(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材料の層内欠陥モードの試験データを整理する方法を提供する。【解決手段】複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、有限要素法を使用してコンピュータにおいて試験クーポンをモデル化することと、複数の亀裂長の各亀裂長についてモデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算することと、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、亀裂長試験データを収集することとを含み、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、亀裂長試験データを整理する。【選択図】図１
2017161504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層内試験データを解析するシステムであって、
電子メモリと、前記電子メモリに記憶された有限要素モデリングアルゴリズムにアクセスし処理するように構成され、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、既知の構成及び既知の特性に基づく既知の複合材料から構成される試験クーポンの有限要素モデルを作成するように構成されたプロセッサとを含むコンピュータシステムを備え、
前記プロセッサは、前記複数の亀裂長、規定荷重、及び変位の各々について、前記試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を生成するように構成されたコンプライアンス曲線アルゴリズムにアクセスし、処理するように構成され、
前記プロセッサはまた、前記複数の亀裂長の各亀裂長について、前記モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算し、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開するように構成された導関数アルゴリズムにアクセスし処理するようにも構成され、
前記プロセッサは、前記コンピュータシステムを制御して、前記コンピュータシステムにおいて亀裂長試験データを受信し、コンプライアンス対亀裂長の試験データの導関数をプロットし、前記標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して前記試験データを整理するように構成される、層内試験データを解析するシステム。
【請求項２】
モードＩ荷重条件下で、整理された前記試験データと層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得するように構成された前記プロセッサを備える、請求項１に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項３】
モデル化された前記試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、請求項１又は２に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項４】
前記荷重が引張荷重である、請求項１から３のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項５】
前記モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、請求項１から４のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項６】
進行性欠陥解析のために、前記整理された試験データを外挿するように構成される前記プロセッサ
を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項７】
グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成するように構成されたグラフィックスプロセッサ
を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【請求項８】
層内試験データを解析する方法であって、
複数の亀裂長、及び規定荷重、及び変位について、コンピュータにおいて有限要素法を使用して試験クーポンをモデル化することであって、前記コンピュータがプロセッサとメモリとを有し、前記試験クーポンをモデル化することは、前記プロセッサによって実施され、メモリに記憶されたパラメータデータに基づくものであり、既知の構造特性を有する既知の複合材料の既知の構成を表すものである、モデル化することと、
前記複数の亀裂長の各亀裂長について、前記試験クーポンの初期破砕エネルギーを前記プロセッサで計算することによって荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することと、
前記複数の亀裂長の各亀裂長について前記モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を前記プロセッサで計算して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、
亀裂長試験データを収集して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットすることと、
前記標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、前記試験データを整理することと
を含む方法。
【請求項９】
モードＩ荷重条件下で、整理された前記試験データと、層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得することを含む、請求項８に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１０】
