WO2022038825A1 - 繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム - Google Patents

繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2022038825A1
WO2022038825A1 PCT/JP2021/014487 JP2021014487W WO2022038825A1 WO 2022038825 A1 WO2022038825 A1 WO 2022038825A1 JP 2021014487 W JP2021014487 W JP 2021014487W WO 2022038825 A1 WO2022038825 A1 WO 2022038825A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
vector data
dimensional
fiber bundles
bundles
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/014487
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚弘 木村
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Priority to JP2022543273A priority Critical patent/JP7425423B2/ja
Priority to EP21857977.9A priority patent/EP4202437A1/en
Publication of WO2022038825A1 publication Critical patent/WO2022038825A1/ja
Priority to US18/045,963 priority patent/US20230112177A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/36—Textiles
    • G01N33/367—Fabric or woven textiles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40—Imaging
    • G01N2223/408—Imaging display on monitor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40—Imaging
    • G01N2223/419—Imaging computed tomograph
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/615—Specific applications or type of materials composite materials, multilayer laminates

Definitions

  • This disclosure relates to a system for evaluating the distribution of fiber bundles in a fiber reinforced plastic.
  • CMC ceramic-based fiber reinforced composite materials
  • CMC usually first weaves a woven fabric of reinforcing fibers, which is then vapor-phase impregnated (CVI), liquid-phase impregnated (eg, polymer melt impregnated pyrolysis (PIP)), solid phase impregnated (SPI), or Manufactured by applying melt impregnation (MI) to form a matrix made of ceramics.
  • CVI vapor-phase impregnated
  • PIP polymer melt impregnated pyrolysis
  • SPI solid phase impregnated
  • MI melt impregnation
  • the properties of fiber reinforced plastics are not always isotropic and not uniform.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose related technologies.
  • the system according to the present disclosure is a system that evaluates the distribution of fiber bundles in a fiber reinforcing material based on the three-dimensional vector data of the fiber bundles, and divides the fiber reinforcing material into a plurality of three-dimensional cells and divides the fiber reinforcing material into a plurality of three-dimensional cells. It is provided with a calculation means for calculating reference vector data by selecting those belonging to each cell from vector data and averaging them, and a display means for displaying the reference vector data two-dimensionally or three-dimensionally.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a three-dimensional reinforced fiber woven fabric.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the reinforcing fiber bundle.
  • FIG. 3 is a perspective view of a schematic fiber reinforcing material.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the woven fabric in the simple bent portion.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a three-dimensional vector of a woven fabric and each fiber bundle thereof in a complicated bent portion.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a three-dimensional cell and a three-dimensional vector belonging to one of the three-dimensional cells.
  • X, Y, Z mean the axial direction in the three-dimensional coordinate system, respectively. Citing these directions throughout the specification and the appended claims is for convenience of explanation only and does not limit embodiments. Moreover, the axial directions are not always orthogonal to each other.
  • the following disclosure relates to a method of evaluating the distribution of fiber bundles in a fiber reinforced material by using three-dimensional vector data of the fiber bundles.
  • Such a method can be performed partially manually but essentially automatically, utilizing a system consisting of a computer and a display.
  • Such computers are generally available general purpose and include storage such as hard disk drives or solid state drives, temporary storage devices such as random access memory, and arithmetic elements, by combining with algorithms according to the following disclosure. Execute each of the following processes and display the result on the display.
  • the storage can store not only the program that executes such an algorithm, but also other data for computation or comparison.
  • the fiber reinforcing material is generally a composite of high-strength fibers (reinforced fibers) and a base material (matrix).
  • Reinforcing fibers consist of ceramics such as graphite, boron nitride, or silicon carbide. Alternatively, it may be made of a resin such as Kevlar, or a suitable metal or alloy.
  • the matrix is a suitable ceramic such as a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or silicon carbide.
  • a matrix made of ceramics is particularly called a ceramic-based composite material (CMC).
  • a three-dimensional reinforcing fiber woven fabric in which reinforcing fibers are three-dimensionally woven can be used.
  • the fibers run not only in the X and Y directions but also in the Z direction, and these fibers gently restrain each other.
  • the fiber bundles 3 and 5 run in the X and Y directions, respectively, and are layered with each other, and the fiber bundles 7 running in the Z direction are bonded to each other, thereby forming a three-dimensional reinforcing fiber woven fabric.
  • Eggplant Of course, this is only an example, and the fibers may be diagonally woven rather than orthogonal to each other, and the woven fabric may be two-dimensional, which is not laminated in the thickness direction.
  • these fiber bundles 3, 5 and 7 are bundles of a plurality of reinforcing fibers 1 substantially parallel to each other.
