温度変化が含まれる問題をモデリングする場合、材料特性が温度によってどのように変化するのか、熱残留応力が応力に対して、また最終的には、モデル内の破損にどのような影響を与えるのか、を考慮する必要があります。モデルの温度が材料特性に対する実験温度よりも高くなり、材料特性の変化またはモデルへの残留応力の包含についての検討事項を正当化する場合、Helius PFA を使用してこれらの検討事項を計算することができます。
概して、繊維方向の単層の剛性は温度の影響を比較的受けにくく、母材に支配される(横方向)剛性は、一般に温度の影響を受けやすくなります。母材に支配された強度は温度上昇に応じて減少するということ以外、強度の値には一貫した傾向は見られません。材料データが複数の温度で利用可能で、値の変化が著しい場合、Helius PFA を使用して温度による特性の変化を計算できます。複数の温度での材料定義を作成する手順については、次のセクションで説明します。
複合部材における熱残留応力は、積層レベルと構成レベルでの熱膨張率(CTE)の不整合の結果として発生します。積層レベルでは、隣接する層間の CTE の不整合により、層レベルでの熱応力が発生します。構成(繊維/母材)レベルでは、CTE の不整合は繊維と母材材料の間に存在します。通常これらの応力は、ある温度で決定される実験上の材料特性において本質的に説明されると想定されます。
層レベルの有限要素解析では、これらの応力は異なる方法で説明されます。層レベルの熱応力は、モデルでの温度変化に基づき、有限要素ソルバーによって決定されます。しかし、構成レベルの熱応力はソルバーによって明示的に説明されません。それは、ソルバーは繊維と母材を区別しないためです。Helius PFA は繊維と母材の剛性および応力にアクセスできるため、構成レベルの熱応力を計算できます。構成レベルの熱応力を解析に含めるには、HIN ファイルに *CURE STRESS キーワードを追加します(『Helius PFA ユーザ ガイド』を参照)。既定では、構成レベルの熱応力は Helius PFA ジョブに含まれていません。
以下では、温度依存の材料ファイルを作成し、同じ熱の問題を解析するための 4 つの方法について説明し、モデルからの結果を比較します。温度依存の材料特性および熱残留応力の詳細については、『Helius PFA ユーザ ガイド』および『理論マニュアル』を参照してください。