(57)【要約】      （修正有）【課題】フロントカバーの作業条件性能を事前に正確に推測して、取得した作業条件性能パラメータに基づいてフロントカバーの設計案を最適化する。【解決手段】複合材料の微細構造図を取得しＳ１０１、微細構造図に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得しＳ１０２、複合材料の力学的性能定数値、及び、複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するＳ１０３。その中、複合材料の微細構造図を実際の材料にさらに接近させることができるようにして、微細構造図に基づいて取得した複合材料の力学的性能を実際の状況にさらに接近させることを確保できる。実際の材料にさらに接近するマクロの力学的性能パラメータが取得できることで、後続に算出されるフロントカバーの作業条件性能パラメータの正確度を効果的に向上させることができる。【選択図】図１
2020004356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料の微細構造図を取得するステップと、
前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップと、
前記複合材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、前記フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するステップと、
を含むことを特徴とするフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項２】
前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップは、
前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得するステップと、
隣接する材料同士の間の間隔及び前記複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得するステップと、
前記複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップと、
前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数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に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項３】
前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップは、
前記フロントカバーのフレームモデルに基づいて、前記複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得するステップと、
前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記目標複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数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２に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項４】
前記微細構造図は、少なくとも、２枚があり、
前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップは、
所定の規則にしたがって、前記複合材料の各層毎に、対応される微細構造図を選択するステップと、
選択した前記微細構造図、及び、前記製織パラメータに基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項５】
前記複合材料の微細構造図を取得するステップは、
前記複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも前記第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に前記第１の材料を充填するステップと、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図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に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項６】
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得するステップは、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを検出するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、前記充填後の所定のモデルが前記複合材料の微細構造図であることを確定するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、前記幾何学変数値を更新するステップと、
を含むことを特徴とする請求項５に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項７】
前記作業条件性能パラメータは、前記フロントカバーの取付点剛度、前記フロントカバーの外部パネル剛度、及び、前記フロントカバーの翼端剛度の中から、少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法。
【請求項８】
複合材料の微細構造図を取得するための第１の取得モジュールと、
前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第２の取得モジュールと、
前記第２の取得モジュールによって取得された前記複合材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、前記フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するための第３の取得モジュールと、
を備えることを特徴とするフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項９】
前記第２の取得モジュールは、
前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得するための第１の取得サブモジュールと、
隣接する材料同士の間の間隔及び前記複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得するための第２の取得サブモジュールと、
