合材の強度解析方法。
（１）：強化材部を含まない状態の繊維樹脂複合材の解析モデル１をソリッド要素で作成し、各要素に節点を設定する工程。
（２）：（１）の工程で作成した解析モデル１を用いて強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を算出する工程。
（３）：基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデル２を、基材部をソリッド要素で、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、各要素に節点を設定する工程。
（４）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（２）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する工程。
（５）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（４）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する工程。（６）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（５）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行うことにより、最終的な強度解析結果を得る工程。
＜２＞ 前記（５）の工程が複数回行われる、＜１＞に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
＜３＞ 前記強化材部の形状が柱状であり、前記強化材部をビーム要素で作成する、＜１＞又は＜２＞に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
＜４＞ 前記強化材部の形状が板状であり、前記強化材部をシェル要素で作成する、＜１＞又は＜２＞に記載の繊維樹脂複合材の強度解析方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、繊維樹脂複合材をより正確かつ簡便に解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例で作成した繊維樹脂複合材の強度解析モデルを表した図である。
【図２】比較例で作成した繊維樹脂複合材の強度解析モデルを表した図である。
【図３】参考例、実施例、及び比較例の曲げ強度の結果を表したグラフである。
【図４】参考例、実施例、及び比較例の曲げ弾性率の結果を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の繊維樹脂複合材の強度解析方法を説明するに当たり、具体例を挙げて説明する
が、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。
【００１１】
＜繊維樹脂複合材の強度解析方法＞
本発明の一態様である繊維樹脂複合材の強度解析方法（以下、「本発明の強度解析方法」と略す場合がある。）は、基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデルを用いる有限要素法による強度解析方法であり、さらに下記（１）〜（６）の工程を含むことを特徴とする。
（１）：強化材部を含まない状態の繊維樹脂複合材の解析モデル１をソリッド要素で作成し、各要素に節点を設定する工程。
（２）：（１）の工程で作成した解析モデル１を用いて強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を算出する工程。
（３）：基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデル２を、基材部をソリッド要素で、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、各要素に節点を設定する工程。
（４）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（２）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する工程。
（５）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（４）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する工程。（６）：（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（５）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行うことにより、最終的な強度解析結果を得る工程。
【００１２】
有限要素法の強度解析モデルを作成するために、ビーム要素、シェル要素、ソリッド要素を状況に応じて使い分けることができるが、１つの解析モデルについてソリッド要素とビーム要素（又はシェル要素）を併用してモデル化することは、ソリッド要素とビーム要素（又はシェル要素）が接続される節点での理論的な整合性が制限されることから、特別な前提なしには行われないのが一般的であった。また、ソリッド要素とビーム要素（又はシェル要素）を併用した従来の強度解析モデルでは、ソリッド要素とビーム要素（又はシェル要素）の節点が共有（マージ）されていることが一般的であり、ランダムに配置されたビーム要素（又はシェル要素）の節点とソリッド要素の節点を共有（マージ）させるために、各要素を非常に小さな形状に設定しなければならないという難点があった。
本発明者らは、所定の手順に従って強度解析に必要な設定事項を算出すること、さらに解析モデルを作成するにあたり、基材部、即ち樹脂をソリッド要素で、強化材部、即ち繊維をビーム要素及び／又はシェル要素で作成することによって、繊維樹脂複合材の強度をより正確かつ簡便に解析することができるようになることを見出したのである。
以下、（１）〜（５）の工程等について詳細に説明する。
【００１３】
＜（１）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「強化材部を含まない状態の繊維樹脂複合材の解析モデル１をソリッド要素で作成し、各要素に節点を設定する工程（以下、「（１）の工程」と略す場合がある。）」を含むことを特徴とする。
（１）の工程は、強度解析に必要な設定事項、具体的には「ソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）」を算出するための解析モデルを作成する工程である。（１）の工程で作成する解析モデル１は、強化材部を含まない状態の繊維樹脂複合材をソリッド要素のみで作成することを特徴とし、解析モデル全体の形態、各ソリッド要素の形態及び数、並びに節点の位置及び数は、後述する解析モデル２と一致するように作成する。なお、本願明細書等において、位置関係が一致する解析モデル１と解析モデル２の節点は、「対応する」節点と表現する場合がある。
【００１４】