モデル化された試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、請求項８又は９に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１１】
前記荷重が引張荷重である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１２】
前記モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、請求項８から１１のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１３】
進行性欠陥解析のために、前記整理された試験データを外挿すること
を含む、請求項８から１２のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１４】
グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた前記破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成すること
を含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【請求項１５】
プロセッサを含むコンピュータシステムと共に使用される非一過性コンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータシステムに、
複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、既知の構成及び既知の特性に基づく既知の複合材料から構成された試験クーポンを有限要素方法でモデル化することと、
前記複数の亀裂長の各亀裂長について、前記試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することと、
前記複数の亀裂長の各亀裂長について、前記モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、
亀裂長試験データを収集して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットすることと、
前記標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、前記試験データを整理することと
を含む動作を実施させるために、前記コンピュータシステムの前記プロセッサによってアクセスされ処理されるように構成された指令を含む一又は複数のプログラムを記憶する、非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
モードＩ荷重条件下で、整理された前記試験データ及び層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得することを含む、請求項１５に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
モデル化された前記試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、請求項１５又は１６に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１８】
前記モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
進行性欠陥解析のために、前記整理された試験データを外挿すること
を含む、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた前記破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成すること
を含む、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示されるこの技術は概して、複合材料の層内欠陥に関し、より具体的には、層レベルの複合材料の欠陥モード試験における未加工試験データの整理に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス積層複合材料は、高い剛性重量比、及び強度重量比のために、構造体に益々応用されるようになってきている。しかしながら、マトリクス積層複合材料には、構造完全性を低下させ欠陥につながるマトリクスの亀裂及び層間剥離などの内部損傷が起きる可能性がある。内部損傷は簡単に検出することができない。横方向のマトリクスの亀裂及び層間剥離は、特に構造体に曲げ荷重が加わった時の典型的な複合材料の損傷機構である。
【０００３】
複合材料の欠陥には、２つの異なる欠陥機構がある。１つは、いわゆる欠陥が層内で発生する層内欠陥である。もう１つは、層間剥離欠陥が層の間で発生する層間欠陥である。層内欠陥と層間欠陥との間には、強い相互作用がある。例えば、プライで始まったマトリクスの亀裂は、亀裂がプライを横切って進行すると、隣接するプライの界面における層間剥離につながる。層内破砕強度と層間破砕強度の両方の測定が重要である。層間破砕強度についての完成されたＡＳＴＭ試験基準及び関連の試験データ整理法はすでに存在するため、下記の説明は層内破砕に焦点を合わせる。
【０００４】
層内破砕の特性評価には、２つの異なる種類の破砕特性、すなわち繊維破砕特性、及びマトリクス破砕特性を発生させる試験が伴う。繊維破砕は一般に、繊維の方向に対して見たところ垂直に走って繊維が裂けている亀裂によって特徴づけられ、複合材料の最終的な欠陥につながる直接の原因と考えられている。一方でマトリクス破砕は、繊維に対して層の厚み全体に見たところ平行して走り、複合材料の欠陥プロセスの始まりとなる亀裂によって特徴づけられる。どちらの破砕特性も、基本となる材料特性であり、複合材料の欠陥解析にとって極めて重要である。
