JP2013545191A - 構造容積内での複合材料の多層の分布の決定 - Google Patents
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Abstract
Description
簡単に言うと、本発明の実施形態は、設計および製作される構造を充填するために、例えば複合材料または任意の適切な変形可能および/または適合した材料のような多層の分布および多層のための層構成データを決定するための方法および装置に関するものである。構造は、製造された製品のコンポーネント、例えば、自動車用のドアパネル、航空機用の空気力学的な支持ストラット、ジェット用のカウリングまたは構造パネル、風力タービンのブレードとすることができる。各種実施形態において、構造は、決定された分布に従って、複合材料の多層で充填されるべき容積を含む。各層は薄くすることができるので、設計された構造の容積を充填するために、大多数の層が必要である。各種実施形態において、設計制約および/または性能制約は、構造に関連し、これらの制約は、構造を製作するための層分布の決定に関与することができる。少なくとも1つのプロセッサを具える多層設計ツールは、設計規則および/または性能制約に従って構造を充填するための多層の分布を決定するために、後述するプロセスステップを実行するように構成可能である。
図1Aおよび図1Bは、複合材料の多層を用いて設計および製作される構造100の実施形態を表し、図1Aおよび図1Bを導入として参照する。構造100は、空気力学的または流体力学的なストラット(strut)とすることができる。複合構造は、任意の3次元形状を有し、複数の寸法および/または形状データによって特徴づけられうる。例えば、構造100の特定の寸法が特定され、曲率データおよび/または方程式が与えられ、これら全ては3次元構造を規定する。図1の例では、構造は、図1Aに示すように、断面(XZ平面)において翼形状を有し、図1Bに示すように、構造のY方向の長さに沿って拡張された長方形の形状を有する。断面形状は、任意の方法で構造の長さに沿って変化しうる。さらに、複合構造100は、Y方向の長さに沿ってツイストおよび/またはカーブすることもできる。
多層設計のための従来のコンピュータを利用した方法を考慮して、発明者は、複合構造内の層分布を決定するのに用いることができる効率的な数値的方法および装置を開発した。加えて、発明者は、次の分布を決定する際に、前の層分布計算からのデータを再利用する方法を開発した。データの再利用は、「無駄になる」データ、すなわち、反復的な設計プロセスの間、1つの実験的分布のために算出され、解が設計基準を満たすことができないので放棄されるデータに関連する時間を著しく減少することができる。図3A、図3B、図4A〜図4Cおよび図5を参照して、多層設計のための本発明の方法を説明する。ただし、図面が例示目的のためだけであって、いかなる形であれ記載されている方法を制限する意図はないということを認識されたい。
容積を複合材料の層で充填するステップは、より複雑な形状の構造を充填するステップを含むこともできる。例えば、容積の充填は、自己交差している(self-intersecting)層になる場合があり、自己交差している層は、第1表面(例えば、下部表面)から容積の一端周辺および第2表面(例えば、上部表面)を覆うことによって、第1表面および第2表面の少なくとも一部をカバーする。そのような場合、層は、自己交差し、第1表面または第2表面の一方で短縮する必要がありうる。イソ輪郭は、「トリムカーブ」を提供し、第1表面または第2表面上の層の短縮を導くことができる。いくつかの実施形態において、この種のトリミングが第1表面または第2表面上で起こるか否か交互に入れ替えることができ、これは、第1表面または第2表面のイソ輪郭を用いて層をトリミングするか否か、交互に入れ替えることによって達成可能である。
図6のフロー図は、複合構造のための多層の分布を決定する方法700の実施形態を示す。方法は、上述した多層設計ツール310として動作するように構成された少なくとも1つのプロセッサによって実行可能である。複合構造を充填するために多層の分布を決定する方法の実施形態は、持続性コンピュータ読み取り可能な媒体にエンコードされるコンピュータ実行可能命令を具えることができる。
本発明の上述した実施形態は、多数の方法のいずれかで実施可能である。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを用いて実施可能である。ソフトウェアで実施されるとき、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータにおいて提供されるか複数のコンピュータに分散されるかに関係なく、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合で実行可能である。各種実施形態において、ソフトウェアは、プロセッサまたはプロセッサの集合を適応させ、実施形態の1つ以上のステップを実行する。
Claims (37)
- 少なくとも1つのプロセッサによって実行される、多層構造を設計する方法であって、前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記多層構造の寸法を定める設計データを受信するステップと、
前記多層構造を形成するために、多層の少なくとも1つの層の少なくとも1つの層パラメータを定めるパラメータ・データを受信するステップと、
前記多層構造内の複数の位置のいずれか1つに配置された前記少なくとも1つの層の少なくとも1つの構成パラメータを識別する少なくとも1つの層変更ガイドを算出するステップと、
前記少なくとも1つの層を前記多層構造内で再配置する命令を受信するステップと、
再配置する前記命令および前記少なくとも1つの層変更ガイドに基づき、前記少なくとも1つの層のための層構成データを決定するステップと、
