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・シミュレーションできるツールです。

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Multiscale Designer 検証試験
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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)

Multiscale Designer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です。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ことも可能

  • 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)

  • 試験結果から確率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


利点

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います。


計算時間の大幅な短縮

Multiscale Designerは特異な計算モデル縮退テクノロジーを搭載しています。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います。

効率的なパラメーターライブラリ

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ライブラリが搭載されています。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、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です。

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があります。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です。

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います。


機能

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つの機能を有しています。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、その妥当性が検証・確認されています。

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です。

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います。

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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です。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、検討することができます。

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Multiscale Designer – Fatigue

Multiscale 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です。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います。

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Multiscale Designer – Multiphysics

Multiscale Designer - Multiphysicsには、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して把握する機能があります。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。

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です。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います。


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