【０００５】
エネルギーベースの漸進的手法を使用した複合積層パネルの層内欠陥を予測する解析には、層レベルのひずみエネルギー解放率値の入力が必要とされる。このひずみエネルギー解放率値は、特定の種類の材料試験から抽出された材料強度／エネルギーデータの一部である。今日の材料データ試験の多くは、国家／工業試験基準に従って行われる。しかしながら、この種の複合材料の試験には試験基準が存在しない。この分野において実施された多くの研究は、異なる試験データ整理方法を用いて複合材料のひずみエネルギー解放率を抽出するには、金属材料試料用に元々考案されたコンパクト引張試験を使用することができることで一致している。しかしながら、これらのデータ整理方法は、信頼できない（結果が大幅に散乱する）か、適合性がない、あるいは適用不能かのいずれかである。現在のコンプライアンス（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）データ整理方法には下記の２つの重要な問題がある。１）コンプライアンス曲線が多数の反復試験データに個別にフィッティングされ、試験データのばらつき問題が引き継がれる（これにより整理された結果のばらつきが増加する）；２）コンプライアンス曲線がフィッティングされるが、公式から計算された結果には、コンプライアンスの導関数が含まれる。コンプライアンスの導関数を取得することで、大幅な誤差が引き起こされる。データの散乱問題に対処するために、更に改善された手法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に開示される技術の一実装態様は層内試験データを解析する方法を含み、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、有限要素法を使用してコンピュータにおいて試験クーポンをモデル化することであって、前記コンピュータがプロセッサとメモリとを有し、前記試験クーポンをモデル化することは、プロセッサによって実施され、メモリに記憶されたパラメータデータに基づくものであり、既知の構造特性を有する既知の複合材料の既知の構成を表すものである、モデル化することと、複数の亀裂長の各亀裂長について、試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することとを含む。本方法は、複数の亀裂長の各亀裂長についてモデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算することと、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、亀裂長試験データを収集して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットすることとを含みうる。本方法は、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、試験データを整理することを含む。
【０００７】
本明細書に開示される技術の一実装態様は、電子メモリと、電子メモリに記憶された有限要素モデリングアルゴリズムにアクセスし処理するように構成されたプロセッサとを含むコンピュータシステムを含む層内試験データを解析するシステムを含む。プロセッサは、アルゴリズムを処理する時に、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、既知の構造及び既知の特性に基づく既知の複合材料から構成される試験クーポンの有限要素モデルを作成するように構成される。プロセッサは、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位の各々について、試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を生成するように構成されたコンプライアンス曲線アルゴリズムにアクセスし、処理するように構成される。プロセッサはまた、複数の亀裂長の各亀裂長について、モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算し、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開するように構成された導関数アルゴリズムにアクセスし処理するようにも構成される。プロセッサは、コンピュータシステムを制御して、コンピュータシステムにおいて亀裂長試験データを受信し、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットし、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して試験データを整理するように構成されうる。
【０００８】
開示され、特許請求される本技術は、試験結果が散乱する問題に対処するコンプライアンスの導関数を直接フィッティングさせるＦＥＭ解析から算出された標準フィッティング式を伴う新規の試験データ整理手順のための方法及びシステムを含む。この技術により、試験データの整理方法によって引き起こされる試験結果が散乱する問題が解決される。この方法は、一連のＦＥＭモデルからの結果を用いて、コンプライアンス曲線の標準導関数を展開する。固有の標準曲線を使用することで、コンプライアンス曲線を個別にフィッティングさせることによって起こる試験データのばらつきの問題が解消する。解析的に算出されたコンプライアンス曲線の導関数により、コンプライアンスの導関数を取得する必要がなくなるため、導関数の計算誤差がもはや存在しなくなる。本明細書に開示され、特許請求される既存の解法及び技術を同じ組の未加工試験データに適用することによって、開示された技術を使用して整理された反復試験結果が、既存の方法から得た反復試験結果よりも互いからのばらつきがかなり収まっていることが分かった。開示され、特許請求される技術を使用して計算された試験結果の標準偏差は、既存の方法を使用して計算された値の４分の１にまで縮小した。この試験データの整理方法により、複合材料の進行性欠陥解析において重要な入力となる信頼性の高い試験結果が得られる。複合材料の進行性欠陥の予測が良好であれば、費用のかかる要素／サブ要素／構成要素レベルの試験回数が大幅に削減される。従って、これは費用の節約となる。
