JP2016135669A - 複合翼のための外板/ストリンガ設計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外板及びストリンガの各々が、外板/ストリンガ界面において、主荷重に関し、相対的な開口(破壊モードI)及び/又は面内せん断(破壊モードII)及び/又は面外せん断(破壊モードIII)が低減されるように変形するような方式で、レイアップ中のプライ方向(即ち、プライの繊維経路の角度)を配置することによって達成される。このことは、複数の具体的な変形モードのカップリングが抑制されるのではなく故意に促される場合に、可能である。望ましくない不具合モードが形成される前に、荷重が加わるにつれて形成されようとしているクラックを抑制又は「閉口する」よう、制御された方式でストリンガが変形するように、ストリンガのプライ方向が調整される。
【選択図】なし
Description
であり、式中、Aは積層板の引っ張り剛性と称され、Bはカップリング剛性と称され、Dは曲げ剛性と称される。剛性マトリクスA、B、及びDの生成は、複合材積層板の解析において重要な工程である。複合材積層板のA、B、及びDマトリクスを、積層板の機械的挙動の制御、ひいては設計に利用できる。
不具合基準Kは、安全余裕(MS)に近似する破壊性能指標である(即ち、MS=K−1)。不具合基準は、不具合基準Kの値が臨界値(即ち1.0)を下回るとクラックが始まり成長するであろうことを述べている。GIc、GIIc、及びGIIIcの量は、破壊モードI、II、及びIIIそれぞれについての層間破壊に対する靱性であり、印加される荷重及び本体の形状とは独立した材料特性とされる。
少なくとも1つのフランジを有する複合部材であって、前記少なくとも1つのフランジが複合材積層板を含み、前記複合材積層板が自由端を有する複合材のプライスタックを含み、前記スタックのプライが、それぞれのプライ角度に配向された繊維又はプライ内で様々な角度に配向制御された繊維を含み、前記繊維が、前記少なくとも1つのフランジが接合されている複合材外板の一部分が前記少なくとも1つのフランジの前記自由端に対して直角方向に荷重を受ける間、前記スタックの第1のプライと複合材外板の当該部分との界面における層間剥離傾向を抑制するような方式で、第1の変形モードと第2の変形モードとのカップリングを引き起こすように構成されている、複合部材。
前記第1の変形モードが軸方向変形モードであり、前記第2の変形モードが曲げ変形モードである、条項1に記載の複合部材。
前記少なくとも1つのフランジの前記複合材積層板が、非対称であり、非平衡又は平衡である、条項1に記載の複合部材。
前記非対称並びに非平衡もしくは平衡の複合材積層板が、引張荷重又は圧縮荷重に応答して特に曲げ曲率を生成する、条項3に記載の複合部材。
前記スタックの前記プライの少なくとも1つのプライが、0度、±45度及び±90度のプライ角度の何れとも等しくないプライ角度を有する、条項1に記載の複合部材。
前記少なくとも1つのフランジの前記複合材積層板の各プライ界面が、モードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値であって、自由端層間剥離の開始に関連する不具合基準の臨界値未満である不具合基準値を有する、条項1に記載の複合部材。
自由端を有する第1のプライスタックを含む第1の複合材積層板と第2のプライスタックを含む第2の複合材積層板とを備えた、複合材構造物であって、前記第1の複合材積層板と第2の複合材積層板とが前記自由端に隣接した界面で接合されており、前記第1のスタックの前記プライが、それぞれのプライ角度に配向された繊維、又はプライ内で様々な角度に配向制御された繊維を含み、前記繊維が、前記第2の複合材積層板が前記自由端に対して直角方向に荷重を受けた場合に前記界面における層間剥離の傾向を抑制するような方式で、第1変形モードと第2の変形モードとのカップリングを発生させるように構成されている、複合材構造物。
前記第1の変形モードが軸方向変形モードであり、前記第2の変形モードが曲げ変形モードである、条項7に記載の複合材構造物。
前記第1の複合材積層板はストリンガのフランジを形成し、前記第2の複合材積層板は、前記ストリンガが接合される外板を形成している、条項7に記載の複合材構造物。
前記第1の複合材積層板が、非対称であり、非平衡又は平衡である、条項7に記載の複合材構造物。
前記非対称並びに非平衡もしくは平衡の複合材積層板が、特に、引張荷重又は圧縮荷重に応答して曲げ曲率を生成する、条項10に記載の複合材構造物。
前記第1のスタックの前記プライの少なくとも1つのプライが、0度、±45度及び±90度のプライ角度の何れとも等しくないプライ角度を有する、条項7に記載の複合材構造物。
前記第1の複合材積層板の各プライ界面が、モードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値であって、自由端層間剥離の開始に関連する不具合基準の臨界値未満の不具合基準値を有する、条項7に記載の複合材構造物。
自由端を有する第1のプライスタックを含む第1の複合材積層板と第2のプライスタックを含む第2の複合材積層板とを備えた複合材構造物における、界面層間剥離を抑制する方法であって、第1の複合材積層板と第2の複合材積層板とが、当該自由端に隣接した界面で接合されており、本方法が、
第2の複合材積層板の特性を明確化するステップ、
第1の複合材積層板の望ましい特性を明確化するステップ、
予測される荷重及び層間剥離位置を明確化するステップ、
確率的戦略又は最適化戦略を選択するステップ、
選択された戦略を用いて、第1の複合材積層板のレイアップ候補のプライ角度を、当該望ましい特性を満たす方向へ調整するステップ、並びに
