3次元複合材料コアとメタルシートからなる軽量高剛性の複層構造薄板の創製と塑性加工

由 3D 复合材料芯和金属板组成的轻质高刚性多层薄板的创建和塑料加工

• 批准号: 21J11337
• 负责人: ZHANG JINGWEI
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11337/
• 关键词: 金属/ CFRP構造; 塑性加工; トポロジー最適化; 剛性; 成形性; 積層造形

塑性加工可能な金属/ CFRP多層構造の設計コンセプトを提案し、金属/ CFRP多層構造の成形破壊メカニズムを明らかにし、成形プロセス中の破壊モードの正確な予測と効果的な抑制を実現する。破壊モードに及ぼすコア材料の材料特性とトポロジー構造の影響を体系的に研究することにより、コア材料のせん断破壊とパネルの座屈が主な破壊メカニズムであることが明らかになった。成形プロセスの物理モデルを構築することにより、コア材料の必要なせん断強度と、コア材料とパネルの取り付け点との間のギャップの臨界値が推定され、所定の成形半径で良好な成形が保証される。3D CFRPコア材料の連続的かつ効率的な製造は、セグメント化された成形プロセスによって実現され、曲げ剛性は従来の金属/ 2D CFRPコア材料の多層構造の4倍以上であり、室温三次元形状に加工されており、成形性に優れている。成果は、多層構造の設計理論システムを充実させ、完成させる一方で、成形性に優れた多層構造を開発するための新しい設計コンセプトと製造方法を提供する。剛性と成形性を同時に最適化できるトポロジー最適化手法を提案し、曲げ剛性と曲げ成形性に優れた多層構造設計を提案し、構造性能と工学的応用価値を大幅に向上させる。均質化トポロジー最適化手法を四面体マイクロ格子構造と統合することにより、任意の幾何学的形状のマクロ構造のトポロジー最適化を実現し、剛性とエネルギー吸収特性を大幅に向上させたマイクロ格子ドーム構造を設計した。等方性スラブ構造を均質化されたトポロジー最適化アプローチとさらに統合すると、製造可能性、構造効率、構造等方性、および計算効率が向上した。研究成果は、機械的特性の向上を実現するだけでなく、優れた曲げ成形性を確保し、2次元フラット部品に限定されていた従来の多層構造用途の限界を打ち破り、3次元複合部品における多層構造の適用範囲を拡大する。

Plastic processing may な metal / の CFRP multilayer structure design コ ン セ プ ト を proposal し, metal / の CFRP multilayer structure forming 壊 メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に し, forming プ ロ セ ス の in broken 壊 モ ー ド の な right be と unseen fruit な inhibiting を be presently す る. Broken 壊 モ ー ド に and ぼ す コ ア material の features と ト ポ ロ ジ の ー structure affect を system に research す る こ と に よ り, コ ア material の せ ん broken broken 壊 と パ ネ ル の seat flexor が main な broken 壊 メ カ ニ ズ ム で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. Forming プ ロ セ ス の physical モ デ ル を build す る こ と に よ り, コ ア materials の な necessary せ ん と breaking strength, コ ア material と パ ネ ル の り pay け points と の between の ギ ャ ッ プ の critical numerical が presumption さ れ, set by the の forming radius で な good forming が guarantee さ れ る. 3 d CFRP コ ア material の even 続 か つ な manufacturing は working rate, セ グ メ ン ト change さ れ た forming プ ロ セ ス に よ っ て be presently さ れ, qu げ rigid は 従 の metal / 2 d CFRP コ ア material の の multilayer structure more than four times で あ り, at room temperature for three dimensional shape に processing さ れ て お り, better formability に れ て い る. Results の は, multi-layer structure design theory シ ス テ ム を charge be さ せ, complete さ せ で る party, better formability に れ た multilayer structure を open 発 す る た め の new し い design コ ン セ プ ト と methods を provide す る. Rigid と formability を and optimal に で き る ト ポ ロ ジ ー optimization technique proposed を し, qu げ rigid と げ formability に optimal れ た multilayer structure design proposals を し, performance と engineering 応 with 価 numerical を に sharply upward さ せ る. Homogenizing ト ポ ロ ジ ー optimization technique を tetrahedron マ イ ク ロ lattice structure integration と す る こ と に よ り, arbitrary の geometry shape の マ ク ロ tectonic の ト ポ ロ ジ ー optimization を be し now, rigid と エ ネ ル ギ ー 収 absorption features を に sharply upward さ せ た マ イ ク ロ grid ド ー を ム structure design し た. Isotropic ス ラ ブ tectonic を homogenizing さ れ た ト ポ ロ ジ ー optimization ア プ ロ ー チ と さ ら に integration す る と, manufacturing possibility, the structure working rate, isotropic, お よ が び computing services rate upward し た. Research は, mechanical properties の を up be presently す る だ け で な く, superior れ た qu げ formability を ensure し, 2 dimensional フ ラ ッ ト part に qualified さ れ て い た 従 の multilayer structure to use の limit を ち to smash り, 3 dimensional composite part に お け る multilayer の is van 囲 を company, big す る.

项目成果

Bending properties of sandwich sheets with metallic face sheets and additively manufactured 3D CFRP lattice cores

具有金属面板和增材制造 3D CFRP 晶格芯的夹层板的弯曲性能

• DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117437
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Materials Processing Technology
• 影响因子: 6.3
• 作者: Zhang Jingwei;Ding Sheng;Yanagimoto Jun
• 通讯作者: Yanagimoto Jun

Topology optimization of CFRP hierarchical pyramidal structures fabricated by additive manufacturing

• DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109241
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Composites Part B-engineering
• 影响因子: 13.1
• 作者: Jingwei Zhang;J. Yanagimoto

Mechanical properties and cold and warm forming characteristics of sandwich sheets with a three-dimensional CFRTP core

• DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114048
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: Composite Structures
• 影响因子: 6.3
• 作者: Jingwei Zhang;T. Taylor;J. Yanagimoto

Homogenization-based topology optimization integrated with elastically isotropic lattices for additive manufacturing of ultralight and ultrastiff structures

基于均质化的拓扑优化与弹性各向同性晶格相结合，用于超轻和超硬结构的增材制造

• DOI: 10.1016/j.cirp.2021.04.019
• 发表时间: 2021
• 期刊: CIRP Annals
• 作者: Zhang Jingwei;Sato Yuji;Yanagimoto Jun
• 通讯作者: Yanagimoto Jun

Metadynamic recrystallization in A5083 aluminum alloy with homogenized and as-extruded initial microstructures

• DOI: 10.1016/j.msea.2022.142789
• 发表时间: 2022-02-11
• 期刊: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
• 影响因子: 6.4
• 作者: Ding, Sheng;Zhang, Jingwei;Yanagimoto, Jun
• 通讯作者: Yanagimoto, Jun