各向异性 — CAE用语解说

最容易理解的例子是木材。沿着木纹方向既强又硬，但垂直于木纹方向很容易裂开。这就是各向异性的典型例子。铁和铝这样的多晶金属结晶体随意分布，所以各方向都是一样的——这就是各向同性。但是复合材料（CFRP等）和单晶体表现出强烈的各向异性。

对于各向同性材料，弹性常数只需要杨氏模量E和泊松比ν这2个。但完全各向异性需要最多21个独立弹性常数。在实际工程中，CFRP单向材通常简化为"横向各向同性（5个常数）"，木材和层板通常简化为"正交异性（9个常数）"来处理。即便这样，常数的测量和输入仍然很费力，方向定义错误会导致结果完全不同。

CFRP层板中，如果把纤维方向（刚性高）和树脂方向（刚性低）在FEM中反向输入，计算出的变形量会与现实相差数倍。设计师在CAD中设想的坐标轴与FEM的全局坐标轴不一致时，这种"低级错误"在实际工程中经常出现。材料坐标系（材料方向）的设置在前处理中特别需要谨慎。