  • the fiber bundle 7 may be a single fiber.
  • each reinforcing fiber 1 is straight, but may be twisted together.
  • One fiber bundle 3, 5, 7 is, for example, a bundle of 500 to 800 reinforcing fibers 1, but the number can be increased or decreased arbitrarily.
  • the reinforced fiber woven fabric is molded into an appropriate shape by a known molding method such as pressing or bagging. Following or in parallel with molding, the matrix material is impregnated and solidified to form a matrix and produce a fiber reinforced material.
  • the product 10 made of the fiber reinforced material exemplified in FIG. 3 is a stationary blade constituting a turbine nozzle of a gas turbine engine. Of course, this is just for convenience of explanation, and various products are manufactured from fiber reinforced plastics.
  • the blade portion 11 is curved in a so-called airfoil shape, and the outer band portion 13 and the inner band portion 15 are bent so as to be substantially orthogonal to the blade portion 11.
  • the outer band portion 13 and the inner band portion 15 each have a further bent portion.
  • the woven fabric embedded in the turbine vane is deformed to follow such an outer shape, and as already mentioned, the reinforcing fiber bundle is displaced to allow the deformation. Therefore, even if the reinforcing fiber bundles are arranged in an orderly manner in the original woven fabric, the distribution and orientation of the reinforcing fiber bundles are not uniform at each site after molding.
  • the woven fabric is simply bent so as to be orthogonal to the fiber bundle. Therefore, as illustrated in FIG. 4, the fiber bundle warps along the bending. However, the fiber bundles are only slightly displaced from each other. The displacement of the fiber bundle is not remarkable at such a site.
  • the fabric it is necessary for the fabric to bend in various directions, such as the complicated bending portion with the reference numeral P2 in FIG. 3, and in the portion where the bending is steep, the fiber bundles not only warp individually but also bend. Distortion cannot be absorbed without mutual displacement.
  • the spacing between the fiber bundles 3 changes and the parallelism is lost.
  • the height also changes between the adjacent fiber bundles 3, and the fiber bundles 5 orthogonal to these also meander in the Z-axis direction reflecting this.
  • the distribution and orientation of the fiber bundle in the fiber reinforced material can be observed three-dimensionally by using an appropriate internal observation means.
  • an appropriate internal observation means For example, even if it is optically opaque like CMC, computed tomography (X-ray CT) using X-rays can be used.
  • X-ray CT computed tomography
  • optical means using other particles can be used.
  • the obtained 3D observation results can usually be used for qualitative analysis, but they are not familiar to quantitative analysis.
  • the vector data of the fiber bundle can also be extracted by applying an appropriate known image analysis means. In this embodiment, such vector data is used.
  • FIG. 5 parallel vectors are schematically attached to the fiber bundles appearing in the figure, and the extracted vector data is a set of these.
  • the extracted vector data is an extremely large set of data, and as it is, it is not convenient to compare it with other data, for example, a standard calculated or assumed by some method. Therefore, in the present embodiment, the extracted vector data is subjected to the following processing so that it can be compared with others. As already mentioned, the process can be performed by a combination of an algorithm and a general purpose computer according to the following disclosure.
  • a plurality of three-dimensional cells are set by dividing the entire target fiber reinforcing material or the space including the region of interest in the fiber reinforcing material by an appropriate three-dimensional lattice.
  • FIG. 6 only a small number of vectors are drawn in a specific cell, but in reality, a large number of vectors belong to all the cells. From the extracted vector data, those belonging to each cell are selected based on the coordinates of the start point or the end point, and averaged for each cell.
  • a simple arithmetic mean may be taken as in equation (1), or it may be normalized as in equation (2). Alternatively, each vector may be appropriately weighted to obtain a weighted average.
  • the calculated data is referred to as reference vector data in the following description and claims.
  • this information is used in the woven fabric before deformation. It may be averaged for each vector derived from fibers (or fiber bundles) in a particular direction. In FIG. 6, an average vector obtained by averaging the transformed vectors in each of the X, Y, and Z directions is drawn. The average vector is calculated for each cell based on the equation (3).
  • the fabric originally contains fiber bundles oriented in different directions at different positions. Further, as can be understood from FIG. 4, when the woven fabric is deformed, these fiber bundles are variously displaced and variously oriented. Therefore, for example, even if the data obtained for one fiber reinforcing material is compared with the data obtained for another fiber reinforcing material, it is difficult to obtain meaningful knowledge. Since the reference vector data obtained by this embodiment represents the orientation of the fiber bundle in each cell, it can be compared with the reference data obtained based on a similar lattice.
