(57)【要約】  シミュレーション装置は、賦形特性に基づいて強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションして第１の予備カットパターンを取得し、第１の予備カットパターンから不要部分をトリムし、トリムした第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を賦形する際の挙動をシミュレーションして第２の予備カットパターンを取得し、第２の予備カットパターンに対して切り込みを形成し、切り込みを形成した第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を賦形する際の挙動をシミュレーションして第３の予備カットパターンを取得し、第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開してプリフォーム用カットパターンを生成する。
2014157013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するコンピュータが実行するシミュレーション方法であって、
前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得ステップと、
前記第１予備カットパターン取得ステップで取得した前記第１の予備カットパターンから不要部分をトリムするトリムステップと、
前記トリムステップでトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得ステップと、
前記第２予備カットパターン取得ステップで取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成ステップと、
前記切り込み形成ステップで切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得ステップと、
前記第３予備カットパターン取得ステップで取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用カットパターンを生成するカットパターン生成ステップと、
を有することを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記賦形特性は、せん断特性を含み、
前記切り込み形成ステップは、前記強化繊維基材のせん断ロッキング角度を超える領域に切り込みを形成することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記切り込み形成ステップは、前記第２の予備カットパターンの外周ラインにおける少なくとも１箇所の前記強化繊維基材のせん断ロッキング角度を超えるラインの中点から、該ラインを含むせん断ロッキング角度を超える領域において、該領域を２等分するように切り込みを形成することを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記賦形特性が、前記強化繊維基材の繊維方向の引張り特性および前記強化繊維基材の面外の曲げ特性を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記第３予備カットパターン取得ステップは、前記強化繊維基材の自己接触を考慮せずにシミュレーションし、
前記カットパターン生成ステップは、前記切り込みを形成することによってオーバーラップした領域分の前記強化繊維基材を余剰基材として切り取ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記トリムステップ、前記第２予備カットパターン取得ステップ、前記切り込み形成ステップ、前記第３予備カットパターン取得ステップ、および前記カットパターン生成ステップの少なくとも一つのステップを複数回実行することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシミュレーション方法。
【請求項７】
前記強化繊維基材は、強化繊維が直交する２方向に配向していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項８】
前記カットパターン生成ステップで生成したカットパターンを表示する表示ステップをさらに有することを特徴とする請求項１〜７に記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
前記第２予備カットパターンが前記せん断ロッキング角度を超える領域を有しない場合、前記第２の予備カットパターンを展開することによってプリフォーム用カットパターンを生成することを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項１０】
複数の前記強化繊維基材を積層した状態における各ステップのシミュレーションを実行することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のシミュレーション方法。
【請求項１１】
前記強化繊維基材に半硬化状態の樹脂が含浸していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシミュレーション方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシミュレーション方法によって生成したプリフォーム用カットパターンにしたがって強化繊維基材をカットすることにより、前記プリフォームを賦形する前のプリフォーム用基材を製造することを特徴とするプリフォーム用基材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプリフォーム用基材の製造方法によって製造した前記プリフォーム用基材を前記賦形型に賦形することによって前記プリフォームを製造することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項１４】
互いに異なる切り込みを有する複数の前記プリフォーム用基材を積層し、一括して賦形することを特徴とする請求項１３に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１５】
繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するシミュレーション装置であって、
前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得部と、
前記第１予備カットパターン取得部が取得した前記第１の予備カットパターンから不要部分をトリムするトリム部と、
前記トリム部がトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得部と、
前記第２予備カットパターン取得部が取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成部と、
前記切り込み形成部が切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得部と、
前記第３予備カットパターン取得部が取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用のカットパターンを生成するカットパターン生成部と、
を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載のプリフォーム用基材の製造方法によって製造したことを特徴とするプリフォーム用基材。
【請求項１７】
請求項１３または１４に記載のプリフォームの製造方法によって製造したことを特徴とするプリフォーム。
【請求項１８】
複数の前記プリフォーム用基材を積層してなり、隣接する層と切り欠きエッジの突合せ位置が重ならないことを特徴とする請求項１７に記載のプリフォーム。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載のプリフォームと、
