材料プロパティ

材料の熱特性、レオロジー特性、メカニカル特性、PVT特性を表示および編集できます。

材料データベース

材料ダイアログの材料データベースタブを使用して、Inspire Moldにある任意の材料の材料プロパティを表示します。材料プロパティを変更し、"ユーザー定義の材料"タブで保存するには、編集を クリックします。また、材料のデータベースへのインポートとエクスポートも可能です。

材料プロパティを表示するには、材料ダイアログの上部にある材料グループと材料名を選択します：

材料プロパティ 説明
材料グループ 材料データベースで利用可能な材料を一覧表示します。
材料名 指定された材料グループの一般的なポリマーを一覧表示します。

材料データの説明

射出成形ソルバーでは、ポリマー、金型、金型インサート、パートインサート、繊維の材料特性を指定する必要があります。

ポリマー材料のデータは以下の通り：
  • 物理特性および熱特性
  • 状態方程式 - PVTデータ
  • レオロジー（構成）特性
  • メカニカル特性
  • 添加剤データ
金型、金型インサート、パートインサートの材料データは以下のとおり：
  • 物理特性および熱特性
  • メカニカル特性

データ形式と単位

  • 現在のバージョンのソルバーでは、材料データは.json形式で入力されます。
  • すべてのパラメータはSI単位を推奨

ポリマーデータ

フィラーや添加剤を含むポリマーを使用する場合は、ポリマーの特性が添加剤込みで測定されていることを確認してください。

物理特性および熱特性

各プロパティは、温度変化による変化を考慮する場合、スカラーを指定することができます。指定された材料の熱タブのプロパティは以下のとおり：

材料プロパティ 説明
密度 参照温度におけるポリマーの溶融密度を (kg/m3)で指定します。溶融密度は充填段階でも一定であると仮定されます。保圧のシミュレーションでは、状態方程式のTait 2-phaseモデルを使用してポリマー密度を計算します。

ソルバーキーワード: DENSITY
導電率（熱伝導率） 材料の熱伝導率を指定(W/m-K)。熱伝導率は、スカラー値として、あるいは温度の関数として表形式で指定することができます。

ソルバーキーワード: CONDUCTIVITY
比熱 指定単位量の温度上昇を得るうえで必要な熱エネルギー J/(Kg-K)。ポリマーの比熱は、スカラー値として、あるいは温度の関数として表形式で指定することができます。

ソルバーキーワード: SPECIFIC_HEAT

レオロジー特性

このソルバーは、一般化ニュートンモデルを使ってポリマーのレオロジーをモデル化します。現在、ソルバーで利用可能なモデルは、実効せん断速度と温度の関数として粘度を計算します。すべての構成モデルは、a) 粘度とせん断速度の関係に関する経験的モデル、b) 温度依存性の2つの適切な組み合わせを定義することによって設定される。温度依存性は記号αTで表します。



指定された材料のレオロジータブのプロパティは以下のとおり：
材料プロパティ 説明
構成モデル 材料データベースには5つのモデルが含まれています。選択した材料に適したモデルを選択してください。選択したモデルの指数、粘稠性、相対せん断応力を表示します。
  • べき乗則モデル
    このモデルは、べき乗則を用いて粘度のせん断速度依存性を記述します。指数nは関係の性質を決定します。これは2パラメータモデルで、以下の式で表される：

    指数は、せん断速度による材料の粘度の変化に次のように影響します：
    • n < 1 せん断減粘または擬塑性 - せん断速度の増加に伴い粘度が低下する。
    • n > 1 せん断増粘またはダイラタンシー - せん断速度の増加に伴い粘度が増加する。
    • n = 1 ニュートン
    ソルバーキーワード: PowerLawModel, POWER_LAW_CONSISTENCY, POWER_LAW_EXPONENT
  • Regularized Herschel-Bulkley Model
    Herschel-Bulkleyモデルは、降伏応力を持ち、より高い応力を受けるとせん断減粘挙動を示すポリマーのレオロジー挙動を表すために使用されます。これは4-パラメータモデルで、以下の式で表されます：

