CAE: 不連続繊維強化複合材料

摘要

近年，二酸化炭素の排出量規制の厳格化に伴い，自動車業界においては燃費向上が急務の課題となっている．燃費向上の対策として，エネルギー効率を上げるためにエンジンの改良等のパワートレインの性能向上がある．しかしながら，パワートレインの性能向上の限界が2020年には近づくと考えられている．もう一つの方策として金属部材を繊維強化複合材料(FRP : Fiber Reinforced Plastic)に代替することによる車体の軽量化がある．FRPは繊維と母材であるマトリックス樹脂の複合材料であり，強化材となる繊維の配向方向によって，発現する強度が大きく影響を受ける．代表的なFRPの形態として，繊維を一方向のみに配向させた一方向強化材(UD: Uni-direction)や配向の異なる複数枚のUDから成る積層材がある．これらのFRPは連続繊維で構成されるため，連続繊維強化複合材料（本稿では連続FRPと記す）と称される．一般的に連続FRPは比強度·比剛性が高いことが特徴であるが，賦形性が低いため，複雑な形状に適用することが困難である．一方，繊維を特定の長さにカットした不連続繊維強化複合材料（本稿では不連続FRPと記す）は成形性に優れるため，複雑な形状にも適用が可能である．不連続FRPを自動車の実部材に適用するためには，CAE(Computer Aided Engineering)による剛性·強度設計が必要不可欠である．しかしながら，不連続FRPは連続FRPと比較して繊維/マトリックス樹脂界面が多く存在するため，その変形挙動は非常に複雑となる．そのため，近年でも不連続FRPのCAEモデルに関する研究が盛hに行われている．