前記プリフォームに含浸した樹脂と、
を備えることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体。
【請求項２０】
繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するコンピュータに、
前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得ステップと、
前記第１予備カットパターン取得ステップで取得した前記第１の予備カットパターンから製品外の不要部分をトリムするトリムステップと、
前記トリムステップでトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得ステップと、
前記第２予備カットパターン取得ステップで取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成ステップと、
前記切り込み形成ステップで切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得ステップと、
前記第３予備カットパターン取得ステップで取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用のカットパターンを生成するカットパターン生成ステップと、
を実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維基材を用いた繊維強化プラスチック成形体のプリフォーム用基材の賦形前のカットパターンを生成するシミュレーション方法、プリフォーム基材の製造方法、プリフォームの製造方法、プリフォーム用基材の賦形前のカットパターンを生成するシミュレーション装置、プリフォーム用基材、プリフォーム、繊維強化プラスチック成形体、およびシミュレーションプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維を強化繊維とする繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと記す）は、その比強度、比弾性率の高さから、航空機用途、一般産業用途、スポーツ用途等の様々な分野で多く利用されている。【０００３】
ＦＲＰの代表的な製造方法としては、強化繊維に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグ基材を用い、このプリプレグ基材を一枚一枚積み重ねた成形体をオートクレーブ中で加熱・加圧して硬化させる、いわゆるオートクレーブ成形法がある。しかしながら、オートクレーブを用いたＦＲＰの製造は成形コストが高く、また生産性が低いという問題がある。このようなプリプレグ成形における問題を解決するため、レジントランスファーモールディング成形法（以下、ＲＴＭ成形法と記す）が実用化されている。ＲＴＭ成形法は、樹脂未含浸のドライな強化繊維基材（典型的には連続繊維の織物）を所定の形状に賦形したＦＲＰ成形体の前駆体（プリフォームと呼ばれる）を型上に配置し、全体をバッグフィルムや金型で覆った後、バッグフィルム内、あるいは金型内部を真空状態にして樹脂を注入し、硬化させるというものである。ＲＴＭ成形法は、従来のプリプレグを使用したオートクレーブ成形法よりも低コストで生産性に優れている。【０００４】
しかしながら、このプリフォームの製造において、多数のコーナー部や凹凸を有するような複雑な３次元形状に対し、強化繊維基材を賦形した時に発生する皺や突っ張りなどの賦形不良が問題となっている。また、強化繊維基材の種類によっては、賦形時の型への沿いやすさも異なる。このため、従来から実際に使用する強化繊維基材を型に賦形するに際し、予め切り込みを入れた基材を準備して賦形する手法が検討されてきた。【０００５】
例えば特許文献１では、成形後に切り抜き除去される部分を形成する基材部分に切り込みを入れて賦形し、成形することが提案されている。特許文献２では、底面部と側面部を有する箱型形状を対象として、予め決められた形状にカットし、切り込みを入れた強化繊維基材を準備して賦形することが提案されている。特許文献３では曲率の大きな形状に対する賦形において、切り欠きを形成した基材を準備し、押圧順序を工夫することにより賦形することが提案されている。【０００６】
しかしながら、上記いずれの手法も対象形状が限定されており、新しい形状への賦形に当たっては、実際に基材に切り込みを入れながら何度も試作検討を繰り返してプリフォームを設計する必要がある。このようなトライアンドエラー方式のプリフォーム設計には大変な検討コストと人手が必要となっていた。【０００７】
上記したようなトライアンドエラー方式を避ける手法としてコンピュータシミュレーションを利用する手段が考えられる。従来、３次元形状に賦形するシミュレーション技術としてとして衣服の着装シミュレーションが知られている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、この方法は布地の皺や突っ張りなどの再現を目的としたものであり、皺や突っ張りの改善を目的とするＦＲＰ成形体のプリフォームの製造に適用できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１２２９７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６７９３６号公報
【特許文献３】特許第４０２２２２２号公報
【特許文献４】特開２０００−３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＦＲＰ成形体のプリフォームの製造において、検討段階で型や基材にかかるコストを大幅に削減し、人手によりなされていた作業を省力化することができるシミュレーション方法、プリフォーム用基材の製造方法、プリフォームの製造方法、シミュレーション装置、プリフォーム用基材、プリフォーム、繊維強化プラスチック成形体、およびシミュレーションプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシミュレーション方法は、繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するコンピュータが実行するシミュレーション方法であって、前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得ステップと、前記第１予備カットパターン取得ステップで取得した前記第１の予備カットパターンから不要部分をトリムするトリムステップと、前記トリムステップでトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得ステップと、前記第２予備カットパターン取得ステップで取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成ステップと、前記切り込み形成ステップで切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得ステップと、前記第３予備カットパターン取得ステップで取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用カットパターンを生成するカットパターン生成ステップと、を有することを特徴とする。【００１１】
本発明に係るシミュレーション装置は、繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するシミュレーション装置であって、前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得部と、前記第１予備カットパターン取得部が取得した前記第１の予備カットパターンから不要部分をトリムするトリム部と、前記トリム部がトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得部と、前記第２予備カットパターン取得部が取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成部と、前記切り込み形成部が切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得部と、前記第３予備カットパターン取得部が取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用のカットパターンを生成するカットパターン生成部と、を備えることを特徴とする。【００１２】