前記第２の取得サブモジュールによって取得された前記複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するための第１の構築サブモジュールと、
前記第１の取得サブモジュールによって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記第１の構築サブモジュールによって構築された前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第３の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８に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項１０】
前記第３の取得サブモジュールは、
前記フロントカバーのフレームモデルに基づいて、前記第１の構築サブモジュールによって構築された前記複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得するための複写サブモジュールと、
前記第１の取得サブモジュールによって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記目標複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第４の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に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項１１】
前記微細構造図は、少なくとも、２枚があり、
前記第１の構築サブモジュールは、
所定の規則にしたがって、前記複合材料の各層毎に、対応される微細構造図を選択するための選択サブモジュールと、
前記選択サブモジュールによって選択された前記微細構造図、及び、前記製織パラメータに基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するための第２の構築サブモジュールと、
を備えることを特徴とする請求項９に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項１２】
前記第１の取得モジュールは、
前記複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも前記第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に前記第１の材料を充填するための第１の充填サブモジュールと、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得するための第２の充填サブモジュールと
を備えることを特徴とする請求項８に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項１３】
前記第２の充填サブモジュールは、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得するための第３の充填サブモジュールと、
前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを検出するための検出サブモジュールと、
前記検出サブモジュールにより、前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、前記充填後の所定のモデルが前記複合材料の微細構造図であることを確定するための確定サブモジュールと、
前記検出サブモジュールにより、前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、前記幾何学変数値を更新するための更新サブモジュールと、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【請求項１４】
前記作業条件性能パラメータは、前記フロントカバーの取付点剛度、前記フロントカバーの外部パネル剛度、及び、前記フロントカバーの翼端剛度の中から、少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項８に記載のフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置。
【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：２０１８１０６９１８９９．４)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。
【０００２】
本発明は、自動車のフロントカバー設計技術分野に関し、特に、フロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
車体の外カバー部材の一つとして、自動車のフロントカバーは、車両の使用中に受ける衝撃荷重に耐える必要があり、また、デント抵抗による剛度要件も有する。したがって、複合材料フロントカバー構造と材料の一体設計の実現において、フロントカバーの作業条件性能を事前に正確に推測して、取得した作業条件性能パラメータに基づいてフロントカバーの設計案を最適化する必要がある。
【０００４】
現在、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得する場合、観測して得た繊維の体積分率に基づいて、互いに異なる機製織パラメータによる複合材料の代表体積要素の有限要素モデルを構築し、Ｃｈａｍｉｓ式により複合材料の弾性性能定数値を計算する。そして、フロントカバーに対して有限要素モデリングを実行して、上記弾性性能定数値によってシミュレーションして、各作業条件でのフロントカバーの性能パラメータを得る。
【０００５】
上記のようにフロントカバーの作業条件性能パラメータを取得する場合、観測して得た体積分率に基づいて複合材料の代表体積要素の有限要素モデルを構築するため、当該方法によって得られる複合材料の代表体積要素の有限要素モデルと、実際の複合材料との間には、一定の差異の存在するので、後続に取得して得る各作業条件でのフロントカバーの性能パラメータが正確しないことになる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施例は、関連技術に存在する問題を克服するために、フロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法、及び装置を提供する。前記技術案は、以下のとおりである。
【０００７】
本発明の実施例に係る第１の態様によると、フロントカバーの作業条件性能パラメータ取得方法を提供する。当該方法は、
複合材料の微細構造図を取得するステップと、
前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップと、
