(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測することができる繊維配向予測方法及び装置を提供する。【解決手段】繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得し、力学的性能パラメータ値に基づいて、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得し、また、繊維属性の変化値および繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測する。繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と、繊維配向との間のマッピング関係を示すように構成された、所定の繊維配向モデルを導入することによって、取得した繊維変化値によって繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測する。【選択図】図１
2020004358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップと、
前記力学的性能パラメータ値に基づいて、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップと、
前記繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維属性の変化値と前記繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測するステップと
を含むことを特徴とする繊維配向予測方法。
【請求項２】
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するステップと、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するステップと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維配向予測方法。
【請求項３】
前記繊維属性の変化値および所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料中の繊維配向を予測するステップの前に、
所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む前記所定のデカルト座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得するステップと、
相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値と、を含む前記相対座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得するステップと、
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、前記応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、前記所定の繊維配向モデルを取得するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の繊維配向予測方法。
【請求項４】
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000016
その中、dε11は、前記所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dε22は、前記所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す
ことを特徴とする請求項３に記載の繊維配向予測方法。
【請求項５】
2020004358.tif 000017
【請求項６】
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の繊維配向予測方法。
【請求項７】
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係は、以下の式を含み、
2020004358.tif 000018
その中、前記αは、前記繊維と前記所定のデカルト座標系における前記第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、前記θは、前記繊維配向の角度値を示す
ことを特徴とする請求項６に記載の繊維配向予測方法。
【請求項８】
前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップは、
所定のシミュレーションソフトウェアによって、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップ
を含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維配向予測方法。
【請求項９】
繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された第１取得モジュールと、
前記第１取得モジュールが取得した前記力学的性能パラメータ値に基づいて、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するように構成された第２取得モジュールと、
前記第２取得モジュールが取得した前記繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維属性の変化値と前記繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測するように構成された予測モジュールと
を備えることを特徴とする繊維配向予測装置。
【請求項１０】
前記第２取得モジュールは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された第１取得サブモジュールと、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された第２取得サブモジュールと
を備えることを特徴とする請求項９に記載の繊維配向予測装置。
【請求項１１】
前記所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む前記所定のデカルト座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得するように構成された第３取得モジュールと、
相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値と、を含む前記相対座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得するように構成された第４取得モジュールと、
前記第３取得モジュールが取得した前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、前記第４取得モジュールが取得した前記応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、前記所定の繊維配向モデルを取得するように構成された第５取得モジュールと
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の繊維配向予測装置。
【請求項１２】