本発明に係るシミュレーションプログラムは、繊維強化プラスチック成形体のプリフォームを構成する強化繊維基材の賦形前のカットパターンをシミュレーションによって生成するコンピュータに、前記強化繊維基材の賦形特性を記憶部から読み出し、該賦形特性に基づいて前記強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する第１予備カットパターン取得ステップと、前記第１予備カットパターン取得ステップで取得した前記第１の予備カットパターンから製品外の不要部分をトリムするトリムステップと、前記トリムステップでトリムした前記第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する第２予備カットパターン取得ステップと、前記第２予備カットパターン取得ステップで取得した前記第２の予備カットパターンに対して前記賦形特性に応じた切り込みを形成する切り込み形成ステップと、前記切り込み形成ステップで切り込みを形成した前記第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を前記賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する第３予備カットパターン取得ステップと、前記第３予備カットパターン取得ステップで取得した前記第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の少なくとも一方を切り取って展開することによってプリフォーム用のカットパターンを生成するカットパターン生成ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ＦＲＰ成形体の前駆体であるプリフォームの製造に好適に用いられるものであり、任意の３次元形状に強化繊維基材を賦形する際に必要となる基材カットパターンをシミュレーションを利用することで作成し、該作成したカットパターンを用いてプリフォームを製造する方法である。本発明によれば、従来のトライアンドエラー方式による検討コストや作業負荷を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るプリフォームの製造方法に関するフローチャートである。
【図２】図２は、強化繊維基材のせん断方向に負荷を加えた時の荷重−変位曲線である。
【図３】図３は、強化繊維基材のせん断変形を示した図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る賦形型の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る強化繊維基材を示した図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターン形状を示した斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る賦形型の１つのコーナー付近における賦形開始時の繊維配向を示した図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターン上における製品エンドとトリムラインを示した図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターンをトリムし、展開した第２の予備カットパターン形状を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターンをトリムし、展開した基材で再賦形した第２の予備カットパターンの斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターンをトリムし、展開した基材で再賦形した第２の予備カットパターン形状のコーナー部の拡大図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施形態に係る第１の予備カットパターンをトリムし、賦形した第２の予備カットパターン形状に切り込みを入れて展開した図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１の実施形態に係る第３の予備カットパターン形状のコーナー部における基材のオーバーラップを示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１の実施形態に係る第３の予備カットパターン形状のコーナー部における余剰基材を切り取って展開した図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１の実施形態に係るシミュレーション装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施形態に係る強化繊維基材を示した図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態で作成したプリフォーム用カットパターンを示した図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施形態に係る強化繊維基材を示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の第３の実施形態に係る第１の予備カットパターンをトリムし、展開した基材で再賦形した第２の予備カットパターン形状のコーナー部の拡大図である。
【図２０】図２０は、本発明の第３の実施形態で得られるプリフォーム用カットパターンの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第４の実施形態に係るシミュレーション方法において賦形を開始する状態を模式的に示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第４の実施形態に係る第１の予備カットパターン形状を示した斜視図である。
【図２３】図２３は、本発明の第４の実施形態で得られるプリフォーム用カットパターンの構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施例に係る賦形型の斜視図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施例に係る賦形型の上面図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施例に係る賦形開始時の斜視図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施例１で作成したプリフォーム用カットパターンを示した図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例２で作成したプリフォーム用カットパターンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきである。また、図面が模式的であることに起因して、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることはいうまでもない。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＦＲＰ成形体のプリフォームの製造方法に関するフローチャートを示したものである。
【００１７】