  • the reference vector data can be displayed two-dimensionally or three-dimensionally on the display as it is, for example. Unlike the raw internal observation results and the vector data displayed, the vector representing each cell can be observed, so that a certain amount of knowledge can be obtained from the display. For example, it can be visually compared with the stress distribution obtained from the numerical calculation, or it can be visually compared with the reference vector data obtained at other occasions. It can be predicted that if the direction of stress and the direction of the fiber bundle are aligned, the part will be relatively tough, and if there is a divergence, it will be relatively fragile.
  • the reference vector data may also be subjected to arithmetic processing such as taking a difference from the reference data.
  • arithmetic processing such as taking a difference from the reference data.
  • the difference represents the variation in the direction of the fiber bundle that occurs for each manufacturing opportunity, and the three-dimensional display makes it easy to grasp the points where variations are likely to occur. do.
  • the reference data can be arbitrarily selected, and any other operation can be applied instead of the difference.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

本開示に係るシステムは、繊維強化材における繊維束の分布を、前記繊維束の３次元ベクトルデータにより評価するシステムであって、前記繊維強化材を複数の３次元セルに分割し、前記３次元ベクトルデータから各セルに属するものを選び出してそれぞれ平均することにより参照ベクトルデータを算出する算出手段と、前記参照ベクトルデータを２次元的にまたは３次元的に表示する表示手段と、を備える。

Description

繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム
　本開示は、繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステムに関する。
　高強度の繊維（強化繊維）を母材（マトリックス）と複合した、所謂繊維強化材が種々に提案されている。強化繊維とマトリックスとが共にセラミックスよりなるセラミックス基繊維強化複合材料（ＣＭＣ）は、軽さ、耐熱性および強度の点から、特に航空機の素材として注目されている。
　ＣＭＣは、通常、まず強化繊維よりなる織物を織布し、かかる織物に、気相含浸（ＣＶＩ）、液相含浸（例えばポリマー溶融含浸熱分解（ＰＩＰ））、固相含浸（ＳＰＩ）、あるいは溶融含浸（ＭＩ）を適用し、セラミックスよりなるマトリックスを形成することにより製造される。３次元的な構造を与えようとするときには、織物を、予め、あるいはマトリックス形成と並行して、所望の形状に近似するよう成形しておく。
　繊維強化材の諸特性は必ずしも等方的ではなく、また均一でもない。強化繊維の分布、特にその走行する方向は、繊維強化材の特に強度に影響する。通常、強化繊維が走行する方向に沿うほど、またそれが密であるほど、相対的に高強度が期待できる。材料評価のため、またよりよいプロセスを模索するため、繊維強化材の内部における繊維束の分布を評価する手法の確立が望まれている。
　特許文献１，２は、関連する技術を開示する。
国際公開公報ＷＯ２０１４／０８０６２２ 国際公開公報ＷＯ２０１６／０５２４８９
　強化繊維よりなる織物を平坦なまま使用するときには、繊維束に乱れは生じないので、繊維強化材の内部における分布は容易に推測できる。ところが３次元的な構造物を成形するべく織物を成形するときには問題が生じうる。すなわち、セラミックスよりなる強化繊維はほとんど伸縮しないために、織物を曲げても伸縮が歪みを十分に吸収できずに、繊維束が変位して乱れを生じてしまう。乱れによって強化繊維が意図しない向きに走行することがありうるので、繊維強化材の内部における強化繊維の向きに関する知見は極めて重要である。