【０００９】
開示された技術は、低速荷重及び低衝撃曲げ荷重、及び例えば航空機の外板等の広範囲の荷重運搬構造で使用される複合材料に対して非常に効果的である。クーポン試験では、全ての構造及び全ての種類の荷重に適用可能な引張型の荷重が使用される。開示された技術により、破砕の画像化を得る手段が提供され、未加工データによっては破砕の画像化は得られない。未加工データにより、荷重及び亀裂長、及び荷重変位が得られる。これら３つから、破砕の画像化を導出することが望ましい。
【００１０】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実装態様において単独で実現することが可能であり、また別の実装態様において組み合わせることも可能である。これらの更なる詳細は、以下の記載及び添付図面を参照して理解される。
【００１１】
開示された技術のこれらの有利な特徴及び他の有利な特徴の一部は自明であり、一部は以下の明細書において挙げられる。
【００１２】
開示された技術のより良い理解のために、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】システムのブロック図である。
【図２】プロセスのフロー図である。
【図３】荷重ピンを有する３Ｄ有限要素モデルを示す図である。
【図４】亀裂先端における３Ｄ有限要素モデルを示す図である。
【図５】典型的な荷重対変位試験の曲線を示す図である。
【図６】一組のコンパクト引張（ＣＴ）試験の曲線を示す図である。
【図７】曲線フィッティングの有限要素モデルを示す図である。
【図８】面内破砕強度を示す図である。
【図９Ａ】従来のデータ整理方法を使用した標準偏差を示す図である。
【図９Ｂ】本書に開示され、特許請求される技術を使用した標準偏差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
開示された技術は様々な修正形態及び代替形態に適用しやすいものであるが、本技術の特定の実装態様を単なる例示として図面に示し、本明細書に詳しく説明する。しかしながら、本書に記載される図面及び詳細説明は、本開示内容を開示された特定の実装態様に限定するものではなく、むしろ開示され、添付の特許請求の範囲によって規定される本技術の範囲内にある全ての修正例、均等物、及び代替例を網羅することを理解すべきである。
【００１５】
開示された本技術の一又は複数の実装態様によれば、図１〜９に様々な図が示され、全ての様々な図、及び図面の形に対し、類似の、また対応する技術部品を参照するために全体を通じて一貫して同じ参照番号が使用される。本技術の所定のアイテム又は部品の参照番号の最初の桁（複数可）は、最初にアイテム又は部品が特定された図面の番号に対応すべきであることにも留意したい。
【００１６】
開示された本技術の一実装態様は、複合材料の層内張力緩和試験データのデータを整理するための新規の方法及びシステムを教示する、層内試験データを解析する方法及びシステムを含む。エネルギーベースの漸進的手法を使用した複合積層パネルの層内欠陥を予測する解析には、層レベルのひずみエネルギー解放率値の入力が必要とされる。このひずみエネルギー解放率値は、特定の種類の材料試験から抽出された材料強度／エネルギーデータの一部である。今日の材料データ試験の多くは、国家／工業試験基準に従って行われる。しかしながら、この種の複合材料の試験には試験基準が存在しない。この分野において実施された多くの研究は、異なる試験データ整理方法を用いて複合材料のひずみエネルギー解放率を抽出するには、金属材料試料用に元々考案されたコンパクト引張試験を使用することができることで一致している。本願人は、これらのデータ整理方法が、信頼できない（結果が大幅に散乱する）か、適合性がない、あるいは適用不能かのいずれかであることを発見した。
【００１７】
伝統的に使われてきた現在のコンプライアンスデータの整理方法には２つの重要な問題がある。１）現在のコンプライアンスデータの整理方法では、コンプライアンス曲線を多数の反復試験データに個別にフィッティングさせるため、本質的に、試験データのばらつき問題が起こる（これにより、整理された結果のばらつきが増加する）；２）伝統的なデータ整理方法では、コンプライアンス曲線がフィッティングされるが、公式から計算された結果には、コンプライアンスの導関数が伴い、コンプライアンスの導関数を取得することから重大な誤差が引き起こされる。
【００１８】
本明細書に開示され、特許請求される技術により、試験データの整理方法によって引き起こされた試験結果のばらつきの問題が解決される。明細書に開示され、特許請求される技術は、コンプライアンスの導関数を直接フィッティングさせて試験結果のばらつきの問題に対処する、ＦＥＭ解析より導出された標準フィッティング式を伴う新たな試験データ整理手順を提供する。本明細書に開示され、特許請求される方法では、一連のＦＥＭモデルからの結果を用いて、コンプライアンス曲線の標準導関数を展開する。特有の標準曲線の使用により、コンプライアンス曲線を個別にフィッティングさせることによって起こる試験データのばらつき問題が解消される。解析的に導出されたコンプライアンス曲線の導関数により、コンプライアンスの導関数を取得する必要がなくなり、従って、導関数の計算誤差はもはや存在しない。既存の解決策、及び本明細書に開示された解決策を同じ組の未加工試験データに適用することによって、反復試験結果において、本明細書に開示され、特許請求される技術を使用した時に、データ間の標準偏差が大幅に縮小されていることが分かった。データのグループは、既存の方法から結果的に得たデータのグループよりもかなりばらつきが収まっている。開示された方法を使用して計算された試験結果の標準偏差は、既存の方法を使用して計算された値の４分の１まで縮小される。