前記複合材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、前記フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するステップと、を含む。
【０００８】
本発明の実施例によって提供される技術案は、以下のような有益な効果を含むことができる。複合材料の微細構造図を取得し、微細構造図に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得し、複合材料の力学的性能定数値、及び、フロントカバーの有限要素モデルに基づいて、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得し、ここで、フロントカバーの材料は、複合材料を含む。その中、複合材料の微細構造図を実際の材料にさらに接近させることができるようにして、微細構造図に基づいて取得した複合材料の力学的性能を実際の状況にさらに接近させることを確保できる。つまり、実際の材料にさらに接近するマクロの力学的性能パラメータが取得できることで、後続に算出されるフロントカバーの作業条件性能パラメータの正確度を効果的に向上させることができる。
【０００９】
一実施例において、前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップは、
前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得するステップと、
隣接する材料同士の間の間隔及び前記複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得するステップと、
前記複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップと、
前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップと、を含む。
【００１０】
一実施例において、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップは、
前記フロントカバーのフレームモデルに基づいて、前記複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得するステップと、
前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記目標複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するステップと、を含む。
【００１１】
一実施例において、前記微細構造図は、少なくとも、２枚があり、
前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップは、
所定の規則にしたがって、前記複合材料の各層毎に、対応される微細構造図を選択するステップと、
選択した前記微細構造図、及び、前記製織パラメータに基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するステップと、を含む。
【００１２】
一実施例において、前記複合材料の微細構造図を取得するステップは、
前記複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも前記第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に前記第１の材料を充填するステップと、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得するステップと、を含む。
【００１３】
一実施例において、前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得するステップは、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを検出するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、前記充填後の所定のモデルが前記複合材料の微細構造図であることを確定するステップと、
前記充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、前記幾何学変数値を更新するステップと、を含む。
【００１４】
一実施例において、前記作業条件性能パラメータは、前記フロントカバーの取付点剛度、前記フロントカバーの外部パネル剛度、及び、前記フロントカバーの翼端剛度の中から、少なくとも一つを含む。
【００１５】
本発明の実施例に係る第２の態様によると、フロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置を提供する。当該装置は、
複合材料の微細構造図を取得するための第１の取得モジュールと、
前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第２の取得モジュールと、
前記第２の取得モジュールによって取得された前記複合材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、前記フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するための第３の取得モジュールと、を備える。
【００１６】
一実施例において、前記第２の取得モジュールは、
前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得するための第１の取得サブモジュールと、
隣接する材料同士の間の間隔及び前記複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得するための第２の取得サブモジュールと、
前記第２の取得サブモジュールによって取得された前記複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、前記第１の取得モジュールによって取得された前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するための第１の構築サブモジュールと、
前記第１の取得サブモジュールによって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記第１の構築サブモジュールによって構築された前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第３の取得サブモジュールと、を備える。
【００１７】
一実施例において、前記第３の取得サブモジュールは、
前記フロントカバーのフレームモデルに基づいて、前記第１の構築サブモジュールによって構築された前記複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得するための複写サブモジュールと、
