Tsai-Hill破壊基準 — CAE用語解説
Tsai-Hill破壊基準
CFRP（炭素繊維強化プラスチック）の強度評価でTsai-Hill基準が出てきたんですけど、金属のvon Misesとはどう違うんですか？
von Misesは等方性材料を前提にした降伏基準だけど、複合材料は繊維方向と直角方向で強度がまったく違う。Tsai-Hillはその異方性を考慮して、Hill降伏条件を複合材料に拡張した破壊基準なんだ。各方向の強度を使った2次多項式の形で破壊を判定する。
定義
具体的な式はどうなりますか？
平面応力の場合、(σ1/X)² - (σ1·σ2/X²) + (σ2/Y)² + (τ12/S)² で計算して、この値が1以上になったら破壊と判定する。Xが繊維方向の強度、Yが直角方向の強度、Sがせん断強度だ。相互作用項 -σ1·σ2/X² があるのがポイントで、複数の応力が同時に作用するときの影響を考慮できる。
構造解析における役割
実務ではどんなケースで使われますか？
FEMで航空機のCFRP翼構造を設計するとき、各層（プライ）のTsai-Hill指数を計算して、どの層がどの荷重ケースで最も破壊に近いかを評価するんだ。積層構成の最適化にも使えるよ。
Tsai-HillとTsai-Wuはどう使い分けるんですか？
Tsai-Hillは引張と圧縮の強度が同じと仮定している。でも実際のCFRPは圧縮強度が引張強度の60%程度しかないことが多い。Tsai-Wuはその引張/圧縮の非対称性を考慮できるから、より正確な判定が可能だ。ただしTsai-Wuは相互作用係数の実験的な決定が難しいという課題がある。初期設計ではTsai-Hill、詳細設計ではTsai-Wuという使い分けが実務では多いね。
関連用語
関連する用語も教えてください。
Tsai-Hillは引張/圧縮を同じ強度と見なす点が限界なんですね。初期設計にはTsai-Hill、詳細設計にはTsai-Wuっていう使い分けが参考になりました。
複合材料の破壊基準は奥が深いけど、まずはTsai-Hillの式を単純な一方向材で手計算してみると理解が早いよ。
CAE用語の正確な理解は、チーム内のコミュニケーションの基盤です。 — Project NovaSolverは実務者の学習支援も視野に入れています。
CAEの未来を、実務者と共に考える
Project NovaSolverは、Tsai-Hill破壊基準における実務課題の本質に向き合い、エンジニアリングの現場を支える道具づくりを目指す研究開発プロジェクトです。
プロジェクトの最新情報を見る →関連トピック
なった
詳しく
報告