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000019
その中、dε11は、前記所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dε22は、前記所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す
ことを特徴とする請求項１１に記載の繊維配向予測装置。
【請求項１３】
2020004358.tif 000020
【請求項１４】
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の繊維配向予測装置。
【請求項１５】
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係は、以下の式を含み、
2020004358.tif 000021
その中、前記αは、前記繊維と前記所定のデカルト座標系における前記第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、前記θは、前記繊維配向の角度値を示す
ことを特徴とする請求項１４に記載の繊維配向予測装置。
【請求項１６】
前記第１取得モジュールは、
所定のシミュレーションソフトウェアによって、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された第３取得サブモジュール
を備えることを特徴とする請求項９に記載の繊維配向予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年６月２８日に出願された中国への特許出願(出願番号：２０１８１０６９０７０６．３)に基づき、上記中国への特許出願の優先権を主張して、上記中国への特許出願の全部の内容は本出願に導入され、参照とする。
本開示の実施例は、繊維配向予測の技術分野に関し、特に、繊維配向予測方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維複合材料は、重要な工学材料であり、工学分野で広く使用されており、幅広い発展の見通しを有している。繊維複合材料の性能は、内部繊維の配向の分布状態と密接に関連しているため、繊維複合材料の成形における繊維配向の予測が非常に重要である。
【０００３】
従来、繊維配向を予測する際には、一般的に、有限要素ソフトウェアを使用して、有限要素モデルの各単位の主ひずみ方向に基づいて、繊維配向の最も強い方向及び最も弱い方向を確定した後、各単位の第１、第２、第３の主ひずみの大きさに基づいて、繊維配向を予測する。しかし、当該方法は、短繊維に適用されるが、短繊維複合材料は、微細構造上でその繊維が完全にランダムにブレンドされかまたはほぼランダムにブレンドされるので、三次元製織短繊維強化複合材料は、等方性材料である。
【０００４】
しかし、三次元製織長繊維複合材料は、典型的な異方性材料であるため、上記方法は三次元製織長繊維複合材料の繊維配向を予測するには適していない。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施例は、関連技術で存在する問題を解決するために、繊維配向予測方法、及び装置を提供する。前記技術案は、以下のとおりである。
【０００６】
本開示の実施例に係る第１の態様にようると、繊維配向予測方法を提供する。当該方法は、
繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップと、
前記力学的性能パラメータ値に基づいて、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップと、
前記繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維属性の変化値と前記繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測するステップとを含む。
【０００７】
本開示の実施例によって提供される技術案は、以下の有益な効果を有する。繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得し、力学的性能パラメータ値に基づいて、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得し、また、繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測する。本開示によると、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示すように構成された所定の繊維配向モデルを導入することによって、取得した繊維変化値によって繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測することができる。
【０００８】
一実施例において、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するステップと、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するステップとを含む。
【０００９】
一実施例において、前記繊維属性の変化値および所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料中の繊維配向を予測するステップの前に、
所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む前記所定のデカルト座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得するステップと、
相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値と、を含む前記相対座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得するステップと、
前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、前記応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、前記所定の繊維配向モデルを取得するステップとをさらに含む。
【００１０】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000003
その中、dε11は、前記所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dε22は、前記所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す。
【００１１】
2020004358.tif 000004
【００１２】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係を含む。
【００１３】
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係は、以下の式を含み、
2020004358.tif 000005
その中、前記αは、前記繊維と前記所定のデカルト座標系における前記第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、前記θは、前記繊維配向の角度値を示す。
【００１４】
一実施例において、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップは、
