JP2010240209A - ゴルフクラブシャフトの設計変数及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維強化樹脂からなるゴルフクラブシャフトを設計する方法であって、複数の設計変数が定義された有限個の要素を用いてゴルフクラブシャフトをモデル化することにより、コンピュータで数値計算が可能なシャフトモデルを得るステップと、前記ステップで設定されたシャフトモデルの性能を表す互いに異なる複数の目的関数をコンピュータを用いて計算するステップと、前記設計変数と前記目的関数との組合せを多数計算し、該設計変数と目的関数との関係を結びつける近似応答関数を生成するステップと、前記近似応答関数に基づいて前記目的関数を最適化する複数解を得るステップと、上記で得られた前記複数解の中からデータ包絡分析法を用いてパレート解を得るステップと、前記パレート解に基づいてゴルフクラブシャフトの前記各設計変数を設定するステップとを含むことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本実施形態では、強度に優れた繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフトを設計するために、シャフト径、繊維強化樹脂の繊維種及び繊維材の配向角度等の最適な組合せを短時間で設計する方法が説明される。ただし、本発明の設計方法では、このような具体的な例に限定されるものではなく、様々な目的の下、設計変数及び目的関数が変更されて実施され得るのは言うまでもない。
F=w1・f1+w2・f2+…+wr・fr …(1)
F=Max{w1・f1,w2・f2,…,wr・fr} …(2)
ただし、符号は次の通りである。
F:目的関数のスカラー値
fi:各目的関数の値を正規化したもの
wi:各目的関数に対する係数
本実施例では、図10に示した8枚のプリプレグの配向角度(図10に示される角度は最適化前の値である)を設計変数とし、最適化が行われた。シャフトの内径、プリプレグの形状、繊維材の種類及び重量についてはいずれも一定とした。
配向角度の考え方として、以下のルールを与えた。先ず、プリプレグの形状が等しくかつ繊維材の配向角度を異ならせて重ねられるバイアス層(例えば、プリプレグA2とプリプレグA3の組み合わせやプリプレグA5とA6の組み合わせを言う。)については、表1のように、予めバイアス層の角度の組み合わせを決定しておき、その中から選ぶものとした。表1の組み合わせは、ねじれ剛性の異方性を排除するために決定されており、軸方向の弾性率が大きい順番に並べられている。また、バイアス層以外の層については、繊維材の配向角度は、0度又は90度に決定される。また、本実施例では、バイアス層は、軸方向の弾性率が大きい順番に連続番号(本実施形態では1〜20の連続変数)が付されている。設計変数であるバイアス層の角度は、離散変数であるが、上述のように、バイアス層に、軸方向の弾性率が大きい順番に連続変数を与えてやることにより、図11(a)に示されるように、それに応じて滑らかな目的関数(軸方向の弾性率)の関係を表す近似応答曲面を形成できる。これは、図11(b)に示されるように、近似応答曲面が非線形化するのを抑えて、最適解を早期に発見させるのに役立つ。
シャフトモデルの強度、曲げ剛性及びねじれ剛性を目的関数とした。なお、強度は、上述の4点(T点、A点、B点及びC点)の強度値として、前記各4点での繊維の配向方向に沿った応力と、前記各4点でのプリプレグ層間のせん断応力とした。上記応力については、最大応力説を破壊の基準とし、これを最小化することを目標とした。
表2に最適化前後の設計変数の値を示す。また、表3に最適化前後の目的関数の値を示す。さらに、その変化の割合が図12に示される。これらの符号において、T、A〜Cは、測定点の位置を示し、添字"11"は繊維材の長手方向の応力、添字"12"はプリプレグの層間のせん断応力をそれぞれ意味している。
Claims (4)
- 繊維強化樹脂からなるゴルフクラブシャフトを設計する方法であって、
有限個の要素を用いてゴルフクラブシャフトをモデル化することにより、コンピュータで数値計算が可能なシャフトモデルを得るステップと、
前記シャフトモデルの設計変数を定義するステップと、
前記ステップで設定されたシャフトモデルの性能を表す互いに異なる複数の目的関数をコンピュータを用いて計算するステップと、
前記設計変数と前記目的関数との関係を結びつける近似応答関数を生成するステップと、
前記近似応答関数に基づいて前記目的関数を最適化する複数の最適解を得るステップと、
上記で得られた前記複数の最適解の中からデータ包絡分析法を用いてパレート解を得るステップと、
前記パレート解に基づいてゴルフクラブシャフトの前記各設計変数を設定するステップとを含むことを特徴とするゴルフクラブシャフトの設計方法。 - 前記設計変数は、シャフトモデルの内径、繊維強化樹脂の繊維種、繊維材の配向角度、強化樹脂を構成するプリプレグ形状、及びプリプレグの積層順の少なくとも一つを含む請求項1記載のゴルフクラブシャフトの設計方法。
- 前記目的関数は、前記シャフトモデルの強度、曲げ剛性、ねじれ剛性及び重量の中から選択される2以上を含む請求項1又は2記載のゴルフクラブシャフトの設計方法。
- 請求項1記載のゴルフクラブシャフトの設計方法を用いてゴルフクラブシャフトを製造することを特徴とするゴルフクラブシャフトの製造方法。
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