前記第１の取得サブモジュールによって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記目標複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第４の取得サブモジュールと、を備える。
【００１８】
一実施例において、前記微細構造図は、少なくとも、２枚があり、
前記第１の構築サブモジュールは、
所定の規則にしたがって、前記複合材料の各層毎に、対応される微細構造図を選択するための選択サブモジュールと、
前記選択サブモジュールによって選択された前記微細構造図、及び、前記製織パラメータに基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築するための第２の構築サブモジュールと、を備える。
【００１９】
一実施例において、前記第１の取得モジュールは、
前記複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも前記第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に前記第１の材料を充填するための第１の充填サブモジュールと、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得するための第２の充填サブモジュールと、を備える。
【００２０】
一実施例において、前記第２の充填サブモジュールは、
前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得するための第３の充填サブモジュールと、
前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを検出するための検出サブモジュールと、
前記検出サブモジュールにより、前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、前記充填後の所定のモデルが前記複合材料の微細構造図であることを確定するための確定サブモジュールと、
前記検出サブモジュールにより、前記第３の充填サブモジュールによって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、前記幾何学変数値を更新するための更新サブモジュールと、を備える。
【００２１】
一実施例において、前記作業条件性能パラメータは、前記フロントカバーの取付点剛度、前記フロントカバーの外部パネル剛度、及び、前記フロントカバーの翼端剛度の中から、少なくとも一つを含む。
【００２２】
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、本発明を制限できないと、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
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、本発明に合う実施例を示し、また明細書とともに本発明の原理を解釈するのに、使用される。
【図１】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータの取得方法を示すフローチャートである。
【図２】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片を顕微鏡観察した結果を示す図である。
【図３】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片の炭素繊維束の微細構造図を示す図である。
【図４】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片の樹脂基体の微細構造図を示す図である。
【図５】例示的な一実施例に係る力学的性能を示す模式図である。
【図６】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素での繊維の分布を示す模式図である。
【図７】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素での樹脂の分布を示す模式図である。
【図８】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素の構造を示す模式図である。
【図９】例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素の構造を示す模式図である。
【図１０】例示的な一実施例に係るフロントカバーのフレームモデルを示す模式図である。
【図１１】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置を示すブロック図である。
【図１２】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置の第２の取得モジュールを示すブロック図である。
【図１３】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置の第２の取得サブモジュールを示すブロック図である。
【図１４】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置の第１の構築サブモジュールを示すブロック図である。
【図１５】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置の第１の取得モジュールを示すブロック図である。
【図１６】例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置の第２の充填サブ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】
【００２４】
以下、例示的な一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、特に明示しない限り、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。以下の例示的な一実施例に記載される実施形態は、本発明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、添付された特許請求の範囲に詳述される本発明の実施態様と一致する装置および方法の単なる例のみである。
【００２５】
本発明では、複合材料の微細構造図を取得し、微細構造図に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得し、複合材料の力学的性能定数値、及び、フロントカバーの有限要素モデルに基づいて、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得し、ここで、フロントカバーの材料は、複合材料を含む。その中、複合材料の微細構造図を実際の材料にさらに接近させることができるようにして、微細構造図に基づいて取得した複合材料の力学的性能を実際の状況にさらに接近させることを確保できる。つまり、実際の材料にさらに接近するマクロの力学的性能パラメータが取得できることで、後続に算出されるフロントカバーの作業条件性能パラメータの正確度を効果的に向上させることができる。
