Composite Stress Toolbox

Composite Stress Toolbox機能。

Composite stress toolbox機能は、Compositeブラウザで提供されます。Engineering Constant、荷重応答、First Ply Failure、強度解析が含まれています。すべての解析は、解析エンティティ主導のワークフローでアクセスできます。Engineering Constantは、関連するエンティティの右クリックコンテキストメニューからもアクセスできます。

Engineering Constant

Engineering Constantsと関連する材料/積層材マトリックスを計算することができます。
  • Materials
  • Plies
  • Zones
  • Laminates


図 1.
選択されたエンティティタイプに応じて、Engineering Constantsの選択時に異なる計算が実行されます。
  • 同じタイプの複数のエンティティの選択もサポートされており、これによりComposite Analysis Result Viewerにリストが生成され、ここから目的の結果を選択できます。
  • 一度に1つの解析エンティティのみを選択して実行できます。Composite Analysis Result Viewer内のAnalysisコンボボックスから、すべての解析結果にアクセスできます。
Materials
材料計算には、以下のようなものがあります。
  • Material data
  • Engineering constants
  • 2D/3D材料マトリックス

計算は材料座標系で出力されます。3Dプロパティは、必要なデータを提供する材料に対してのみ計算できることに注意してください（例えば、 OptiStruct MAT9OR）。

Plies
プライの計算には以下のようなものがあります。
  • Ply data
  • Engineering constants
  • 2D/3D材料マトリックス

計算は、積層材の材料参照方向で出力されます。したがって、プライのOrientationフィールドに入力されたプライ角度は、プライファイバー方向から積層材基準配向への特性変換に用いられます。詳細については、繊維方向をご参照ください。

3Dプロパティは、必要なデータを提供する割り当てられた材料を持つプライに対してのみ計算できることに注意してください（例えば、 OptiStruct MAT9OR）。


図 2.
Laminates
積層材の計算には以下のようなものがあります。
  • Laminate data
  • Stiffness and compliance matrices
  • Homogenized engineering constants
  • Normalized homogenized matrices
積層材の層のすべてのプライに割り当てられた形状がある場合、選択された積層材のすべてのゾーンについて解析が提供されます。積層材の1つまたは複数の層にプライ形状が割り当てられていない場合、ラミネートゾーンは生成されません。したがって、積層材の計算は、積層材に定義されているような完全な積層順序について提供されます。


図 3.
Zones
ゾーンの計算には以下のようなものがあります。
  • Laminate data
  • Stiffness and compliance matrices
  • Homogenized engineering constants
  • Normalized homogenized matrices

さらに、各ゾーンについて、積層順序、板厚、層数を出力します。

注: 積層材とゾーンについては、“一方向織り”が使用されている場合など、プライタイプが表示される積層順序に影響を与える可能性があります。詳細については、複合材の定義をご参照ください。
一般に、Engineering Constantの結果はテーブル形式またはプロット形式で得られます。Composite Analysis Result ViewerのResult typeコンボボックスで結果タイプを選択できます。


図 4.
ラインプロットによって、選択したプロパティが角度範囲全体にわたって示されます。複数のエンティティと結果を選択でき、適宜ラインに名前が付けられます。材料の場合、この範囲は材料の実際の向きを表します。プライの場合、この範囲は、プライ上で定義された向きを基準にした向きの変化に相当します。積層材の場合、この範囲は、基準の向きからの積層材の回転量に相当します。ラインにマウスカーソルを合わせると、ツールチップが表示されて、選択したポイントの数値が示されます（結果は1度刻みで示されます）。


図 5.

他の解析タイプについて以下に概要を示すように、解析エンティティ主導のワークフローを通じて、Engineering Constantを計算することもできます。

荷重応答 / 破壊

適用した荷重に起因する積層材の応答は、従来の積層材理論から導き出されるその積層材の挙動に基づいて計算されます。横せん断については、一次せん断変形理論が適用されます。荷重応答 / 破壊解析は、次のタイプの解析エンティティを通じて実行されます：荷重応答 / 破壊。必須の解析入力値は、エンティティ（積層材を1つまたは複数選択）とプレート荷重です。初期プライ破壊（FPF）の設定はオプションであり、初期プライ破壊解析で使用されます。