    • このモデルは、べき乗則モデルと降伏基準を用いて粘度を記述する
    • 降伏基準には降伏応力と緩和パラメータが含まれる
    • 緩和パラメータは、低せん断速度における応力の指数関数的成長を制御する
    データベースのキーワード: HerschelBulkleyModel, HB_CONSISTENCY, HB_EXPONENT, HB_YIELD_STRESS, HB_REGULARIZATION_PARAMETER
  • Carreau-Yasuda
    これは、5-パラメータモデルです。

    せん断速度が小さくなるにつれて、粘度関数は一定の値、すなわちゼロせん断粘度に近づきます。また、せん断速度が大きくなると、粘度は無限せん断粘度という別の限界に近づきます。このモデルは、粘度の非線形せん断速度依存性を記述するために、流体の時間定数も含んでいます。時間定数がゼロに近づくにつれ、ポリマーはニュートン流体のような挙動を示します。時間定数が高いほど、粘度とせん断速度の間に非線形性の高い関係があることを示します。指数nは べき乗領域の傾きを表します。

    データベースのキーワード: CarreauYasudaModel, CY_INFINITE_SHEAR_VISCOSITY, CY_ZERO_SHEAR_VISCOSITY, CY_TIME_CONSTANT, CY_TRANSITION_PARAMETER, CY_EXPONENT

  • Cross Model
    Crossモデルは、最も一般的な射出成形用熱可塑性プラスチックを説明するために広く使用されています。これは、粘稠性、基準せん断応力、指数という3つのパラメータを用いて、粘度とせん断速度の関係を記述するものです。せん断係数は、下記の方程式によって計算されます：

    • 粘稠性とは、基準温度におけるゼロせん断粘度
    • 基準せん断応力は、ニュートン領域から移行する際のせん断応力
    • 指数n は、せん断減粘挙動を考慮するべき乗則指数

    データベースのキーワード: CrossModel, CROSS_CONSISTENCY, CROSS_EXPONENT, CROSS_REFERENCE_SHEARSTRESS

  • Modified Cross Model
    これは最もよく使われるモデルのひとつです。パラメータはCrossモデルと同じです。

    データベースのキーワード: ModifiedCrossModel, MODIFIED_CROSS_CONSISTENCY, MODIFIED_CROSS_EXPONENT, MODIFIED_ CROSS_REFERENCE_SHEARSTRESS

レオロジープロパティの詳細については、PDFファイルMaterials Example and Referenceを参照してください。
温度依存 粘度の温度依存性は、以下のいずれかの方法でモデル化できます。選択されたモデルは、温度依存性パラメータで指定され、0から3の整数値で設定されます：
  • None - No Dependence
    • 粘度は温度に依存しないと仮定します。粘度モデルの出力は直接使用され、減少/増加因子は使用されません。
    • 温度依存 = 0

    データベースのキーワード: TEMPERATURE_DEPENDENCE: 0

  • Exponential Model

    • 温度依存 = 1

    ソルバーキーワード: TEMPERATURE_DEPENDENCE: 1, BETA, REFERENCE_TEMPERATURE

  • WLF (William-Landel-Ferry) モデル

    • ガラス転移温度は、圧力依存性を考慮し、以下の式で計算されます：

    • 温度依存 = 2

    ソルバーキーワード: TEMPERATURE_DEPENDENCE: 2, WLF_CONSTANT_C1, WLF_CONSTANT_C2, WLF_GLASS_TRANSITION_TEMPERATURE, WLF_PRESSURE_DEPENDENCY_D3

  • Arrheniusモデル

    • 温度依存 = 3
    • 材料データベースに含める必要がある唯一のパラメータは、活性化エネルギーです。
    • この関数は、温度に対する特性の変化を表すのによく使われる方法のひとつです。

    データベースのキーワード: TEMPERATURE_DEPENDENCE: 3, ACTIVATION_ENERGY
その他 以下のパラメータがあります：
  • 参照温度（K）
  • No Flow Temperature: 材料が流れなくなる温度。一般的に、これはガラス転移温度（Tg）です。
  • Minimum Strain Rate Limit: データが有効とみなされる最大せん断速度。
  • Air Density: 充填中に金型内で置換される空気の想定密度(kg/m3)。
繊維情報 注入繊維分布はランダムと仮定されます。指定された材料について、以下のような繊維含有量を指定：
  • Fiber Percentage: 溶解中の繊維の重量割合（%） 。