＜（２）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「（１）の工程で作成した解析モデル１を用いて強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を算出する工程（以下、「（２）の工程」と略す場合がある。）」を含むことを特徴とする。
（２）の工程は、「ソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）」を算出するために強度解析を行う工程であり、算出された初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、後述する「（４）の工程」で使用することになる。なお、「強度試験」は、シミュレーションにおける強度試験を意味し、引張、曲げ等の強度試験の種類、応力、振動、塑性、クリープ、座屈等の解析内容は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。また、（２）の工程で行われる強度試験は、後述する「（４）の工程」及び「（５）の工程」の強度試験と同一条件で行う。
（２）の工程は、その他については特に限定されないが、通常、目的の強度試験を行うために必要なデータ、例えば荷重データ（集中荷重、線分布荷重、面分布荷重、体分布荷重等）や材料データ（縦弾性係数、ポアソン比、線膨張係数、質量密度等）等をモデリングソフト等に入力することを含むものである。なお、必要なデータの入力方法は、モデリングソフトや解析ソフトの要求に応じたフォーマットで入力する。
【００１５】
＜（３）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「基材部と強化材部を含む繊維樹脂複合材の解析モデル２を、基材部をソリッド要素で、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成して、各要素に節点を設定する工程（以下、「（３）の工程」と略す場合がある。）」を含むことを特徴とする。
（３）の工程は、強度解析に必要な設定事項を算出するため、及び最終的な強度解析を行うための解析モデルを作成する工程であり、基材部をソリッド要素で、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成する。なお、前述のように（１）の工程で作成する解析モデル１と（３）の工程で作成する解析モデル２とは、解析モデル全体の形態、各ソリッド要素の形態及び数、並びに節点の位置及び数が一致するように作成する。
【００１６】
（３）の工程は、基材部をソリッド要素で作成することを特徴とするが、各ソリッド要素の形状は特に限定されず、解析モデル全体の形態等に応じて四面体、五面体、六面体等を適宜選択することができる。
ソリッド要素の寸法（一辺の長さ）は、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上であり、通常１０ｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００１７】
（３）の工程は、強化材部をビーム要素及び／又はシェル要素で作成することを特徴とするが、強化材部の形態等に応じてビーム要素とシェル要素を適宜選択することが好まし
い。具体的には、強化材部の形状が柱状である場合にはビーム要素で作成し、強化材部の形状が板状である場合にはシェル要素で作成することが好ましい。
ビーム要素の寸法は、通常長さ１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上であり、通常１００ｍｍ以下、好ましくは２５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
ビーム要素１つ当たりの節点の数は、通常３つ以上、好ましくは１０以上、より好ましくは１００以上であり、通常１００００以下、好ましくは１０００以下、より好ましくは２００以下である。
シェル要素の寸法（一辺の長さ）は、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上であり、通常１０ｍ以下、好ましくは１ｃｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００１８】
＜（４）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（２）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向と設定した上で、強度試験を行い、外力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する工程（以下、「（４）の工程」と略す場合がある。）」を含むことを特徴とする。
（４）の工程は、強度解析に必要な設定事項、具体的には「ソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）」を算出するために強度解析を行う工程であり、算出された初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）は、後述する「（５）の工程」で使用することになる。なお、「その節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点」とは、ビーム要素及び／又はシェル要素の節点に最も近いソリッド要素の節点、２番目に近いソリッド要素の節点、３番目に近いソリッド要素の節点、及び４番目に近いソリッド要素の節点を意味する。従って、「ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリング」するとは、ビーム要素及び／又はシェル要素の節点と、最も近いソリッド要素の節点、２番目に近いソリッド要素の節点、３番目に近いソリッド要素の節点、及び４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも１つが、ソリッド要素の節点の移動方向及び変位量の平均値で移動するように設定することを意味する。また、「変形量」とは、荷重や歪を受ける前後での任意の点の位置の差であり、「初期変形量」とは有限要素の解析ステップにおいて、最初のステップで発生する変形量を意味する。
なお、前述のように「（４）の工程」で行われる強度試験は、「（２）の工程」及び「（５）の工程」の強度試験と同一条件で行う。
【００１９】
（４）の工程は、（２）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形方向Ｄｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向と設定することを特徴とするが、対応するソリッド要素の各節点の初期変位方向をＤｓｏｌｉ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と設定する具体的な方法は特に限定されない。
【００２０】
＜（５）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（４）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行い、外
