異方性 — CAE用語解説

一番わかりやすいのは木材だよ。木目に沿った方向は強くて硬いが、木目を横切る方向は簡単に割れる。あれが異方性の典型例だ。鉄やアルミのような多結晶金属は、結晶がランダムに並んでいるので方向によらず均一——これが等方性。でも複合材料（CFRP等）や単結晶は強く異方性を示す。

等方性材料なら弾性定数はヤング率Eとポアソン比νの2つだけで済む。でも完全に異方性なら独立した弾性定数が最大21個必要になる。実務ではCFRPの一方向材は「横等方性（5定数）」、木材や積層板は「直交異方性（9定数）」に簡略化することが多い。それでも定数の測定・入力が大変で、方向定義を間違えると結果が全然おかしくなる。

CFRPの積層板で繊維方向（剛性が高い）と樹脂方向（剛性が低い）をFEM上で逆に入力してしまうと、計算上の変形量が現実と数倍ズレる。設計者がCAD上でX方向と思っていた軸が、FEMのグローバル座標と一致していなかった、なんて凡ミスが実務では意外とある。材料座標系（マテリアルオリエンテーション）の設定は前処理の中でもとくに注意が必要だ。