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新機能複合材料の力学解析法と最適設計法の開発

新型功能复合材料力学分析方法和优化设计方法的发展

基本信息

批准号：
07J00067
负责人：
本田真也
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

新機能複合材料を開発するにあたって,これまでに短繊維を理想的に分布し,局所異方性を実現した材料の最適設計手法を提案した.これは遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm;GA)と層別最適化(Layerwise Optimization;LO)法を組合せた手法であり,膨大な設計候補を有する多層最適化問題を単層の探索問題の繰り返しに帰着する手法である.一度に全層を探索するよりも探索時間は長くなるが,より正確に解の探索を行え,多層板に対しても精度の良い解が得られることが特長である.本手法により求めた短繊維を理想的に分布した板は,従来の板よりも高い固有振動数を与えた.また,短繊維はある程度傾向を持って配向することがわかったため,連続した曲線状の繊維によって強化し,局所異方性を実現した板も均質異方性板より優れた性能を有する可能性があることを確認できた.短繊維を最適に分布する材料は実現不可能な理想的な材料であるが,曲線状繊維により複合材を強化することは可能である.そのため,曲線状の繊維形状を最適に設計する手法を提案した.曲線状の繊維形状はスプライン関数を用いて表現し,振動解析手法としてはリッツ法を用いた.リッツ法は有限要素法(FEM)に比べて板形状の自由度には劣るが,計算速度の面で有利である.最適化には汎用性が高い単純遺伝的アルゴリズムを用いた.繊維配向角度が連続に変化するという制約があるため,従来の平行繊維板からの基本振動数の改善量は,短繊維を理想的に分布した場合よりも劣るが,平行繊維によって強化された均質異方性板よりも高い固有振動数を与えることが確認できた.しかしながら,連続繊維の場合は,平行繊維が有利である条件が存在することもがわかった.

The new functional composite materials have the characteristics of short-dimension, ideal distribution and local anisotropy. Genetic is a proposal based on the most suitable design techniques for materials and materials. Algorithm; GA) and layerwise optimization (Layerwise Optimization; LO) method is a combination of techniques and techniques, and the expansion of the design candidate is a multi-layer optimization problem and a multi-layer optimization problem. The exploration time is long, the exploration time is long, the exploration time is correct, the multi-layer board is fine The best way to solve the problem is to get the best result. This method is to find the ideal short-dimensional distribution.た板は, 従来の板よりも高いnatural vibration number を与えた.また, 繊dimensional はある Degree tendency をhold ってalignmentすることがわかったため, even 続したcurved の繊dimensional によってstrengtheningし, local anisotropy をThe performance of the homogeneous and anisotropic plate has the possibility of confirming the performance. Short It is impossible to realize the ideal material of the optimal distribution of the 1-dimensional material, and the curved dimensional material is complex. Composite materials, reinforced materials, possible design methods, curvilinear and dimensional shapes, and optimal design techniquesをProposal した. Curved dimensional shape はスプラインkan number をUsing いて to express し, vibration analysis technique としてThe はリッツ method uses いた. The リッツ method and the finite element method (FEM) are inferior to the degree of freedom of the べて plate shape. It is advantageous in terms of calculation speed. It is optimized and has high versatility. Using いた.繊dimensional alignment angle and が连続に変化するというControl があるため, 従来のParallel 繊dimensional plateからThe amount of improvement of the basic vibration number, the short dimensional ideal distribution, the situation where it is inferior, the parallel dimensional distributionって reinforced されたhomogeneous anisotropy plate よりも高いnatural vibration number を and えることがconfirmed できた.しかしながら, even 続繊dimensional のoccasion は, parallel 繊dimensional が favorable であるconditions がexistenceすることもがわかった.