JP2002018941A - Method for designing and supporting pipe made of fiber reinforced plastic material - Google Patents

Method for designing and supporting pipe made of fiber reinforced plastic material

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JP2002018941A
JP2002018941A JP2000202162A JP2000202162A JP2002018941A JP 2002018941 A JP2002018941 A JP 2002018941A JP 2000202162 A JP2000202162 A JP 2000202162A JP 2000202162 A JP2000202162 A JP 2000202162A JP 2002018941 A JP2002018941 A JP 2002018941A
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planar
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a method for designing and supporting a pipe made of a fiber reinforced plastic material, not provided heretofore and capable of calculating the wall thickness, bending rigidity and twist rigidity of the pipe made of the fiber reinforced plastic material at an arbitrary cross-sectional region in contradistinction to a target value including an allowance value. SOLUTION: In the method for designing and supporting a pipe made of the fiber reinforced plastic material, when one arbitrary cross-sectional region of the pipe made of the fiber reinforced plastic material is extracted, the wall thickness, bending rigidity and twist regidity of the pipe being target values, allowance values of them and the outer diameter of a mandrel are inputted to a computer, and the kind of a sheet member and the angle of fiber orientation of the sheet member are indicated to display the laminated constitution of the sheet member satisfying the target values including the allowance values and the wall thickness, bending rigidity and twist rigidity of the pipe on the computer and the design of the pipe made of the fiber reinforced plastic material or accurate data necessary for production can be simply obtained by anyone.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維やガラス
繊維などの補強繊維とエポキシ樹脂、その他の合成樹脂
をマトリックス樹脂とするプリプレグの面状部材をマン
ドレルに巻き付けて形成される繊維強化プラスチック製
パイプ(以下FRP製パイプと省略する)の設計支援方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber reinforced plastic formed by winding a prepreg sheet member made of a reinforcing resin such as carbon fiber or glass fiber and an epoxy resin or other synthetic resin as a matrix resin around a mandrel. The present invention relates to a design support method for a pipe (hereinafter abbreviated as an FRP pipe).

【0002】[0002]

【従来の技術】FRP製パイプを成形する方法は多種存
在するが、中でも樹脂を含浸したプリプレグシート(面
状部材)をさまざまな形状に裁断し、それらをマンドレ
ルに巻き付け、加熱することによって成形されるシート
ワインディング法(シートラッピング法)を用いて製造
されるゴルフシャフトは軽量で強度が高いという特色を
持つ。また、該シートワインディング法によって製造さ
れるFRP製パイプはゴルフシャフト以外のつり竿等、
種々のパイプとして広く用いられている。FRP製パイ
プを設計するためには予め、そのある断面における曲げ
剛性(E1IZ)やねじれ剛性(G12IP)等のパイプ
の特性値を予測する必要がある。該特性値の予測に関す
る研究は各ゴルフシャフトメーカー等でさまざま行われ
ているが、設計に利用できるだけの計算精度が得られて
いないのが現状である。さらに、 FRP製パイプのあ
る断面において、曲げ剛性(E1IZ)やねじれ剛性
(G12IP)の目標値を満足する面状部材の積層構成を
決定する方法は公知ではない。
2. Description of the Related Art There are many methods for forming a pipe made of FRP. Among them, a prepreg sheet (plane member) impregnated with a resin is cut into various shapes, wound around a mandrel, and heated. Golf shafts manufactured using the sheet winding method (sheet wrapping method) have features of being lightweight and having high strength. Further, the FRP pipe manufactured by the sheet winding method is a fishing rod other than the golf shaft,
Widely used as various pipes. In order to design an FRP pipe, it is necessary to predict in advance the characteristic values of the pipe, such as bending stiffness (E 1 IZ) and torsional stiffness (G 12 IP) in a certain cross section. Various researches on the prediction of the characteristic value have been performed by various golf shaft manufacturers and the like, but at present the calculation accuracy sufficient for use in designing has not been obtained. Furthermore, there is no known method for determining the lamination configuration of the planar member that satisfies the target values of the bending stiffness (E 1 IZ) and the torsional stiffness (G 12 IP) in a certain cross section of the FRP pipe.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、FR
P製パイプの任意断面位を1つ抽出したとき、目標値と
するパイプの肉厚、曲げ剛性(E1IZ)、ねじれ剛性
(G12IP)と、それらの許容値を入力することによ
り、目標値を満足する種々の面状部材の積層構成と、目
標値を満足するパイプの肉厚、曲げ剛性(E1IZ)、
ねじれ剛性(G12IP)を算出できる繊維強化プラスチ
ック製パイプの設計支援方法を開発することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an FR
When one arbitrary cross section of a P-made pipe is extracted, the target values of the pipe thickness, bending stiffness (E 1 IZ), torsional stiffness (G 12 IP), and their allowable values are entered. The lamination structure of various planar members satisfying the target value, the wall thickness, bending rigidity (E 1 IZ) of the pipe satisfying the target value,
An object of the present invention is to develop a design support method for a fiber reinforced plastic pipe capable of calculating torsional rigidity (G 12 IP).

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は面状部材をマンドレル等の芯材に巻き付
けて形成されるFRP製パイプの設計支援方法であっ
て、繊維強化プラスチック製パイプの任意の断面部位を
1つ抽出したとき目標値とするパイプの肉厚、曲げ剛性
(E1IZ)、ねじれ剛性(G12IP),と、それらの
許容値の入力をする入力手段による第1ステップと前記
マンドレルの外径入力、予め登録されている面状部材の
材料名とその物性値を選択する選択手段、及び選択され
た面状部材の繊維配向角を指定する指定手段による第2
ステップと前記第1ステップで入力された許容値を含む
目標値を満足する面状部材の最大積層数と最小積層数を
決定し、前記面状部材の繊維配向角により、面状部材の
積層構成が制御される積層構成制御手段による第3ステ
ップと前記第3ステップで決定された該最小積層数から
最積大層数までの任意の積層数における面状部材の積層
構成、パイプの肉厚、曲げ剛性(E1IZ)、及びねじ
れ剛性(G12IP)を算出する算出手段による第4ステ
ップと、及び該算出手段により算出された該積層構成に
おけるパイプの肉厚、曲げ剛性(E1IZ)、ねじれ剛
性(G12IP)より、許容値を含む目標値を満足するパ
イプの肉厚、曲げ剛性(E1IZ)、ねじれ剛性(G12
IP)の内、少なくとも1つを満足する各面状部材の積
層構成を選別する積層構成選別手段による第5ステップ
からなることを特徴とする繊維強化プラスチック製パイ
プの設計支援方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention relates to a method for supporting the design of an FRP pipe formed by winding a sheet member around a core such as a mandrel, comprising a fiber reinforced plastic. Input means for inputting the pipe thickness, bending stiffness (E 1 IZ), torsional stiffness (G 12 IP), and their allowable values, which are the target values when one arbitrary section of the pipe is extracted By the first step and inputting the outer diameter of the mandrel, selecting means for selecting the material name of the sheet member registered in advance and its physical property value, and specifying means for specifying the fiber orientation angle of the selected sheet member Second
Determining the maximum number of layers and the minimum number of layers of the planar member satisfying the target value including the allowable value input in the step and the first step, and determining the lamination configuration of the planar member according to the fiber orientation angle of the planar member. The lamination configuration of the planar member, the wall thickness of the pipe, and the bending at an arbitrary number of laminations from the minimum number of laminations to the maximum number of laminations determined in the third step by the lamination configuration control means and the third step determined in the third step A fourth step of calculating means for calculating rigidity (E 1 IZ) and torsional rigidity (G 12 IP), and the wall thickness and bending rigidity (E 1 IZ) of the pipe in the laminated structure calculated by the calculating means from torsional rigidity (G 12 IP), the wall thickness of the pipe which satisfies the target value including the allowable values, flexural rigidity (E 1 IZ), torsional rigidity (G 12
(IP) A fifth aspect of the present invention is to provide a method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe, which comprises a fifth step by a laminated structure selecting means for selecting a laminated structure of each planar member that satisfies at least one of them.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明のFRP製パイプの
設計支援方法を、FRP製パイプの設計および製造に適
用した例について説明する。図1は本発明による処理装
置の概略ブロック図である。又、図2は本発明のプログ
ラムのフローチャートである。さらに、図3は本発明に
よる処理装置の全体操作のフローチャートである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an example in which the design support method of an FRP pipe according to the present invention is applied to the design and manufacture of an FRP pipe will be described. FIG. 1 is a schematic block diagram of a processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart of the program of the present invention. FIG. 3 is a flowchart of the overall operation of the processing apparatus according to the present invention.

【0006】図4(a)に示す通り、FRP製パイプの
製作では、マンドレル(N)に面状部材(ア)の巻き付
けが行われる。図4(b)に、3層に面状部材が巻きつ
けられたマンドレルの一つの断面を示す。本発明のFR
P製パイプの設計支援方法における第1ステップでは、
目標値であるパイプの肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性とそ
の許容値を入力する。そして第2ステップでは、マンド
レル(N)の外径と予め登録されている面状部材の材料
名とその物性値を選択し、該面状部材の繊維配向角を指
定する。本発明におけるFRP製パイプの任意の断面部
位を抽出することは、FRP製パイプの内径を指定する
ことと定義した。FRP製パイプの内径はマンドレルの
外径と同一である為、マンドレル外径値を入力すること
が、本発明におけるFRP製パイプの任意の断面部位を
抽出することとした。
As shown in FIG. 4A, in manufacturing a FRP pipe, a planar member (A) is wound around a mandrel (N). FIG. 4B shows one cross section of a mandrel in which a planar member is wound around three layers. FR of the present invention
In the first step of the design support method for a pipe made of P,
Enter the target values of the wall thickness, bending stiffness and torsional stiffness of the pipe and their allowable values. In the second step, the outer diameter of the mandrel (N), the material name of the sheet member registered in advance, and its physical property value are selected, and the fiber orientation angle of the sheet member is designated. Extracting an arbitrary cross section of the FRP pipe in the present invention is defined as specifying the inner diameter of the FRP pipe. Since the inner diameter of the FRP pipe is the same as the outer diameter of the mandrel, inputting the outer diameter of the mandrel extracts an arbitrary cross-sectional portion of the FRP pipe in the present invention.

【0007】前記面状部材の材料名とその物性値を選択
する選択手段では、種々の材料とその物性値を予め作成
されたデーターベースの中から任意に選択する。該面状
部材はカーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の材
料、又はそれらの複合材料よりなる。種々の面状部材の
物性値として、縦弾性率(E1)、横弾性率(E2)、せ
ん断弾性率(G12)、ポアソン比(ν12)、厚さ
(m)、比重(ρ)が挙げられる。また該データベース
は、必要に応じ、データの追加、削除が可能である。
The selection means for selecting the material name of the planar member and its physical property value arbitrarily selects various materials and their physical property values from a database prepared in advance. The planar member is made of a material such as carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber, or a composite material thereof. The physical property values of various planar members include longitudinal elastic modulus (E 1 ), transverse elastic modulus (E 2 ), shear modulus (G 12 ), Poisson's ratio (ν 12 ), thickness (m), and specific gravity (ρ). ). The database can add or delete data as needed.