力を加えたことによるソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を算出する工程（以下、「（５）の工程」と略す場合がある。）」を含むことを特徴とする。
（５）の工程は、強度解析に必要な設定事項を算出するために強度解析を行う工程である。詳細は後述するが、（５）の工程が複数回行われることが好ましく、（５）の工程を複数回繰り返して算出された初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）（ｎは３以上の整数を表す。）を、最終的に初期変形量として設定して、強度試験を行うことにより、強度試験の実測値に近い正確な強度解析が行えるのである。
なお、「（５）の工程が複数回行われる」とは、先の（５）の工程で算出された初期変形量を、次の工程において、対応する節点の初期変形量と設定して繰り返すことを意味し、具体的には（５）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を用いて、同様に初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を算出し、さらに算出された初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を用いて、初期変形量Ｅｓｏｌｉ０（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を算出するというように繰り返すことを意味する。
（５）の工程の繰り返し回数は、通常５回以上、好ましくは１００回以上、より好ましくは１００００回以上であり、通常１０億回以下、好ましくは１０００万回以下、より好ましくは１００万回以下である。
【００２１】
＜（６）の工程＞
本発明の強度解析方法は、「（３）の工程で作成した解析モデル２を用いて、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、さらに（５）の工程で算出したソリッド要素の各節点の初期変形量を、対応する節点の初期変形量と設定した上で、強度試験を行うことにより、最終的な強度解析結果を得る工程」を含むことを特徴とする。なお、「節点の変位の平均値」とは、変位方向と変位量を含むベクトルの平均値を意味するものとする。
平均値とは変形量およびベクトルの要素の算術平均値とする。
【００２２】
本発明の強度解析方法が対象とする繊維樹脂複合材の具体的な形状や繊維の配置、含有比率（体積比）等は特に限定されない。
繊維樹脂複合材の形状は、曲げ強度等の強度解析に好適である観点から、シート状であることが好ましい。なお、繊維樹脂複合材の形状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。繊維樹脂複合材の形状がシート状である場合、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。
【００２３】
本発明の強度解析方法において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、ＬＳＴＣ社製の汎用構造解析ソフトＬＳ−ＤＹＮＡ、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。
また、本発明の強度解析方法において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。
【００２４】
本発明の構造解析方法の解析目的は、特に限定されず、応力、振動、塑性、クリープ、座屈等の様々な解析に利用することができる。
【実施例】
【００２５】
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。
【００２６】
＜参考例＞
炭素繊維（三菱レイヨン社製パイロフィル）とポリプロピレン（日本ポリプロ社製ノバテックＰＰ）からなる繊維樹脂複合材（炭素繊維：ポリプロピレン）を幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ２ｍｍの形状に調製し、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７０１７に従って樹脂曲げ試験を実施した。なお、樹脂曲げ試験は試験温度として２３℃と８０℃の条件で測定した。曲げ強度を図３に、曲げ弾性率の結果を図４に示す。
【００２７】
＜実施例＞
汎用構造解析ソフトＬＳ−ＤＹＮＡ（ＬＳＴＣ社製）を用いて、参考例の繊維樹脂複合材を再現した構造解析モデルを作成した。なお、構造解析モデルは、図１に示すように樹脂（基材部）の中でそれぞれの繊維（強化材部）がランダムに配向した構造であり、繊維（強化材部）は柱状の形状を有しているものである。樹脂（基材部）をソリッド要素で、繊維（強化材部）をビーム要素で作成し、その形状を幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。
次にビーム要素の節点と最も近傍にあるソリッド要素の節点１〜４点を、変位方向及び変位量についてカップリングする条件を設定した。
計算は、まずソリッド要素のみのモデルで構造解析を行い、ソリッド要素の節点の変位方向と変位量を算出した。
この時、得られたソリッド要素の節点の変位方向は、カップリングしたビーム要素の初期変位方向に設定した。この初期変位方向はカップリングしたソリッド要素の節点の初期変位方向の算術平均を用いた。
次にソリッド要素とカップリングを設定されたビーム要素を含むモデルで構造解析を行った。この時の荷重条件および拘束条件は日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７０１７を再現した樹脂曲げ試験である。１回目の解析では、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点の少なくとも一つが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングし、２〜１００００回目の解析では、ビーム要素及び／又はシェル要素の各節点とその節点に１〜４番目に近いソリッド要素の節点とが、同一方向に、かつソリッド要素の節点の変位の平均値の変位量を持つようにカップリングすることにより初期変形量を算出した。算出した初期変形量を用いた解析結果を図３及び図４に示す。
【００２８】
＜比較例＞
図２に示すように樹脂（基材部）と繊維（強化材部）を層状して、交互に積層した構造解析モデルを作成した（基材部と強化材部をそれぞれソリッド要素で作成した。）以外は、実施例と同様の条件を設定し、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７０１７を再現した樹脂曲げ試験の解析を実施した。解析結果を図３及び図４に示す。
【００２９】
試験温度２３℃と８０℃の何れの条件においても、実施例の構造解析モデルを使用した方が、実測値に近い結果が得られることが明らかである。
【符号の説明】
【００３０】
１      樹脂（基材部）
２      繊維（強化材部）
３      ソリッド要素
４      ビーム要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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