先ず、ステップＳ１でプリフォームに使用する強化繊維基材の賦形特性についてデータを取得する。本発明におけるプリフォームの製造に用いられる強化繊維基材は、２軸直交方向に強化繊維が配向していることを特徴とする。このような強化繊維基材は強化繊維が配向している方向に負荷を加えてもほとんど変形しないが、強化繊維が配向していないせん断方向に負荷を加えると大きな変形が生じる特徴を備えている。強化繊維基材の賦形性を評価するにあたっては、このような全方位的な特性について考慮する必要がある。
【００１８】
強化繊維基材の賦形性を評価する上で特に重要となるのがせん断特性である。強化繊維基材のせん断特性を定量化する手法として、ピクチャーフレーム法やバイアスエクステンション法が知られている。ピクチャーフレーム法とは、正方形のフレームに、該フレームの辺を０度および９０度とした際、正方形に切り出した強化繊維基材の強化繊維が０度あるいは９０度に配向するようフレームに固定し、対角線上に引張荷重を負荷して基材にせん断変形を起こすことで、荷重とせん断変形の関係を取得するものである。また、バイアスエクステンション法とは、長方形に切り出した基材の長辺を０度、短辺を９０度とした際、強化繊維が４５度および−４５度に配向するように短辺を把持し、引張荷重を負荷して基材にせん断変形を起こすことで、荷重とせん断変形の関係を取得するものである。
【００１９】
図２は、強化繊維が２軸直交方向に配された強化繊維基材において、せん断方向に引張荷重を負荷した時の一般的な荷重−変位曲線を示す。荷重−変位曲線１は荷重負荷直後の領域２では緩やかに荷重が上昇する。この領域２では引張荷重による変形によって発生する強化繊維基材同士の摩擦力が荷重として現れている。次に、強化繊維が滑り出すことで殆ど荷重が上昇することなくせん断変形が進行する領域３に移る。引き続き荷重を負荷し続けると、指数関数的に荷重が上昇する領域４に移る。領域４では強化繊維同士が強く拘束しあい、強化繊維が容易に移動できにくくなっている。さらに荷重を加えると、強化繊維が締め付けられて変形することによる荷重上昇が起き、面内で変形を吸収できなくなることで、面外に変形して皺が発生する。この皺は実際のプリフォームでは余剰基材となり賦形不良となって残ってしまう。したがって、皺が発生し始める点５が賦形の限界点であるといえる。本発明では、この賦形の限界点５における強化繊維基材のせん断角度をせん断ロッキング角度として評価することを特徴としている。
【００２０】
図３は、強化繊維基材のせん断変形について模式的に示したものである。強化繊維基材がせん断変形すると、変形前の形状１１から、形状１２になる。強化繊維基材の繊維配向１３は変形後の配向を示しており、変形前は荷重方向１４に対して４５度および−４５度方向に配向している。変位量１５は強化繊維基材の変形前から変形後の評価点１６の変位量を示し、角度１７は荷重方向１４と変形後の強化繊維基材の繊維配向１３とのなす角度である。角度１７は上記したピクチャーフレーム試験やバイアスエクステンション試験などから得ることができる。この角度１７をθ(°)とすると、強化繊維基材のせん断角度α（°）は（１）式で求めることができる。
α＝９０−２θ（°）  （１）
したがって、図２に示す賦形の限界点５におけるαがせん断ロッキング角度である。
【００２１】
その他、強化繊維基材の特性である繊維方向の引張特性、基材のドレープ性を現す曲げ特性、型と基材の摩擦特性、２層以上で賦形する場合は、基材層間の摩擦特性についても予め取得しておくことが、賦形性を精度良く評価する上で好ましい。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態で用いられる賦形型を示す。同図に示す賦形型２０は、ベース表面２１の上に側面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有し、さらに上面２３に向かって４つのコーナー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと４つの辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに同じ大きさの曲率（半径：Ｒ）が設けられたコアが組みつけられている。
【００２３】
図５は、本発明の第１の実施形態に用いられる強化繊維基材を示す。同図に示す強化繊維基材３０において、格子線３１は繊維配向を表しており、方向３２を０度方向とする。
【００２４】
強化繊維基材に用いられる強化繊維としては、特に規定されるものではないが、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維やポリパラフェニレン・ベンゾビス・オキサゾール（ＰＢＯ）繊維などを用いることができ、これらのうち１種類あるいは２種類以上を併用したものも使用することができる。織り構造としては、連続繊維が２方向に入っている構造であって、平織や綾織、朱子織、簾織等の織り布、またＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）であっても良いが、賦形性、取り扱い性、コストなどの観点から平織や綾織が好適に用いられる。
【００２５】
また、強化繊維基材の片面あるいは両面に、予め低融点の樹脂を付着させたものを用いることも可能である。これらの付着させる樹脂について、特に規定はないが、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂やアクリル樹脂やナイロン樹脂といった熱可塑性樹脂等が挙げられ、単一で用いても複数を組み合わせた形態でもかまわない。また、樹脂形態としては粉体や液状で良い。付着させる量としては特に規定されるものではないが、プリフォームを賦形した際に必要な固着力を発現し、成形における樹脂含浸を阻害しない程度であることが好ましい。
【００２６】
本発明における賦形性の予測は、ステップＳ１で取得した賦形特性を強化繊維基材に物性データとして定義し、有限要素法でシミュレーションすることを特徴としている。以下に説明するステップＳ２〜Ｓ８は、シミュレーションによる処理である。
【００２７】
ステップＳ２では、図５に示す強化繊維基材３０を図４に示す賦形型２０に賦形するシミュレーションを実施する。図５に示す強化繊維基材３０は図４に示す賦形型２０のコア形状を賦形するために十分な大きさを有し、切り込みなどの加工はされていないものとする。図５に示す強化繊維基材３０は図４に示す賦形型２０のコアの長手方向２６を０度として配置する。基材の位置決めは賦形型の幾何中心や賦形に基材の変形を要しない領域など任意の位置でよいが、賦形時に基材が並進、あるいは回転して位置ズレしないように拘束することが好ましい。なお、ステップＳ２の処理は、ステップＳ１によって取得した賦形特性を用いる代わりに、強化繊維基材３０の賦形特性として予め取得されているデータに基づいて実行するようにしてもよい。
【００２８】
図６はステップＳ２のシミュレーションで得られた結果である第１の予備カットパターンを示す図である。同図に示す第１の予備カットパターン３３は、コーナー部３４で皺３５が発生している。図７は図４に示す賦形型２０の１つのコーナー２４ａ付近を拡大したものであり、該コーナー２４ａにおける強化繊維基材３０の賦形開始時の繊維配向４１を示している。図７に示すように賦形型２０に強化繊維基材３０を配置した時、０度方向４２に対して側面２２ａ、２２ｂでは０度または９０度に繊維が配向する。しかし、コーナー２４ａの頂点ライン４３に対する強化繊維基材３０の互いに直交する２つの格子線３１の配向角度４４ａ、４４ｂは４５度および−４５度となる。したがって、賦形すると、側面２２ａ、２２ｂに沿う方向には強化繊維基材３０が殆ど伸びないが、コーナー２４ａの頂点ライン４３に沿って基材が大きく伸びる。したがって、賦形後の第１の予備カットパターンは図６に示すような形状となり、コーナー部３４では基材のせん断ロッキング角度を越える領域が発生し、皺３５が残る。
【００２９】
ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた第１の予備カットパターンを参照し、賦形後に確実に製品外となる余分な基材をシミュレーションによってトリムする。図８は図６の第１の予備カットパターン３３を上面側から見た図（矢視Ａ方向の矢視図）であり、第１の予備カットパターン３３上における製品エンド５１とトリムライン５２を示している。製品エンド５１ぎりぎりでトリムすると、トリムしたことによる賦形時の挙動の変化やバラツキにより、実際に賦形したときに製品形状に対して基材が不足してしまう可能性がある。したがって、トリムライン５２は製品の大きさや形状にもよるが、賦形後の製品エンド５１に対して１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の余裕を設けることが好ましい。
【００３０】
ステップＳ４ではステップＳ３でトリムした第１の予備カットパターンを展開し、賦形シミュレーションを実施する。トリムしたことによって賦形時に基材が受ける負荷が変化するため、ステップＳ４はその影響を確認する目的で実施する。図９はトリムした第１の予備カットパターンを展開して得られた基材形状を示す図であり、格子線６１は繊維配向で、方向６２は０度方向を示している。
【００３１】
図１０は、図９に示す基材６０（トリム後の第１の予備カットパターン）を図４に示す賦形型２０に再度賦形した時の第２の予備カットパターンの形状を示した図である。同図に示す第２の予備カットパターン６３においては、依然としてコーナー部６４で皺６５が発生している。賦形する時の位置決めは、トリムしたことによる影響を確認できるよう、トリム前の基材と同じとすることが好ましい。ステップＳ４で得られた第２の予備カットパターンにおいて、製品形状に対して基材不足がなく（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、かつその第２の予備カットパターンにせん断ロッキング角度を超える領域がある場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、シミュレーション処理は後述するステップＳ７へ移行する。
【００３２】
なお、ステップＳ４で得られた第２の予備カットパターンにおいて、製品形状に対して基材不足が生じた場合（ステップＳ５：Ｎｏ）は、ステップＳ３に戻ってトリムをやり直す。また、ステップＳ４で得られた第２の予備カットパターンにおいて、製品形状に対して基材不足がない場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、その第２の予備カットパターンにせん断ロッキング角度を超える領域がなければ（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ４で得られた第２の予備カットパターンを展開したものを、最終的なプリフォーム用カットパターンとし（ステップＳ１１）、後述するステップＳ１０へ移行する。
【００３３】
ステップＳ７では、製品内において余剰基材が発生し皺となっている領域にシミュレーションによって切り込みを形成する。本発明では切り込みを形成する際の指標として、せん断ロッキング角度を用いる。図１１は図１０に示すステップＳ４で得られた第２の予備カットパターン６３のコーナー部６４を拡大した図であり、せん断ロッキング角度を超える領域を明示した図である。具体的には、図１１の領域７１が、せん断ロッキング角度を超える領域である。ステップＳ７においては、まず領域７１に切り込みライン７２を入れて切り込みを形成することによりせん断変形を開放する。切り込みライン７２は、第２の予備カットパターンのせん断変形を開放できる点で基材の面外変形の起点となる箇所に入れることが好ましい。また、せん断ロッキング角度を超える領域７１の中でもせん断角度が大になっている領域に切り込みを入れて基材のせん断変形を開放することが好ましい。すなわち、せん断ロッキング角度を超える領域７１の外周ライン７３の中点７４から該領域７１を等分するように切り込みライン７２を入れることが好ましい。
【００３４】
ステップＳ８では、ステップＳ７で切り込みを形成した第２の予備カットパターンを展開して、賦形シミュレーションを実施し、第３の予備カットパターンを取得する。図１２は切り込みを形成した第２の予備カットパターンを展開したものである。同図に示す基材８０（切り込みを形成した後の第２の予備カットパターン）は、コーナー部に当たる部分に切り込み８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄが入った状態で展開したものである。図１２において、格子線８２は繊維配向である。本発明では方向８３を０度方向として基材を配置し、基材の切り込み８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄにおいて該切り込みエッジ同士の接触を考慮せずにシミュレーションすることを特徴としている。図１３は、ステップＳ８のシミュレーション実施後の第３の予備カットパターンのコーナー部を拡大したものである。図１３に示すようにコーナー部では基材がオーバーラップしており、オーバーラップ領域９１における第１のエッジ９２ａ、第２のエッジ９２ｂが賦形途中に交差することを表している。シミュレーション実施時に切り込みの第１のエッジ９２ａと第２のエッジ９２ｂの接触を考慮しないことによって、切り込みエッジ同士が干渉し合うことなく交差しオーバーラップするため、コーナー部でどの程度の基材が余剰となっているかを正確に把握することができる。
【００３５】
ステップＳ９では第３の予備カットパターンのオーバーラップ領域９１分の基材を切り取って展開し、プリフォーム用カットパターンを得る。オーバーラップ領域９１における基材の切り取り方については、該領域９１の面積分の基材を取り除くことができればよい。図１３に示す切り込みの第１のエッジ９２ａと第２のエッジ９２ｂの両側から切り込む、あるいはどちらか一方のエッジのみから切り取っても良い。しかし、どちらか一方のエッジのみから切り取った場合、切り取りをしなかったエッジ側の基材のせん断変形が大きいまま残ってしまうため、せん断変形を分散させるという観点から、第１のエッジ９２ａと第２のエッジ９２ｂの両側から切り取ることが好ましい。特に、せん断変形を略均等に分散させるためには、切り込みエッジの両側から略均等な面積分の基材を切り取るようにすればより好ましい。
【００３６】
図１４にでき上がったプリフォーム用カットパターンを示す。ステップＳ９において、第３の予備カットパターンから余剰基材を取り除いて展開することによって、４コーナーに切り欠き１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄが入ったプリフォーム用カットパターン１００ができる。プリフォーム用カットパターン１００は、例えばＣＡＤ（Computer  Aided  Design）データとして出力され、表示部１００３で表示される。
【００３７】
以上のステップＳ１〜ステップＳ９を経て、賦形時の皺の発生を抑制し、基材使用量をミニマム化したプリフォーム用カットパターンを得ることができる。また、必要に応じて得られたプリフォーム用カットパターンで再度シミュレーションを実施し、皺や切り込みエッジ間の隙間などの不良が残っていないかを確認し、残っている場合は任意のステップまで遡って途中からやり直すことも可能である。例えば、ステップＳ８の後で基材不足が発生した場合、ステップＳ７に戻ってオーバーラップを少し残して切り取るなどの処理を行うようにしてもよい。
【００３８】
最後にステップＳ１０で、ステップＳ１〜ステップＳ９を経て得られたプリフォーム用カットパターンを適用してプリフォームを得る。このように皺やオーバーラップがないプリフォームを得ることができる。プリフォームの賦形方法としては、特に限定されるものではないが、単純プレスや多段階プレスあるいはハンドレイアップなどが適用される。プリフォームの大きさや形状、要求される品質などによって任意に選択することができる。実際に賦形した結果が要求を満たさなかった場合は、現場での修正や任意のステップに遡って修正することも可能である。
【００３９】
