複合材の解析

積層材内のプライの積層方向を定義します。

1. 2D > composites > element normalsをクリックしてCompositeパネル を開きます。
2. color displayからvector displayに切り替えて、displayをクリックします。
   2D要素の現在の要素法線が表示されます。現在の要素法線が外を向いていることに注意してください。モデル内の要素はパートのOMLを表し、プライは内向きに積み重ねられます。したがって、要素法線は反転する必要があります。
3. Compositesパネルでreverse をクリックして、要素の法線の方向を反転させます。

   
   
   

   図 2.

   
   
   

   図 3.

パートの材料方向を定義します。

1. 2D > composites > material orientationをクリックしてCompositeパネル を開きます。
2. パネル中央上部のコレクターをcompsに設定し、tapered_beamコンポーネントを選択することにより、材料方向が設定されるコンポーネントを選択します。
3. パネル中央下部のコレクターからmaterial orientation methodをby system idに設定します。
4. 全体座標系（-3,0,40）付近のジオメトリ上の局所座標系、system id = 1を選択します。
   注: ユーザープロファイルと方向の指定方法により、作成または操作される最終的なソルバーカードが決まります。具体的にこのケースでは、OptiStructで、要素カードのMCIDフィールドにsystem idが入力されます。OptiStructでは、内部的に座標系のx軸が要素上に投影され、材料のx軸が定義されます。

   注: Compositesパネルを使用して、材料方向を定義するベクトルまたは座標系を投影できます。Composite BrowserからMaterial Orientationツールを使用することで、曲線に沿った材料の向きを設定できます。このツールにアクセスするには、空白領域を右クリックし、Orient > Material Reference Orientationを選択します。

   
   
   

   図 4.

   
   
   

   図 5.

材料をレビューします。

1. 複合材ブラウザで、材料carbon_epoxyを強調表示 します。
2. エンティティエディターで材料のプロパティをレビューします。
   注: これらのプロパティは、mmNSの一貫した単位での代表的な一方向のカーボン-エポキシ生成物です。

   注: OptiStructユーザープロファイルでは、MAT8カードを使用して、直交異方性シェル材料プロパティを定義します。
3. 材料glass_epoxyに対して手順1と2を繰り返します。

   
   
   

   図 6.

複合積層材を構成するプライを作成します。

1. 複合材ブラウザで、空白領域を右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Plyを選択します。
   最初に一方向のプライが作成されます。
2. 次の表の最初の層について、 Ply Name, Material, Thickness, Orientation を 複合材ブラウザにある表形式のフィールドに入力してください。

   Ply Name	Ply ID	Orientation	Thickness	Material	Shape
   uni_1	1	0	0.2	carbon_epoxy	Shape 1
   uni_2	2	90	0.2	carbon_epoxy	Shape 1
   uni_3	3	90	0.2	carbon_epoxy	Shape 2
   uni_4	4	0	0.2	carbon_epoxy	Shape 2

3. Shape1とShape2を定義するには、以下の手順を実行します：
   1. 複合材ブラウザで、空白領域を右クリックし、コンテキストメニューからCreate Shapeを選択します。
   2. エンティティエディターで、Entity ID を入力します。tapered_beamコンポーネントで該当する要素を選択します。
   3. OKをクリックして、選択を確定します。
      新しいプライが 複合材ブラウザに表示されます。
   4. エンティティエディターで新たに作成されたセットの名前を、表内の該当する形状名を使用して変更します。
   5. ステップ2からステップ3dを繰り返して、もう一方の形状を作ります。

      
      
      

      図 7.

4. 形状は、複合材ブラウザ でプライを選択し、エンティティエディターのShape欄に入力することで、1つまたは複数のプライに割り当てることができます。上の表を参考にして、形状を割り当てます。
5. ステップ1からステップ4を繰り返し、次の表のように織りのプライを作成します。織りプライを、半分の板厚の2つの一方向プライとしてモデリングします。これは、後の手順でプライをドレープできるようにするためです。

   Ply Name	Ply ID	Orientation	Thickness	Material	Shape
   woven_11	5	45	0.09	glass_epoxy	Shape 1
   woven_12	6	-45	0.09	glass_epoxy	Shape 1
   woven_21	7	-45	0.09	glass_epoxy	Shape 1
   woven_22	8	45	0.09	glass_epoxy	Shape 1

6. すべてのプライが作成されたら、複合材ブラウザでShiftを押しながらプライを選択後、Colorアイコンを選択してAuto colorをクリックして表示色を自動的に振り分けます。

   
   
   

   図 8.