【0008】図5に示すとおり、前記面状部材の繊維配
向角は、マンドレルの長手方向中心線と面状部材の繊維
方向とのなす角度である。本発明のFRP製パイプの設
計支援方法における面状部材の繊維配向角を指定する指
定手段では、通常、以下のとおり数種類の繊維配向角を
指定する。該指定手段では、0度、正の任意角度、及び
該正の任意角度の絶対値が同一である負の任意角度の3
種類を指定するが、4種類以上の繊維配向角を指定して
も可能である。また、正の任意角度が複数である場合、
それぞれの正の任意角度の絶対値が同一である負の任意
角度をそれぞれ指定し入力する。正の任意角度は、0度
よりも大きく180度よりも小さい角度である。但し、
正の任意角度が90度である場合は、その絶対値が同一
である負の角度(−90度)が実質上、正の任意角度9
0度と同一図となる為、正の任意角度のみを指定する。
As shown in FIG. 5, the fiber orientation angle of the planar member is the angle between the longitudinal center line of the mandrel and the fiber direction of the planar member. The designation means for designating the fiber orientation angle of the planar member in the FRP pipe design support method of the present invention usually designates several types of fiber orientation angles as follows. The designating means includes 0 degree, a positive arbitrary angle, and a negative arbitrary angle having the same absolute value of the positive arbitrary angle.
The type is specified, but it is also possible to specify four or more fiber orientation angles. If there are a plurality of positive arbitrary angles,
A negative arbitrary angle having the same absolute value of each positive arbitrary angle is designated and input. The positive arbitrary angle is an angle larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees. However,
When the positive arbitrary angle is 90 degrees, a negative angle (-90 degrees) having the same absolute value is substantially a positive arbitrary angle 9
Since it is the same figure as 0 degrees, only a positive arbitrary angle is specified.

【0009】本発明のFRP製パイプの設計支援方法の
第3ステップでは、第1ステップにおいて入力された許
容値を含む目標値を満足するために、第2ステップで指
定された面状部材の最大積層数と最小積層数が決定され
る。第3ステップにおける面状部材の最大積層数と最小
積層数の決定方法は、前記第2ステップで選択された面
状部材の肉厚と前記第1ステップで許容値を含む目標値
として入力されたパイプの肉厚とによって算出された面
状部材の最大積層数と最小積層数と、前記第2ステップ
で選択された面状部材の縦弾性率と前記第1ステップで
許容値を含む目標値として入力されたパイプの曲げ剛性
によって算出された面状部材の最大積層数と最小積層数
と、前記第2ステップで選択された面状部材のせん弾弾
性率と前記第1ステップで許容値を含む目標値として入
力されたパイプのねじれ剛性によって算出された面状部
材の最大積層数と最小積層数の内、少なくとも1つを満
足するように決定される方法であることを特徴としてい
る。
In the third step of the method for supporting the design of an FRP pipe according to the present invention, in order to satisfy the target value including the allowable value input in the first step, the maximum value of the planar member specified in the second step is satisfied. The number of layers and the minimum number of layers are determined. In the method of determining the maximum number and the minimum number of sheet members in the third step, the thickness of the sheet member selected in the second step and the target value including the allowable value in the first step are input. The maximum number of laminations and the minimum number of laminations of the planar member calculated by the wall thickness of the pipe, the longitudinal elastic modulus of the planar member selected in the second step, and a target value including an allowable value in the first step. Including the maximum number of laminations and the minimum number of laminations of the planar member calculated from the input bending stiffness of the pipe, the elastic modulus of the planar member selected in the second step, and the allowable value in the first step. The method is characterized in that the method is determined so as to satisfy at least one of the maximum stacking number and the minimum stacking number of the planar member calculated based on the torsional rigidity of the pipe input as the target value.

【0010】まず、許容値を含む目標値を満足するため
に、指定された面状部材の肉厚と目標値であるパイプの
肉厚によって面状部材の最大積層数と最小積層数を算出
する。算出式は以下のとおりである。
First, in order to satisfy a target value including an allowable value, the maximum number of laminations and the minimum number of laminations of the planar member are calculated based on the designated wall thickness of the planar member and the target wall thickness of the pipe. . The calculation formula is as follows.

【0011】[0011]

【式1】 M1MAX=(T1+ΔT1)÷Y+1 …(1) M1MAX:面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚によって算出されるパイプにおける面状部材の最大積
層数 T1:目標値であるパイプの肉厚 ΔT1:目標値であるパイプの肉厚における許容値 Y:選択された面状部材の中で最小の肉厚
[Formula 1] M1MAX = (T1 + ΔT1)… Y + 1 (1) M1MAX: The maximum number of stacks of the planar member in the pipe calculated by the thickness of the planar member and the target wall thickness of the pipe T1: Target value Thickness of certain pipes ΔT1: allowable value of pipe thickness as target value Y: minimum thickness among selected planar members

【式2】 M1MIN=(T1−ΔT1)÷X …(2) M1MIN:面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚よって算出されるパイプにおける面状部材の最小積層
数 T1:目標値であるパイプの肉厚 ΔT1:目標値であるパイプの肉厚における許容値 X:選択された面状部材の中で最大の肉厚
[Formula 2] M1MIN = (T1−ΔT1) ÷ X (2) M1MIN: Minimum stacking number of the planar member in the pipe calculated from the wall thickness of the planar member and the target wall thickness of the pipe T1: Target Value of pipe thickness ΔT1: Allowable value of pipe thickness as target value X: Maximum thickness of selected planar member

【0012】次に、指定された面状部材の縦弾性率と目
標値であるパイプの曲げ剛性(E1IZ)によって面状
部材の最大積層数と最小積層数を算出する。まず、選択
された面状部材の中で最大の縦弾性率(E1MAX)と最小
の縦弾性率(E1MIN)を選定する。ここで考えられる最
大のパイプの肉厚( T2MAX)は以下の式によって
算出される。
Next, the maximum number of layers and the minimum number of layers of the planar member are calculated from the specified longitudinal elastic modulus of the planar member and the target value, ie, the bending stiffness of the pipe (E 1 IZ). First, a maximum longitudinal elastic modulus (E 1MAX ) and a minimum longitudinal elastic modulus (E 1MIN ) are selected from the selected planar members. The maximum pipe thickness (T2MAX) considered here is calculated by the following equation.

【0013】[0013]

【式3】 T2MAX =1/2×{64( E1IZ2+ΔE1IZ)/π E1MIN+Nd41/4 −1/2× Nd …(3) E1IZ2:目標値であるパイプの曲げ剛性 ΔE1IZ:目標値であるパイプの曲げ剛性における許
容値 E1MIN:選択された面状部材の中で最小の縦弾性率 Nd:マンドレルの直径
[Equation 3] T2MAX = 1/2 × {64 (E 1 IZ2 + ΔE 1 IZ) / π E 1MIN + Nd 4} 1/4 -1 / 2 × Nd ... (3) E 1 IZ2: Bending of the pipe which is the target value Rigidity ΔE 1 IZ: Allowable value for target pipe bending rigidity E 1MIN : Minimum longitudinal elastic modulus among selected planar members Nd: Mandrel diameter

【0014】また、ここで考えられる最小のパイプの肉
厚( T2MIN)は以下の式によって算出される。
The minimum pipe thickness (T2MIN) considered here is calculated by the following equation.

【0015】[0015]

【式4】 T2MIN =1/2×{64( E1IZ2−ΔE1IZ)/π E1MAX+Nd41/4 −1/2× Nd …(4) E1MAX:選択された面状部材の中で最大の縦弾性率[Equation 4] T2MIN = 1/2 × {64 (E 1 IZ2-ΔE 1 IZ) / π E 1MAX + Nd 4} 1/4 -1 / 2 × Nd ... (4) E 1MAX: planar member selected The largest longitudinal modulus among

【0016】よって面状部材の縦弾性率と目標値である
パイプの曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイ
プにおける面状部材の最大積層数(M2MAX)は以下
の式によって算出される。
Accordingly, the maximum number of stacks (M2MAX) of the planar members in the pipe, which is calculated from the longitudinal elastic modulus of the planar member and the target value, the bending stiffness (E 1 IZ) of the pipe, is calculated by the following equation.

【0017】[0017]

【式5】 M2MAX= T2MAX÷Y …(5) M2MAX:面状部材の縦弾性率と目標値であるパイプ
の曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプにお
ける面状部材の最大積層数
[Formula 5] M2MAX = T2MAX ÷ Y (5) M2MAX: the maximum number of laminations of the planar member in the pipe calculated from the longitudinal elastic modulus of the planar member and the bending stiffness of the pipe (E 1 IZ) which is the target value.

【0018】また、面状部材の縦弾性率と目標値である
パイプの曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイ
プにおける面状部材の最小積層数(M2MIN)は以下
の式によって算出される。
The minimum number of stacks (M2MIN) of the planar members in the pipe, which is calculated from the longitudinal elastic modulus of the planar members and the target value, the bending rigidity of the pipe (E 1 IZ), is calculated by the following equation. .

【0019】[0019]

【式6】 M2MIN= T2MIN÷X+1 …(6) M2MIN :面状部材の縦弾性率と目標値であるパイ
プの曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプに
おける面状部材の最小積層数
[Formula 6] M2MIN = T2MIN ÷ X + 1 (6) M2MIN: The minimum number of laminations of the planar member in the pipe calculated from the longitudinal elastic modulus of the planar member and the bending rigidity (E 1 IZ) of the pipe, which is the target value.

【0020】次に、指定された面状部材のせん弾弾性率
と目標値であるパイプのねじれ剛性(G12IP)によっ
てパイプにおける面状部材の最大積層数と最小積層数を
算出する。まず、選択された面状部材の中で最大のせん
弾弾性率(G12MAX)と最小のせん弾弾性率(
12MIN)を選定する。ここで考えられる最大のパイプ
の肉厚( T3MAX)は以下の式によって算出され
る。
Next, the maximum number of laminated layers and the minimum number of laminated layers of the planar member in the pipe are calculated from the specified elastic modulus of the planar member and the torsional rigidity (G 12 IP) of the pipe, which is the target value. First, among the selected planar members, the maximum elastic modulus of elasticity (G 12MAX ) and the minimum elastic modulus of elasticity (G 12MAX )
G 12MIN ). The maximum pipe thickness (T3MAX) considered here is calculated by the following equation.