所定のシミュレーションソフトウェアによって、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するステップを含む。
【００１５】
本開示の実施例に係る第２の態様にようると、繊維配向予測装置を提供する。当該装置は、
繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された第１取得モジュールと、
前記第１取得モジュールが取得した前記力学的性能パラメータ値に基づいて、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するように構成された第２取得モジュールと、
前記第２取得モジュールが取得した前記繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維属性の変化値と前記繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測するように構成された予測モジュールとを備える。
【００１６】
一実施例において、前記第２取得モジュールは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された第１取得サブモジュールと、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、前記相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された第２取得サブモジュールとを備える。
【００１７】
一実施例において、前記装置は、
前記所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む所定のデカルト座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得するように構成された第３取得モジュールと、
相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値と、を含む前記相対座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得するように構成された第４取得モジュールと、
前記第３取得モジュールが取得した前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、前記第４取得モジュールが取得した前記応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、前記所定の繊維配向モデルを取得するように構成された第５取得モジュールとをさらに備える。
【００１８】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000006
その中、dε11は、前記所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dε22は、前記所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す。
【００１９】
2020004358.tif 000007
【００２０】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係を含む。
【００２１】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係は、以下の式を含み、
2020004358.tif 000008
その中、前記αは、前記繊維と前記所定のデカルト座標系における前記第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、前記θは、前記繊維配向の角度値を示す。
【００２２】
一実施例において、前記第１取得モジュールは、
所定のシミュレーションソフトウェアによって、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された第３取得サブモジュールを備える。
【００２３】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は、ただ、例示的なもの或いは解釈的なものだけであり、本開示を制限できないと、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
ここでの図面は、明細書中に組み込まれて本明細書の一部を構成して、本開示に合致する実施例を示し、また明細書と共に本開示の原理を解釈するのに、使用される。
【図１】図１は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、例示的な一実施例に係る紡織完了後の繊維同士の間の位置関係を示す図である。
【図３】図３は、例示的な一実施例に係る繊維複合材料に対して成形プロセスを実行した後の繊維同士の間の位置関係を示す図である。
【図４】図４は、例示的な一実施例に係る繊維複合材料の繊維属性の変化値を示す模式図である。
【図５】図５は、例示的な一実施例に係る繊維の初期構造を示す模式図である。
【図６】図６は、例示的な一実施例に係る繊維配向の予測を示す模式図である。
【図７】図７は、例示的な一実施例に係る繊維配向の限界構造を示す模式図である。
【図８】図８は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測装置を示すブロック図である。
【図９】図９は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測装置の第２取得モジュールを示すブロック図である。
【図１０】図１０は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測装置を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測装置の第１取得モジュールを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、例示的な実施例を詳細に説明し、その例を図面に示す。以下の説明で、図面を言及する場合、特に明記しない限り、互いに異なる図面における同一の符号は、同一または類似の要素を指す。以下の例示的な実施例に記載される実施形態は、本開示と一致するすべての実施形態を表すものではない。逆に、それらは、添付の特許請求の範囲に詳述される本開示の実施態様と一致する装置および方法の単なる例である。
【００２６】
本開示は、上記技術問題を解決するために、繊維配向予測方法を提出する。当該方法により三次元製織長繊維複合材料の繊維配向を予測することができる。
【００２７】
図１は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測方法を示すフローチャートである。図１に示したように、当該方法は、以下のステップＳ１０１〜Ｓ１０３を含む。
【００２８】
ステップＳ１０１において、繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得する。
所定のシミュレーションソフトウェアによって、繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得することができる。
【００２９】
例えば、有限要素ソフトウェアＤｉｇｉｍａｔによって、複合材料の力学的性能パラメータ値を算出して取得する。
【００３０】