積層材を作成し、プライの順番を設定します。

1. 複合材ブラウザで、空白領域を右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Laminateを選択します。
2. エンティティエディターで、積層材のCard ImageがSTACKに設定されていることを確認します。これにより、OptiStructで積層材を定義するカードが設定されます。他のソルバーでは、これはNoneになります。
3. エンティティエディターで、laminate オプションが Total になっていることを確認してください。これにより、積層材から計算されるABDマトリックスが正確になるように指定されます。その他の一般的なオプションには次のようなものがあります：
   • Smear – ABDマトリックスでの積層順を無効にします。
   • Symmetric – プライの半分のみのモデリングで済むようにします。残りの半分は、これらのプライから積層材全体が定義されるように自動的に管理されます。
4. 作成したプライをShiftを押しながら選択し、laminateにドラッグします。
5. 積層材内の1つまたは複数のプライをドラッグ＆ドロップして、積層順序が下の画像と一致するようにします。

   

   図 9.

   注: また、プライは、スプレッドシートのインポートにより自動的に作成することも可能です。作成したプライは、スプレッドシートにエクスポートすることができます。この機能にアクセスするには、積層材を右クリックしてImportまたはExport CSVを選択します。

プライベースプロパティを作成します。これにより、ソルバープロパティカード固有の属性が指定されます。

1. 複合材ブラウザで、空白領域を右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Propertyを選択します。
2. エンティティエディターで、Card ImageにPCOMPPが設定されていることを確認します。その他のソルバーの場合は、カードイメージが一般的なゾーンベース複合材プロパティとなります。
3. エンティティエディターで、Z0を0.0に設定します。
   これにより、プライが要素の空間内の位置から積み重ねを開始するようにオフセットが定義されます。
4. tapered_beamコンポーネントの要素にPCOMPPを割り当てます。プロパティを右クリックし、コンテキストメニューからAssignを選択します。tapered_beamの要素を選択してProceedをクリックします。

   
   
   

   図 10.

   注: 複合材プロパティ層に関するその他の情報は、ソルバーに関係なく、設定する必要はありません。すべてのレイヤー情報は、プライエンティティとラミネートエンティティに定義されています。

各要素の x,y,z 参照方向を表すベクトルをプロットします。

1. ラミネートを選択し、laminateエンティティ コンテキストメニューから Material Reference オプションを選択します。
2. 複合材ブラウザでラミネートまたはプライを選択します。プライまたはラミネート内の各要素のx、y、z参照方向が表示されます。
3. Material Reference オプションを再度選択して無効にします。

   
   
   

   図 11.

各要素のply 1方向を表すベクトルをプロットします。

1. プライを選択し、Pliesエンティティ コンテキストメニューから Ply 1 Direction オプションを選択します。
2. 複合材ブラウザで他のプライを選択します。これにより、各要素でプライ1方向（繊維方向）がプロットされます。
3. Ply 1 Direction オプションを再度選択して無効にします。

   
   
   

   図 12.

各プライの境界をプロットします。

1. 複合材ブラウザの上部で、セレクターアイコンの横にあるdrop-down arrowを選択し、Plyアイコン（デフォルトではオン）を選択します。
2. Selectorをクリックして、これをアクティブにします。これにより、ブラウザ上で選択したものがグラフィック領域でも表示されます。
3. Pliesフォルダーを展開し、1つまたは複数のpliesをクリックします。グラフィックス領域で境界がハイライト表示されます。

   
   
   

   図 13.