【００１９】
開示された技術の詳細、及び様々な実装態様は、図面を参照することによってより深く理解できる。システムのブロック図を示す図１を参照する。層内試験データを解析するシステムの一実施形態は、電子メモリ１０２と、電子メモリ１０２に記憶された有限要素モデリングアルゴリズム１０６にアクセスし処理するように構成され、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位の既知の構成及び既知の特性に基づいて、既知の複合材料から構成された試験クーポンの有限要素モデル（図３及び４に示す図参照）を作成するように構成されたプロセッサ１０４とを含むコンピュータシステム１００を含む。プロセッサ１０４は、複数の亀裂長（ａ）及び規定荷重（Ｎ）及び変位（ｍｍ）の各々について、試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線（図５に示す例）を生成するように構成されたコンプライアンス曲線アルゴリズム１０８にアクセスし、処理するように構成されうる。プロセッサは、複数の亀裂長の各亀裂長について、モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数（図７に例を示す）を計算して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開するように構成された導関数アルゴリズム１１０にアクセスし、処理するように構成されうる。プロセッサ１０４は、試験装置１１４から取得したクーポン試験データ１１２からコンピュータシステムにおいて亀裂長の試験データを受信して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットし、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して試験データを整理するようにコンピュータシステムを制御するように構成されうる。モデル化された試験クーポンは、解析されるべき物理的構造の形状及び材料を表すものであることに留意すべきである。例えば、航空機の胴体又は翼の外板が解析されうる。システムは、対象の外板の部分をモデル化しうる。考慮される荷重は例えば、引張荷重であってよい。クーポン試験データを取得し処理するために、クーポン試験装置を試験装置のコンピュータ及びセンサ１１５に連結しうる。
【００２０】
開示された技術の一実装態様は、モードＩ荷重条件下で、整理された破砕エネルギーデータ及び層内破砕特性評価から取得するように構成されたプロセッサを含む、層内試験データを解析するシステムを含む。モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つであってよい。プロセッサ１０４は、進行性欠陥解析用に整理された試験データを外挿するように構成されうる。グラフィックスプロセッサ１１６は、グラフィカルユーザインターフェース１１８によって表示１２０するように構成されフォーマットされた破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成するように構成されうる。
【００２１】
コンパクト引張試験データを整理する方法を示すフロー図である図２を参照する。各コンパクト引張試験構成２００（図６の代表的なデータ参照）について、本方法の一実装態様は、複数の亀裂長及び規定荷重及び変位２０４（図３に示す３Ｄ有限要素モデルと、図５の荷重対変位曲線を参照）について、コンピュータにおいて有限要素法を使用して試験クーポンをモデル化すること２０２を含むことができ、コンピュータは、プロセッサとメモリを含むことができ、前記試験クーポンをモデル化することは、プロセッサによって実施され、且つメモリに記憶され既知の構造特性を有する既知の複合材料の既知の構成を表すパラメータデータに基づくものである。
【００２２】
本方法の一実装態様は、複数の亀裂長の各亀裂長について、試験クーポンの初期破砕エネルギーをプロセッサで計算することによって、荷重対変位２０６のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することを含みうる（図４の有限要素モデルのグラフィック描写参照）。本方法はまた、複数の亀裂長の各亀裂長について、モデル化されたコンプライアンス曲線２０８の導関数をプロセッサで計算することと、有限要素モデル２１０と曲線フィッティング２１２からのデータを使用することによって、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線２１０（図７の代表的な曲線を参照）を展開することとを含みうる。クーポンモデルの標準曲線が決定されると、データを整理するため、モデル化された試験データと結果的に得られる標準曲線を実際の試験データに適用することができる。当然ながら、モデル化されているクーポンの材料、形状及びレイアップの種類に基づいて、標準曲線特有の式が変わることに留意すべきである。亀裂長試験データを収集すること２１４ができ、コンプライアンス対亀裂長の試験データのプロットを実施すること２１４ができる。試験データ２１６に適用することによって、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して試験データを整理することができる。モードＩ荷重条件下で、整理された試験データと、層内破砕の特性評価から破砕エネルギー試験データを取得すること２１８ができる。
【００２３】