    ソルバーキーワード: FIBER_PERCENTAGE

  • Fiber Minimum Length: 繊維の最小長さ（メートル）。

    ソルバーキーワード: FIBER_MINIMUM_LENGTH

  • Fiber Maximum Length: 繊維の最大長（メートル）。

    ソルバーキーワード: FIBER_MAXIMUM_LENGTH

  • Fiber Average Diameter:

    繊維の平均直径さ（メートル）。

    ソルバーキーワード: FIBER_AVERAGE_DIAMETER
注: 材料によっては、繊維配向データが含まれていないものもあります。このデータを追加するには、既存の材料を編集し、材料タブで新しい材料として保存します。

メカニカル特性

ソルバーは、ヤング率、ポアソン比、熱膨張係数を使用して、凝固部品の反り計算を行います。指定された材料のメカニカルタブの特性は以下のとおり：

材料特性 - 等方性モデル 説明
ヤング率

材料のヤング率は、応力を受けたときの材料の変形に対する抵抗力の尺度になります。これは、材料の硬さを表します。

単位: Pa

ソルバーキーワード: YOUNG_MODULUS.
ポワソン比

ポアソン比は、単軸応力を受けたときの横ひずみと縦ひずみの比です。

ソルバーキーワード: POISSON_RATIO
降伏応力

材料の変形が弾性から塑性に変化する応力ポイント。

単位: Pa
熱膨張係数

熱膨張係数は、温度の変化による物体の大きさの変化の程度を表します：

単位: 1/K

ソルバーキーワード: COEFFICIENT_THERMAL_EXPANSION

状態方程式 - PVTデータ

圧力-体積-温度（PVT）の関係は、Tait's two-phase方程式を用いてモデル化されます。ポリマーの固体および溶融状態におけるPVT挙動は、14のパラメータを用いて記述されます。これらのパラメータは、文字 b、 数字添え字（1-9）、文字添え字（m=溶解、s=固体）で示されます。以下の方程式は、状態方程式とそのパラメータを表しています。









パラメータb5～b9は、溶解と固体の両方で同じ。データファイルとコードの構造を簡単にするため、これらは繰り返されます。

TAIT_PARAMETERS_MOLTEN_STATE = [b1m , b2m, b3m, b4m, b5, b6, b7, b8, b9]

TAIT_PARAMETERS_SOLID_STATE = [b1s, b2s, b3s, b4s, b5, b6, b7, b8, b9]

データベースのキーワード: TAIT_PARAMETERS_MOLTEN_STATE, TAIT_PARAMETERS_SOLID_STATE

プロセスデータ

融解温度:
  • 半結晶質材料に有効
  • 結晶構造が融解する温度
  • ソルバーはこれを使用しません。結晶化動力学が導入されたときに役に立つことが想定されています。
  • ソルバーキーワード: MELTING_TEMPERATURE
No Flow Temperature:
  • 材料が流れなくなる温度
  • ガラス転移温度より高い
  • ソルバーキーワード: NO_FLOW_TEMPERATURE
放出温度:
  • パートを安全に放出できる温度
  • ソルバーキーワード: EJECTION_TEMPERATURE
最小金型温度:
  • 推奨される最小金型温度
  • ソルバーキーワード: MINIMUM_MOLD_TEMPERATURE
最大金型温度:
  • 推奨される最大金型温度
  • ソルバーキーワード: MAXIMUM_MOLD_TEMPERATURE
最小融解温度:
  • 推奨される最小溶融型温度
  • ソルバーキーワード: MINIMUM_MELT_TEMPERATURE
最大融解温度:
  • 推奨される最大溶融型温度
  • ソルバーキーワード: MAXIMUM_MELT_TEMPERATURE
絶対最大融解温度:
  • 注入時の溶解温度に許容される絶対最大値
  • ソルバーキーワード: ABSOLUTE_MAXIMUM_MELT_TEMPERATURE