【００２６】
図１は、例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータの取得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。
【００２７】
ステップＳ１０１において、複合材料の微細構造図を取得する。
【００２８】
複合材料が３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料である例を挙げると、この場合、取得される微細構造図は、炭素繊維束と樹脂基体との微細構造図を含む。図２〜図４の中で、図２は、例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片を顕微鏡観察した結果を示す図であり、図３は、例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片の炭素繊維束の微細構造図を示す図であり、図４は、例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の切片の樹脂基体の微細構造図を示す図である。
【００２９】
その中、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、一種の紡織構造の炭素繊維強化複合材料であり、即ち、紡績機械を使用して機織りまたは製織によって得られたものであり、その基体は、炭素繊維であり、補強体は、エポキシ樹脂のような高分子ポリマーである。
【００３０】
ステップＳ１０２において、微細構造図に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００３１】
ステップＳ１０３において、複合材料の力学的性能定数値、及び、複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得する。
【００３２】
一例として、ＡＢＡＱＵＳ有限要素ソフトウェアを使用して、複合材料フロントカバーに対して有限要素モデリングを実行し、得られる複合材料の力学的性能定数値を材料性能の入力値として、フロントカバーの有限要素モデルに対して複数の静的作業条件シミュレーション分析を行うことで、作業条件でのフロントカバーの性能パラメータを得てもよい。
【００３３】
その中、作業条件性能パラメータは、フロントカバーの取付点剛度、フロントカバーの外部パネル剛度、及び、フロントカバーの翼端剛度の中の少なくとも一つを含む。
【００３４】
本実施例において、複合材料の切片に所定の控制アルゴリズムを結合することによって、複合材料の中の各材料のマイクロ混合法則を生成して、複合材料の微細構造図を取得することにより、微細構造図が実際の複合材料にさらに接近するようにして、微細構造図に基づいて取得した複合材料の力学的性能定数値が実際の状況にさらに接近するように確保することにより、複合材料の力学的性能定数値、及び、フロントカバーの有限要素モデルに基づいて取得したフロントカバーの作業条件性能パラメータの正確度をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、従来技術の方法では、微細構造において複合材料の各構成材料が完全に均一に分布されていると想定しているが、実際の複合材料の各構成材料は必ず規則的に混合されるものではない。したがって、本発明では、複合材料の切片によって微細構造図を構築することにより、実際の材料にさらに接近させることができる。
【００３６】
本発明の実施例によって提供される技術案は、以下のような有益な効果を含むことができる。複合材料の微細構造図を取得し、微細構造図に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得し、複合材料の力学的性能定数値、及び、フロントカバーの有限要素モデルに基づいて、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得し、ここで、フロントカバーの材料は、複合材料を含む。その中、複合材料の微細構造図を実際の材料にさらに接近させることができるようにして、微細構造図に基づいて取得した複合材料の力学的性能を実際の状況にさらに接近させることを確保できる。つまり、実際の材料にさらに接近するマクロの力学的性能パラメータが取得できることで、後続に算出されるフロントカバーの作業条件性能パラメータの正確度を効果的に向上させることができる。
【００３７】
一実施例において、上記ステップＳ１０２は、以下のサブステップＡ１〜Ａ４を含む。
【００３８】
Ａ１において、微細構造図に基づいて、複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得する。
【００３９】
従来技術でＣｈａｍｉｓ式により複合材料の力学的性能定数値を予測するのには限界がある。即ち、図５に示したように、Ｃｈａｍｉｓ式によっては、線形弾性性能（図５中の点線）しか予測できなく、非線形力学的性能（図５中の曲線）は予測できない。また、均一な等方性材料にのみ適用でき、異方性材料には適用できず、材料の不均一性を考慮できず、材料性能が温度によって影響されることも考慮できない。
【００４０】
したがって、効率的な力学的性能予測方法によって、互いに異なる製織パラメータによる複合材料の力学的性能の正確な予測の実現が必要となる。また、力学的性能は、線形及び弾性の段階に限定されず、非線形（例えば、弾塑性、粘弾性等）の段階をカバーすべきであり、また、材料特性に与える温度の影響も考慮すべきである。
【００４１】
一例として、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して、微細構造図に基づいて、複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得してもよい。この場合、図５に示したように、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアは、線形弾性、弾塑性、粘弾性、粘弾塑、超弾性などのような、様々な一般的な非線形構成（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ）を含むため、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して予測した材料性能は、線形力学的性能に限定されなく、さらに、非線形力学的性能（図５中の曲線）も予測できる。また、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアは、均一な等方性材料に適用できるだけでなく、異方性材料にも適用できる。つまり、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアは、材料の不均一性を考慮でき、また、材料性能が温度によって影響されることも考慮できる。