図１５は、本実施形態に係るシミュレーション方法を実行可能な装置であるシミュレーション装置の機能構成を示すブロック図である。同図に示すシミュレーション装置１００１は、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現される入力部１００２と、液晶または有機ＥＬ（Electro  Luminescence）等からなる表示パネルを有し、各種情報を表示する表示部１００３と、シミュレーションを行うための情報を含む各種情報を記憶する記憶部１００４と、シミュレーション装置１００１の動作を制御する制御部１００５と、を備える。
【００４０】
記憶部１００４は、せん断特性、引張特性、曲げ特性、複数積層する場合の層間の摩擦特性等の賦形情報を記憶する賦形情報記憶部１０４１と、本実施形態に係るシミュレーションプログラムや所定のＯＳを起動するためのプログラムを含む各種プログラムを記憶するプログラム記憶部１０４２とを有する。記憶部１００４は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）を用いて構成される。
【００４１】
制御部１００５は、ＣＰＵ（Central  Proccessing  Unit）等を用いて実現され、制御対象であるシミュレーション装置１００１の各構成部位とバスラインを介して接続されている。制御部１００５は、第１予備カットパターン取得部１０５１と、トリム部１０５２と、第２予備カットパターン取得部１０５３と、切り込み形成部１０５４と、第３予備カットパターン取得部１０５５と、カットパターン生成部１０５６と、を有する。
【００４２】
第１予備カットパターン取得部１０５１は、強化繊維基材の賦形特性を賦形情報記憶部１０４１から読み出し、該強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第１の予備カットパターンを取得する。
【００４３】
トリム部１０５２は、第１予備カットパターン取得部１０５１が取得した第１の予備カットパターンから製品外の不要部分をトリムする。
【００４４】
第２予備カットパターン取得部１０５３は、トリム部１０５２がトリムした第１の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第２の予備カットパターンを取得する。
【００４５】
切り込み形成部１０５４は、第２予備カットパターン取得部１０５３が取得した第２の予備カットパターンに対して賦形特性に応じた切り込みを形成する。
【００４６】
第３予備カットパターン取得部１０５５は、切り込み形成部１０５４が切り込みを形成した第２の予備カットパターンを展開した強化繊維基材を賦形型に賦形する際の挙動をシミュレーションすることによって第３の予備カットパターンを取得する。
【００４７】
カットパターン生成部１０５６は、第３予備カットパターン取得部１０５５が取得した第３の予備カットパターンにおいてオーバーラップした領域の一方を切り取って展開することによってプリフォーム用のカットパターンを生成する。
【００４８】
以上の構成を有するシミュレーション装置１００１は、１つのコンピュータ（電子計算機）を用いて実現してもよいし、複数のコンピュータを用いて実現してもよい。後者の場合には、インターネット等の通信ネットワークを介してデータの送受信を行いながら、互いに連携して処理を行うようにすることも可能である。
【００４９】
本実施形態に係るシミュレーションプログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
【００５０】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、従来の現場で行われていたトライアンドエラー方式より検討に費やされるコストや人手による作業量を大幅にカットし、プリフォームを製造する事が可能となる。また、皺やオーバーラップによる製品厚みの変化をなくすことができるため、厚みが均一で良好なプリフォームを得ることができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図１６〜１７を参照して、本発明における第２の実施形態を説明する。図１６は、本発明における第２の実施形態で使用する強化繊維基材を示す図である。図１６に示す強化繊維基材１１０において、格子線１１１は繊維配向、方向１１２は０度方向を示している。図４の賦形型２０を用い、その他の条件は第１の実施形態と同じとして、同様のステップＳ１〜Ｓ１０を実施することにより、プリフォーム用カットパターンを得る。図１７は、本実施形態で得られるプリフォーム用カットパターンを示す図である。図１７に示すプリフォーム用カットパターン１２０には、８つの切り欠き１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆ、１２１ｇ、１２１ｈが入っている。このプリフォーム用カットパターン１２０を適用し、賦形することで皺やオーバーラップのないプリフォームを製造することができる。
【００５２】
図１４と図１７を比較するとわかるように、賦形型に対して配向角度を変えて賦形するとプリフォーム用カットパターンの切り欠きの数や位置が変わり、プリフォームを賦形した時の切り欠きエッジの突合せ位置が繊維配向によって変わるといえる。したがって、複数層積層して賦形する場合は、各層で繊維の配向角度を変えることによって、切り欠きエッジの突合せ位置の重なりをなくすことができ、該突合せ位置の重なりによる強度の低下を抑えることができる。
【００５３】
なお、本実施形態に係るシミュレーション装置の構成は、上記第１の実施形態で説明したシミュレーション装置１００１の構成と同様である。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１８〜図２０を参照して、本発明における第３の実施形態を説明する。図１８は、本発明の第３の実施形態に用いられる強化繊維基材を示す図である。図１８に示す強化繊維基材２００において、格子線２０１は繊維配向を表しており、方向２０２を０度方向とする。
【００５５】
第３の実施形態は、第１の実施形態と同じ繊維配向となるように強化繊維基材を配置した場合の別の実施形態である。図１のステップＳ１からステップＳ４までは第１の実施形態のステップＳ１からステップＳ４と同じ工程を経て第２の予備カットパターンを得る。図１９は、ステップＳ４で得られた第２の予備カットパターンのコーナー部を拡大したものである。図１９に示す領域２０５は、せん断ロッキング角度を超える領域を示している。ステップＳ５およびステップＳ６の処理も第１の実施形態と同様である。
【００５６】
第３の実施形態では、ステップＳ７において、図１９の破線で示すように、せん断ロッキング角度を超える領域２０５の外周ライン２０６の両端の点２０７ａ、２０７ｂから該領域２０５の境界２０８ａ、２０８ｂに沿うように切り込みを形成する。
【００５７】
境界２０８ａ、２０８ｂに沿うように切り込みを形成する際、せん断ロッキング角度−１０度以内の領域であればせん断ロッキング角度を超える領域２０５外に切り込みがあっても一応の効果は得られるが、切り込みの一部がせん断ロッキング角度を超える領域２０５に入っていることがせん断変形の集中を緩和できる点で好ましい。さらに好ましくは、図１９に示すようにせん断ロッキング角度を超える領域２０５の外周ライン２０６の両端の点２０７ａ、２０７ｂから該領域２０５の境界２０８ａ、２０８ｂに沿って切り込みを入れればよい。
【００５８】
図１９に示すように境界２０８ａ、２０８ｂに沿うように切り込みを形成することでせん断ロッキング角度を超える領域２０５が矢印２０９ａ，２０９ｂに示す方向、すなわちコーナーに沿って両サイドに伸ばされるため、せん断変形の集中を効果的に緩和することができる。また切り込みはせん断ロッキング角度を超える領域２０５の境界２０８ａ、２０８ｂどちらか片側でもよいが、効果的にせん断変形の集中を緩和できることから両側に入れることが好ましい。
【００５９】
