Innovative manufacturing of advanced composites using electrodeposition resin molding and vibration optimization

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02094
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: HONDA Shinya 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90548190)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片桐 一彰 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (70521277)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 複合材料 / 振動 / 最適設計 / 電着樹脂含浸 / 逐次近似最適化 / 曲線状繊維

Outline of Final Research Achievements

In this study, the following three topics were investigated: 1. Optimization of the fabrication conditions of the electrodeposition resin impregnation method, an innovative fabrication method for advanced composites (carbon fiber-reinforced composites, CFRP), by investigating experimental parameters, and the insertion of cellulose nanofiber layers for higher functionality; 2. Development of a computational model that takes into account the local anisotropy and plate thickness of the composite material with free fiber orientation by embroidery technology, and its optimal design; 3. Development of an efficient optimization method that reduces the number of evaluations of the objective function by updating the response surface while learning the design space.

Free Research Field

機械力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでに自由繊維形状を有する複合材の振動特性を最適化している研究は行われていたが，均一の板厚を想定し，また，実験による検証は行われていなかった．振動特性の正確な推定には板厚分布は重要であり，本研究のように繊維曲率に起因する板厚変化を考慮した最適設計を行なっている点に学術的な意義がある．また，電着樹脂含浸法は，他の手法よりもエネルギー消費量が少なく，また自動車塗装のように流れ作業による大量生産に向いているため，その有用性が証明され実用化されれば，近年，需要が拡大している複合材作製の効率化・省エネルギー化が図れるため創造的であり，社会に広く貢献する技術である．