イメージベース構造解析ソフトウェア
VOXELCON

事例6 サンドイッチ構造板の等価剛性算出

■概要

コア材を表面板で挟みこんで一体構造とするサンドイッチ構造は、軽量で大きな曲げ剛性が得られる構造として、さまざまな分野で幅広く用いられています。

しかし、コア部が単一材でなく、複数の材料から構成されているような場合など、サンドイッチ構造板としての等価物性は、単純な積層理論からは求めることができません。

本例題では、VOXELCONの均質化解析機能を用いて、複合材からなるコア部の等価物性値を算出し、その得られた物性値を用いた簡略化モデルによって、サンドイッチ構造の曲げ解析を行う例を紹介します。

■解析モデル

以下のような2種類のサンドイッチ構造の曲げ解析を行います。


  • 構造A

  • 構造B

※ 構造Aと構造Bの鋼板の体積比は等しい

物性値

  鋼板 樹脂
ヤング率[GPa] 210 9
ポアソン比 0.3 0.3

■均質化解析によるコア部の等価物性値算出

VOXELCONの均質化解析では、周期構造から1周期分のモデル(ユニットセル)を取り出してモデリングし、周期構造全体の等価物性値を算出することができます。

コア部のユニットセルから等価物性値を算出します。

構造Aのユニットセル

構造Bのユニットセル

等価物性値

  構造A 構造B
ヤング率[GPa] Ex=11.06 Ey=9.958 Ez=12.87 Ex=10.32 Ey=9.815 Ez=12.87
ポアソン比 νxy=0.309 νyz=0.232 νzx=0.300 νxy=0.336 νyz=0.229 νzx=0.300
せん断弾性率[GPa] Gxy=3.532 Gyz=3.725 Gzx=4.451 Gxy=3.723 Gyz=3.876 Gzx=4.370

■サンドイッチ構造の曲げ解析

上記で得られた等価物性値を使用し、〔簡略化モデル〕で曲げ解析(Nastran)を行います。
また今回は、コア部を忠実にモデル化した〔詳細モデル〕も作成・解析し、結果を比較します。

構造Aの解析結果


  • 簡略化モデル

  • 詳細モデル

構造Bの解析結果


  • 簡略化モデル

  • 詳細モデル

解析結果比較

最大変位(mm)
  簡略化モデル 詳細モデル 誤差
構造A 0.0355 0.0348 + 2.01%
構造B 0.0369 0.0366 + 0.82%

コア材が樹脂のみの場合の最大変位 : 0.0402

■考察

均質化法を用いて算出した等価物性値を利用した簡略化モデルによる解析結果は、詳細モデルでの解析結果と、工学的には十分な精度で一致することがわかります。

本例のように、複雑な周期構造からなる構造をすべて詳細に解析することは困難な場合でも、均質化法を適用して得られる等価物性値を用いることにより、大幅に解析モデルを簡略化することができます。

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