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グラスファイバー

FRPの技術開発

CAEによる複合材料の設計技術


CAEによる設計とは
材料メーカーから見たCAEの技術的課題
材料を設計変数とする新しい設計技術

CAEによる設計とは

従来の製品開発のプロセスは、設計、試作&実験、設計変更を繰り返し行うことで、最適な製品の開発が行われてきました。しかしながら、近年、製品開発にCAEを活用することで、最小限の試作回数で最適な製品設計が可能となってきました。さらに複合材料の成形品の開発においても、CAEを活用することで従来の開発プロセスよりも開発期間を短縮化でき、しかも低コストで製品開発が行えるようになり始めました。

日東紡では、お客様の製品設計に対するご要望にお答えするために、CAEによる複合材料の設計技術に積極的に取り組んでいます。

■従来型の開発プロセス

■CAEによる新しい開発プロセス

■構造設計の一例
【3DCADによるモデル化】 【FEMによるメッシュモデルの生成】 【FEM解析による評価】

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材料メーカーから見たCAEの技術的課題

日東紡が提案するCAEによる新しい複合材料の設計技術


製品の構造設計は、寸法や形状を設計変数として行われることが一般的です。
しかしながら、複合材料の構造設計では寸法や形状以外に、使用する強化基材の形態や含有量によって成形品の特性は大きく異なってきます。さらに複合材料の場合、材料方向によって特性が異なる異方性をもっています。このことから、複合材料の最適設計では異方性を考慮し成形品に反映させる必要があります。しかしながら、従来のCAEによる設計では、複合材料に使用する強化基材まで考慮した設計技術が確立されていません。したがって、複合材料本来の特徴(異方性)を活かした付加価値の高い成形品を設計することが難しいのが現状です。


複合材料は強化基材ごとに特性が異なる

そこで日東紡では、設計者や開発者が様々な強化基材を自由にモデル化し、設計初期の段階で強化基材の仕様を変更しながら、その物性値を設計変数として扱うことができるCAEによる新しい設計技術に取り組んでいます。 このような設計技術を用いて、強化基材を設計変数として扱うことで、強化基材が新製品の新規形状のヒントになり、逆に新しい製品形状が新しい材料選択のヒントになると考えています。


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材料を設計変数とする新しい設計技術


このように日東紡では、設計初期の段階で強化基材の仕様を変更しながら、その物性値を設計変数として扱うことができる新しいCAEによる設計技術の開発に取り組んでいます。この新しい設計技術を利用することで、強化基材のデータベースから複合材料の特性を精度よく求め、その特性を成形品に適用し、製品と強化基材の設計をコンカレントに行うことが可能です。

日東紡ではこのCAEによる設計システムを用いて、お客様の開発製品に最適な強化基材のご提供を行っていきたいと考えています。

強化基材データベース

【平織りクロス】 【朱子織クロス】
【4軸組布® 】 【綾織クロス】
日東紡の様々な強化基材により、お客様のニーズに合った強化基材を選定
CAEを活用した
等価物性値の算出
複合材料の等価物性値

工学弾性定数

線膨張係数

熱伝導係数

浸透係数
強化基材データの変更 強化基材の選択から成形品の形状設計までのコンカレントな設計システム 求めた等価物性値を使用した製品設計
構造設計と材料設計

成形品と材料の設計をコンカレントに変更
【強化基材/樹脂の応力分布図】  【成形品の応力分布図】

※組布®は(株)高分子加工研究所の登録商標です。
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