複合材料モジュールは, 特殊な積層材料技術を利用して, 複合シェルを正確にモデル化するために使用できる2つの理論を提供します. 層ごと理論 と 等価単層理論 です. 層ごと理論は, 限られた数の層を持つ厚いから中程度の薄さの複合シェルに適しています. ESL 理論は, 薄いから中程度の厚さのシェルに適しており, パフォーマンスに大きな影響を与えることなく多くの層に対応できます. また, これら2つの理論を組み合わせて複合ラミネートを解析することもできます. これらの理論を使用して, マルチスケール, マルチフィジックス, およびさまざまな故障解析を実行することで, ラミネートのレイアップやその他のパラメーターを最適化できます.
複合材料モジュール
製品設計を改善するための複合構造のモデル化
複合材料は, 構造性能を向上させるために2つ以上の統合された構成要素から構成される異種材料です. 複合材料モジュールは, 構造力学モジュール のアドオンであり, 層状複合構造を解析するための特殊なモデリングツールと機能が含まれています. ファイバー強化ポリマー, 積層板, サンドイッチパネルなどの層状複合材料は, 航空機部品, 宇宙船部品, 風力タービンブレード, 自動車部品, 建物, 船体, 自転車, 安全装置の製造に広く使用されています.
さらに, 複合材料モジュールは COMSOL® 製品 の他のモジュールと組み合わせることができるため, たとえば, 熱伝達, 電磁気, 流体の流れ, 音響, 圧電効果などを複合材料モデルに含めることができます.
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ラミネートを定義, 可視化するためのラミネート理論
積層複合シェルの解析は, 通常, 層ごと理論または等価単層 (ESL) 理論に基づいています.
複合材料モジュールでモデル化できるもの
COMSOL® ソフトウェアを使用して, 複合ラミネートのさまざまな構造解析を実行します.
マイクロメカニクスとマクロメカニクス
均質化された材料特性と複合材積層体のマクロ応答を計算します.
マルチスケール解析
マクロスケールとマイクロスケールの両方で複合構造の構造応答を評価します.
非線形材料1
層状複合材料に非線形材料モデルを組み込みます.
層間剥離
複合積層板の剥離の開始と伝播をモデル化します.
線形座屈
圧縮荷重下での臨界荷重係数とモード形状を計算します.
初層剥離
積層複合材シェルの構造的完全性を評価.
複合最適化3
複合材料のレイアップ, 層の厚さ, 繊維配向, および材料特性を最適化します.
構造連結
マルチフィジックスカップリングを使用して, シェル要素と積層シェル要素を他の構造要素と結合します.
- 非線形構造材料モジュールが必要です
- 最適化モジュールが必要です
ラミネートを定義, 可視化するための専用ツール
複合材料モジュールは, 複数の層で構成されている複合ラミネートを可視化するための一連の専用ツールを提供します.
積層シェルインターフェース
3Dで利用可能な積層シェルインターフェースは, 複合ラミネートの詳細な分析のための各層理論に基づくアプローチを提供します. 個々の層の材料は非線形にすることができます. また, 参照面と厚さ方向の変位フィールドのさまざまな形状順序をサポートします. 積層シェル インターフェースには, 完全な3D応力およびひずみ分布結果が含まれており, たとえば, 層間応力の計算や各層内の応力変化の調査が可能になります.
マルチモデル法
各層理論に基づく 積層シェル インターフェースは正確ですが, 計算コストが高くなります. 同等の単層理論に基づく シェル インターフェースは計算コストが低くなりますが, 正確な厚さ方向の結果を取得できません. サンドイッチ複合構造をモデル化する場合, 精度とパフォーマンスの点から, 複合積層板のさまざまな部分でこれら2つの理論を組み合わせたマルチモデル法が最適な選択肢です.