【００４２】
複合材料が３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料である例を挙げて説明する。本実施例において、使用した繊維糸は、Ｈｅｘｃｅｌ複合材のＡＳ４であり、基体は、エポキシ樹脂３５０６−６である。炭素繊維糸は、横方向等方性材料であり、また、Ｅ1fは、繊維軸方向弾性係数であり、Ｅ2fは、繊維横方向弾性係数であり、Ｇ12fは、繊維面内せん断係数であり、Ｇ23fは、繊維面外せん断係数であり、ν12fは、メインポアソン比であり、ν23fは、横方向ポアソン比であり、ρfは、繊維密度であると、定義する。また、基体は、等方性材料であり、Ｅｍは、基体弾性係数であり、Ｇｍは、基体せん断係数であり、νmは、基体ポアソン比であり、ρmは、基体密度であると、定義する。Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の微細構造図に基づいて、表１に示すような３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の繊維糸の力学的性能定数値、及び、表２に示すような３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の基体の力学的性能定数値を、得た。
【００４３】
2020004356.tif 000003
【００４４】
2020004356.tif 000004
また、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の微細構造図に基づいて、表３に示すような３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の繊維体積分率が７０％である繊維束の力学的性能定数値を得た。その中、Ｅ1は、繊維束軸方向弾性係数であり、Ｅ2は、繊維束横方向弾性係数であり、Ｇ12は、繊維束面内せん断係数であり、Ｇ23は、繊維束面外せん断係数であり、ν12は、メインポアソン比であり。
【００４５】
2020004356.tif 000005
Ａ２において、隣接する材料同士の間の間隔及び複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得する。
【００４６】
Ａ３において、複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、微細構造図に基づいて、製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築する。
【００４７】
上記の製織パラメータに含まれたタイプは、例のみであり、実際の適用においては上記の２種に限定されないことを、注意すべきである。
【００４８】
その中、代表体積要素（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ、ＲＶＥ）は、ユニットセルモデルとも呼ばれ、複合材料のような、マルチスケール及び離散分布を有する多相系を、研究する効果的な手段である。なお、選び取った典型的な ユニットは、材料のメゾ構造的な特徴を現すほど小さいものでなければならず、また、複合材料のすべての物理的性能を十分に表現するほど大きいものでなければならない。このような単純化されたユニット本体を、代表体積要素と呼ぶ。
【００４９】
Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して、互いに異なる製織パラメータによって得られる３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素を迅速に構築できる。例えば、製織パラメータは、表４に示すようである。
【００５０】
2020004356.tif 000006
Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアは、表４中の製織パラメータに基づいて、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素を構築する。その中、図６は、例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素での繊維の分布を示す模式図であり、図７は、例示的な一実施例に係る３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素での樹脂の分布を示す模式図である。
【００５１】
Ａ４において、複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、複合材料代表体積要素に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００５２】
３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素を取得した後、Ｄｉｇｉｍａｔソフトウェアを使用して、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素に対して、メッシング（Ｍｅｓｈｉｎｇ）を実行し、図８に示すように、メッシング実行後の３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素を、ＡＢＡＱＵＳに導入すると、ユニットタイプはＣ３Ｄ８Ｒになる。
【００５３】
３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料での各材料の力学的性能定数値を、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素に与え、また、繊維束の局所座標系を構築して、繊維束の主方向を定義することにより、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素のメゾスコピック有限要素モデルを構築し、当該３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の代表体積要素のメゾスコピック有限要素モデルによって、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００５４】
一実施例において、上記ステップＡ３は、以下のサブステップＢ１〜Ｂ２を含む。
【００５５】
Ｂ１において、フロントカバーのフレームモデルに基づいて複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得する。
【００５６】
Ｂ２において、複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、目標複合材料の代表体積要素に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００５７】
