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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

利用纤维增强复合材料中纤维特性的轻量化网络结构研究

基本信息

批准号：
17J04891
负责人：
下中淳史
金额：
$ 1.79万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

This research aims to quantify the structural weight of aircraft, space machines, autonomous vehicles, and other transportation and movement means and machines used in them, and to establish a design method that combines the mesh structure of carbon fiber and reinforced composite materials, which are represented by carbon fiber, and the characteristics of carbon fiber. This year,(1) construction of automatic production of mesh structure by directional design optimization method,(2) verification of results by structural optimization method,(3) productivity evaluation of optimal design solution,(4) development and implementation of directional optimization method. 1. The automatic production of mesh structure, the intersection of continuous dimensions, the avoidance of focus, the previous year's knowledge, the selection of formalization and optimization methods, and the implementation of analytical methods. 2. The initial conditions and boundary conditions are different. The design optimization is carried out. The results are obtained. The constraints of the solution are sufficient. The force distribution is confirmed. 3. Design solutions, productivity, geometric information extraction, theoretical basis, and productivity evaluation The optimization method is used to design and evaluate the same problem. 4. The information in the design process is obtained from the optimization method, 2. The same verification and evaluation are carried out. 1. Methodology for designing mesh structure for automatic production 2. Method for proposing appropriate mesh structure 3. Method for proposing productivity of mesh structure 4. Method for optimizing mesh structure In this study, we obtained the knowledge of the mesh structure and design method of composite materials. In the future, we will continue to develop our knowledge and knowledge, and we will continue to develop our design methods and production methods.