© 2011 Autodesk

Moldflow と 構造解析との連成紹介

松本 哲 テクニカルスペシャリスト本部 製造ソリューション シミュレーション プロダクトスペシャリスト

Image courtesy of ADEPT Airmotive (Pty) Ltd.

© 2011 Autodesk

目次

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

なぜ連成なのか | メリット

プラスチックの射出成形工程を経て製品内部に発生する異方性を考慮。 プラスチック製品の強度予測に最適。 プラスチック製品におけるDPの中核を担っていきます。

© 2011 Autodesk

なぜ連成なのか | メリット

プラスチックエンジニアのニーズに応えます。

1. 充填性確認

2. 外観不良対策

3. そり変形対策

4. 強度予測・最適化

Moldflow

＆Simulation

Moldflowで対応

© 2011 Autodesk

なぜ連成なのか | メリット

1. 異方性考慮；Moldflow算出の異方性結果を適用

繊維配向ヤング率分布 Simulation2011より

プロセスに発生した応力分布 Simulation2012より

線膨張係数分布 Simulation2012より

2. DDメッシュ、3Dメッシュ共に対応

3. Moldflow Insight、Adviser共に対応

制限；強化繊維入り材料のみ対象

© 2011 Autodesk

なぜ連成なのか | メリット

充填 冷却 保圧

せん断応力 冷却応力（歪影響）

異方性考慮とは

配向ヤング率

応力

緩和 （変形）

※ 線膨張係数は、配向ヤング率、プロセスにより発生した応力に合わせて連成適用されます。

プロセスにより

発生した応力

© 2011 Autodesk

設定 | 2012からのメニュ

プロセスにより発生した応力分布

＆線膨張係数分布適用

繊維配向ヤング率分布

＆線膨張係数分布適用

© 2011 Autodesk

連成結果 | プロセスにより発生した応力適用メリット

テストピース

応力緩和前

（変形なし）

プロセスにより発生した応力を適用することで、応力緩和（＝そり変形発生）後における 残渣内部応力（ミーゼス応力や最大主応力）が確認できます。 また、これら残渣内部応力を使用した強度計算が展開できます。 これは、実成形品挙動を把握できています。

テストピース

応力緩和後

（変形発生後） の内部応力

；未連成 ；連成

© 2011 Autodesk

設定 |プロセスにより発生した応力における連成

プロセスにより発生した応力（線膨張も含む）を連成に適用する場合の設定例 この連成計算例では、Autodesk Simulation内で応力緩和後（変形後）の 内部応力を確認しています。※熱は負荷していないので線膨張データは未使用。

使用材料

PBT+ガラス繊維

© 2011 Autodesk

© 2011 Autodesk

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

現状製品と新たな開発テーマ

樹脂製アクセルペダル PA66 GF30%

肉厚2.5mm設計

製品重量：111.4g

開発要件

製品強度が現状品と同等 またはそれ以上であること

さらなる軽量化

© 2011 Autodesk

設計案の検討

改善案１：体積:72.8cm^3＝8.7%削減 リブ肉厚2mm設計

中央リブ高さ変更

改善案２：体積:74.7cm^3＝7.4%削減

© 2011 Autodesk

改善案１,２の反り変形を確認

改善案１ 改善案２

パスプロット機能で定量評価

改善案２を採用

変位量 5倍表示

© 2011 Autodesk

デジタルプロトタイピング

Simlation Moldflow® と Simulation Mechanical の連携解析

Moldflowの反り変形の形状、繊維配向結果をSimulationへ

構造解析ソフトウェア 樹脂流動解析ソフトウェア

© 2011 Autodesk

現行モデルの強度確認

現行モデルの構造解析を実施

Moldflow®の異方性（繊維配向）データをSimulationへ受け渡し

拘束

約10kgf

Moldflow

© 2011 Autodesk

軽量化案の強度確認

現行モデルと改善案２の相当応力の比較

※相当応力表示：0～100MPaのスケール表示にて統一

現行モデルよりも相当応力を低くすることができる

最大相当応力 約94.9MPa

最大相当応力 約84.2MPa

現行モデル 改善案２

© 2011 Autodesk

開発テーマを満たした結果

現状111.42g 新規98.90g

約12.5gの軽量化に成功(11.2%減)

© 2011 Autodesk

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

構造解析との連携

コントロールパネルの初期設計モデルと最適化モデルをビスで組付けた場合、どれくらいの応力が発生するか？

初期設計モデル

肉厚最適化モデル

ビスの締め付け ビスの締め付け

ビスの締め付け ビスの締め付け

© 2011 Autodesk

構造解析との連携

Moldflowの反り解析結果(STLデータ)をAlgorにてインポート

STLデータ

変形後の形状出力

STLデータ取込み

© 2011 Autodesk

構造解析との連携

初期設計モデル：フォンミーゼス応力

肉厚最適化モデル：フォンミーゼス応力

ボス部分に高い応力が発生！

破損等のトラブルが発生する可能性が高くなる。

ビス組付けによる強制変形をさせないため、応力が低い。

破損の可能性が低い。

© 2011 Autodesk

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

レバーでの事例

レバー

ABS GF20%

ゲート位置、干渉を受けない箇所

補強リブ有、変形、破断を防ぐ為

© 2011 Autodesk

Moldflowの解析結果

多数のウェルドライン

応力集中がでるはず！

© 2011 Autodesk

Simulation Mechanicalの設定

固定

力

© 2011 Autodesk

Moldflow と Mechanicalの連成結果

ウェルドライン部での応力集中なし

© 2011 Autodesk

Simulation Mechanical での比較

Mechanical 単体の解析結果

Moldflowとの連成 解析結果

© 2011 Autodesk

Moldflow ウェルドラインと繊維配向テンソル結果

ウェルドライン部と繊維配向の関係性がない！？

© 2011 Autodesk

Moldflow 速度（3D）結果

© 2011 Autodesk

Moldflow 速度（3D）結果

流れる樹脂が衝突（ウェルドラインに影響） 肉厚内部の樹脂は流動（繊維配向に影響）

© 2011 Autodesk

連成のメリット

連成による軽量化

反り変形部品における組付け時の不具合予測

連成におけるウェルドラインの考慮

まとめ

© 2011 Autodesk

まとめ

Simulation Moldflow と 構造解析との連成は、プラスチック部品における強度予測の信頼性を向上させます。

各解析ソフトウェアにおける検証をおこなったうえでの連成を推奨します。

今後、さらに発展していく分野です。

Autodesk Simulation User Groupのメンバーの協力をお願いします。

© 2011 Autodesk