積層材料機能
積層材料 ノードを使用すると, 各層に独自の材料データ, 厚さ, および主要な方向があるレイアップを定義できます. また, 層間の界面の材料特性を定義する機能もあります. このように定義された層状材料は, 積層材料リンク または 積層材料スタック ノードを使用して組み合わせて, より複雑な層状材料を作成できます. これは, レイアップが反復的, 対称的, または反対称的である場合に特に便利です. これらのノードには, 複合ラミネートの2Dまたは3Dプレビュープロットを可視化するためのアクションボタンが含まれています.
積層材料スライスプロット
積層材料スライス プロットを使用すると, 複合積層板でスライスを作成する際の自由度が高まります. この機能は, 次の場合に便利です: 1つまたはいくつかの選択したレイヤーのみでスライスを作成する場合, 一部またはすべてのレイヤーでスライスを作成するが, 必ずしも厚さ方向に配置しない場合, 特定のレイヤーを詳細に調べ, レイヤー内の中間面から離れた位置にスライスを作成する場合.
シェルインターフェース
シェルインターフェースは, 積層板全体の均質化された材料特性を計算し, 中間面のみで解く材料モデル, 層状線形弾性体で拡張されています. 結果には完全な3次元応力, ひずみ分布が含まれるため, 例えば各ラミナ内部の応力変化を調べることができます.
積層材料接続
2つの異なるラミネートを並べて接続する場合, または層のドロップオフ状況をモデル化する場合, 積層シェル インターフェースの 連続性 ノードと一緒に 積層材料スタック ノードを使用できます. 2つのラミネートの接続領域は, さまざまなオプションで制御できます. 両方のラミネートからの接続されたレイヤーは, 連続性ノードで使用可能な レイヤー断面プレビュー プロットを使用して可視化できます.
積層材料データセット
積層材料 データセットは, 有限の厚さを持つジオメトリのシミュレーション結果を表示するために使用されます. このデータセットを使用すると, ラミネートの厚さを法線方向に拡大縮小できます. これは, 薄いラミネートを可視化する場合に役立ちます. データセットには, メッシュノード, 界面, またはレイヤー中立面で結果を評価するオプションがあり, ラミネートの特定のレイヤーを選択または選択解除することもできます.
厚さ方向プロット
厚さ方向 プロットを使用すると, 境界上の特定の位置における任意の量の, 積層板の厚さに対する変化を可視化できます. 境界上の1つ以上の幾何学的ポイントを選択したり, カットポイントデータセットをオプションで作成したりできます. ポイントの座標を直接指定することもできます. 他のグラフとは異なり, 結果の量は x 軸にプロットされ, 厚さの座標は y 軸にプロットされます.
さらなる解析のためのマルチフィジックスカップリング
ラミネート内のメカニクスと他のプロセスの間には, 根本的に異なる2種類の相互作用があります. ラミネート内部で発生する物理プロセスについては, それらの間のカップリングを含め, すべての物理現象を同時に求解できます. 他の物理プロセスでは, ラミネートは重要な何かが発生する3Dドメインの境界として機能します. 組み込みのカップリングでは, 次のマルチフィジックスカップリングが利用できます.
- 熱伝達1
- 電流2
- 圧電性2
- 多孔質弾性3
- 音響学‐複合相互作用4
- 流体‐複合相互作用5
- 伝熱モジュールが必要です
- AC/DC モジュールまたは MEMS モジュールが必要です
- 多孔質媒体モジュールが必要です
- 音響モジュールが必要です
- 乱流の場合, CFD モジュールが必要です
熱伝達と電流
層状材料技術を使用した複合ラミネート内のジュール熱と熱膨張をモデル化します.
圧電
センサーやアクチュエータなどのスマート構造を作成するために使用される圧電複合材料をシミュレートします.
音響と複合相互作用
複合ラミネートを周囲の音響領域と結合することにより, 振動音響をモデル化します.
流体と複合材の相互作用
シェル および 積層シェル インターフェースを使用して, 流体ドメインと相互作用する複合ラミネートをモデル化します.
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