当然ながら、所定のシミュレーションソフトウェアによって、繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得する前に、さらに、実験によって繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得できるか否かを判断してもよく、もし、実験条件が許されない場合、所定のシミュレーションソフトウェアによって、繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得してもよい。
【００３１】
ステップＳ１０２において、力学的性能パラメータ値に基づいて、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得する。
【００３２】
ステップＳ１０３において、繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測する。
【００３３】
その中、繊維配向は、紡織構造中の繊維の方向を指し、紡織を完了した後に、一般的には、互いに垂直される（図２を参照）が、プロセス過程の進行につれて、繊維の方向に変化が発生することになる（図３を参照）。したがって、複合材料の性能は、その内部繊維配向の分布状態に密接に関連しているため、繊維配向の算出・分析および予測が非常に重要である。
【００３４】
図２および図３を結合して、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向、即ち、図３中のθを予測することである。本開示によると、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示すための所定の繊維配向モデルを導入することによって、取得した繊維変化値によって繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測することができる。
【００３５】
本開示の繊維複合材料は、長繊維複合材料を含み、また、長繊維複合材料は、三次元製織長繊維複合材料を含むことに、注意する必要がある。
【００３６】
本開示の実施例によって提供される技術案は、以下の有益な効果を有する。繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得し、力学的性能パラメータ値に基づいて、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するし、また、繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測する。本開示によると、繊維複合材料にひずみが発生した後の繊維属性の変化値と繊維配向との間のマッピング関係を示すための所定の繊維配向モデルを導入することによって、取得した繊維変化値によって繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測することができる。
【００３７】
一例として、繊維属性の変化値は、所定のデカルト座標系における繊維の変化値、および、相対座標系における繊維の変化値を含む。相対座標系は、繊維複合材料中の経糸方向および緯糸方向によって取得する。
【００３８】
所定のデカルト座標系における繊維の変化値は、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値、および、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を含む。
【００３９】
相対座標系における繊維の変化値は、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値、および、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を含む。
【００４０】
図２および図３に示したように、図２は、例示的な一実施例に係る紡織完了後の繊維同士の間の位置関係を示す図であり、ここで、繊維同士の間は一般的に互いに垂直されており、図３は、例示的な一実施例に係る繊維複合材料に対して成形プロセスを実行した後の繊維同士の間の位置関係を示す図である。その中、座標軸ｅ1とｅ2からなる座標系は、所定のデカルト座標系であり、座標軸ｇ1とｇ2からなる座標系は、相対座標系である。
【００４１】
一実施例において、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するサブステップを含む。
【００４２】
上記サブステップは、以下のサブステップＡ１〜Ａ３を含んでもよい。
【００４３】
Ａ１において、繊維にひずみが発生する前の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の第１の長さ値、および、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第１の角度値を、取得する。
【００４４】
Ａ２において、繊維にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の第２の長さ値、および、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第２の角度値を、取得する。
【００４５】
Ａ３において、第２の長さ値および第１の長さ値に基づいて、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値を取得し、第２の角度値および第１の角度値に基づいて、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を取得する。
【００４６】
繊維にひずみが発生する前の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の第１の長さ値、および、繊維にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の第２の長さ値を取得した後に、第２の長さ値から第１の長さ値を減算することによって、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値を取得することができる。
【００４７】
同様に、繊維にひずみが発生する前の、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第１の角度値、および、繊維にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第２の角度値を取得した後に、第２の角度値から第１の角度値を減算することによって、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を取得することができる。
【００４８】
その中、上記の各ステップは、シミュレーションソフトウェアによって実現されてもよく、本開示はシミュレーションソフトウェアの種類に対し限定しない。
【００４９】
一実施例において、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するステップは、
前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、前記相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するサブステップとを含む。
【００５０】
上記サブステップは、以下のサブステップＢ１〜Ｂ３を含んでもよい。
【００５１】
