複合材料の熱伝導 — トラブルシューティング

問題: 繊維方向をグローバルX方向と仮定してkを入力したが、実際の部品形状では繊維がドレープに沿って湾曲している。

完全にダメだ。面内k=3 W/(mK)、面直k=0.45 W/(mK)を平均して1.7で入力すると、面直方向の温度降下を3.8倍も過小評価する。面直の熱抵抗が支配的な電子基板のような問題では致命的な誤差になる。

厚さ遷移部（プライドロップ）では断面が変化し、局所的な温度勾配集中が生じる。メッシュがプライドロップ形状に追従していないと温度場が不正確になる。

実部品では $V_f$ が設計値から±5%程度ばらつく。$V_f$ が5%変わると $k_{\parallel}$ は約5%、$k_{\perp}$ は約15%変化する。感度が高い面直方向に注意して、ばらつきを考慮した設計マージンを設ける。

そうだ。複合材料の熱設計では「面直方向の熱抵抗をいかに下げるか」が永遠のテーマだ。