炭素繊維刺しゅう機によるCFRP自由曲面成形方法の開発と応用
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18H01355
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18030:Design engineering-related
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| Research Institution | Waseda University (2019-2020)
Yokohama National University (2018) |
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Principal Investigator |
前川 卓 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70361863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 宏平 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00399528)
澁谷 忠弘 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 教授 (10332644)
竹澤 正仁 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50782489)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 炭素繊維配置方向 / 自由曲面 / ツールパス / 曲率線 / 炭素繊維強化樹脂 / CFRP / 刺しゅう機 / B-spline / 形状モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)曲面を伸ばしたり切込みを入れたりせずに、曲げ変形のみで平面に展開できる曲面を可展面という。可展面のガウス曲率はゼロであることから、ガウス曲率がゼロに近い値を取る領域では曲率線を止め、基布に無駄な切込みを抑えるようにすることにより、切込み量の少ないガラスクロス基布を作成することができた。
2)プリフォームの基布上に炭素繊維束を刺しゅうするための一筆書きツールパスを生成する基礎アルゴリズムを開発した。開発手法を自動車フード曲面に適用することで、平面展開図上において1本で繋がったツールパスを生成することができた。また生成したツールパスCADデータを刺しゅう機に適したデータ形式に変換して入力することで、生成したツールパスに沿って炭素繊維束をプリフォーム基布上に縫い付けることができた。
3)改良型曲率線展開法で展開した短冊状の基材を張り合わせることで曲面を有する製品形状を再構築できることを利用して、設計形状の雌型を必要としない新たなCFRP成形手法の実用化に向けて開発を開始した。本年度は、プリフォームに比較的剛性の高いガラスロービングクロスを用いて成形試験を行うことで、より実用的な成形が可能であることを示した。しかし成形中の自重による変形、ならびに成形後の製品表面の平滑性については改善する必要がありこれらの課題について、引き続き取り組む。
4)数値シミュレーションを通してその妥当性を検証した。標準的なプロペラを対象に、モード解析と静解析を実施して、炭素繊維による効率的な強化方法について検討した。炭素繊維を任意の曲線に沿って配置することで、より軽量かつ高強度なプロペラ構造が期待できる。また、主応力分布をもとに炭素繊維の配置を決定するための試行として、ボンネットのシェル要素モデルを対象に主応力分布から応力線を作成するための基礎検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに研究を進めているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度の研究に関しては、おおむね順調に進展したため、当初の推進方策を今後も推進したい。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