を含むプロセスステップを実行するように構成されている方法。 - 前記少なくとも1つの層変更ガイドは、少なくとも1つの持続性コンピュータ可読媒体に保存された層変更ガイドデータを具え、
前記層変更ガイドデータは、面と、複数の線と、面を生成するための1つ以上の数式と、複数の線を生成するための1つ以上の数式と、から選択される要素またはその組み合わせを表す、
請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記多層構造の第1表面から前記多層構造の第2表面まで垂直に延在し、複数の層厚の長さを有するように算出される、
請求項1に記載の方法。 - 前記決定するステップは、前記少なくとも1つの層変更ガイドを用いて、前記複数の位置の各々に再配置された前記少なくとも1つの層の空間範囲を識別するステップを含む、
請求項1に記載の方法。 - 層構成データを決定する前記ステップは、前記少なくとも1つの層変更ガイドを用いて、前記多層構造内の他の層のための少なくとも1つのドレーピング歪を識別するステップを含む、
請求項1に記載の方法。 - 層構成データを決定する前記ステップは、前記少なくとも1つの層変更ガイドを用いて、前記少なくとも1つの層のための層構成データの少なくとも一部として再利用可能な前に算出された層構成データの一部を識別するステップを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記算出するステップは、
前記多層構造の外側の境界面を、少なくとも第1表面部および第2表面部に分割するステップと、
前記第1表面部および前記第2表面部上で、前記第1表面部と前記第2表面部との間の一定距離の点を定める複数対のイソ輪郭を識別するステップと、
をさらに含み、
各イソ輪郭は、少なくとも1つの持続性コンピュータ可読媒体に格納されたデータによって表される、
請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記複数対のイソ輪郭のうちの1対の第1のイソ輪郭および第2のイソ輪郭を接続する面を表すデータを具える、
請求項7に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記複数対のイソ輪郭のうちの1対の第1のイソ輪郭および第2のイソ輪郭を接続する複数の直線または複数の曲線を表すデータを具える、
請求項7に記載の方法。 - 連続的な対のイソ輪郭の間の間隔は、それぞれの層の厚さを表し、
前記それぞれの層は、前記連続的な対のイソ輪郭の1つに関連している、
請求項7に記載の方法。 - 1対のイソ輪郭は、前記少なくとも1つの層に対して定められる、
請求項7に記載の方法。 - 前記1対のイソ輪郭の第1のイソ輪郭は、前記外面の前記第2表面部分と、前記少なくとも1つの層変更ガイドと、の第1の交点によって定められる、
請求項11に記載の方法。 - 前記1対のイソ輪郭の第2のイソ輪郭は、前記外面の前記第1表面部分と、前記少なくとも1つの層変更ガイドと、の第2の交点によって定められ、
前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記第1のイソ輪郭から延在し、前記第1表面部に実質的に垂直である、
請求項12に記載の方法。 - 層構成データを決定する前記ステップは、前記多層構造内で再配置されたすべての層のための層構成データを、前記少なくとも1つの層の前記再配置に応答して決定するステップをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記決定するステップは、前記多層構造内の前記多層の前の分布を表す、前に算出された層構成データの一部を再利用するステップをさらに含む、
請求項14に記載の方法。 - 前記決定するステップは、前記多層の少なくとも1つの少なくとも1つのドレーピング歪のため、前記多層の前記少なくとも1つのサイズの増加を算出するステップをさらに含む、
請求項14に記載の方法。 - すべての層の構成を表す層構成データをデータストアに提供するステップ、
および/または
前記層構成データを視覚的に表示するステップ、
をさらに含む、
請求項14に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの層のための平坦なパターン寸法データを提供するステップをさらに含み、
前記平坦なパターン寸法データは、平坦面に配置されている前記少なくとも1つの層を表し、平坦な材料シートから前記少なくとも1つの層を切断するガイドとして使用可能である、
請求項14に記載の方法。 - 前記多層構造の少なくとも1つの中間面を特定しているデータおよび前記少なくとも1つの中間面に関連した少なくとも1つの特性を受信するステップをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記設計データは、コンピュータ支援図面ツールから受信される、
請求項1に記載の方法。 - 前記設計データは、前記多層構造の容積を定める、
請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの層パラメータは、厚みと、材料組成と、繊維パターンと、繊維方向と、から選択される要素を具える、
請求項1に記載の方法。 - コンピュータ実行可能命令によってエンコードされる持続性コンピュータ記憶媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令は、実行時に、多層構造を設計するためのプロセスステップを実行するように装置を構成し、前記プロセスステップは、
前記多層構造の外側の境界面を、少なくとも第1表面部および第2表面部に分割するステップと、
少なくとも1つの層変更ガイドを表すデータを算出するステップと、
を具え、
前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記第1表面部から前記第2表面部まで延在し、
