繊維強化複合材料の繊維の特性を活かした軽量網目構造の研究

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本研究は、航空機、宇宙機、自動車並びにその他の輸送・移動手段として用いられる機器の構造重量を軽量化することを目指し、炭素繊維に代表される繊維で強化された複合材料からなる網目構造について、繊維の特性を活かした設計方法を確立することに取り組んでいる。本年度は、(1)網目構造の自動製造に向けた設計最適化法の構築、(2)構築した最適化法が与える結果の検証、(3)最適設計解の製造性評価、(4)実用に向けた最適化法の拡張、を行った。1については、網目構造の自動製造における連続繊維の交差と切断の回避を焦点として、前年度までに得られた知見をもとに、定式化法と最適化法の選択、および解析システムの実装を行った。2については、初期条件や境界条件の異なる複数の問題設定のもと設計最適化を実行し、収束履歴や、結果として得られる解の制約の満足、応力分布を確認・比較した。3については、2で得られた設計解から製造性に関与する幾何的情報を抽出し、グラフ理論に基づく方法で製造性を評価した。また、従来の最適化法から得られる設計解についても同様の評価を行った。4については、実際の設計作業に向けた情報が得られるように最適化法の拡張を行い、2や3と同様の検証や評価を行った。これらの取り組みによって、1、自動製造に適した網目構造の設計を得るための方法論と提案、2、提案手法が有効・妥当であること、3、提案手法が網目構造の製造性を向上させ得ること、4、より実用的な最適化法、を示すことができた。本研究では、繊維で強化された複合材料からなる網目構造について、設計方法を中心に知見が得られた。今後は、得られた知見を活かしながら、他分野と連携した設計方法への展開や、製造法の発展へ繋げていくことが期待される。