【0021】[0021]

【式7】 T3MAX= 1/2×{32( G12IP3+Δ G12IP )/π G12MIN+Nd41/4 −1/2× Nd …(7) G12IP3:目標値であるパイプのねじれ剛性 Δ G12IP:目標値であるパイプのねじれ剛性におけ
る許容値 G12MIN:選択された面状部材の中で最小のせん弾弾性
率 Nd:マンドレルの直径
[Equation 7] T 3MAX = 1/2 × { 32 (G 12 IP3 + Δ G 12 IP) / π G 12MIN + Nd 4} 1/4 -1 / 2 × Nd ... (7) G 12 IP3: Pipe is the target value G 12 IP: The allowable value of the torsional rigidity of the pipe which is the target value G 12MIN : The minimum elastic modulus of elasticity among the selected planar members Nd: Mandrel diameter

【0022】また、ここで考えられる最小のパイプの肉
厚( T3MIN)は以下の式によって算出される。
The minimum pipe thickness (T3MIN) considered here is calculated by the following equation.

【0023】[0023]

【式8】 T3MIN= 1/2×{32( G12IP3−Δ G12IP )/π G12MAX+Nd41/4 −1/2× Nd …(8) G12IP3:目標値であるパイプのねじれ剛性 Δ G12IP:目標値であるパイプのねじれ剛性におけ
る許容値 G12MAX:選択された面状部材の中で最大のせん弾弾性
[Equation 8] T3MIN = 1/2 × {32 (G 12 IP3-Δ G 12 IP) / π G 12MAX + Nd 4} 1/4 -1 / 2 × Nd ... (8) G 12 IP3: is the target value Pipe torsional stiffness Δ G 12 IP: Allowable value of pipe torsional stiffness as target value G 12MAX : Maximum elastic modulus of elasticity of selected planar members

【0024】よって面状部材のせん弾弾性率と目標値で
あるパイプのねじれ剛性によって算出されるパイプにお
ける面状部材の最大積層数(M3MAX)は以下の式に
よって算出される。
Accordingly, the maximum number of stacks (M3MAX) of the planar members in the pipe, which is calculated from the elastic modulus of the planar members and the torsional rigidity of the pipe, which is the target value, is calculated by the following equation.

【0025】[0025]

【式9】 M3MAX= T3MAX÷Y …(9) M3MAX:面状部材のせん弾弾性率と目標値であるパ
イプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける面
状部材の最大積層数
[Formula 9] M3MAX = T3MAX… Y (9) M3MAX: the maximum number of laminations of the planar member in the pipe calculated by the elastic modulus of elasticity of the planar member and the torsional rigidity of the pipe which is the target value.

【0026】また、面状部材のねじれ剛性によって算出
されるパイプにおける面状部材の最小積層数(M3MI
N)は以下の式によって算出される。
The minimum number of laminations (M3MI) of the planar members in the pipe calculated from the torsional rigidity of the planar members
N) is calculated by the following equation.

【0027】[0027]

【式10】 M3MIN= T3MIN÷X+1 …(10) M3MIN :面状部材のせん弾弾性率と目標値である
パイプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける
面状部材の最小積層数
[Formula 10] M3MIN = T3MIN) X + 1 (10) M3MIN: Minimum stacking number of the planar member in the pipe calculated by the elastic modulus of elasticity of the planar member and the torsional rigidity of the pipe which is the target value.

【0028】以上の3種類の方法により算出されるパイ
プにおける最大積層数と最小積層数は、目標値の指定条
件によって、以下の通り変化する。まず、前記最大積層
数と最小積層数は、目標値としてパイプの肉厚のみを指
定する場合には、前記式1と式2によって算出されるパ
イプにおける最大積層数と最小積層数である。また、前
記最大積層数と最小積層数は、目標値としてパイプの曲
げ剛性のみを指定する場合には、前記式5と式6によっ
て算出されるパイプにおける最大積層数と最小積層数で
ある。同様に、前記最大積層数と最小積層数は、目標値
としてパイプのねじれ剛性のみを指定する場合には、前
記式9と式10によって算出されるパイプにおける最大
積層数と最小積層数である。
The maximum number of layers and the minimum number of layers in the pipe calculated by the above three methods change as follows depending on the designated condition of the target value. First, the maximum stacking number and the minimum stacking number are the maximum stacking number and the minimum stacking number in the pipe calculated by the equations 1 and 2 when only the thickness of the pipe is specified as the target value. Further, the maximum number of layers and the minimum number of layers are the maximum number of layers and the minimum number of layers in the pipe calculated by Equations 5 and 6, when only the bending rigidity of the pipe is specified as the target value. Similarly, the maximum stacking number and the minimum stacking number are the maximum stacking number and the minimum stacking number in the pipe calculated by the equations 9 and 10 when only the torsional rigidity of the pipe is specified as the target value.

【0029】次に、前記最大積層数と最小積層数は、目
標値としてパイプの肉厚と曲げ剛性を指定する場合に
は、前記式1と式2によって算出される最大積層数と最
小積層数とでなされる範囲と、前記式5と式6によって
算出される最大積層数と最小積層数とでなされる範囲と
で、共に満足する範囲を示す最大と最小の積層数であ
る。また、前記最大積層数と最小積層数は、目標値とし
てパイプの肉厚とねじれ剛性を指定する場合には、前記
式1と式2によって算出されるパイプにおける最大積層
数と最小積層数とでなされる範囲と、前記式9と式10
によって算出されるパイプにおける最大積層数と最小積
層数とでなされる範囲とで、共に満足する範囲を示す最
大と最小の積層数である。同様に、前記最大積層数と最
小積層数は、目標値としてパイプの曲げ剛性とねじれ剛
性を指定する場合には、前記式5と式6によって算出さ
れるパイプにおける最大積層数と最小積層数とでなされ
る範囲と、前記式9と式10によって算出されるパイプ
における最大積層数と最小積層数とでなされる範囲と
で、共に満足する範囲を示す最大と最小の積層数であ
る。更に、前記最大積層数と最小積層数は、目標値とし
てパイプの肉厚と曲げ剛性とねじれ剛性とを指定する場
合には、前記式1と式2によって算出されるパイプにお
ける最大積層数と最小積層数とでなされる範囲と、前記
式5と式6によって算出されるパイプにおける最大積層
数と最小積層数とでなされる範囲と、前記式9と式10
によって算出されるパイプにおける最大積層数と最小積
層数とでなされる範囲で、すべてを満足する範囲を示す
最大と最小の積層数である。
Next, when the thickness and bending rigidity of the pipe are designated as the target values, the maximum number of layers and the minimum number of layers are the maximum number of layers and the minimum number of layers calculated by the above equations 1 and 2, respectively. And the range defined by the maximum number of layers and the minimum number of layers calculated by Equations 5 and 6, respectively, are the maximum and minimum numbers of layers that satisfy both ranges. Further, when specifying the wall thickness and torsional rigidity of the pipe as the target values, the maximum number of layers and the minimum number of layers are the maximum number of layers and the minimum number of layers in the pipe calculated by the above equations 1 and 2. The range to be made and the above-mentioned equations 9 and 10
Is the maximum and minimum number of stacks that indicate a range that satisfies both the range defined by the maximum number of stacks and the minimum number of stacks in the pipe. Similarly, when specifying the bending rigidity and torsional rigidity of the pipe as target values, the maximum number of laminations and the minimum number of laminations are the maximum number of laminations and the minimum number of laminations of the pipe calculated by Equations 5 and 6, respectively. And the range defined by the maximum number of layers and the minimum number of layers in the pipe calculated by Equations 9 and 10, respectively, are the maximum and minimum numbers of layers that satisfy both ranges. Further, when the thickness, bending rigidity and torsional rigidity of the pipe are specified as target values, the maximum number of laminations and the minimum number of laminations are the maximum number of laminations and the minimum number of pipes calculated by Equations 1 and 2, respectively. The range defined by the number of laminations, the range defined by the maximum number of laminations and the minimum number of laminations in the pipe calculated by Equations 5 and 6, and Equations 9 and 10
Is the maximum and minimum number of layers indicating a range that satisfies all of the ranges defined by the maximum number of layers and the minimum number of layers in the pipe calculated by

【0030】また、本発明の繊維強化プラスチック製パ
イプの設計支援方法の第3ステップにおける、指定され
た面状部材の繊維配向角度によって面状部材の積層構成
が制限される積層構成制御手段について以下に説明す
る。該積層構成制御手段は、パイプにおける積層構成に
おいて、接して積層する2枚の面状部材の繊維配向角
が、共に正の任意角度となることや、共に負の任意角度
とならないようにする手段である。さらに、該積層構成
制御手段は、パイプにおける積層構成において、正の任
意角度の繊維配向角である面状部材の外側に接する面状
部材の繊維配向角が、必ず該正の任意角度と絶対値が同
一である負の任意角度であるようにする手段である。さ
らに、該積層構成制御手段は、パイプにおける積層構成
において、正の任意角度の繊維配向角である面状部材の
数と、該正の任意角度と絶対値が同一である負の任意角
度の繊維配向角である面状部材の数とが等しくなるよう
にする手段である。該積層構成制御手段は、パイプにお
ける面状部材が繊維配向角の組み合わせにより、面内に
おいて等方性になるようにすることを意図したものであ
る。もし、パイプにおける面状部材が繊維配向角の組み
合わせにより、面内において等方性にならない場合、パ
イプ全体が不均一にねじれたり、不均一に変形したりす
る可能性が生じる。また、該積層構成制御手段によっ
て、後述の第4ステップのパイプの肉厚、曲げ剛性、ね
じれ剛性を算出する算出手段に要する時間が大幅に短縮
されるという効果も含まれる。該積層構成制御手段はコ
ンピュータの計算実行において以下の手順で実施される
ようにプログラムされる。
In the third step of the fiber reinforced plastic pipe design support method according to the present invention, the lamination structure control means for restricting the lamination structure of the planar member by the designated fiber orientation angle of the planar member will be described below. Will be described. The lamination configuration control means is means for preventing the fiber orientation angles of the two planar members that are in contact with and laminating to be both a positive arbitrary angle or a negative arbitrary angle in the lamination configuration of the pipe. It is. Further, the lamination configuration control means may be configured such that, in the lamination configuration of the pipe, the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member having the fiber orientation angle of the positive arbitrary angle is always the positive arbitrary angle and the absolute value. Are the same negative arbitrary angles. Further, the lamination configuration control means may include, in the lamination configuration of the pipe, the number of planar members having a fiber orientation angle of a positive arbitrary angle, and a fiber of a negative arbitrary angle having the same absolute value as the positive arbitrary angle. This is a means for making the number of planar members equal to the orientation angle equal. The lamination structure control means is intended to make the planar member of the pipe isotropic in the plane by a combination of fiber orientation angles. If the planar member in the pipe is not isotropic in the plane due to the combination of the fiber orientation angles, there is a possibility that the entire pipe is unevenly twisted or deformed unevenly. In addition, there is an effect that the time required for the calculating means for calculating the pipe thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe in the fourth step described later is greatly reduced by the lamination structure control means. The lamination structure control means is programmed so as to be executed in the following procedure in the calculation execution of the computer.