積層材の板厚およびプライ層を可視化します。

1. HyperWorksで、
   1. グラフィックス領域の下部にあるElement and Handle Visualizationダイアログを開きます。
   2. 3D と Ply Layersを有効にします。
   3. メニューバーからPreferences > Graphicsを選択し、 ply visualization thickness factorに5を入力します。この設定により、各プライ層の表示される厚みが一時的に増加します。

      

      図 14.

2. HyperMesh Desktopで、
   1. Element Representationを2D Detailed Element Representationに設定します。これにより、各要素上に合計板厚が表示されます。
   2. Composite Layers コントロールを Composite Layersに設定します。これにより、各要素板厚内の個々の層が表示されます。
   3. 要素をプライの表示色で表示し、Element Color ModeをBy Propに変更します。
   4. メニューバーからPreferences > Graphicsを選択し、 ply visualization thickness factorに5を入力します。この設定により、各プライ層の表示される厚みが一時的に増加します。

      
      
      

      図 15.

OptiStructに典型的な複合材結果を要求します。

1. モデルブラウザで、空白領域を右クリックし、コンテキストメニューからCreate > Outputを選択します。
   これにより、GLOBAL_OUTPUT_REQUESTカードがモデル内にまだない場合は、これが作成されます。
2. モデルブラウザで、GLOBAL_OUTPUT_REQUESTを選択して、このカードをエンティティエディターで開きます。
3. CSTRAINを選択することにより、プライレベルのひずみを要求します。以下のオプションを設定します：
   • EXTRA = MECH – これにより機械的ひずみが要求されます。このひずみが応力を引き起こします。
   • NDIV = 2 – これにより各プライの上部と下部の結果が出力されます。
   • OPTION = YES – これにより出力が要求されます。
4. CSTRESSを選択することにより、プライレベルの応力を要求します。以下のオプションを設定します：
   • NDIV = 2 – これにより各プライの上部と下部の結果が出力されます。
   • OPTION = YES – これにより出力が要求されます。
5. CFAILUREを選択することにより、最初のプライの破壊 / 損傷開始を要求します。以下のオプションを設定します：
   • NDIV = 2 – これにより各プライの上部と下部の結果が出力されます。
   • OPTION = YES – これにより出力が要求されます。
   これは、各プライのMAT8材料カードで定義された許容値とPCOMPPプロパティFTフィールドで指定された第1プライの破壊理論を使用して、第1プライの破壊が始まるまでの結果を出力します。

   
   
   

   図 16.

複合曲率を有するツールに材料を配置することによる、各プライでの局所方向の変化を考慮するため、ドレープシミュレーションを実行します。

1. 複合材ブラウザでlaminate1フォルダーを右クリックし、コンテキストメニューから Drape > Kinematic Drapeを選択します。
   これによりKinematic Drapingツールが開き、すべてのプライ上でドレープシミュレーションが実行されます。

   注: また、Shiftキーを押しながらプライを直接選択することで、プライを個々に、または選択したものだけドレープすることもできます。

   注: キネマティックドレーピングは、OptiStructおよびNastranプロファイルに適したソリューションです。その他のプロファイルでは、Drape Estimatorツールを使用します。
2. Nodeコレクターをダブルクリックして、シードポイントを選択します。
3. Node 4173を選択します。これは、製造時にプライが最初にツールに接触する位置です。
4. MethodがQuadrantsに設定されていることを確認します。
5. 適用をクリックしてプライをドレープします。
6. プライの向きの可視化の演習を繰り返し、ドレープ結果を可視化します。Drape fiber orientationをチェックしてから、適用をクリックします。
   注: ドレープシミュレーションにより、ドレープされた各プライのDRAPEテーブルが生成されます。テーブルには、各要素の板厚と方向の修正が含まれます。

   
   
   

   図 17.

プライベースのモデルからゾーンベースのソルバープロパティを作成します。

1. モデルブラウザでLaminateフォルダーを右クリックし、コンテキストメニューからRealizeを選択します。
2. Include drapeオプションを非選択にし、Realizeをクリックします。新しいプロパティが生成され、モデルに割り当てられています。

   
   
   

   図 18.

   
   
   

   図 19.