荷重応答の結果としては、以下が挙げられます：
  • Laminate data
  • 荷重データ
  • 中立面荷重（変換された力とモーメント、ひずみと曲率、均質化された応力）
  • 各プライの材料座標系での応力とひずみ
  • 各プライの主応力と主ひずみ
  • 各プライの応力とひずみのインバリアント
  • オプション：各プライの初期プライ破壊マージン、積層材の重要なプライ、破壊モード、破壊関数

一般に、荷重応答 / 破壊の結果はテーブル形式またはプロット形式で得られます。Composite Analysis Result ViewerのResult typeコンボボックスで結果タイプを選択できます。

テーブル内の最小値と最大値は青色と赤色のセル背景で示されるため、各結果の極値をすばやく見つけることができます。


図 6.
厚み方向のプロットによって、積層材のさまざまなプライの回復面における結果が（一度に1つずつ）示されます。各結果のツールチップを表示して、正確な数値を確認できます。各プライのラインは対応するプライの色で表示されます。


図 7.

強度

強度解析では、荷重成分を個別に適用するため、選択した積層材の破壊荷重が計算されます。荷重応答 / 破壊解析に使用される単位荷重と臨界値が反復的に特定されます。強度解析は、次のタイプの解析エンティティを通じて実行されます：強度。必須の解析入力値は、エンティティ（積層材を1つまたは複数選択）とFPF設定です。

強度の結果としては、以下が挙げられます：
  • 力
  • Moments
  • 応力（面内応力、曲げ応力、面外応力）
  • ひずみ（面内ひずみ、曲げひずみ）
  • 曲率
  • 破壊モードと各臨界荷重の臨界プライID

複合材プレート荷重

Composite stress toolboxでは、3タイプの荷重ベクトルを使用して積層材の荷重応答が計算されます。各荷重ベクトルは、さまざまな荷重成分で構成されています。これらの成分を次の表に示します。

タイプ 成分
力とモーメント N_x、N_y、N_xy、M_x、M_y、M_xy、Q_x、Q_y
ひずみと曲率 Epsilon_x、Epsilon_y、Gammy_xy、Kappa_x、Kappa_y、Kappa_xy
均質化された応力 Sigma_x、Sima_y、Tau_xy、Sigma^f_x、Sigma^f_y、Tau^f_xy、Tau_zx、Tau_yz

初期プライ破壊手法

First Ply Failure Methodは、主に複合材破壊基準の集合であり、評価フレームワークとComposite stress toolboxで利用できます。後者は、強度解析や荷重応答 / 破壊解析に適用できます。これらは、Certificationリボンのツールから作成するか、Compositeブラウザを右クリックして表示されるメニューから直接作成することができます。

ワークフロー

解析をセットアップして実行するには：

  1. すべての寄与エンティティ（材料、プライ、積層材、複合材プレート荷重、初期プライ破壊手法）を作成し、編集します。
  2. Compositeブラウザの空白領域またはAnalysesフォルダーを右クリックして、解析エンティティを作成します。
  3. 解析タイプを選択します。
  4. 解析タイプに従って寄与するエンティティを選択します。
  5. 解析を右クリックして表示されるメニューからRun…オプションを選択して実行します。
結果ビューで、エンティティと結果の組み合わせを選択できます。いずれかの寄与エンティティが変更された場合は、解析を再実行する必要があります。


図 8.

ソルバー固有の詳細

Compositeブラウザで作成されたエンティティには、標準的なプライベースモデル用の最も一般的なソルバーカードが割り当てられます。ソルバーカードに基づいてプロパティと形状がフィルタリングされ、プライベースモデル用の適切なカードのみが表示されます。また、OptiStructプロファイルでは、積層エンティティとプライエンティティの作成時に、これらに適切なカードが設定されます。

OptiStruct
エンティティ サポートされているカード
積層材 STACK
材料 MAT1、MAT8、MAT9OR
プライ PLY
Zone なし
Abaqus
エンティティ サポートされているカード
積層材 *SHELL_SECTION_COMPOSITEプロパティを通じて
材料 *MATERIAL（ISOTROPIC、ENGINEERING CONSTANTS、LAMINAのいずれかのタイプ）
プライ なし
Zone なし
Nastran
エンティティ サポートされているカード
積層材 PCOMPまたはPCOMPGにリアライズされたPCOMPPプロパティを通じて
材料 MAT1、MAT8、MATORT
プライ なし
Zone なし