モデル化された試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものでありうる。荷重は例えば、引張荷重であってよい。モデル化された試験クーポンは例えば、クロスプライ（図６の代表的なデータの実例を参照のこと）又はマトリクス構成のうちの１つであってよい。進行性欠陥の解析のために、整理された試験データを外挿することができる。本方法の一実装態様には、グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた破砕エネルギーのグラフ表示のためのデータを生成することを含みうる。
【００２４】
荷重ピンを有する３Ｄ有限要素モデルのグラフィック描写を示す図３を参照する。この有限要素モデルのグラフィック描写がユーザに表示されうる。これもまた技術のユーザに表示されうる、亀裂先端における３Ｄ有限要素モデルのグラフィック描写を示す図４を参照する。有限要素モデルを用いて、様々な亀裂サイズを有する試験クーポンをモデル化することによって、試験構成の標準フィッティング曲線が展開される。異なる亀裂サイズを有する各モデルのモードひずみエネルギー解放率が計算されうる。試験曲線に良く似た荷重曲線が取得されうる。図５の代表的な実例を参照のこと。
【００２５】
クーポンの有限要素モデルを使用して生成されうる、荷重対変位のコンプライアンス曲線のグラフ表示を示す図５を参照する。同様に、一組のコンパクトテンション（ＣＴ：Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｔｅｎｓｉｏｎ）試験の曲線のグラフ表示である図６を参照する。各モデルを有する個々のコンプライアンス導関数から直接、ＦＥＭで算出されたひずみエネルギー解放率、及びひずみエネルギー解放率が算出される荷重を使用して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数が展開されうる（図２のアイテム２０８参照）。本方法では、ＧＩ（モード１ひずみエネルギー解放率）とＰ２（荷重の二乗）との関係が線形であるため、対応するモデルに対し、各欠陥荷重を取り上げる必要がない（図２のアイテム２０８参照）。従って、標準試験データの換算公式が、反復試験データに適用されうる（図２のアイテム２１６参照）。曲線フィッティングの有限要素モデルのグラフ表示を示す図７を参照する。
【００２６】
データを整理するためにデータに曲線フィッティングが適用された、面内破砕強度のグラフ表示を示す図８を参照する。従来のデータ換算方法を使用した標準偏差のグラフ表示を示す図９Ａを参照する。本明細書に開示され、特許請求される技術を使用した標準偏差のグラフ表示を示す図９Ｂを参照する。この提示データから、標準偏差が大幅に縮小され、これによりデータが分散する問題が対処されることが明らかである。解析的に導出された標準公式は試験データのばらつきに影響されず、コンプライアンスの導関数を決定することによって、導出誤差が直接排除される。
【００２７】
上記の様々な実装態様及び実施例は、複合材料の層内試験データを解析するための方法及びシステムを示すものである。本方法及びシステムのユーザは、所望の用途に応じて、上述の実装態様のいずれか、あるいはそれらの均等物を選択することができる。これに関し、開示された本技術、及び様々な実装態様の範囲内から逸脱せずに、主題の方法及びシステムの様々な形態を用いることができることを理解すべきである。
【００２８】
本明細書の特定のシステム、装置、アプリケーション、又はプロセスは、幾つかのモジュール又はアルゴリズムを含むものとして記載されている。モジュール又はアルゴリズムは、ソフトウェアに提示されうる、ハードウェアに具現化されうる、又はこれらの組み合わせでありうる独特の機能性ユニットであってよい。モジュール又はアルゴリズムの機能性が、任意の部分においてソフトウェアを介して実施される時、モジュールはコンピュータ可読媒体を含む。モジュールは、通信可能に連結されていると見なされうる。本発明の主題は、多数の置換えが可能である種々の異なる実装態様において提示されうる。
【００２９】
本明細書に記載される方法を、記載された順序、又は任意の特定の順序で実行する必要はない。更に、本明細書に特定された方法に対して記載された様々な動作は、連続的に又は平行に実行されうる。さらに、先述の「発明を実施するための形態」において、本開示を簡素化する目的で、１つの実施形態に様々な特徴が共にグループ化されていることが分かる。この開示方法は、特許請求される実施形態に、各請求項に明確に記載されるもの以外の特徴が要求されるという意図を反映すると解釈されるものではない。むしろ、後述の特許請求項の範囲に反映されるように、本発明の主題は、開示される単一の実施形態のすべての特徴よりも狭義に存在する。したがって、後述の特許請求の範囲は、本明細書において「発明を実施するための形態」に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態として単独のものである。
【００３０】
例示の実装態様では、機械は独立型装置として動作しうる、あるいは他の機械に接続（例：ネットワーク化）されうる。ネットワーク配備（ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ  ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）において、機械は、サーバ?クライアントネットワーク環境におけるサーバまたはクライアント機械という様態で動作してもよいし、ピアトゥーピア（ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ）（または分散）ネットワーク環境におけるピア機械（ｐｅｅｒ  ｍａｃｈｉｎｅ）として動作してもよい。機械は、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ：  Ｓｅｔ−Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、ウェブ機器、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、またはその機械あるいはコンピュータ装置によって実行される動作を記述する一組の命令（シーケンスシャル他）を実行可能な任意の機械であってもよい。さらに、単一の機械が図示されているが、「機械（ｍａｃｈｉｎｅ）」という語は、一組の（又は複数の組の）指令を個々に／合同で実行し、任意の１つ以上の本書に記載の方法を実行する機械の任意の集合を含むという意味で理解されるべきである。