金型 / 金型インサート / パートインサートデータ

参照温度:
  • データを測定する基準温度。単位: K

  • ソルバーキーワード: REFERENCE_TEMPERATURE

密度:
  • 基準温度における材料の密度。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: kg/m3
  • ソルバーキーワード: DENSITY
比熱:
  • 基準温度における材料の比熱。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: J/(kg-K)
  • ソルバーキーワード: SPECIFIC_HEAT
熱伝導（熱伝導率）:
  • 基準温度における材料の熱伝導。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: W/(m-K)
  • ソルバーキーワード: CONDUCTIVITY
ヤング率:
  • 材料のヤング率。単位: Pa
  • ソルバーキーワード: YOUNG_MODULUS
ポワソン比:
  • 材料のポアソン率。
  • ソルバーキーワード: POISSON_RATIO
熱膨張係数:
  • 材料の熱膨張係数。単位: 1/K
  • ソルバーキーワード: COEFFICIENT_THERMAL_EXPANSION

繊維材料データ - 成形品の応力解析用

このデータは、ポリマーや撹拌中の重量比率とは無関係で、基本的な繊維材料データです。

参照温度:
  • データを測定する基準温度。理想的には、試験温度を指定してください。単位: K

  • ソルバーキーワード: REFERENCE_TEMPERARTURE

密度:
  • 基準温度における繊維の密度。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: kg/m3
  • ソルバーキーワード: DENSITY
比熱:
  • 基準温度における繊維の比熱。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: J/(kg-K)
  • ソルバーキーワード: SPECIFIC_HEAT
熱伝導（熱伝導率）:
  • 基準温度における繊維の熱伝導。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: W/(m-K)
  • ソルバーキーワード: CONDUCTIVITY
ヤング率:
  • 繊維のヤング率。単位: Pa
  • ソルバーキーワード: YOUNG_MODULUS
ポワソン比:
  • 繊維のポアソン率。
  • ソルバーキーワード: POISSON_RATIO
熱膨張係数:
  • 繊維の熱膨張係数。単位: 1/K
  • ソルバーキーワード: COEFFICIENT_THERMAL_EXPANSION

基本ポリマーデータ - 成形品の応力解析用

参照温度:
  • データを測定する基準温度。単位: K
  • ソルバーキーワード: REFERENCE_TEMPERATURE
密度:
  • 基準温度における材料の密度。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: kg/m3
  • ソルバーキーワード: DENSITY
比熱:
  • 基準温度における材料の比熱。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: J/(kg-K)
  • ソルバーキーワード: SPECIFIC_HEAT
熱伝導（熱伝導率）:
  • 基準温度における材料の熱伝導。ソルバーは、基準温度における単一の値の代わりに、温度依存性のテーブルもサポートします。単位: W/(m-K)
  • ソルバーキーワード: CONDUCTIVITY
ヤング率:
  • 材料のヤング率。単位: Pa
  • ソルバーキーワード: YOUNG_MODULUS
ポワソン比:
  • 材料のポアソン率。
  • ソルバーキーワード: POISSON_RATIO
熱膨張係数:
  • 材料の熱膨張係数。単位: 1/K
  • ソルバーキーワード: COEFFICIENT_THERMAL_EXPANSION

単位概要

データ 単位
密度 kg/m3
比熱 J/(kg-K)
熱伝導率 W/(m-K)
降伏応力 Pa
ヤング率 Pa
ポワソン比 -
熱膨張係数 1/K
参照温度 K
最小金型温度 K
最大金型温度 K
最小融解温度 K
最大融解温度 K
ガラスの転移温度 K
No Flow Temperature K
放出温度 K
粘性モデル:
Modified Cross: -
粘稠性 Pa.s
指数 -
基準せん断応力（tau） Pa
ゼロせん断粘度 Pa.s
無限せん断粘度 Pa.s
最小ひずみ限界 1/s
最大ひずみ限界 1/s
温度依存:
WLF:
定数 C1 -
定数 C2 K
圧力依存 D3 K/Pa
Taitパラメータ:
  • b1m, b1s
  • b2m, b2s
  • b3m, b3s
  • b4m, b4s
  • b5
  • b6
  • b7
  • b8
  • b9

  • m3/kg
  • m3/kg K
  • Pa
  • 1/K
  • K
  • K/Pa
  • m3/kg
  • 1/K
  • 1/Pa
フィラーデータ：
Fiber Percentage 溶解中の繊維の重量割合（%）
Fiber Minimum Length m
Fiber Maximum Length m
Fiber Average Diameter m