【0031】先ず、マンドレルに接する(第1層目の)
面状部材の繊維配向角が0度、90度、又は正の任意角
度のいずれかとなるようにし、負の任意角度にはならな
いようにする。次に前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が0度、正の任意角度
(θ1)、及び該正の任意角度(θ1)の絶対値が同一で
ある負の任意角度(−θ1)と3種類指定されたものと
する。ここで正の任意角度(θ1)は90度以外である
ものとする。図6(a)、図6(b)、及び表1に示す
とおり、0度の繊維配向角である面状部材の外側に接す
る面状部材の繊維配向角は、0度、及び正の任意角度
(θ1)のいずれかになるようにする。
First, it comes into contact with the mandrel (first layer)
The fiber orientation angle of the planar member is set to 0 degree, 90 degrees, or any positive angle, and is not set to any negative angle. Next, the designation means in the second step sets the fiber orientation angle of the planar member to 0 degree, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a negative arbitrary angle (θ 1 ) having the same absolute value. It is assumed that three types are specified as an arbitrary angle (−θ 1 ). Here, the positive arbitrary angle (θ 1 ) is other than 90 degrees. As shown in FIGS. 6A and 6B and Table 1, the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member having the fiber orientation angle of 0 degree is 0 degree and any positive value. Angle (θ 1 ).

【0032】[0032]

【表1】 (n:1以上の整数)[Table 1] (N: an integer of 1 or more)

【0033】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記3種類(0度、θ1
度、−θ1度)以外に90度が指定された場合は、表2
のとおりとなる。この場合、0度の繊維配向角である面
状部材の外側に接する面状部材の繊維配向角は、0度、
90度、及び正の任意角度(θ1)のいずれかになるよ
うにし、90度の繊維配向角である面状部材の外側に接
する面状部材の繊維配向角は、0度、90度、及び正の
任意角度(θ1)のいずれかになるようにする。
Further, the fiber orientation angle of the planar member can be set to one of the three types (0 degree, θ 1) by the designation means in the second step.
Degrees, -θ 1 degree), if 90 degrees is specified, Table 2
It becomes as follows. In this case, the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member having a fiber orientation angle of 0 degree is 0 degree,
90 degrees and any of the positive arbitrary angles (θ 1 ), and the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member having the fiber orientation angle of 90 degrees is 0 degree, 90 degrees, And a positive arbitrary angle (θ 1 ).

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】次に、図7(a)、図7(b)、及び表3
に示すとおり、正の任意角度(θ1)の繊維配向角であ
る面状部材の外側に接する面状部材の繊維配向角は、該
正の任意角度の絶対値が同一である負の任意角度(−θ
1)のみとなるになるようにする。
Next, FIGS. 7A and 7B and Table 3
As shown in the above, the fiber orientation angle of the planar member that is in contact with the outside of the planar member, which is the fiber orientation angle of the positive arbitrary angle (θ 1 ), is the negative arbitrary angle having the same absolute value of the positive arbitrary angle. (-Θ
1 ) Only to be.

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】次に、図8(a)、図8(b)、及び表4
に示すとおり、正の任意角度(θ1)の絶対値が同一で
ある負の任意角度(−θ1)である面状部材の外側に接
する面状部材の繊維配向角は、0度、及び正の任意角度
(θ1)のいずれかになるようにする。
Next, FIGS. 8A and 8B and Table 4
As shown in the above, the fiber orientation angle of the planar member that contacts the outside of the planar member that is the negative arbitrary angle (−θ 1 ) in which the absolute value of the positive arbitrary angle (θ 1 ) is the same is 0 degree, and The angle is set to one of the positive arbitrary angles (θ 1 ).

【0038】[0038]

【表4】 [Table 4]

【0039】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記3種類(0度、θ1
度、−θ1度)以外に90度が指定された場合は、表5
のとおりとなる。この場合、正の任意角度(θ1)の絶
対値が同一である負の任意角度(−θ1)である面状部
材の外側に接する面状部材の繊維配向角は、0度、90
度、及び正の任意角度(θ1)のいずれかになるように
する。
Further, the fiber orientation angle of the three-dimensional member (0 degree, θ 1
Degree, -θ 1 degree), if 90 degrees is specified, Table 5
It becomes as follows. In this case, the fiber orientation angles of the planar member that contacts the outside of the planar member that is the negative arbitrary angle (−θ 1 ) in which the absolute value of the positive arbitrary angle (θ 1 ) is the same are 0 degrees and 90 degrees.
Degree or a positive arbitrary angle (θ 1 ).

【0040】[0040]

【表5】 [Table 5]

【0041】さらに、パイプにおける積層構成におい
て、正の任意角度の繊維配向角(θ1)である面状部材
の数と、該正の任意角度と絶対値が同一である負の任意
角度(−θ1)の繊維配向角である面状部材の数とが等
しくなるようにする。従って、表6に示すとおり、面状
部材の積層数が3である場合には、繊維配向角による組
み合わせは3とおりとなる。
Further, in the laminated structure of the pipe, the number of the planar members having the fiber orientation angle (θ 1 ) of the positive arbitrary angle and the negative arbitrary angle (−) having the same absolute value as the positive arbitrary angle. The number of planar members that is the fiber orientation angle of θ 1 ) is made equal. Therefore, as shown in Table 6, when the number of laminations of the planar members is three, there are three combinations based on the fiber orientation angle.

【0042】[0042]

【表6】 [Table 6]

【0043】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記3種類(0度、θ1
度、−θ1度)以外に90度が指定された場合は、表7
に示すように繊維配向角による組み合わせは12とおり
となる。
Further, by the designation means in the second step, the fiber orientation angles of the planar member can be set to the three types (0 degrees, θ 1).
Degrees, -θ 1 degree), if 90 degrees is specified, Table 7
As shown in the above, there are 12 combinations depending on the fiber orientation angle.

【0044】[0044]

【表7】 [Table 7]

【0045】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が0度、正の任意角度
(θ1)、該正の任意角度(θ1)の絶対値が同一である
負の任意角度(−θ1)、正の任意角度(θ2)、及び正
の任意角度(θ2)の絶対値が同一である負の任意角度
(−θ2)と5種類指定されたものとする。ここで正の
任意角度(θ1)、及び正の任意角度(θ2)は90度以
外であるものとする。表5に示すとおり、0度の繊維配
向角である面状部材の外側に隣接する面状部材の繊維配
向角は、0度、及び正の任意角度(θ1)、及び正の任
意角度(θ2)のいずれかとなるようにする。
Further, by the second step of specifying means, the fiber orientation angle of 0 degree planar member, an arbitrary positive angle (theta 1), the absolute value of any angle (theta 1) of the positive is the same negative any angle (-θ 1), an arbitrary positive angle (theta 2), and the absolute value of a positive arbitrary angle (theta 2) is five designated a negative arbitrary angle (- [theta] 2) is the same Shall be. Here, the positive arbitrary angle (θ 1 ) and the positive arbitrary angle (θ 2 ) are other than 90 degrees. As shown in Table 5, the fiber orientation angle of the planar member adjacent to the outside of the planar member having the fiber orientation angle of 0 degree is 0 degree, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 1 ). θ 2 ).

【0046】[0046]

【表8】 [Table 8]

【0047】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記5種類(0度、θ1
度、−θ1度、θ2度、−θ2度)以外に90度が指定さ
れた場合は、表9のとおりとなる。この場合、0度の繊
維配向角である面状部材の外側に接する面状部材の繊維
配向角は、0度、90度、正の任意角度(θ1)、及び
正の任意角度(θ2)のいずれかになるようにし、90
度の繊維配向角である面状部材の外側に接する面状部材
の繊維配向角は、0度、90度、正の任意角度
(θ1)、及び正の任意角度(θ2)のいずれかになるよ
うにする。
Further, the fiber orientation angles of the planar member can be set to the five types (0 degrees, θ 1) by the designating means of the second step.
Table 9 when 90 degrees is specified other than (degree, -θ 1 degree, θ 2 degree, -θ 2 degree). In this case, the fiber orientation angle of the planar member that is in contact with the outside of the planar member, which is the fiber orientation angle of 0 degree, is 0 degree, 90 degrees, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 2 ) And 90
The fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member, which is the fiber orientation angle of degree, is any one of 0 degree, 90 degrees, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 2 ) So that

【0048】[0048]

【表9】 [Table 9]

【0049】次に、表10に示すとおり、正の任意角度
(θ1)の繊維配向角である面状部材の外側に接する面
状部材の繊維配向角は、該正の任意角度の絶対値が同一
である負の任意角度(−θ1)のみとなるようにする。
同様に正の任意角度(θ2)の繊維配向角である面状部
材の外側に接する面状部材の繊維配向角は、該正の任意
角度の絶対値が同一である負の任意角度(−θ2)のみ
となるようにする。
Next, as shown in Table 10, the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member, which is the fiber orientation angle of the positive arbitrary angle (θ 1 ), is the absolute value of the positive arbitrary angle. Are the only negative arbitrary angles (−θ 1 ) that are the same.
Similarly, the fiber orientation angle of the planar member that is in contact with the outside of the planar member that is the fiber orientation angle of the positive arbitrary angle (θ 2 ) is the negative arbitrary angle (−) in which the absolute value of the positive arbitrary angle is the same. θ 2 ).

【0050】[0050]

【表10】 [Table 10]

【0051】表11に示すとおり、正の任意角度
(θ1)の絶対値が同一である負の任意角度(−θ1)で
ある面状部材の外側に接する面状部材の繊維配向角は、
0度、正の任意角度(θ1)、及び正の任意角度(θ2
のいずれかとなるようにする。同様に正の任意角度(θ
2)の絶対値が同一である負の任意角度(−θ2)である
面状部材の外側に隣接する面状部材の繊維配向角は、0
度、正の任意角度(θ1)、及び正の任意角度(θ2)の
いずれかとなるようにする。
[0051] As shown in Table 11, the fiber orientation angle of an arbitrary positive angle (theta 1) of the absolute value is in contact with the outer side of the planar member is a negative arbitrary angle are the same (- [theta] 1) planar member ,
0 degrees, positive arbitrary angle (θ 1 ), and positive arbitrary angle (θ 2 )
To be one of Similarly, any positive angle (θ
2 ) The fiber orientation angle of the planar member adjacent to the outside of the planar member having a negative arbitrary angle (-θ 2 ) having the same absolute value is 0.
Degree, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 2 ).

