Multiscale Designer

Multiscale Designerは、連続繊維(UD材)/ 織り物・編み物(クロス材) / 短繊維複合材(チョップ材)、ハニカムコア、補強コンクリート、土、骨などの多種多様な不均一材料のマルチスケールモデルを効率良く作成およびシミュレーションできるツールです。

Image
ハット断面ビーム(短繊維強化プラスチック)の3点曲げ試験

Image
有孔引張試験(OHT)および低速度衝撃試験 コンター表示はマトリックスダメージ(母材損傷)

本ソフトウェアでは材料設計のためのマルチスケールモデリング、最終破壊/確率的な材料物性値のばらつき/疲労限度評価、および水の拡散による劣化評価が可能となっております。また、Optistruct、RADIOSS、LS-DYNA、Abaqusなどの汎用FEAソルバーのプラグインも搭載されています。

  • 均質化法を用いたマルチスケールモデリングと材料物性値の同定、およびマクロスケールの材料特性からミクロスケールの材料物性値を同定する機能を搭載

  • UD材、クロス材、チョップ材、粒子複合材などの一般的な複合材において、寸法パラメータの入力のみでユニットセルモデルの作成が可能(特殊な構造を有する材料の場合はFEモデルをインポートすることで対応可)

  • 非線形材料特性を考慮(ミクロスケールの解析から最終破壊の予測が可能)

  • 試験結果から確立的な材料物性値の分布評価や疲労限度評価が可能

  • 汎用FEAソフトウェア(OptiStruct、RADIOSS、LS-DYNA、Abaqus)とのユーザー定義の材料則を用いた効率的なプラグイン

マルチスケールプロセス


Benefits

マルチスケールモデリングのフレームワークは数多く存在しますが、Multiscale Designerは、実用性や計算精度において他のソフトウェアと比較して大変優れた特徴を有しております。

実用性

Multiscale Designerは特異な計算モデル縮退テクノロジーを搭載しております。何十万もの有限要素からなる複雑なユニットセルモデルにおいて、計算精度に大きな影響の無い範囲で自動的に変形モードや状態変数を選択し、縮退することで、計算時間の大幅な短縮を実現しております。

また、内蔵のCADおよびメッシングツールによって自動生成可能なユニットセルモデルのパラメーターライブラリが搭載されております。本機能では一般的なユニットセルモデルを寸法パラメータのみの入力で作成可能です、最適化や物性値の確率的なばらつき計算を大変効率的に実行できます。本ユニットセルモデルのパラメーターライブラリには、長繊維、織物、 短繊維、粒子、ランダム材のミクロ構造が含まれており、ユーザー定義のユニットセルモデル(CADやFEモデル)をインポートすることも可能となっております。

計算精度

Multiscale Designerは、競合のマルチスケール解析ソフトウェアと同様にスケーリング処理が内部計算で自動的に実行されるため、スケール変換処理が不要なうえ、結果はメッシュの品質に大きく左右されない特徴を有しております。材料物性値の同定においては、ミクロスケールの物性値からマクロレベルの物性値の同定だけでなく、クーポン試験結果からミクロ構造を構成する各材料の物性値への分離も可能となっております。

また、一般的な複合材において、損傷や最終破壊に大きく影響する界面を考慮したモデリングも、ライブラリを使用することで容易にモデリングかできる仕様となっております。

Capabilities

Multiscale Designerにはユニットセルモデルの作成から、線形/非線形の材料物性値を同定するMultiscale Designer – Mechanicalを基盤として、Stochastic/Fatigue/Multiphysicsの3つの機能を有しております。各機能において、既にさまざまな形状の複合材製品について、試験片およびコンポーネントレベルのベンチマークを実施済みで、その妥当性は検証・確認されております。

Multiscale Designer – Mechanical

Multiscale Designer - Mechanicalは、マイクロメカニクスアプローチに基づき、ユニットセルモデルの作成とミクロ相とその境界面における物性からマクロレベルの線形/非線形の材料物性値を同定します。同定した線形の物性値は自動的にファイルにエクスポートされ、また同定の非線形特性を用いてRADIOSS、ABAQUS、LS-DYNAとのマクロソルバーインターフェースにより、ユーザー材料定義を使用した解析も実行可能となっております。

また、この物性値を同定する機能はStochastic/Fatigue/Multiphysicsへ拡張されており、本ソフトウェアの基盤となっております。

Image

Multiscale Designer - Stochastics

Multiscale Designer – Stochasticsでは、ミクロスケールのジオメトリや材料物性のばらつきを考慮した、マクロスケールにおける材料物性値のばらつきを確率的に計算します。また、マクロスケール(試験片)レベルの実験データのばらつきから、ミクロスケールの材料物性値のばらつきも計算可能となっております。本機能により、一般的に鋼材と比較してばらつきの大きい複合材の物性値を、確率的に把握し、検討することが可能となります。

Image

Multiscale Designer – Fatigue

MMultiscale Designer - Fatigueは、S-N線図およびサイクル‐ダメージの関係を把握するための機能となっております。時間に対しては2スケール漸近展開法を、空間に対しては低減積分法を使用しており、あらゆる材料構造や、ミクロ相の構成式に適用できます。本機能は、化学的気相含浸(CVI) / 溶融含浸(MI)セラミック複合材、およびPMR-15 / MVK-14強化炭素繊維複合材で妥当性が確認されております。

Image

Multiscale Designer – Multiphysics

Multiscale Designer - Multiphysicsでは、高分子材料やセラミック基複合材の環境劣化において特に問題となる水の拡散による物性値の劣化をマルチスケールの機械-拡散-反応の統合連成モデルを使用することで把握する機能を有しております。酸素や水分の拡散・反応・変態など、複数スケールにまたがる複数の物理領域の処理を連成し、計算を実行します。本機能における大きな特徴は、マルチフィジックスプロセスのモデル縮退によって実現される計算効率にあり、PMR-15 / MVK-14強化炭素繊維複合材、および溶融含浸CMC-NASA N24A材料系などで妥当性が既に確認されております。

Complementary Solutions

Image
OptiStruct Industry proven, modern structural analysis solver for linear and non-linear structural problems under static and dynamic loadings. The market-leading solution for structural design and optimization. Overview Video | Learn More
Image
RADIOSS Leading structural analysis solver for highly non-linear problems under dynamic loadings like Crash, Impact, Blast and Stamping simulation. Overview Video | Learn More
Image
HyperMesh High-performance finite element pre-processor to prepare largest models, starting from import of CAD geometry to exporting an analysis run for various disciplines. Overview Video | Learn More