【００３１】
例示のコンピュータシステム及びクライアントコンピュータは、バスを介して互いに通信するプロセッサ（例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、画像処理装置（ＧＰＵ）又はこの両方）、メインメモリ及びスタティックメモリを含みうる。コンピュータシステムは更に、映像／画像ディスプレイ装置（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はブラウン管（ＣＲＴ））を含みうる。コンピュータシステム、及びクライアントコンピュータ装置はまた、英数字の入力装置（例：キーボード）、カーサー制御装置（例：マウス）、駆動装置、信号生成装置（例：スピーカ）、及びネットワークインターフェース装置も含みうる。
【００３２】
駆動装置は、本明細書に記載される一又は複数の方法又はシステムのいずれかを具現化する一又は複数の組の指令が記憶されたコンピュータ可読媒体（例：ソフトウェア）を含む。ソフトウェアはまたコンピュータシステムによって実行中に、全体的にあるいは少なくとも部分的にメインメモリ内及び／又はプロセッサ内にも存在し得、メインメモリとプロセッサは、コンピュータ可読媒体も構成している。ソフトウェアは更に、ネットワークインターフェース装置を介してネットワークで送信又は受信されうる。
【００３３】
「コンピュータ可読媒体」という語は、一又は複数の組の指令を記憶する１つの媒体又は複数の媒体（例：中央又は分散データベース、及び／又は関連のキャッシュ及びサーバ）を含むと理解すべきである。「コンピュータ可読媒体」という語はまた、機械によって実行される一組の指令を記憶あるいは符号化して、機械に本開示の一又は複数の任意の方法を実施させることができる全ての媒体を含むとも理解される。従って「コンピュータ可読媒体」という語は、非限定的に、ソリッドステートメモリ、及び光媒体、及び磁気媒体を含むと理解される。
【００３４】
更に、本開示は、下記の条項による実施形態を含む。
【００３５】
条項１．層内試験データを解析するシステムであって、
電子メモリと、電子メモリに記憶された有限要素モデリングアルゴリズムにアクセスし処理するように構成され、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、既知の構成及び既知の特性に基づく既知の複合材料から構成される試験クーポンの有限要素モデルを作成するように構成されたプロセッサとを含むコンピュータシステムを備え、
前記プロセッサは、複数の亀裂長、規定荷重、及び変位の各々について、試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を生成するように構成されたコンプライアンス曲線アルゴリズムにアクセスし、処理するように構成され、
前記プロセッサはまた、複数の亀裂長の各亀裂長について、モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算し、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開するように構成された導関数アルゴリズムにアクセスし処理するようにも構成され、
前記プロセッサは、コンピュータシステムを制御して、コンピュータシステムにおいて亀裂長試験データを受信し、コンプライアンス対亀裂長の試験データの導関数をプロットし、標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して試験データを整理するように構成される。
【００３６】
条項２．モードＩ荷重条件下で、整理された試験データと層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得するように構成された前記プロセッサを含む、条項１に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００３７】
条項３．モデル化された試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、条項１又は２に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００３８】
条項４．荷重が引張荷重である、条項１、２又は３に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００３９】
条項５．モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、条項１から４のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００４０】
条項６．進行性欠陥解析のために、整理された試験データを外挿するように構成される前記プロセッサ
を備える、条項１から５のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００４１】
条項７．グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成するように構成されたグラフィックスプロセッサ
を備える、条項１から６のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するシステム。
【００４２】
条項８．層内試験データを解析する方法であって、
