粘弾性材料の変形解析

本例題について

• 粘弾性材料であるポリスチレン（ガラス転移点48℃）の板をたわませたときの変形挙動をシミュレーションした例を示します。

• ガラス転移点より低い常温（25℃）と、ガラス転移点よりも高い温度（120℃）での挙動を比較します。

• 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。

• 粘弾性解析は特別オプション機能です。

解析空間

解析条件

ガラス転移点より低い常温（25℃）から、ガラス転移点よりも高い温度（120℃）に切り替えて解析をするため、

解析オプションとして熱荷重を設定します。

ステップ/熱荷重タブの設定を以下のように行っています。

25度を基準温度（無応力温度）と設定しています。

粘弾性解析では時刻が必要なので、ステップ設定を「複数ステップ」、時刻設定を「設定する」とし、ステップ/到達温度設定に、
時刻、分割ステップ、到達温度を設定します。

以下の履歴の解析を分割数5ずつで解析を行います。

ステップ１：60s：1minかけてたわみ荷重を徐々に印加

ステップ２：3540s：約1hrたわみ荷重を保持

ステップ３：3600s：1minかけてたわみ荷重を徐々に小さくする

ステップ４：3660s：1minかけて120℃まで加熱

ステップ５：3720s：1minかけてたわみ荷重を徐々に印加

ステップ６：7200：約1hrたわみ荷重を保持

ステップ７：7260：1minたわみ荷重を徐々に小さくする

分割ステップの結果の出力するをオン（初期条件）にしているため、各ステップの分割ステップでの解析結果を

すべて出力することができます。

モデル図

厚さ0.4mmの薄いポリスチレンの板を直方体のソリッドボディを定義し、ポリスチレン（PS）の材料を設定します。

ボディ属性および材料の設定

ポリスチレン（PS)の材料定数は以下のように設定しています。

ここでは線膨張係数による変形を考慮しないため、線膨張係数はゼロとしました。

参考：

弾性定数（ヤング率、ポアソン比）：化学便覧 基礎編II 改訂4版 日本化学学会編 丸善(1993)

粘弾性定数：エンジニアのためのプラスチック材料工学 Osswald/Menges著　武田邦彦監修　シグマ出版

境界条件

解析結果

時刻3540s（25℃で、約1hrたわみ保持をしたあと）の変形図、および、

時刻7200s（25℃で、約1hrたわみ保持をしたあと）の変形図を示します。

コンター図は左：変位の大きさを示してます。

時刻3540[s]の変形図（温度：25℃）

時刻7200[s]の変形図（温度：120℃）

120℃では、同じたわみ荷重でも、大きく変形していることが分かります。

次に、先端での変位の大きさをグラフ表示したものを示します。

25℃では、たわみ荷重保持中には、変位が一定になり、荷重がなくなると

もとの変位に戻る、弾性体としての性質を示しますが、

120℃では、たわみ荷重保持中に変位が増加していく様子が見られ、

荷重がなくなっても、変形が残る、粘弾性体としての性質を示すことが分かります。