(57)【要約】【課題】拡散層基材の正確な強度計算を行う。【解決手段】繊維をビーム要素で構成する拡散層基材の強度計算方法であって、繊維間の最短距離をビーム要素で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維をビーム要素で構成する拡散層基材の強度計算方法であって、
繊維間の最短距離をビーム要素で構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散層基材の強度計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の構成要素である拡散層基材の強度特性はミクロ構造に依存している。基材（樹脂）と繊維を有する拡散層基材の強度を計算するにあたり、基材をソリッド要素で構成し、繊維をビーム要素で構成する強度計算方法が提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０９０６９０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の強度計算方法では、繊維間の接触やズレ、バインダーによる繊維の結着を考慮することができず、正確な強度計算ができない。
【０００５】
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、拡散層基材の正確な強度計算を行う方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る拡散層基材の強度計算方法は、繊維をビーム要素で構成する強度計算方法であって、繊維間の最短距離をビーム要素で構成する。
【０００７】
本発明によれば、繊維間の最短距離をビーム要素で構成することで、繊維間の接触やズレ、バインダーによる繊維の結着を考慮して正確な強度計算を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、拡散層基材の正確な強度計算を行う方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】強度計算方法の繊維モデルの作成手順を示すフロー図である。
【図２】領域外チェックを説明する説明図である。
【図３】接触判定方法を説明する説明図である。
【図４】最短距離探索方法を説明する説明図である。
【図５】バインダー生成方法を説明する説明図である。
【図６】結合率５０％の場合のバインダー生成例を示す説明図である。
【図７】繊維モデルの構造の一例を示す説明図である。
【図８】強度計算結果の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００１１】
本実施の形態に係る拡散層基材の強度計算方法の一例を説明する。まず、拡散層基材の繊維部分のモデルを作成する。図１にモデルの作成手順を示す。モデルの作成は、（１）条件データ入力、（２）繊維長さの決定、（３）繊維径の決定、（４）繊維方向の決定、（５）起点座標の決定、（６）終点座標の決定、（７）領域外チェック、（８）分割節点の決定、（９）接触判定、（１０）ＢＥＡＭ要素作成、（１１）繊維体積計算、（１２）ＶＦ（Volume fraction）計算、バインダー生成の順に行われる。
【００１２】
（１）条件データ入力では、例えばＸ線ＣＴにより実際の拡散層基材の繊維の積層画像を取得し、その画像データから、繊維をモデル化するための各種データを入力する。その後、入力データに基づいて、（２）モデル化する繊維の長さを決定し、（３）繊維の径を決定し、（４）繊維方向を決定し、（５）繊維の起点座標を決定し、（６）繊維の終点座標を決定する。次に（７）領域外チェックを行う。（７）領域外チェックでは、図２に示すように予め設定した領域からはみ出している要素（領域外の要素）を削除する。
【００１３】
次に（８）繊維の分割節点を決定し、（９）接触判定を行う。（９）接触判定では、繊維間の交差チェックを行う。交差チェックは、繊維の２直線間の最短位置の距離と繊維の大小関係で判定し、図３に示す３つのタイプに分類する。ここで、２直線間の最短位置となる点をＱ１、Ｑ２とする。タイプ１は、繊維の交差がないものであり、タイプ２は、繊維の接触がありで、バインダーの対象となるものであり、タイプ３は、繊維同士が貫入しており、繊維をモデル化しないものである。
【００１４】
このときの繊維の２直線間の最短距離は、次の方法を用いて探索される。図４に示すように繊維が平行な場合には、一方の繊維の端点と他方の繊維と距離Ｕを計算する。繊維が平行でない場合には、一方の繊維の点Ｑ１と他方の繊維の点Ｑ２が線分内にある場合は、点Ｑ１と点Ｑ２の距離Ｕを計算し、一方の繊維の点Ｑ１もしくは他方の繊維の点Ｑ２が線分外にある場合は、線分外にある繊維の端点と線分内にある繊維との距離のうち短い方の距離ｄ１を計算する。
【００１５】
次にこれまでの結果から（１０）ＢＥＡＭ要素を作成する。この結果、繊維間の最短距離がＢＥＡＭ要素で構成される。次にＢＥＡＭ要素から（１１）繊維の体積を計算し、さらに（１２）ＶＦを計算する。そして、次にバインダーを生成する。
【００１６】
バインダーを生成する際には、次の２つの方法１、２のいずれかを用いる。方法１（剛体結合）では、図５に示すように最短距離位置を含む分割されたＢＥＡＭ要素を抽出し、ＢＥＡＭ要素の２点同士（ｎ１−ｎ１、ｎ２−ｎ２）を剛体結合させる。方法２（バネ結合）では、最短距離位置を含む分割されたＢＥＡＭ要素を抽出し、ＢＥＡＭ要素の２点同士（ｎ１−ｎ１、ｎ２−ｎ２）をばね結合させる。図６に示すように結合率が５０％の場合には、結合状態である接触点全体の５０％の接触点をバインダーとして結合する。バインダー結合点の選択方法は、ランダム、接触距離などのいくつかの手法のうちの一つを用いてもよい。ランダムの選択手法を用いる場合には、接触点毎に乱数にて決定する。結合率が３０％の場合には、乱数値＜０．３で結合する。本手法によれば、バインダーを実物同様に繊維の交差する付近で結着させることができる。以上で生成された繊維のモデルの構造の一例を図７に示す。
【００１７】
本実施の形態によれば、モデル化にあたり繊維とバインダーをそれぞれ独立したＢＥＡＭ要素で作成するので、繊維同士の接触を考慮できる。またＢＥＡＭ要素を用いることで、要素数を削減でき、計算時間を短縮できる。繊維間の最短距離をビーム要素で構成するので、繊維間の接触やズレ、バインダーによる繊維の結着を考慮して正確な強度計算を行うことができる。
【００１８】
図８には、上述の強度計算結果の一例を示すものであり、強度計算結果が、拡散層基材の実際の強度測定結果に近似している。
【００１９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、拡散層基材の正確な強度計算を行う際に有用である。
【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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