【0052】[0052]

【表11】 [Table 11]

【0053】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記5種類(0度、θ1
度、−θ1度、θ2度、−θ2度)以外に90度が指定さ
れた場合は、表12のとおりとなる。この場合、正の任
意角度(θ1)の絶対値が同一である負の任意角度(−
θ1)である面状部材の外側に接する面状部材の繊維配
向角は、0度、90度、正の任意角度(θ1)、及び正
の任意角度(θ2)のいずれかになるようにし、正の任
意角度(θ2)の絶対値が同一である負の任意角度(−
θ2)である面状部材の外側に接する面状部材の繊維配
向角は、0度、90度、正の任意角度(θ1)、及び正
の任意角度(θ2)のいずれかになるようにする。
Further, the fiber orientation angles of the planar member can be set to the five types (0 degrees, θ 1) by the designation means in the second step.
In the case where 90 degrees is specified in addition to (degree, -θ 1 degree, θ 2 degree, -θ 2 degree), the values are as shown in Table 12. In this case, a negative arbitrary angle ( −1 ) in which the absolute value of the positive arbitrary angle (θ 1 ) is the same.
θ 1 ), the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member is any one of 0 degree, 90 degrees, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 2 ). The negative arbitrary angle (−−) having the same absolute value of the positive arbitrary angle (θ 2 )
The fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member, which is θ 2 ), is one of 0 degree, 90 degrees, a positive arbitrary angle (θ 1 ), and a positive arbitrary angle (θ 2 ). To do.

【0054】[0054]

【表12】 [Table 12]

【0055】さらに、パイプにおける積層構成におい
て、正の任意角度の繊維配向角(θ1)である面状部材
の数と、該正の任意角度と絶対値が同一である負の任意
角度(−θ1)の繊維配向角である面状部材の数とが等
しくなるようにする。同様に、パイプにおける積層構成
において、正の任意角度の繊維配向角(θ2)である面
状部材の数と、該正の任意角度と絶対値が同一である負
の任意角度(−θ2)の繊維配向角である面状部材の数
とが等しくなるようにする。従って、表13に示すとお
り、面状部材の積層数が3である場合には、繊維配向角
による組み合わせは5とおりとなる。
Further, in the laminated structure of the pipe, the number of the planar members having the fiber orientation angle (θ 1 ) of the positive arbitrary angle and the negative arbitrary angle (−) having the same absolute value as the positive arbitrary angle are described. The number of planar members that is the fiber orientation angle of θ 1 ) is made equal. Similarly, in a laminated structure of a pipe, the number of planar members having a fiber orientation angle (θ 2 ) of a positive arbitrary angle, and a negative arbitrary angle (−θ 2 ) having the same absolute value as the positive arbitrary angle. ), The number of planar members, which is the fiber orientation angle, is made equal. Therefore, as shown in Table 13, when the number of laminations of the planar members is three, there are five combinations based on the fiber orientation angle.

【0056】[0056]

【表13】 [Table 13]

【0057】また、前記第2ステップの指定手段によっ
て、面状部材の繊維配向角が、前記5種類(0度、θ1
度、−θ1度)以外に90度が指定された場合は、表1
4に示すとおり繊維配向角による組み合わせは14とお
りとなる。
Further, the fiber orientation angles of the planar member can be set to the five types (0 degrees, θ 1) by the designation means in the second step.
Degrees, -θ 1 degree), if 90 degrees is specified, Table 1
As shown in FIG. 4, there are 14 combinations based on the fiber orientation angle.

【0058】[0058]

【表14】 [Table 14]

【0059】同様に積層数や繊維配向角の種類が増加、
又は減少しても、上記のとおり面状部材の繊維配向角の
組み合わせが決定される。
Similarly, the number of layers and types of fiber orientation angles increase,
Or even if it decreases, the combination of the fiber orientation angles of the planar member is determined as described above.

【0060】次に、本発明の繊維強化プラスチック製パ
イプの設計支援方法の第4ステップの、前記最小積層数
から最大積層数までの任意の積層数における、パイプの
肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性が算出される算出手段につ
いて説明する。該算出方法は古典積層板理論によって算
出される方法である。また、該算手段に必要となる各面
状部材の物性値は、縦弾性率、せん弾弾性率、ポアソン
比、繊維配向角、肉厚である。該算出手段では、前記第
3ステップで決定された面状部材の最小積層数から最大
積総数までの任意の積層数において、前記第2ステップ
の選択手段によって選択された面状部材の配置位置と、
該面状部材の配置位置での面状部材の前記物性値によ
り、パイプの肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性が算出され
る。
Next, in the fourth step of the method for supporting the design of a fiber-reinforced plastic pipe according to the present invention, the pipe thickness, bending rigidity, and torsional rigidity at an arbitrary number of laminations from the minimum number of laminations to the maximum number of laminations. The calculation means for calculating is described. The calculation method is a method calculated by classical laminate theory. The physical property values of the respective planar members required for the calculating means are a longitudinal elastic modulus, a ballistic elastic modulus, a Poisson's ratio, a fiber orientation angle, and a wall thickness. In the calculation means, at an arbitrary number of laminations from the minimum number of laminations of the planar member to the maximum total number of laminations determined in the third step, the arrangement position of the planar member selected by the selection means in the second step is ,
The thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe are calculated from the physical properties of the planar member at the position where the planar member is arranged.

【0061】また、該算出手段では、通常、最初に面状
部材の最小積層数における面状部材の積層構成と、該積
層構成におけるパイプの肉厚、曲げ剛性、及びねじれ剛
性が算出され、後述の積層構成選別手段へと進む。ま
た、必要に応じ、最小積層数以外の任意の面状部材の積
層数が指定され、同様にパイプの肉厚、曲げ剛性、及び
ねじれ剛性が算出され、後述の積層構成選別手段へと進
む。
The calculating means usually calculates the lamination structure of the planar members at the minimum lamination number of the planar members and the thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe in the laminated structure. To the stacking structure selection means. In addition, if necessary, the number of stacks of an arbitrary planar member other than the minimum number of stacks is specified, and similarly, the wall thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe are calculated, and the process proceeds to a stacking structure selection unit described later.

【0062】さらに、該算出手段では、面状部材の種類
によって、面状部材の積層構成の組み合わせが、確認さ
れる。表15に示すとおり、面状部材の積層数が3であ
り、前記第2ステップの選択手段によってA、B、C3
種類の面状部材が選択された場合、パイプにおける面状
部材の積層構成の組み合わせは27とおり(33とお
り)となる。
Further, in the calculating means, the combination of the lamination structure of the planar members is confirmed according to the type of the planar member. As shown in Table 15, the number of laminations of the planar members is 3, and A, B, and C3 are selected by the selecting unit in the second step.
When the type of the planar member is selected, the combination of the layered construction of a planar member in the pipe becomes 27 ways (3 3 ways).

【0063】[0063]

【表15】 [Table 15]

【0064】また、該算出手段では、面状部材の種類に
よる積層構成の組み合わせのすべての場合に前記面状部
材の繊維配向角による組み合わせがかけあわせられ、そ
れぞれの組み合わせにおけるパイプの肉厚、曲げ剛性、
ねじれ剛性が算出される。つまり、前記選択手段によっ
てA、B、Cと3種類の面状部材が選択され、かつ前記
第2ステップの指定手段によって面状部材の繊維配向角
度が、0度、90度以外の正の任意角度(θ1)、負の
任意角度(−θ1)と3種類指定されたとする。このと
き、本発明の設計支援方法における該算出手段では表1
5に示した27とおりの面状部材の積層構成の組み合わ
せそれぞれに該面状部材の繊維配向角(前記表1に示し
た3とおりの繊維配向角)による組み合わせがかけあわ
せられ、合計81とおり(27×3とおり)それぞれの
場合におけるパイプの肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性が算
出される。
Further, in the calculation means, in all cases of the combination of the lamination structures depending on the type of the planar member, the combination based on the fiber orientation angle of the planar member is multiplied. rigidity,
Torsional stiffness is calculated. That is, three types of planar members A, B, and C are selected by the selecting unit, and the fiber orientation angle of the planar member is set to a positive arbitrary value other than 0 and 90 degrees by the specifying unit of the second step. It is assumed that three types of angle (θ 1 ) and negative arbitrary angle (−θ 1 ) are specified. At this time, the calculation means in the design support method of the present invention uses Table 1
The combinations of the fiber orientation angles of the planar members (three fiber orientation angles shown in Table 1 above) are multiplied to each of the 27 combinations of the laminar configurations of the planar members shown in FIG. The thickness, bending rigidity and torsional rigidity of the pipe in each case are calculated.

【0065】本発明の繊維強化プラスチック製パイプの
設計支援方法の第5ステップにおける積層構成選別手段
では、前記算出手段によって算出された面状部材の各積
層構成におけるパイプの肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性の
中から、許容値を含む目標値を満足するパイプの肉厚、
曲げ剛性、ねじれ剛性、及び該面状部材の積層構成が選
別され、表示部に表示される。
In the fifth step of the method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe according to the present invention, the laminated structure selecting means includes a pipe thickness, a bending rigidity, and a torsion in each laminated structure of the planar member calculated by the calculating means. From the rigidity, the wall thickness of the pipe that satisfies the target value including the allowable value,
The bending stiffness, the torsional stiffness, and the lamination configuration of the planar member are selected and displayed on the display unit.

【0066】次に第5ステップにおける積層構成選別手
段で選別された許容値を含む目標値を満足するパイプの
肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性、及び該面状部材の積層構
成をすべて確認する。ここで、図3に示すとおり、前記
第4ステップにおいて指定した面状部材の積層数を変化
させたい場合には、第4ステップの算出手段にもどり、
再度、面状部材の積層数を指定し、同様に第5ステップ
における積層構成選別手段へと進めることも可能であ
る。
Next, the pipe thickness, bending stiffness, torsional stiffness, and the lamination configuration of the planar member that satisfy the target values including the allowable values selected by the lamination configuration selection means in the fifth step are checked. Here, as shown in FIG. 3, when it is desired to change the number of laminations of the planar members specified in the fourth step, the process returns to the calculating means in the fourth step,
It is also possible to specify the number of laminations of the planar members again, and to similarly proceed to the lamination configuration selection means in the fifth step.

