質問: FEMのソフトで構造解析をしています。 金属はいくつか取り扱ってきましたが、個人的な興味でCFRPの解析をしてみたいです。 ところが、論文等を読むとコーティングの仕方や層の数の影響が大きいことが分かります。 【質問1】 実務ではないのいで、特定の部材のデータではなく、一般的な(産業で使われるようなものの平均的な)CFRPのデータが欲しいのですが、どこかに載っていないでしょうか? 具体的には、ヤング率、ポアソン比、降伏応力がほしいです。 【質問2】 CFRPの層を重ねるのに、接着剤の種類による影響はFEMソフトの中でどのように設定すべきでしょうか?それとも、層を重ねて加工済みの状態の物理特性を1つの物体に適応するのが通常でしょうか? 宜しくお願いします。
回答: ハッキリ言いますが、樹脂の解析は地獄ですよ・・・個人的な興味ならいいですが、下手に詳しくなって実務ベースで任される様なことは絶対に避けましょうね。単純なシミュレーションでもほぼ確実に整合しませんから。 【質問1】データについて。 強度類のデータは取り合えず以下のようなところでどうでしょうか。 細かい所まで見てないので足りなかったらすいません。ただこうした素材のデータ類は「〇〇〇〇(素材の名称) 物性」で検索すると色々引っ掛かりますので、足りない分はご自身で探した方が手っ取り早いかと。 【質問2】FEMについて。 基本的には、まず単純な「層を重ねて加工済みの状態」モデルから取り掛かるべきです。その上で、検証したい実際の現象に剥離強度が影響していそうなら、改めてモデリングするのがお勧めです。 個人的な興味レベルであっても、まずかける労力は小さくするべきです。 なぜなら、どうせ物理現象と中々整合しないからです。最初から下手に手間をかけて要素を増やすとドツボです。 何故繰り返しこのような事を言うかと言えば、そもそも単純なFEMでは樹脂解析は原理上不可能だからです。 ご参考までにですが、質問1の回答として張ったページにはこのように記載されています。 「CFRP物性は全て×方向のみの性能です。Y方向は全く別の性質を持っています。」 論文などを当たられたようなのでご存じでしょうが、CFRPの強度には異方性があります。これは繊維が引っ張り方向に強いためですが、実は繊維だけでなく、単純な樹脂材(例えばABS樹脂とか)でも大なり小なり異方性が生まれます。 これは現状の樹脂成型の都合上、特に射出成型では鋳物と同様の「解けた樹脂の流れ方・冷え方・固まり方」という要素が発生するためです。熱変形にしろ物理特性にしろ、これらの影響で大きなバラツキを示します。 つまり現実的に整合する解析を行うならば、そもそも解析するワーク自体も性格・綿密な流れ解析、放熱解析等による樹脂内部の層や収縮を織り込んだものでなければなりません。 しかし現実問題としては、そもそも制作時のバラツキ自体をシミュレーション事すら困難なのが樹脂界隈の現状です。ある程度まで整合させる事は可能ですが、それも各会社のノウハウと知見があっての事ですし、そもそも他社の条件では全然使い物にならなかったりします。 つまりそうした内部的な微細構造を模擬できない時点で、強化プラ系の解析は「『絵に書いた餅』を書いた絵」です。 個人的興味というなら中々に奥深く、非常に面白い知的遊戯だと思います。だからこそ、まずはこじんまりと構えてみて、深堀りしたくなってから層別シミュレーションなどに手を出すようにするのを強くオススメします。