Ｂ１において、繊維にひずみが発生する前の、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の第３の長さ値、および、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第３の角度値を取得する。
【００５２】
Ｂ２において、繊維にひずみが発生した後の、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の第４の長さ値、および、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第４の角度値を取得する。
【００５３】
Ｂ３において、第４の長さ値および第３の長さ値に基づいて、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値を取得し、第４の角度値および第３の角度値に基づいて、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を取得する。
【００５４】
繊維にひずみが発生する前の、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の第３の長さ値、および、繊維にひずみが発生した後の、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の第４の長さ値を取得した後に、第４の長さ値から第３の長さ値を減算することによって、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値を取得することができる。
【００５５】
同様に、繊維にひずみが発生する前の、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第３の角度値、および、繊維にひずみが発生した後の、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の第４の角度値を取得した後に、第４の角度値から第３の角度値を減算することによって、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を取得することができる。
【００５６】
その中、上記の各ステップは、シミュレーションソフトウェアによって実現されてもよく、本開示はシミュレーションソフトウェアの種類に対し限定しない。
【００５７】
一実施例において、上記方法は、繊維属性の変化値、および、所定の繊維配向モデルに基づいて、繊維複合材料中の繊維配向を予測する前に、以下のサブステップＣ１〜Ｃ３をさらに含む。
【００５８】
Ｃ１において、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値と、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む所定のデカルト座標系における繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得する。
【００５９】
一例として、応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000009
その中、dε11は、所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った繊維の長さ変化値を示し、dε22は、所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、所定のデカルト座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す。
【００６０】
図２と図３を参照すると、dε11は、座標軸ｅ1と座標軸ｅ2からなる座標系における座標軸ｅ1に沿った繊維の長さ変化値を示し、dε22は、座標軸ｅ1と座標軸ｅ2からなる座標系における座標軸ｅ2に沿った繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、座標軸ｅ1と座標軸ｅ2からなる座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す。
【００６１】
Ｃ２において、相対座標系における各座標軸に沿った繊維の長さ変化値と、相対座標系における複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む相対座標系における繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得する。
【００６２】
2020004358.tif 000010
【００６３】
2020004358.tif 000011
【００６４】
Ｃ３において、応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、所定の繊維配向モデルを取得する。
【００６５】
三次元製織長繊維複合材料は典型的な異方性材料であるので、材料の不均一性および異方性は、主な困難である。本実施例では、適切な所定の繊維配向モデルを選択するために、織物の緯糸および経糸と一致する平面座標系（即ち、上記の相対座標系である）をシェル要素モデル中に埋め込むことができる。構成関係中の応力ひずみテンソルの相対座標成分（即ち、反変応力成分および共変ひずみ成分である）を、上記の相対座標系中に導入する。応力ひずみテンソルの相対座標成分と応力ひずみテンソルのデカルト成分との間の変換によって、繊維複合材料の所定の繊維配向モデルを導出する。
【００６６】
さらに、上記の構成関係で引張りとせん断とを分離させる(Decoupling)ことができるので、上記の構成関係に基づいて所定の繊維配向モデルを得ることができる。
【００６７】
一実施例において、応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
応力ひずみテンソルの相対座標成分が、応力ひずみテンソルのデカルト成分と繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値の積である関係を含む。
【００６８】
例えば、応力ひずみテンソルの相対座標成分が、応力ひずみテンソルのデカルト成分と繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値の積である関係は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000012
その中、αは、繊維と所定のデカルト座標系における第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、θは、繊維配向の角度値を示す。
【００６９】
図２と図３を参照すると、αは、繊維と、座標軸ｅ1と座標軸ｅ2からなる座標系における座標軸ｅ1との間の夾角の変化値を示し、θは、繊維配向の角度値を示す。
【００７０】
実際の応用において、有限要素ソフトウェアＡｂａｑｕｓを使用して、繊維複合料の成形プロセス中の繊維配向を予測してもよい。
【００７１】
具体的に、ユーザーは、ＡｂａｑｕｓのＶＵＭＡＴユーザー定義サブルーチン機能を利用して、ＶＵＭＡＴを通じて上記の繊維配向モデルを入力材してもよい。
【００７２】
Ａｂａｑｕｓソフトウェアを使用して上記の繊維複合材料の繊維属性の変化値（図４を参照）を算出できるので、Ａｂａｑｕｓソフトウェアによって繊維複合材料の繊維属性の変化値および入力された上記繊維配向モデルを算出することで、繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測することができる。