【0067】[0067]

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明する。図
9は本発明の実施例におけるFRP製パイプの設計支援
方法を利用した1つの処理装置の表示部メニュー画面で
ある。同図に示すように本発明のFRP製パイプの設計
支援方法では、第2ステップであるマンドレルの外径を
入力するための入力手段と、第1ステップである予め登
録されている材料の材料名とその物性値を選択する選択
手段が、「1.設定条件の入力」というメニューの中に
含まれる。そして、第1ステップである目標値とするパ
イプの肉厚、曲げ剛性、及びねじれ剛性を入力する入力
手段が、「2.目標値の設定」というメニューの中に含
まれる。そして、第1ステップである上記入力された目
標値の許容値を入力する入力手段が、「3.設計許容値
の設定」というメニューの中に含まれる。そして、第3
ステップである上記選択された許容値を含む目標値を満
足する面状部材の最大積層数と最小積層数を決定する操
作が、「4.最適化条件の収束判定」というメニューの
中に含まれる。そして、上記第1ステップの入力手段か
ら、第2ステップの指定手段、及び第3ステップの面状
部材の最大積層数と最小積層数の決定までのデータを登
録する操作が、「5.最適化条件の登録」というメニュ
ーの中に含まれる。そして、前記「5.最適化条件の登
録」のメニューの中で登録されたデータを読み込む操作
が、「6.最適化条件の読み込み」というメニューの中
に含まれる。そして、第3ステップの積層構成制御手
段、第4ステップの算出手段、及び第5ステップの積層
構成選別手段を実行する操作が、「7.最適化の実行」
というメニューの中に含まれる。そして、予め登録され
ている材料の材料名とその物性値を削除、追加、又は更
新するためのデータベース保守手段を実行する操作が、
「8.データベース保守用プログラム」というメニュー
の中に含まれる。これらのメニューから構成される。ま
ず、表16に示すとおり、本実施例での入力手段として
目標値であるパイプの肉厚、曲げ剛性、及びねじれ剛性
とその許容値を入力した。また、FRP製パイプの内径
が14.3mmである断面を抽出した。FRP製パイプ
の内径はマンドレルの外径と同一である為、マンドレル
外径を14.3mmと入力した。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a display unit menu screen of one processing apparatus using the FRP pipe design support method according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the method for supporting design of an FRP pipe according to the present invention, an input means for inputting the outer diameter of the mandrel which is the second step, and the material name of the material which has been registered in advance as the first step And a selection means for selecting the physical property value are included in a menu of “1. Input of setting conditions”. Then, input means for inputting the pipe thickness, bending stiffness, and torsional stiffness as target values, which are the first steps, are included in the menu of “2. Setting of target values”. Then, input means for inputting the allowable value of the input target value, which is the first step, is included in the menu of “3. Setting of design allowable value”. And the third
The operation of determining the maximum stacking number and the minimum stacking number of the planar member satisfying the target value including the selected allowable value, which is the step, is included in the menu of “4. . The operation of registering the data from the input means in the first step to the designation means in the second step and the determination of the maximum number of layers and the minimum number of layers of the planar members in the third step is described in “5. "Registration of conditions" is included in the menu. Then, the operation of reading the data registered in the menu of “5. Registration of optimization condition” is included in the menu of “6. Loading of optimization condition”. Then, the operation of executing the stack configuration control unit of the third step, the calculation unit of the fourth step, and the stack configuration selection unit of the fifth step is “7. Execution of optimization”.
Included in the menu. Then, the operation of executing the database maintenance means for deleting, adding, or updating the material names of the materials registered in advance and their physical property values,
It is included in the menu of “8. Database maintenance program”. It consists of these menus. First, as shown in Table 16, as the input means in the present embodiment, the target values such as the wall thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe and their allowable values were input. Further, a cross section in which the inner diameter of the FRP pipe was 14.3 mm was extracted. Since the inner diameter of the FRP pipe was the same as the outer diameter of the mandrel, the outer diameter of the mandrel was input as 14.3 mm.

【0068】[0068]

【表16】 [Table 16]

【0069】次に、予め登録されている面状部材の材料
名とその物性値を選択する選択手段として、表17に示
すとおり、種種の物性値が登録された3種類の面状部材
を選択した。
Next, as a selecting means for selecting the material names of the sheet members registered in advance and their physical property values, as shown in Table 17, three kinds of sheet members in which various physical property values are registered are selected. did.

【0070】[0070]

【表17】 ア:PAN系24ton イ:PAN系30ton ウ:PAN系40ton[Table 17] A: PAN system 24 ton B: PAN system 30 ton C: PAN system 40 ton

【0071】また、本実施例における指定手段として、
面状部材の繊維配向角を、0度、45度、−45度、9
0度の4種類と指定した。以上までの操作が本実施例に
おける第1ステップと第2ステップである。次に前記の
許容値を含む目標値を満足する面状部材の最大積層数と
最小積層数が決定される。まず、面状部材の肉厚と目標
値であるパイプの肉厚によって、面状部材の最大積層数
( M1MAX)と最小積層数( M1MIN)を算出し
た。該最大積層数(M1MAX)と最小積層数( M1
MIN)の算出には、式1と式2を用いた。該算出結果
は表18のとおりである。
As a designating means in this embodiment,
The fiber orientation angles of the planar member are 0, 45, -45, 9
Four degrees of 0 degree were designated. The operations up to the above are the first step and the second step in the present embodiment. Next, the maximum number of layers and the minimum number of layers of the planar member satisfying the target value including the above-mentioned allowable value are determined. First, the maximum number of laminated layers (M1MAX) and the minimum number of laminated layers (M1MIN) were calculated based on the thickness of the planar member and the target thickness of the pipe. The maximum number of layers (M1MAX) and the minimum number of layers (M1
Equation 1 and Equation 2 were used to calculate MIN). The calculation results are as shown in Table 18.

【0072】[0072]

【表18】 M1MAX:面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚によって算出されるパイプにおける面状部材の最大積
層数 M1MIN:面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚よって算出されるパイプにおける面状部材の最小積層
[Table 18] M1MAX: Maximum number of stacks of the planar member in the pipe calculated based on the thickness of the planar member and the target thickness of the pipe M1MIN: Calculated based on the thickness of the planar member and the target thickness of the pipe Minimum number of sheet members in pipes

【0073】次に、指定された面状部材の縦弾性率と目
標値であるパイプの曲げ剛性によって、面状部材の最大
積層数(M2MAX)と最小積層数( M2MIN)を
算出した。該最大積層数(M2MAX)と最小積層数
( M2MIN)の算出には、式5と式6を用いた。該
算出結果は表19のとおりである。
Next, the maximum number of laminations (M2MAX) and the minimum number of laminations (M2MIN) of the planar members were calculated from the specified longitudinal elastic modulus of the planar members and the target value of the bending rigidity of the pipe. Equations 5 and 6 were used to calculate the maximum number of layers (M2MAX) and the minimum number of layers (M2MIN). The calculation results are as shown in Table 19.

【0074】[0074]

【表19】 M2MAX:面状部材の縦弾性率と目標値であるパイプ
の曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプにお
ける面状部材の最大積層数 M2MIN :面状部材の縦弾性率と目標値であるパイ
プの曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプに
おける面状部材の最小積層数
[Table 19] M2MAX: the maximum number of laminated layers of the planar member in the pipe calculated from the longitudinal elastic modulus of the planar member and the target pipe bending rigidity (E 1 IZ) M2MIN: the longitudinal elastic modulus of the planar member and the target value Minimum stacking number of planar members in a pipe calculated from the bending stiffness (E 1 IZ) of the pipe

【0075】次に、指定された面状部材のせん弾弾性率
と目標値であるパイプのねじれ剛性によって、面状部材
の最大積層数(M3MAX)と最小積層数( M3MI
N)を算出した。該最大積層数(M3MAX)と最小積
層数( M3MIN)の算出には、式9と式10を用い
た。該算出結果は表20のとおりである。
Next, the maximum lamination number (M3MAX) and the minimum lamination number (M3MI) of the planar members are determined by the specified elastic modulus of the planar members and the torsional rigidity of the pipe, which is the target value.
N) was calculated. Equations 9 and 10 were used to calculate the maximum number of layers (M3MAX) and the minimum number of layers (M3MIN). The calculation results are as shown in Table 20.

【0076】[0076]

【表20】 M3MAX:面状部材のせん弾弾性率と目標値であるパ
イプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける面
状部材の最大積層数 M3MIN :面状部材のせん弾弾性率と目標値である
パイプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける
面状部材の最小積層数
[Table 20] M3MAX: The maximum number of stacks of the planar member in the pipe calculated from the elastic modulus of the planar member and the torsional rigidity of the pipe, which is the target value. M3MIN: The torsion of the pipe, which is the elastic modulus of the planar member and the target value. Minimum stacking number of planar members in pipe calculated by stiffness

【0077】表16に示すとおり、今回の実施例におけ
る目標値はパイプの肉厚、曲げ剛性、及びねじれ剛性で
ある為、本発明の繊維強化プラスチック製パイプの設計
支援方法における面状部材の最大積層数と最小積層数は
以下に述べるとおりである。表18から表20に示すそ
れぞれの最大積層数と最小積層数とでなされる範囲です
べてを満足する範囲を示す最大の積層数は17であり、
最小の積層数は、10である。従って、今回の実施例で
の本発明の繊維強化プラスチック製パイプの設計支援方
法における面状部材の最大積層数は17であり、最小積
層数は10である。
As shown in Table 16, the target values in this embodiment are the wall thickness, bending stiffness, and torsional stiffness of the pipe. The number of layers and the minimum number of layers are as described below. The maximum number of layers indicating a range satisfying all of the ranges formed by the maximum number of layers and the minimum number of layers shown in Tables 18 to 20 is 17, and
The minimum number of layers is 10. Therefore, in the present embodiment, the maximum number of laminations of the planar members is 17 and the minimum number of laminations is 10 in the fiber reinforced plastic pipe design support method of the present invention.

【0078】次に、本実施例における指定手段として面
状部材の繊維配向角を、0度、45度、−45度、90
度の4種類と指定したので、積層構成制御手段によっ
て、以下のとおり面状部材の積層構成が制限される。該
積層構成制御手段では、パイプにおける積層構成におい
て、接して積層する2枚の面状部材の繊維配向角が、共
に45度となることや、共に−45度とならないように
する。さらに、該積層構成制御手段では、パイプにおけ
る積層構成において、45度の繊維配向角である面状部
材の外側に接する面状部材の繊維配向角が、必ず−45
度であるようにする手段である。さらに、該積層構成制
御手段では、パイプにおける積層構成において、45度
の繊維配向角である面状部材の数と、−45度の繊維配
向角である面状部材の数とが等しくなるようにする手段
である。
Next, as the designating means in this embodiment, the fiber orientation angles of the planar member are set to 0 degree, 45 degrees, -45 degrees, and 90 degrees.
Since the four types of degrees are designated, the lamination configuration of the planar members is limited by the lamination configuration control means as follows. In the lamination configuration control means, in the lamination configuration of the pipe, the fiber orientation angles of the two planar members that are in contact with each other and laminated are set to 45 degrees or neither to -45 degrees. Further, in the lamination configuration control means, in the lamination configuration of the pipe, the fiber orientation angle of the planar member in contact with the outside of the planar member having the fiber orientation angle of 45 degrees is always -45.
It is a means to be a degree. Further, in the lamination configuration control means, in the lamination configuration of the pipe, the number of the planar members having the fiber orientation angle of 45 degrees is equal to the number of the planar members having the fiber orientation angle of -45 degrees. It is a means to do.