ステップＳ８〜ステップＳ１１は、第１の実施形態と同様である。図２０は、本実施形態で得られるプリフォーム用カットパターンの構成を示す図である。同図に示すプリフォーム用カットパターン２１０は、８つの切り欠き２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆ、２１１ｇ、２１１ｈを有する。このプリフォーム用カットパターン２１０を適用し、賦形することで皺やオーバーラップのないプリフォームを製造することができる。
【００６０】
なお、本実施形態に係るシミュレーション装置の構成は、上記第１の実施形態で説明したシミュレーション装置１００１の構成と同様である。
【００６１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、複数層からなるプリフォームを製造することを特徴とする。以下の説明においては、３層を同時に賦形することによってプリフォームを製造する場合を主に説明するが、積層する層数はこれに限定されるものではない。
【００６２】
本実施形態に係るプリフォームの製造方法の処理の概要は、第１の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態に係るプリフォームの製造方法の処理は、図１に示すフローチャートにしたがって行われる。以下、第１の実施形態と処理が異なる点を中心にプリフォームの製造方法の概要を説明する。
【００６３】
図２１は、ステップＳ２において賦形を開始する状態を模式的に示す図である。本実施形態では、賦形型２０に対して、強化繊維基材２００、１１０、３０を下から順に重ねていき、同時に賦形を行う場合を想定したシミュレーションを実行する。本実施形態では、賦形中の層間摩擦の影響が小さいものとして賦形時の挙動をシミュレーションする。
【００６４】
図２２は、ステップＳ２のシミュレーションによって得られた第１の予備カットパターンを示す図である。同図に示す第１の予備カットパターン３００は、強化繊維基材３０、１１０、２００を同時に賦形した場合に得られるシミュレーション結果である。
【００６５】
この後のステップＳ３〜Ｓ８の処理は、３つの強化繊維基材３０、１１０、２００を重ねた状態のままシミュレーションを行う点以外は同じである。
【００６６】
ステップＳ９において、各強化繊維基材のプリフォームカットパターンが得られる。図２３は、ステップＳ９によって得られたプリフォーム用カットパターンの構成を示す図である。図２３に示すプリフォーム用カットパターン１００’、１２０’、２１０’は、強化繊維基材３０、１１０、２００からそれぞれ得られるプリフォーム用カットパターンである。本実施形態では、賦形条件として、隣接する層同士が接触したり離れたりするのを繰り返しながら変形するような、層間摩擦の影響が小さい賦形条件を適用している。このため、プリフォーム用カットパターン１００’、１２０’、２１０’は、実施の形態１、２、３でそれぞれ得られたプリフォーム用カットパターン１００、１２０、２１０と、それぞれほぼ同じ形状をなす。なお、賦形中に隣接する層同士が常に接触しながら変形するような、層間摩擦の影響が無視できない条件下では、各層において、単層で賦形した場合と異なるプリフォーム用カットパターンが得られる。本発明は、そのような層間摩擦の影響が無視できない賦形条件に対しても適用可能である。
【００６７】
なお、本実施形態に係るシミュレーション装置の構成は、上記第１の実施形態で説明したシミュレーション装置１００１の構成と同様である。
【００６８】
以上説明した本発明の第４の実施形態では、格子線の配向方向が同じ強化繊維基材から切り込み形成位置が異なるプリフォーム用カットパターンが得られるため、積層した際に切り欠きエッジの突合せ位置の重なりをなくすことができ、積層時に切欠き同じ位置に集中することによる強度の低下を抑えることができる。
【００６９】
なお、図２１に示す強化繊維基材の積層の仕方はあくまでも一例に過ぎず、積層順は任意に変更可能である。また、積層枚数や格子線の配向方向の組み合わせについても、適宜変更することが可能である。
【００７０】
また、ステップＳ３におけるトリムの方法、ステップＳ７における切り込みの形成方法、およびステップＳ９におけるオーバーラップ領域の切り取り方法は上述したものに限られるわけではなく、賦形後の切り欠きエッジの突合せ位置が重ならないようにすることができれば他の方法で実行しても構わない。
【００７１】
また、本実施形態において複数層からなるプリフォームを賦形する場合、上記の如く複数層を積層した状態で一括して賦形する代わりに、１層ずつ賦形するようにしてもよい。
【００７２】
本発明によれば、従来の現場で行われていたトライアンドエラー方式より検討に費やされるコストや人手による作業量を大幅にカットし、プリフォームを製造する事が可能となる。また、皺やオーバーラップによる製品厚みの変化をなくすことができるため、厚みが均一で良好なプリフォームを得ることができる。また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、あらゆる製品形状に対して適用可能なものである。
【００７３】
なお、本発明において、半硬化状態の樹脂を含浸させた強化繊維基材を用いることも可能である。この場合には、シミュレーションを行う際の賦形条件として、半硬化状態の樹脂を含浸させたことに対応する条件を付加すればよい。
【実施例】
【００７４】
以下に本発明の具体的な実施例を示す。なお、本発明は、以下に説明する実施例によって限定されるものではない。【００７５】
図２４は、実施例で用いたアルミ製の賦形型の構成を示す斜視図である。図２５は、図２４の矢視Ｂ方向の矢視図（賦形型の上面図）である。図２４、２５に示す賦形型４００は、４００ｍｍ×４００ｍｍで高さ２０ｍｍのベース表面４０１の上に、長手方向に２４０ｍｍ、短手方向に１６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの直方体の４つのコーナー４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄにそれぞれ１０ｍｍ（Ｒ１０）、２０ｍｍ（Ｒ２０）、３０ｍｍ（Ｒ３０）、４０ｍｍ（Ｒ４０）のＲを設け、さらに上面４０３の４辺に徐変フィレット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄを入れることで各コーナー間を滑らかにつないだ形状になっている。該賦形型４００に３６０ｍｍ×３６０ｍｍの強化繊維基材を賦形してプリフォームを製造する。【００７６】
使用する強化繊維基材は、東レ（株）製  炭素繊維織物ＣＯ６３４３Ｂ（織り組織：平織り、織物目付け：１９８ｇ／ｍ２、強化繊維：Ｔ３００Ｂ−３Ｋ、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：３５３０ＭＰａ、繊度：１９８ｔｅｘ、フィラメント数：３,０００本）である。【００７７】
図２６に賦形開始時の様子を示す。賦形型４００に強化繊維基材４０６を配置し、コア上面の任意の５点で位置決めし、４００ｍｍ×４００ｍｍで厚み１０ｍｍ、さらに中央にコアの外形状＋２ｍｍの穴の空いたアクリル製プレート４０５をベース表面４０１に対して平行に真っ直ぐ押し込むことで賦形する。強化繊維基材４０６の繊維配向はベース表面の任意の１辺を０度として０度及び９０度となるように位置決めし、シミュレーションは有限要素法で実施した。【００７８】
（実施例１）
図２７は本発明の実施例１として、第１の実施形態に係るシミュレーション方法を実行することによって作成したプリフォーム用カットパターンを示す図である。本実施例で使用した賦形型４００は、各コーナーでＲが違うため、図２７に示すプリフォーム用カットパターン４１０の形状も各コーナーで異なるものとなった。すなわち、プリフォーム用カットパターン４１０では、Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０のコーナーで、互いに異なる形状を有する切り欠き４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄがぞれぞれ形成された。【００７９】