【００７３】
この場合、繊維配向を導出した分布結果は、図５〜図７に示したようであり、その中、図５は、例示的な一実施例に係る繊維の初期構造を示す模式図であり、図６は、例示的な一実施例に係る繊維配向の予測を示す模式図である。また、図７は、例示的な一実施例に係る繊維配向の限界構造を示す模式図であり、つまり、繊維複合材料にひずみが発生する際に、繊維配向の角度値θの最小値θminを示している。その中、wは、繊維の幅を示し、Ｓは、繊維同士の間の距離を示す。
【００７４】
以下は、本開示の装置の実施例であり、本開示の方法の実施例を実行することができる。
【００７５】
図８は、例示的な一実施例に係る繊維配向予測装置を示すブロック図である。図８に示したように、当該繊維配向予測装置は、
繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された第１取得モジュール１１と、
前記第１取得モジュール１１が取得した前記力学的性能パラメータ値に基づいて、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維複合材料の繊維属性の変化値を取得するように構成された第２取得モジュール１２と、
前記第２取得モジュール１２が取得した前記繊維属性の変化値、および、繊維複合材料にひずみが発生した後の前記繊維属性の変化値と前記繊維配向との間のマッピング関係を示す所定の繊維配向モデルに基づいて、前記繊維複合材料の成形プロセス中の繊維配向を予測するように構成された予測モジュール１３とを備える。
【００７６】
一実施例において、図９に示したように、前記第２取得モジュール１２は、第１取得サブモジュール１２１、および、第２取得サブモジュール１２２を備える。
【００７７】
前記第１取得サブモジュール１２１は、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記所定のデカルト座標系における前記繊維複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された。
【００７８】
前記第２取得サブモジュール１２２は、前記繊維複合材料にひずみが発生した後の、前記相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維複合材料中の繊維の長さ変化値、および、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を、取得するように構成された。
【００７９】
一実施例において、図１０に示したように、前記装置は、第３取得モジュール１４、第４取得モジュール１５、および、第５取得モジュール１６を備える。
【００８０】
前記第３取得モジュール１４は、前記所定のデカルト座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値とを、含む所定のデカルト座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルのデカルト成分を取得するように構成された。
【００８１】
前記第４取得モジュール１５は、前記相対座標系における各座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値と、前記相対座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値と、を含む相対座標系における前記繊維の変化値に基づいて、応力ひずみテンソルの相対座標成分を取得するように構成された。
【００８２】
前記第５取得モジュール１６は、前記第３取得モジュール１４が取得した前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、前記第４取得モジュール１５が取得した前記応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係に基づいて、前記所定の繊維配向モデルを取得するように構成された。
【００８３】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000013
その中、dε11は、前記所定のデカルト座標系における第１座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dε22は、前記所定のデカルト座標系における第２座標軸に沿った前記繊維の長さ変化値を示し、dγ12は、前記所定のデカルト座標系における前記複合材料中の経糸の繊維と緯糸の繊維との間の夾角の変化値を示す。
【００８４】
2020004358.tif 000014
【００８５】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と、応力ひずみテンソルの相対座標成分と、繊維配向との間の関係は、
前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係を含む。
【００８６】
一実施例において、前記応力ひずみテンソルの相対座標成分が、前記応力ひずみテンソルのデカルト成分と前記繊維配向の角度値に対応する所定の三角関数値との積である関係は、以下の式で示し、
2020004358.tif 000015
その中、前記αは、前記繊維と前記所定のデカルト座標系における前記第１座標軸との間の夾角の変化値を示し、前記θは、前記繊維配向の角度値を示す。
【００８７】
一実施例において、図１１に示したように、前記第１取得モジュール１１は、第３取得サブモジュール１１１を含む。
【００８８】
前記第３取得サブモジュール１１１は、所定のシミュレーションソフトウェアによって、前記繊維複合材料の力学的性能パラメータ値を取得するように構成された。
【００８９】
上記の実施例に係る装置については、その中の各モジュールによって実行される操作の具体的な方法は、関連される方法の実施例においてすでに詳細に説明したから、ここでは繰り返して詳細に説明しない。
【００９０】
本分野の技術者は、明細書を考慮してここで開示した本願を実践した後、本開示のその他の実施方案を容易に想到できる。本願は、本開示のいずれの変形、用途、又は、アダプティブな変更をカバーすることを目指す。それら変形、用途、又は、アダプティブな変更は、本開示の一般的な原理をフォローし、また、本開示で開示しなかった技術分野中の公知の常識や共通の技術的手段を含む。明細書及び実施例は、例示に過ぎないと考えられるべきであり、本開示の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって指摘される。
【００９１】
本開示は、以上に既に説明し、また、図面に示す厳密な構造に限定されなく、本開示の範囲から逸脱することなく様々な修正や変更が可能であることを、理解すべきである。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2020004358.tif 000022
【図２】
2020004358.tif 000023
【図３】
2020004358.tif 000024
【図４】
2020004358.tif 000025
【図５】
2020004358.tif 000026
【図６】
2020004358.tif 000027
【図７】
2020004358.tif 000028
【図８】
2020004358.tif 000029
【図９】
2020004358.tif 000030
【図１０】
2020004358.tif 000031
【図１１】
2020004358.tif 000032