前記少なくとも1つの層変更ガイドは、前記多層構造の少なくとも1つの層の複数の構成パラメータを識別し、
前記複数の構成パラメータの各々は、前記多層構造内の前記少なくとも1つの層の複数の位置の1つに対応し、
前記プロセスステップは、前記第1表面部および前記第2表面部上の複数対のイソ輪郭を表すデータを定めるステップを具え、
前記第1表面部上の各イソ輪郭は、前記第2表面部上の対応するイソ輪郭に関連し、各対は、前記第1表面部と前記第2表面部との間の一定距離の点を定め、
前記装置は、少なくとも1つの製造された記憶装置にアクセスするように構成された少なくとも1つのプロセッサを具え、前記多層構造は、複合材料の複数の層を具える、
コンピュータ記憶媒体。 - 各層変更ガイドは、各対のイソ輪郭の対応するイソ輪郭の間に配置される、
請求項23に記載のコンピュータ記憶媒体。 - プロセスステップを実行するように前記装置を構成するコンピュータ実行可能命令をさらに具え、前記プロセスステップは、
前記少なくとも1つの層を前記多層構造内で再配置する命令を受信するステップと、
再配置する前記命令および前記少なくとも1つの層変更ガイドに基づいて、前記再配置された少なくとも1つの層のための層構成データを決定するステップと、
を含む、
請求項23に記載のコンピュータ記憶媒体。 - 前記決定するステップは、ドレーピング歪のため、前記少なくとも1つの層のサイズの増加を算出するステップをさらに含む、
請求項25に記載のコンピュータ記憶媒体。 - 前記多層構造内で再配置されたすべての層のための層構成データを、前記少なくとも1つの層の前記再配置に応答して、少なくとも1つの層変更ガイドを用いて決定するプロセスステップを実行するように前記装置を構成するコンピュータ実行可能命令をさらに具える、
請求項25に記載のコンピュータ記憶媒体。 - 前記決定するステップは、前記複数の層の前の分布を表す、前に算出された層構成データの一部を再利用するステップをさらに含む、
請求項27に記載のコンピュータ記憶媒体。 - アプリケーション・プログラミング・インタフェースを、コンピュータ支援設計ツールと関連して前記プロセスステップを実行するために提供するコンピュータ実行可能命令をさらに具える、
請求項25に記載のコンピュータ記憶媒体。 - プロセスステップを実行するように前記装置を構成するコンピュータ実行可能命令をさらに具え、前記プロセスステップは、
コンピュータ支援設計ツールから、前記多層構造の寸法を定めている設計データを受信するステップと、
前記複数の層の各々の少なくとも1つの層パラメータを定めているパラメータ・データを受信するステップと、
を具える、
請求項25に記載のコンピュータ記憶媒体。 - プロセスステップを実行するように前記装置を構成するコンピュータ実行可能命令をさらに具え、前記プロセスステップは、
前記少なくとも1つの層の構成を表す層構成データをデータストアに提供するステップ、
および/または
前記層構成データを視覚的に表示するステップ、
を含む、
請求項30に記載のコンピュータ記憶媒体。 - 前記少なくとも1つの層のための平坦なパターン寸法データを提供するプロセスステップを実行するように前記装置を構成するコンピュータ実行可能命令をさらに具え、
前記平坦なパターン寸法データは、平坦面に配置されている前記少なくとも1つの層を表し、平坦な材料シートから前記少なくとも1つの層を切断するガイドとして使用可能である、
請求項30に記載のコンピュータ記憶媒体。 - 複合材料の複数の層を具える多層構造を設計する方法であって、
前記方法は、プロセスステップを実行するように構成された少なくとも1つのプロセッサを有する多層設計ツールによって実行され、前記プロセスステップは、
前記多層構造を表す形状を、複数のサブボリュームに分割するステップと、
前記複数のサブボリュームの各々にして、複数の層変更ガイドを算出するステップと、
を含み、
各層変更ガイドは、前記多層構造の1つの層と関連しており、
前記プロセスステップは、
選択された層を前記複数のサブボリュームの1つの中で再配置する命令を受信するステップと、
前記選択された層の前記再配置に応答して、前記複数のサブボリュームの前記1つの中で移動するすべての層のための層構成データを決定するステップと、
を含み、
前記決定するステップは、再配置する前記命令および前記移動する層に関連する層変更ガイドに基づくものであり、
前記多層設計ツールの前記少なくとも1つのプロセッサは、少なくとも1つの記憶媒体と通信し、
前記層変更ガイドは、前記多層構造内で移動するそれぞれの層の空間範囲を大体定める方法。 - 前記決定するステップは、前記複数のサブボリュームの前記1つの中での層の前の分布順序を表す、前に算出された層構成データの一部を再利用するステップをさらに含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記決定するステップは、移動する前記層の少なくともいくつかの層のドレーピング歪のため、前記層の前記少なくともいくつかの層のサイズの増加を算出するステップをさらに含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記複数のサブボリュームの前記1つの中のすべての層の構成を表す層構成データをデータストアに提供するステップ、
および/または、
前記層構成データを視覚的に示すステップ、
をさらに含む、
請求項33に記載の方法。 - 前記選択された層のための平坦なパターン寸法データを提供するステップをさらに含み、
前記平坦なパターン寸法データは、平坦面に配置されている前記選択された層の寸法を表し、平坦な材料シートから前記選択された層を切断するガイドとして使用可能である、
請求項33に記載の方法。
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