図９に示したように、得られた複合材料の代表体積要素が対称性及び周期性を満たすようにするためには、図１０に示したフロントカバーのフレームモデルに基づいて、複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得する必要があり、さらに、複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、目標複合材料の代表体積要素に基づいて、複合材料の力学的性能定数値を取得する必要がある。
【００５８】
目標複合材料の代表体積要素をフロントカバーの形状にさらに接近させることができて、得られる複合材料の力学的性能定数値をさらに正確にすることができる。
【００５９】
一実施例において、微細構造図は、少なくとも、２枚があり、上記ステップＡ２は、以下のサブステップＣ１〜Ｃ２を含む。
【００６０】
Ｃ１において、所定の規則にしたがって、複合材料の各層に対して、対応される微細構造図を選択する。
【００６１】
Ｃ２において、選択した微細構造図及び製織パラメータに基づいて、製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築する。
【００６２】
実際の複合材料内の各層において、各材料が必ずしも規則に従って混合されることがないので、即ち、各方向は異性材料である可能性もある。したがって、所定の規則に従って、複合材料の各層に対して、対応される微細構造図を選択することにより、構築された複合材料の代表体積要素が実際の材料にさらに接近され、材料の不均一性も考慮できる。
【００６３】
その中、本発明は、所定の規則に対して限定しない。
【００６４】
一実施例において、上記ステップＳ１０１は、以下のサブステップＤ１〜Ｄ２を含む。
【００６５】
Ｄ１において、複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に第１の材料を充填する。
【００６６】
Ｄ２において、複合材料の中の第２の材料を使用して所定のモデル中の空白領域を充填することにより、複合材料の微細構造図を取得する。
【００６７】
Ｍａｔｌａｂソフトウェア及びｐｙｔｈｏｎスクリプト言語を使用して、材料の微細構造を生成してもよい。具体的に、切片に対する顕微鏡観察結果に基づいて、Ｍａｔｌａｂソフトウェアに対して第１の材料の所定の幾何学変数値を入力してもよい。この場合、Ｍａｔｌａｂソフトウェアは、所定のモデル中に第１の材料を充填し、さらに、複合材料の中の第２の材料を使用して所定のモデル中の空白領域を充填することにより、複合材料の微細構造図を取得する。
【００６８】
複合材料が３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料である例を挙げると、この場合の所定のモデルは、繊維ハードコアモデルであり、Ｍａｔｌａｂソフトウェアに対して炭素繊維材料の所定の幾何学変数値を入力する。この場合、Ｍａｔｌａｂソフトウェアは、繊維ハードコアモデル中に炭素繊維材料を充填し、さらに、樹脂を使用して繊維ハードコアモデル中の空白領域を充填することにより、３次元機織り/製織の炭素繊維複合材料の微細構造図を取得する。
【００６９】
当然ながら、実際の応用において、他のシミュレーションソフトウェア及びプログラミング言語を使用して、上記の微細構造図を取得してもよく、本発明はこれらに対して限定しない。
【００７０】
複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に第１の材料を充填し、さらに、第２の材料を使用して所定のモデル中の空白領域を充填することにより、微細構造図を取得するステップの複雑度を効果的に低下できる。
【００７１】
一実施例において、上記ステップＤ２は、以下のサブステップＥ１〜Ｅ４を含む。
【００７２】
Ｅ１において、複合材料の中の第２の材料を使用して所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得する。
【００７３】
Ｅ２において、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを、検出する。
【００７４】
Ｅ３において、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、充填後の所定のモデルが複合材料の微細構造図であると、確定する。
【００７５】
Ｅ４において、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、幾何学変数値を更新する。
【００７６】
得られる微細構造図を実際の実物サンプルにさらに一致させるために、充填過程において、複合材料の中の第２の材料を使用して所定のモデル中の空白領域を充填して、充填後の所定のモデルを取得した後、さらに、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを、検出して、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、充填後の所定のモデルが複合材料の微細構造図であると確定し、充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいと、幾何学変数値を更新して、更新した幾何学変数値に基づいて所定のモデルを再度充填させる。
【００７７】
充填後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率と実物サンプル中の第１の材料の体積分率との間の大小関係を検出することにより、得られる微細構造図を実物サンプルにさらに接近させる。
【００７８】
さらに、フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得した後、有限要素シミュレーションにより、最適化結果の有効性を検証して、複合材料フロントカバーの最適化を実現してもよい。
【００７９】
フロントカバーを最適化する場合、フロントカバーの作業条件性能パラメータの目標値は、以下の（１）〜（３）のようである。その中、（１）フロントカバーの取付点剛度は、フロントカバーの取付点剛度値≧５０Ｎ/ｍｍ（５０Ｎをかけた後の変形≦１ｍｍ）であり、（２）フロントカバーの外部パネル剛度は、フロントカバーの外部パネル剛度値≧１００Ｎ/ｍｍ（３００Ｎをかけた後の変形≦３ｍｍ）、ここで、直径が２５.４であるボールで荷重をかけ、荷重点は、外部パネル幾何学的中心及び最大の非支持領域であり、（３）フロントカバーのその他の剛度（例えば、フロントカバーの翼端剛度）は、剛度提案値≧１００Ｎ/ｍｍ（３００Ｎをかけた後の変形≦３ｍｍ）である。
【００８０】
以下は、本発明の装置の実施例であり、本発明の方法の実施例を実行できる。
【００８１】
図１１は、例示的な一実施例に係るフロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置を示すブロック図である。図１１に示したように、当該フロントカバーの作業条件性能パラメータ取得装置は、