複数の亀裂長、及び規定荷重、及び変位について、コンピュータにおいて有限要素法を使用して試験クーポンをモデル化することであって、前記コンピュータがプロセッサとメモリとを有し、前記試験クーポンをモデル化することは、プロセッサによって実施され、メモリに記憶されたパラメータデータに基づくものであり、既知の構造特性を有する既知の複合材料の既知の構成を表すものである、モデル化することと、
複数の亀裂長の各亀裂長について、試験クーポンの初期破砕エネルギーをプロセッサで計算することによって荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することと、
複数の亀裂長の各亀裂長についてモデル化されたコンプライアンス曲線の導関数をプロセッサで計算して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、
亀裂長試験データを収集して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットすることと、
標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、試験データを整理することと
を含む方法。
【００４３】
条項９．モードＩ荷重条件下で、整理された試験データと、層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得することを含む、条項８に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４４】
条項１０．モデル化された試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、条項９に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４５】
条項１１．荷重が引張荷重である、条項８、９又は１０に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４６】
条項１２．モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、条項８から１１のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４７】
条項１３．進行性欠陥解析のために、整理された試験データを外挿すること
を含む、条項８から１２のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４８】
条項１４．グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成すること
を含む、条項８から１３のいずれか一項に記載の層内試験データを解析する方法。
【００４９】
条項１５．プロセッサを含むコンピュータシステムと共に使用される非一過性コンピュータ可読記憶媒体であって、コンピュータシステムに、
複数の亀裂長、規定荷重、及び変位について、既知の構成及び既知の特性に基づく既知の複合材料から構成された試験クーポンを有限要素方法でモデル化することと、
複数の亀裂長の各亀裂長について、試験クーポンの初期破砕エネルギーを計算することによって、荷重対変位のモデル化されたコンプライアンス曲線を作成することと、
本方法は、複数の亀裂長の各亀裂長について、モデル化されたコンプライアンス曲線の導関数を計算して、コンプライアンスの標準曲線フィッティング導関数の曲線を展開することと、
亀裂長試験データを収集して、コンプライアンス対亀裂長の試験データをプロットすることと、
標準曲線フィッティング導関数の曲線を使用して、試験データを整理することと
を含む動作を実施させるために、コンピュータシステムのプロセッサによってアクセスされ処理されるように構成された指令を含む一又は複数のプログラムを記憶する、非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５０】
条項１６．モードＩ荷重条件下で、整理された試験データ及び層内破砕の特性評価から破砕エネルギーを取得することを含む、条項１５に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５１】
条項１７．モデル化された試験クーポンは、物理的構造の形状及び材料を表すものである、条項１５又は１６に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５２】
条項１８．モデル化された試験クーポンは、クロスプライ又は一方向形態のうちの１つである、条項１５、１６及び１７に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５３】
条項１９．進行性欠陥解析のために、整理された試験データを外挿すること
を含む、条項１５から１８のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５４】
条項２０．グラフィカルユーザインターフェースによって表示されるように構成されフォーマットされた破砕エネルギーをグラフ表示するためのデータを生成すること
を含む、条項１５から１９のいずれか一項に記載の層内試験データを解析するための非一過性コンピュータ可読記憶媒体。
【００５５】
上述の説明から明らかなように、開示された本技術の特定の態様は、本書に記載される実施例の具体的な詳細によって限定されるものではなく、従って、これらの他の変形例、応用例、及び均等物を当業者が見出すことも考えられる。従って、特許請求の範囲は、開示され、特許請求される本技術の範囲から逸脱しない上記修正例及び応用例を全て網羅することが意図される。
【００５６】
開示された本技術の他の態様、目的及び利点は、図面、本開示内容及び添付の特許請求の範囲を注意深く読むことから得ることができる。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【外国語明細書】
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