シミュレーションによって得られたプリフォーム用カットパターン形状を実際に作成して賦形した結果、Ｒ１０コーナー４０１ａで賦形した部分に少しオーバーラップが残り、簡単な修正を要したが、その他のコーナーで賦形した部分では皺なく、切り欠きエッジの突合せ位置において隙間が無い、良好なプリフォームを得ることができた。【００８０】
検討開始からプリフォーム製造までに要した時間は約半日であり、使用した基材はプリフォーム用カットパターンの作成に使った３６０ｍｍ×３６０ｍｍの基材１枚のみである。同じ作業を従来のトライアンドエラー方式で実施したところ、皺や切り欠きエッジの突合せ位置で隙間が無いプリフォームができるまで、作業時間は１日で、３６０ｍｍ×３６０ｍｍの基材を６枚要し、本発明の効果を確認することができた。また、より複雑な形状への賦形や複数層での賦形となれば、トライアンドエラー方式ではさらに多くの人手や時間、型や基材にかかる検討コストが必要となり、本発明の効果がさらに期待できる。【００８１】
（実施例２）
図２８は本発明の実施例２として、第２の実施形態に係るシミュレーション方法を実行することによって作成したプリフォーム用カットパターンを示す図である。賦形型４００は各コーナーでＲが違うため、図２８に示すプリフォーム用カットパターン５００の形状も各コーナーで異なるものとなった。すなわち、プリフォーム用カットパターン５００では、Ｒ１０のコーナーに切り欠き５０１ａ、５０１ｂが形成され、Ｒ２０のコーナーに切り欠き５０１ｃ、５０１ｄが形成され、Ｒ３０のコーナーに切り欠き５０１ｅ、５０１ｆが形成され、Ｒ４０のコーナーで切り欠き５０１ｇ、５０１ｈに形成された。切り欠き５０１ａ〜５０１ｈは、互いに異なる形状を有している。【００８２】
シミュレーションによって得られたプリフォーム用カットパターン形状を実際に作成して賦形した結果、切り欠きエッジの突合せ位置において隙間が無い、良好なプリフォームを得ることができた。【００８３】
（実施例３）
本発明の実施例３では、実施例１で得たプリフォーム用カットパターン４１０（図２７参照）と実施例２で得たプリフォーム用カットパターン５００（図８参照）を重ねて、実施例１と２と同じ型（賦形型４００）で賦形した。賦形した結果、各層の切り欠きエッジの突合せ位置において隙間が無い、良好なプリフォームを得ることができた。【００８４】
実施例１〜３で示した結果により、本発明の効果を確認することができた。実施例１と２については検討開始からプリフォーム製造までに要した時間は約半日であり、使用した基材はプリフォーム用カットパターンの作成に使った３６０ｍｍ×３６０ｍｍの各層につき基材１枚ずつのみである。同じ作業を従来のトライアンドエラー方式で実施したところ、それぞれの実施例について皺や切り欠きエッジの突合せ位置で隙間が無いプリフォームができるまで、作業時間は１日で、３６０ｍｍ×３６０ｍｍの２層合せて基材を６枚程度要し、本発明の効果を確認することができた。また、より複雑な形状への賦形となれば、トライアンドエラー方式ではさらに多くの人手や時間、型や基材にかかる検討コストが必要となり、本発明の効果がさらに期待できる。
【符号の説明】
【００８５】
１：荷重−変位曲線
２：基材の初期せん断変形領域
３：基材の中間せん断変形領域
４：基材のせん断ロッキング領域
５：賦形限界点
１１：基材せん断変形前の形状
１２：基材せん断変形後の形状
１３：基材せん断変形後の繊維配向
１４：荷重方向
１５：基材せん断変形による変位量
１６：変位量評価点
２０、４００：賦形型
２１：賦形型ベース表面
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ：賦形型の側面
２３：賦形型の上面
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：賦形型のコーナー
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：賦形型の上面４辺
２６：賦形型の０度方向
３０、１１０、２００：強化繊維基材
３１、６１、８２、１１１：強化繊維基材の繊維配向
３２、６２、８３、１１２：強化繊維基材の０度方向
３３：第１の予備カットパターン
３４：第１の予備カットパターンのコーナー部
３５、６５：皺
４１：賦形開始時の繊維配向
４２：強化繊維基材の０度方向
４３：コーナーの頂点ライン
４４ａ、４４ｂ：コーナーの頂点ラインと強化繊維基材のなす角度
５１：第１の予備カットパターン上における製品エンド
５２：第１の予備カットパターン上におけるトリムライン
６０：基材（トリム後の第１の予備カットパターン）
６３：第２の予備カットパターン
６４：第２の予備カットパターンのコーナー部
７１：せん断ロッキング角度超過領域
７２：切り込みライン
７３：せん断ロッキング角度超過領域の外周ライン
７４：せん断ロッキング角度超過領域の外周ラインの中点
８０：基材（切り込みを形成した後の第２の予備カットパターン）
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ：切り込み
９１：オーバーラップ領域
９２ａ、９２ｂ：切り込みエッジ
１００、１００’、１２０、１２０’、２１０、２１０’、４１０、５００：プリフォーム用カットパターン
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆ、１２１ｇ、１２１ｈ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆ、２１１ｇ、２１１ｈ、４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｃ、４１１ｄ、５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ、５０１ｅ、５０１ｆ、５０１ｇ、５０１ｈ：切り欠き
１００１：シミュレーション装置
１００２：入力部
１００３：表示部
１００４：記憶部
１００５：制御部
１０４１：賦形情報記憶部
１０４２：プログラム記憶部
１０５１：第１予備カットパターン取得部
１０５２：トリム部
１０５３：第２予備カットパターン取得部
１０５４：切り込み形成部
１０５５：第３予備カットパターン取得部
１０５６：カットパターン生成部
【図１】
2014157013.tif 000003
【図２】
2014157013.tif 000004
【図３】
2014157013.tif 000005
【図４】
2014157013.tif 000006
【図５】
2014157013.tif 000007
【図６】
2014157013.tif 000008
【図７】
2014157013.tif 000009
【図８】
2014157013.tif 000010
【図９】
2014157013.tif 000011
【図１０】
2014157013.tif 000012
【図１１】
2014157013.tif 000013
【図１２】
2014157013.tif 000014
【図１３】
2014157013.tif 000015
【図１４】
2014157013.tif 000016
【図１５】
2014157013.tif 000017
【図１６】
2014157013.tif 000018
【図１７】
2014157013.tif 000019
【図１８】
2014157013.tif 000020
【図１９】
2014157013.tif 000021
【図２０】
2014157013.tif 000022
【図２１】
2014157013.tif 000023
【図２２】
2014157013.tif 000024
【図２３】
2014157013.tif 000025
【図２４】
2014157013.tif 000026
【図２５】
2014157013.tif 000027
【図２６】
2014157013.tif 000028
【図２７】
2014157013.tif 000029
【図２８】
2014157013.tif 000030
【国際調査報告】
2014157013.tif 000031
2014157013.tif 000032
2014157013.tif 000033
2014157013.tif 000034