【0079】本実施例における面状部材の積層数は前記
のとおり、10から17であり、前記積層構成制御手段
によって、それぞれの積層数における面状部材の繊維配
向角の組み合わせが決定される。本実施例における、面
状部材の繊維配向角は、0度、45度、−45度、90
度の4種類である。従って、前記表7における正の任意
角度(θ1)が45度に相当し、正の任意角度(θ1)の
絶対値が同一である負の任意角度(−θ1)が−45度
に相当する。また前記表7における積層数3を、まず本
実施例における面状部材の最小積層数である10に置き
かえる。すると、本実施例における面状部材の繊維配向
角の組み合わせは表21のとおりとなる。
The number of laminations of the planar members in this embodiment is 10 to 17 as described above, and the combination of the fiber orientation angles of the planar members at each lamination number is determined by the lamination structure control means. In the present embodiment, the fiber orientation angle of the planar member is 0 degree, 45 degrees, -45 degrees, 90 degrees.
There are four types of degrees. Therefore, corresponds to an arbitrary positive angle (theta 1) is 45 degrees in the Table 7, the negative arbitrary angle absolute value of the same arbitrary positive angle (θ 1) (-θ 1) to -45 degrees Equivalent to. Further, the number of laminations 3 in Table 7 is first replaced by 10 which is the minimum number of laminations of the planar member in this embodiment. Then, combinations of fiber orientation angles of the planar member in the present example are as shown in Table 21.

【0080】[0080]

【表21】 [Table 21]

【0081】表21に示す本実施例における面状部材の
繊維配向角の組み合わせ数は、コンピューター内で処理
される為、yとおりとした。同様にして、本実施例にお
ける面状部材の積層数が11以上の場合にも面状部材の
繊維配向角の組み合わせが、決定される。以上のとお
り、面状部材の最大積層数と最小積層数の決定、及び面
状部材の積層構成制御手段が、本実施例における第3ス
テップである。
The number of combinations of the fiber orientation angles of the planar member in the present example shown in Table 21 was set to y as it was processed in the computer. Similarly, the combination of the fiber orientation angles of the planar members is determined when the number of laminated planar members in this embodiment is 11 or more. As described above, the determination of the maximum stacking number and the minimum stacking number of the planar member, and the lamination structure control means of the planar member are the third steps in the present embodiment.

【0082】また、表22に示すとおり、本実施例では
前記選択手段によって、ア、イ、ウの3種類の面状部材
が選択された為、パイプにおける積層数が10である場
合、パイプにおける面状部材の配置位置の組み合わせは
5949とおり(310とおり)となる。
As shown in Table 22, in this embodiment, three kinds of planar members A, B and C were selected by the selecting means. the combination of positions of the planar member becomes ways 5949 (3 10 ways).

【0083】[0083]

【表22】 [Table 22]

【0084】そして、本実施例第4ステップにおける算
出手段では、表22に示した5949とおりの面状部材
の積層構成の組み合わせすべての場合に前記面状部材の
繊維配向角による組み合わせ(前記表21に示したyと
おりの組み合わせ)がかけあわせられ、合計5949×
yとおりそれぞれの組み合わせにおけるパイプの肉
厚、曲げ剛性、ねじれ剛性が算出される。該算出手段に
よる算出結果の表示(数値表示)は省略した。
In the calculation means in the fourth step of this embodiment, the combinations based on the fiber orientation angles of the planar members (see Table 21) were used for all combinations of the lamination configurations of the planar members as shown in Table 22. Are combined, and a total of 5949 ×
The wall thickness, bending stiffness, and torsional stiffness of the pipe in each of the y combinations are calculated. The display (numerical display) of the calculation result by the calculation means is omitted.

【0085】本実施例第5ステップにおける積層構成選
別手段では、前記算出手段によって算出された面状部材
の各積層構成におけるパイプの肉厚、曲げ剛性、ねじれ
剛性の中から、許容値を含む目標値を満足するパイプの
肉厚、曲げ剛性、ねじれ剛性、及び該面状部材積層構成
が選別され、表示部に表示される。該選別手段による選
別結果の一例を表23に示した。
In the fifth embodiment of the present invention, the laminating structure selecting means includes a target including a permissible value from the thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe in each laminating structure of the planar member calculated by the calculating means. The wall thickness, bending stiffness, torsional stiffness, and the lamination structure of the planar member that satisfy the values are selected and displayed on the display unit. Table 23 shows an example of the sorting result by the sorting means.

【0086】[0086]

【表23】 [Table 23]

【0087】該選別手段による選別結果では、目標値を
満足する3081種類の面状部材の配置位置の組み合わ
せ、及びその配置位置でのパイプの肉厚、曲げ剛性、ね
じれ剛性とが表示された。また、本実施例における面状
部材の積層数が11以上の場合の前記算出手段、及び選
定手段は、不要とした。
As a result of the sorting by the sorting means, a combination of the arrangement positions of the 3081 types of planar members satisfying the target value, and the wall thickness, bending rigidity, and torsional rigidity of the pipe at the arrangement position are displayed. In the present embodiment, the calculation unit and the selection unit in the case where the number of stacked planar members is 11 or more are unnecessary.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のFRP製パイプの設計支援方法を用いれば、FRP製
パイプをきわめて実物に近い特性値を再現することが可
能であり、誰でも簡単にFRP製パイプの設計、および
製作に必要な情報を得ることができる。
As is clear from the above description, the FRP pipe design supporting method of the present invention can reproduce the characteristic value of the FRP pipe extremely close to the actual one, and anyone can easily use it. The information necessary for designing and manufacturing the FRP pipe can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明による処理装置の概略ブロック図
である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a processing apparatus according to the present invention.

【図2】図2は本発明のプログラムのフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of a program according to the present invention.

【図3】図3は本発明による処理装置の全体操作のフロ
ーチャートである。
FIG. 3 is a flowchart of the overall operation of the processing apparatus according to the present invention.

【図4】図4(a)は、マンドレルにおいて、面状部材
を巻き付ける位置を示す斜視図であり、図4(b)は、
断面形状が巻きつけられたマンドレルの断面図である。
FIG. 4A is a perspective view showing a position where a planar member is wound around a mandrel, and FIG.
It is sectional drawing of the mandrel with which the cross-sectional shape was wound.

【図5】図5は、面状部材と、そのマンドレルへの巻き
付け位置と、繊維配向角を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a planar member, a winding position of the planar member around a mandrel, and a fiber orientation angle.

【図6】図6(a)は、面状部材が巻き付けられたマン
ドレルを示す図であり、図6(b)は、図6(a)での
マンドレルのVV′部分、及びWW′部分における縦断
面図である。
6 (a) is a diagram showing a mandrel around which a planar member is wound, and FIG. 6 (b) is a diagram showing a mandrel in a VV 'portion and a WW' portion of FIG. 6 (a). It is a longitudinal cross-sectional view.

【図7】図7(a)は、面状部材が巻き付けられたマン
ドレルを示す図であり、図7(b)は、図7(a)での
マンドレルのVV′部分、及びWW′部分における縦断
面図である。
7A is a diagram showing a mandrel around which a planar member is wound, and FIG. 7B is a diagram showing a mandrel in a VV ′ portion and a WW ′ portion in FIG. 7A. It is a longitudinal cross-sectional view.

【図8】図8(a)は、面状部材が巻き付けられたマン
ドレルを示す図であり、図8(b)は、図8(a)での
マンドレルのVV′部分、及びWW′部分における縦断
面図である。
8A is a diagram showing a mandrel around which a planar member is wound, and FIG. 8B is a diagram showing a mandrel in a VV ′ portion and a WW ′ portion of FIG. 8A. It is a longitudinal cross-sectional view.

【図9】図9は、本発明の実施例における繊維強化プラ
スチック製パイプの設計支援方法の表示部メニュー画面
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a display section menu screen of the design support method for a fiber reinforced plastic pipe in the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ア 面状部材 イ 面状部材 ウ 面状部材 DOUT FRP製パイプの断面における外径 DIN FRP製パイプの断面における内径 E1 縦弾性率 E1MAX 選択された面状部材の中で最大の縦弾性率 E1MIN 選択された面状部材の中で最小の縦弾性率 E2 横弾性率 G12 せん断弾性率 G12MAX 選択された面状部材の中で最大のせん弾弾性
率 G12MIN 選択された面状部材の中で最小のせん弾弾性
率 IP 断面二次極モーメント IZ 断面二次モーメント M1MAX 面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚によって算出されるパイプにおける面状部材の最大積
層数 M1MIN 面状部材の肉厚と目標値であるパイプの肉
厚よって算出されるパイプにおける面状部材の最小積層
数 M2MAX 面状部材の縦弾性率と目標値であるパイプ
の曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプにお
ける面状部材の最大積層数 M2MIN 面状部材の縦弾性率と目標値であるパイ
プの曲げ剛性(E1IZ)によって算出されるパイプに
おける面状部材の最小積層数 M3MAX 面状部材のせん弾弾性率と目標値であるパ
イプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける面
状部材の最大積層数 M3MIN 面状部材のせん弾弾性率と目標値である
パイプのねじれ剛性によって算出されるパイプにおける
面状部材の最小積層数 N マンドレル Nd マンドレルの直径 T1 目標値であるパイプの肉厚 ΔT1 目標値であるパイプの肉厚における許容値 T2MAX 面状部材の縦弾性率と目標値であるパイプ
の曲げ剛性によって算出される最大のパイプの肉厚 T2MIN 面状部材の縦弾性率と目標値であるパイプ
の曲げ剛性によって算出される最小のパイプの肉厚 T3MAX 面状部材のせん弾弾性率と目標値であるパイプ
のねじれ剛性によって算出される最大のパイプの肉厚 T3MIN 面状部材のせん弾弾性率と目標値であるパ
イプのねじれ剛性によって算出される最小のパイプの肉
厚 X 選択された面状部材の中で最大の肉厚 Y 選択された面状部材の中で最小の肉厚 E1Z 曲げ剛性 E1IZ2 目標値であるパイプの曲げ剛性 ΔE1IZ 目標値であるパイプの曲げ剛性における許
容値 G12P ねじれ剛性 G12IP3 目標値であるパイプのねじれ剛性 Δ G12IP 目標値であるパイプのねじれ剛性におけ
る許容 n パイプにおける面状部材の積層順序をしめす整数 y 本実施例における面状部材の繊維配向角の組み合わ
せ数 θ1 面状部材の繊維配向角 θ2 面状部材の繊維配向角 ν12 ポアソン比
Maximum vertical in the A planar member b planar member c planar member D OUT FRP pipe made inside diameter E 1 in the cross section of the outer diameter D IN FRP pipe made in the cross section of the longitudinal elastic modulus E 1MAX selected planar member It is the largest peg modulus G 12 min selected in the minimum longitudinal modulus E 2 modulus of transverse elasticity G 12 shear modulus G 12MAX selected planar member in the elastic modulus E 1MIN selected planar member planar members in a pipe which is calculated by the thickness of the pipe is the minimum wall thickness and the target value of the peg modulus I P sectional secondary polar moment I Z geometrical moment of inertia M1MAX planar member in the planar member M1MIN The minimum number of layers of the planar member in the pipe calculated from the wall thickness of the planar member and the target wall thickness of the pipe M2MAX The longitudinal elastic modulus of the planar member and the bending stiffness of the pipe as the target value (E 1 IZ) Maximum lamination number of planar members in pipe to be output M2MIN Minimum lamination number of planar members in pipe calculated by longitudinal elastic modulus of planar member and bending stiffness (E 1 IZ) of pipe as target value M3MAX Plane member The maximum number of laminations of planar members in a pipe calculated by the helical elastic modulus of the pipe and the torsional rigidity of the pipe as the target value M3MIN The pipe calculated by the helical elastic modulus of the planar members and the torsional rigidity of the pipe as the target value N1 Mandrel Nd Diameter of mandrel T1 Target wall thickness of pipe ΔT1 Allowable value of pipe wall thickness of target value T2MAX Longitudinal elastic modulus of plane member and pipe target of target value Maximum pipe thickness calculated by bending stiffness T2MIN The longitudinal elastic modulus of the planar member and the target value of the pipe bending stiffness Minimum peg modulus of thickness T 3MAX planar member of the pipe and the target value at which the pipe largest peg modulus of pipe wall thickness T3MIN planar member which is calculated by the torsional stiffness of the calculated I The minimum pipe thickness calculated by the torsional rigidity of the pipe which is the target value X The maximum thickness among the selected planar members Y The minimum thickness among the selected planar members E 1 I Z flexural rigidity E 1 Iz2 limit for pipe bending stiffness is flexural rigidity delta] E 1 IZ target value of the pipe, which is the target value G 12 I P torsional rigidity G 12 torsional rigidity of IP3 pipe is a target value delta G 12 IP target value N is an integer indicating the stacking order of the planar members in the pipe y is the number of combinations of the fiber orientation angles of the planar members in the present embodiment θ 1 The fiber orientation angle of the planar members θ 2 Fiber Fiber orientation angle ν 12 Poisson's ratio