当該レイアップ候補が当該望ましい特性を満たすことを検証するステップ
を含み、当該望ましい特性は、第1の複合材積層板の自由端近傍の第1の複合材積層板と第2の複合材積層板との界面での層間剥離の抑制を含み、
前記調整するステップと前記検証するステップとが、コンピュータシステムによって実施される、方法。
当該望ましい特性を満たす第1の複合材積層板を製造することを更に含む、条項14に記載の方法。
前記検証するステップが、第1の複合材積層板と第2の複合材積層板との界面での層間剥離に関連するモードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値を計算することを含む、条項14に記載の方法。
前記検証するステップが、第1の複合材積層板のそれぞれのプライ界面での自由端層間剥離に関連するモードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値を計算することを含む、条項14に記載の方法。
確率的戦略が選択される場合、前記調整するステップが、確率密度関数を用いて第1の複合材積層板のランダムレイアップを生成することを含み、前記検証するステップが、当該望ましい特性のうちの一又は複数を満たさないランダムに生成されたレイアップを放棄することを含む、条項14に記載の方法。
最適化戦略が選択される場合、前記調整するステップが、違反された制約が考慮されるように最適化問題を調整することを含む、条項14に記載の方法。
残ったレイアップ候補を更にスクリーニングするために、付加的な解析を実施することを更に含み、前記付加的な解析は、切欠き強度、下位積層板の安定性、熱残留応力、及び相互貫通の解析のうちの一又は複数を含むがこれらに限定されない、条項14に記載の方法。
Claims (10)
- 少なくとも1つのフランジ(10a、10b)を有する複合部材であって、前記少なくとも1つのフランジ(10a、10b)は複合材積層板を含み、前記複合材積層板は自由端(30a、30b)を有する複合材のプライスタックを含み、前記スタックのプライ(20、22)は、それぞれのプライ角度に配向された繊維、又はプライ内で様々な角度に配向制御された繊維を含み、前記繊維は、前記少なくとも1つのフランジ(10a、10b)が接合されている複合材外板の一部分が前記少なくとも1つのフランジ(10a、10b)の前記自由端(30a、30b)に対して直角方向に荷重を受ける間に、前記スタックの第1のプライと前記複合材外板の前記部分との界面における層間剥離傾向を抑制するような方式で、第1の変形モードと第2の変形モードとのカップリングを引き起こすように構成されている、複合部材。
- 前記第1の変形モードが軸方向変形モードであり、前記第2の変形モードが曲げ変形モードである、請求項1に記載の複合部材。
- 前記少なくとも1つのフランジ(10a、10b)の前記複合材積層板が、非対称であり、非平衡又は平衡である、請求項1に記載の複合部材。
- 前記非対称並びに非平衡もしくは平衡の複合材積層板が、引張荷重又は圧縮荷重に応答して特に曲げ曲率を生成する、請求項3に記載の複合部材。
- 前記スタックの前記プライの少なくとも1つのプライが、0度、±45度及び±90度のプライ角度の何れとも等しくないプライ角度を有する、請求項1に記載の複合部材。
- 前記少なくとも1つのフランジ(10a、10b)の前記複合材積層板の各プライ界面が、モードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値であって、前記自由端(30a、30b)の層間剥離の開始に関連する不具合基準の臨界値未満である不具合基準値を有する、請求項1に記載の複合部材。
- 自由端30a、30bを有する第1のプライスタックを含む第1の複合材積層板と第2のプライスタックを含む第2の複合材積層板とを備えた複合材構造物における、界面層間剥離を抑制する方法であって、前記第1の複合材積層板と前記第2の複合材積層板とが、前記自由端(30a、30b)に隣接した界面で接合されており、前記方法が、
前記第2の複合材積層板の特性を明確化するステップ、
前記第1の複合材積層板の望ましい特性を明確化するステップ、
予測される荷重及び層間剥離位置を明確化するステップ、
確率的戦略又は最適化戦略を選択するステップ、
前記選択された戦略を用いて、前記第1の複合材積層板のレイアップ候補のプライ角度を、前記望ましい特性を満たす方向へ調整するステップ、並びに
前記レイアップ候補が前記望ましい特性を満たすことを検証するステップ
を含み、
前記望ましい特性は、前記第1の複合材積層板の前記自由端(30a、30b)近傍の前記第1の複合材積層板と前記第2の複合材積層板との前記界面での層間剥離の抑制を含み、
前記調整するステップと前記検証するステップとが、コンピュータシステムによって実施される、方法。 - 前記望ましい特性を満たす第1の複合材積層板を製造することを更に含む、請求項7に記載の方法。
- 前記検証するステップが、前記第1の複合材積層板と前記第2の複合材積層板との前記界面での層間剥離に関連するモードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値を計算することを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記検証するステップが、前記第1の複合材積層板のそれぞれのプライ界面での前記自由端(30a、30b)の層間剥離に関連するモードI、II、及びIIIエネルギー解放率の組み合わせである不具合基準値を計算することを含む、請求項7に記載の方法。
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