複合材料の微細構造図を取得するための第１の取得モジュール１１と、
前記第１の取得モジュール１１によって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得するための第２の取得モジュール１２と、
前記第２の取得モジュール１２によって取得された前記複合材料の力学的性能定数値、及び、前記複合材料を含む材料からなるフロントカバーの有限要素モデルに基づいて、前記フロントカバーの作業条件性能パラメータを取得するための第３の取得モジュール１３とを備える。
【００８２】
一実施例において、図１２に示したように、前記第２の取得モジュール１２は、第１の取得サブモジュール１２１、第２の取得サブモジュール１２２、第１の構築サブモジュール１２３、及び第３の取得サブモジュール１２４を備える。
【００８３】
前記第１の取得サブモジュール１２１は、前記第１の取得モジュール１１によって取得された前記微細構造図に基づいて、前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値を取得する。
【００８４】
前記第２の取得サブモジュール１２２は、隣接する材料同士の間の間隔及び前記複合材料の層数を含む製織パラメータを複数グループ取得する。
【００８５】
前記第１の構築サブモジュール１２３は、前記第２の取得サブモジュール１２２によって取得された前記複数グループの製織パラメータの中の各グループの製織パラメータ毎に、前記第１の取得モジュール１１によって取得された前記微細構造図に基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築する。
【００８６】
前記第３の取得サブモジュール１２４は、前記第１の取得サブモジュール１２１によって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記第１の構築サブモジュール１２３によって構築された前記複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００８７】
一実施例において、図１３に示したように、前記第３の取得サブモジュール１２４は、複写サブモジュール１２４１、及び第４の取得サブモジュール１２４２を備える。
【００８８】
前記複写サブモジュール１２４１は、前記フロントカバーのフレームモデルに基づいて、前記第１の構築サブモジュール１２３によって構築された前記複合材料の代表体積要素に対して複写操作を実行することにより、目標複合材料の代表体積要素を取得する。
【００８９】
前記第４の取得サブモジュール１２４２は、前記第１の取得サブモジュール１２１によって取得された前記複合材料の中の各材料の力学的性能定数値、及び、前記複写サブモジュール１２４１によって取得された前記目標複合材料の代表体積要素に基づいて、前記複合材料の力学的性能定数値を取得する。
【００９０】
一実施例において、図１４に示したように、前記微細構造図は、少なくとも、２枚があり、前記第１の構築サブモジュール１２３は、選択サブモジュール１２３１、及び第２の構築サブモジュール１２３２を備える。
【００９１】
前記選択サブモジュール１２３１は、所定の規則にしたがって、前記複合材料の各層毎に、対応される微細構造図を選択する。
【００９２】
前記第２の構築サブモジュール１２３２は、前記選択サブモジュール１２３１によって選択された前記微細構造図、及び、前記製織パラメータに基づいて、前記製織パラメータに対応される複合材料の代表体積要素を構築する。
【００９３】
一実施例において、図１５に示したように、前記第１の取得モジュール１１は、第１の充填サブモジュール１１１、及び第２の充填サブモジュール１１２を備える。
【００９４】
前記第１の充填サブモジュール１１１は、前記複合材料の中の第１の材料の所定の幾何学変数値であって、少なくとも前記第１の材料の直径及び隣接する第１の材料同士の間の間隔を含む幾何学変数値に基づいて、所定のモデル中に前記第１の材料を充填する。
【００９５】
前記第２の充填サブモジュール１１２は、前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、前記複合材料の微細構造図を取得する。
【００９６】
一実施例において、図１６に示したように、前記第２の充填サブモジュール１１２は、第３の充填サブモジュール１１２１、検出サブモジュール１１２２、確定サブモジュール１１２３、及び更新サブモジュール１１２４を備える。
【００９７】
前記第３の充填サブモジュール１１２１は、前記複合材料の中の第２の材料を使用して前記所定のモデル中の空白領域を充填することにより、充填後の所定のモデルを取得する。
【００９８】
前記検出サブモジュール１１２２は、前記第３の充填サブモジュール１１２１によって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいか否かを、検出する。
【００９９】
前記確定サブモジュール１１２３は、前記検出サブモジュール１１２２により、前記第３の充填サブモジュール１１２１によって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率よりも小さいことと検出されれば、前記充填後の所定のモデルが前記複合材料の微細構造図であることを確定する。
【０１００】
前記更新サブモジュール１１２４は、前記検出サブモジュール１１２２により、前記第３の充填サブモジュール１１２１によって充填された後の所定のモデル中の第１の材料の体積分率が、前記実物サンプル中の第１の材料の体積分率より大きいか等しいことと検出されれば、前記幾何学変数値を更新する。
【０１０１】
一実施例において、前記作業条件性能パラメータは、前記フロントカバーの取付点剛度、前記フロントカバーの外部パネル剛度、及び、前記フロントカバーの翼端剛度の中から少なくとも一つを含む。
【０１０２】
本分野の当業者は、明細書を考慮してここで開示した本願を実践した後、本発明のその他の実施方案を容易に想到できる。本願は、本発明のいずれの変形、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、本発明の一般的な原理をフォローし、また、本発明で開示しなかった本分野中の公知の常識や慣用技術的手段を含む。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、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって指摘される。
【０１０３】
本発明は、以上に既に説明し、また、図面に示す精確な構造に限定されなく、本発明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。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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