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06F 17/50 680 B29L 23:00 // B29K 105:08 31:52 B29L 23:00 B29C 67/14 A 31:52 R Fターム(参考) 2C002 AA05 CS03 MM02 PP01 SS03 3H111 BA15 BA24 BA26 BA28 CB14 CC03 DB27 EA12 EA20 4F205 AA39 AD16 AG08 AH59 HA02 HA23 HA37 HA45 HB01 HL04 HL11 HT13 HT22 4F209 AA39 AC03 AD16 AG08 AH59 NA16 NB01 NG02 NK01 5B046 AA00 DA02 GA01 HA05 JA07 KA05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) G06F 17/50 680 B29L 23:00 // B29K 105: 08 31:52 B29L 23:00 B29C 67/14 A 31:52 RF term (reference) 2C002 AA05 CS03 MM02 PP01 SS03 3H111 BA15 BA24 BA26 BA28 CB14 CC03 DB27 EA12 EA20 4F205 AA39 AD16 AG08 AH59 HA02 HA23 HA37 HA45 HB01 HL04 HL11 HT13 HT22 4F209 AA39 AC03 NA16 AG08 AA00 DA02 GA01 HA05 JA07 KA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マンドレル等の芯材に面状部材を巻き付け
て形成される繊維強化プラスチック製パイプの設計支援
方法であって、繊維強化プラスチック製パイプの任意の
断面部位を1つ抽出したとき目標値とするパイプの肉
厚、曲げ剛性(E1IZ)、ねじれ剛性(G12IP),
と、それらの許容値を入力する入力手段による第1ステ
ップと前記マンドレルの外径入力と、予め登録されてい
る面状部材の材料名とその物性値を選択する選択手段、
及び選択された面状部材の繊維配向角を指定する指定手
段による第2ステップと前記第1ステップで入力された
許容値を含む目標値を満足する面状部材の最大積層数と
最小積層数を決定し、前記面状部材の繊維配向角により
面状部材の積層構成における組み合わせが制限される積
層構成制御手段による第3ステップと前記第3ステップ
で決定された該最小積層数から最積大層数までの任意の
積層数における面状部材の積層構成、パイプの肉厚、曲
げ剛性(E1IZ)、及びねじれ剛性(G12IP)を算
出する算出手段による第4ステップと、及び該算出手段
により算出された該積層構成におけるパイプの肉厚、曲
げ剛性(E1IZ)、ねじれ剛性(G12IP)より、許
容値を含む目標値を満足するパイプの肉厚、曲げ剛性
(E1IZ)、ねじれ剛性(G12IP)の内、少なくと
も1つを満足する各面状部材の積層構成を選別する積層
構成選別手段による第5ステップからなることを特徴と
する繊維強化プラスチック製パイプの設計支援方法
1. A method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe formed by winding a sheet member around a core material such as a mandrel, the method comprising the steps of: Pipe thickness, bending stiffness (E 1 IZ), torsional stiffness (G 12 IP),
A first step by input means for inputting those allowable values, an outer diameter input of the mandrel, and a selection means for selecting a material name of the sheet member registered in advance and its physical property value,
And the second step by the designating means for designating the fiber orientation angle of the selected planar member and the maximum lamination number and the minimum lamination number of the planar member satisfying the target value including the allowable value inputted in the first step. The third step by the lamination structure control means in which the combination in the lamination structure of the planar member is determined by the fiber orientation angle of the planar member, and the largest layer number from the minimum lamination number determined in the third step A fourth step of calculating means for calculating the lamination configuration of the planar members, the pipe thickness, the bending stiffness (E 1 IZ), and the torsional stiffness (G 12 IP) at an arbitrary number of laminations up to and the thickness of the pipe in the calculated laminated structure by, flexural rigidity (E 1 IZ), than torsional rigidity (G 12 IP), the wall thickness of the pipe which satisfies the target value including the allowable values, flexural rigidity (E 1 IZ ) Re of rigidity (G 12 IP), each planar member fiber-reinforced plastic pipe design support method characterized by comprising a fifth step of the laminate structure selection means for selecting a stackup of satisfying at least one
【請求項2】マンドレル等の芯材に面状部材を巻き付け
て形成される繊維強化プラスチック製パイプの設計支援
方法であって、前記第2のステップにおける予め登録さ
れている面状部材の材料名とその物性値を選択する選択
手段は、材料名、および材料物性についてのデータベー
ス機能を有することを特徴とする、請求項1記載のゴル
フシャフト設計支援方法。
2. A method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe formed by winding a sheet material around a core material such as a mandrel, wherein the material name of the sheet material registered in advance in the second step is 2. The golf shaft design support method according to claim 1, wherein the selecting means for selecting the material name and the physical property value has a database function for the material name and the material physical property.
【請求項3】マンドレル等の芯材に面状部材を巻き付け
て形成される繊維強化プラスチック製パイプの設計支援
方法であって、前記第3ステップにおける面状部材の最
大積層数と最小積層数の決定方法は、入力された許容値
を含む目標値を満足するために、前記第2ステップで選
択された面状部材の肉厚と前記第1ステップで許容値を
含む目標値として入力されたパイプの肉厚とによって算
出された面状部材の最大積層数と最小積層数と、前記第
2ステップで選択された面状部材の縦弾性率と前記第1
ステップで許容値を含む目標値として入力されたパイプ
の曲げ剛性によって算出された面状部材の最大積層数と
最小積層数と、前記第2ステップで選択された面状部材
のせん弾弾性率と前記第1ステップで許容値を含む目標
値として入力されたパイプのねじれ剛性によって算出さ
れた面状部材の最大積層数と最小積層数の内、少なくと
も1つを満足するように決定される方法であることを特
徴とする、請求項1、又は2に記載の繊維強化プラスチ
ック製パイプ設計支援方法。
3. A method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe formed by winding a sheet member around a core material such as a mandrel, wherein the maximum number of sheet members and the minimum number of sheet sheets of the sheet member in the third step are determined. In order to satisfy the target value including the input allowable value, the determination method includes determining the thickness of the planar member selected in the second step and the pipe input as the target value including the allowable value in the first step. The maximum number of layers and the minimum number of layers of the planar member calculated based on the thickness of the sheet member, the longitudinal elastic modulus of the planar member selected in the second step, and the first
The maximum number and the minimum number of laminations of the planar member calculated by the bending stiffness of the pipe input as the target value including the allowable value in the step, the elastic modulus of the planar member selected in the second step, In a method determined to satisfy at least one of the maximum stacking number and the minimum stacking number of the planar member calculated based on the torsional rigidity of the pipe input as the target value including the allowable value in the first step. The method for supporting design of a fiber-reinforced plastic pipe according to claim 1, wherein the method is provided.
【請求項4】マンドレル等の芯材に面状部材を巻き付け
て形成される繊維強化プラスチック製パイプの設計支援
方法であって、前記第3ステップにおける積層構成制御
手段は前記第2ステップで面状部材の繊維配向角が0
度、正の任意角度、及び該正の任意角度の絶対値が同一
である負の任意角度と指定された場合、0度の繊維配向
角である面状部材の外側に隣接する面状部材の繊維配向
角が、0度、及び正の任意角度のいずれかであるように
積層構成が制御され、正の任意角度の繊維配向角である
面状部材の外側に隣接する面状部材の繊維配向角が、該
正の任意角度の絶対値が同一である負の任意角度である
ように積層構成が制御され、正の任意角度の絶対値が同
一である負の任意角度である面状部材の外側に隣接する
面状部材の繊維配向角が、0度、及び正の任意角度のい
ずれかであるように積層構成が制御される積層構成制御
手段であることを特徴とする、請求項1、2、又は3に
記載の繊維強化プラスチック製パイプ設計支援方法。
4. A method for supporting the design of a fiber reinforced plastic pipe formed by winding a planar member around a core material such as a mandrel. The fiber orientation angle of the member is 0
Degrees, a positive arbitrary angle, and a negative arbitrary angle in which the absolute value of the positive arbitrary angle is the same as the negative arbitrary angle. The lamination configuration is controlled so that the fiber orientation angle is either 0 degree or any positive angle, and the fiber orientation of the planar member adjacent to the outside of the planar member having a positive arbitrary fiber orientation angle. The stacking configuration is controlled such that the angle is a negative arbitrary angle having the same absolute value of the positive arbitrary angle, and the absolute value of the positive arbitrary angle is a negative arbitrary angle having the same absolute value. The lamination configuration control means, wherein the lamination configuration is controlled such that the fiber orientation angle of the planar member adjacent to the outside is either 0 degree or any positive angle. 4. The method for supporting design of a fiber-reinforced plastic pipe according to item 2 or 3.
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