材料非線形 — CAE用語解説

材料非線形は、応力-ひずみ関係が線形（フックの法則）でない材料挙動の総称だ。金属の塑性、ゴムの超弾性、コンクリートの損傷、クリープ（高温下の時間依存変形）などが含まれる。荷重の大きさで材料の振る舞いが変わるんだよ。

幾何学的非線形は「形状変化」による非線形性（大変形、座屈）。材料非線形は「材料特性」の変化。両方同時に起きることも多い。プレス成形だと材料非線形（塑性）と幾何学的非線形（大変形）の両方が効いてるよ。

金属の弾塑性モデルが圧倒的。引張試験で得た応力-ひずみ曲線を入力して、von Mises降伏基準と等方硬化で解く。これだけで機械部品の強度評価の8割はカバーできるよ。

材料非線形は増分法+Newton-Raphson反復で解くから、増分が大きすぎると収束しない。自動増分制御を使えば大抵は解ける。それでもダメならメッシュの品質を見直すか、接触の設定を確認する。9割はモデルの問題で、材料モデル自体の問題は少ないよ。

引張試験のデータから応力-ひずみ曲線を入力して、FEMで同じ試験を再現する「仮想試験」から始めるのがベストだよ。