　本開示に係るシステムは、繊維強化材における繊維束の分布を、前記繊維束の３次元ベクトルデータにより評価するシステムであって、前記繊維強化材を複数の３次元セルに分割し、前記３次元ベクトルデータから各セルに属するものを選び出してそれぞれ平均することにより参照ベクトルデータを算出する算出手段と、前記参照ベクトルデータを２次元的にまたは３次元的に表示する表示手段と、を備える。
　セルごとに平均した参照ベクトルデータを算出することにより、繊維束の位置が異なる繊維強化材の間でも定量的な比較が可能になる。
図１は、３次元強化繊維織物を模式的に表す斜視図である。 図２は、強化繊維束を模式的に表す斜視図である。 図３は、模式的な繊維強化材の斜視図である。 図４は、単純曲げ部における織物を模式的に表す斜視図である。 図５は、複雑曲げ部における織物およびその各繊維束の３次元ベクトルを模式的に表す斜視図である。 図６は、３次元セルおよびその一に属する３次元ベクトルを模式的に表す斜視図である。
　添付の図面を参照して以下にいくつかの例示的な実施形態を説明する。
　いくつかの図において、Ｘ，Ｙ，Ｚは３次元座標系におけるそれぞれ軸方向を意味する。本明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、これらの方向を引用するのは説明の便宜のために過ぎず、実施形態を制限するものではない。また各軸方向は互いに直交するとは限らない。
　以下の開示は、繊維強化材における繊維束の分布を、前記繊維束の３次元ベクトルデータにより評価する方法に関する。かかる方法は、コンピュータおよびディスプレイよりなるシステムを利用して、部分的に手動だが本質的には自動的に実行することができる。かかるコンピュータは一般に入手可能な汎用のものであって、ハードディスクドライブあるいはソリッドステートドライブのごときストレージと、ランダムアクセスメモリのごとき一時記憶装置と、演算素子とを備え、以下の開示に従うアルゴリズムと組み合わせることにより以下の各処理を実行し、結果をディスプレイ上に表示する。ストレージは、かかるアルゴリズムを実行するプログラムのみならず、演算のため、あるいは比較のための他のデータを格納することができる。
　繊維強化材は、一般に、高強度の繊維（強化繊維）を母材（マトリックス）と複合したものである。強化繊維は例えばグラファイト、ボロンナイトライド、あるいは炭化ケイ素のごときセラミックスよりなる。あるいは、ケブラーのごとき樹脂、あるいは適宜の金属や合金よりなることがありうる。マトリックスは、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、あるいは炭化ケイ素のごとき適宜のセラミックスである。マトリックスがセラミックスよりなるものは、特にセラミックス基複合材料（ＣＭＣ）と呼ばれる。
　主に図１を参照するに、本実施形態による繊維強化材には、例えば強化繊維を３次元的に織成した３次元強化繊維織物を利用することができる。３次元強化繊維織物において、Ｘ，Ｙ方向のみならずＺ方向にも繊維が走り、これらの繊維が互いを緩やかに拘束している。一例によれば、繊維束３，５はそれぞれＸ，Ｙ方向に走り、また互いに層をなしており、これらをＺ方向に走る繊維束７が互いに結合し、以って３次元強化繊維織物をなす。もちろんこれは例示に過ぎず、繊維は互いに直交ではなく斜め織であってもよく、また織物は厚さ方向に積層されていない２次元的なものであってもよい。
　図２を参照するに、これらの繊維束３，５，７は、それぞれ、互いに略平行な複数の強化繊維１を束ねたものである。あるいはこれらのうち、例えば繊維束７は単繊維であってもよい。図示の例では各強化繊維１は真直だが、互いに撚り合わされていてもよい。一の繊維束３，５，７は例えば５００ないし８００本の強化繊維１を束ねたものだが、その数は任意に増減することができる。
　かかる強化繊維織物は、プレスやバギングのごとき公知の成形方法により適宜の形状に成形される。成形に引き続き、あるいは成形と並行して、マトリックス原料を含浸して固化することにより、マトリックスが形成されて繊維強化材が製造される。図３に例示される繊維強化材よりなる製品１０は、ガスタービンエンジンのタービンノズルを構成する静翼である。もちろんこれは説明の便宜に過ぎず、種々の製品が繊維強化材により製造される。
　タービン静翼において、翼部１１は所謂エアフォイル形状をなして湾曲しており、アウタバンド部１３およびインナバンド部１５は翼部１１から概ね直交するように曲げられている。アウタバンド部１３およびインナバンド部１５は、それぞれさらに曲げられた部分を有する。言うまでもなく、タービン静翼に埋め込まれた織物はかかる外形に倣うよう変形しているのであり、既に述べた通り、変形を可能にするよう強化繊維束は変位している。それゆえ元の織物において強化繊維束が整然と並んでいたとしても、成形後の各部位において強化繊維束の分布および向きは一様ではない。
　例えば図３において符号Ｐ１を付した部位においては、織物は繊維束に直交するように単純に曲がっているに過ぎないので、図４に例示するごとく、繊維束は曲げに沿ってそれぞれに反るが、繊維束同士は相互に僅かにずれるに過ぎない。かかる部位において繊維束の変位は顕著ではない。
　ところが図３において符号Ｐ２を付した複雑曲げ部位のように、織物が多様な方向に曲がることが必要であり、また曲げが急峻である部位においては、繊維束は個別に反るだけでなく、相互に変位をしなければ歪みを吸収できない。図５に示す例では、繊維束３間の間隔が変化して平行が失われている。また隣り合う繊維束３の間で高さも変わっており、これらに直交する繊維束５はそれを反映してＺ軸方向に蛇行している。
　繊維強化材の特性を評価する上で、その内部の繊維束の分布、特にその走行する方向に係る知見を得ることは重要であり、符号Ｐ２の部位のような複雑曲げ部においては特に重要である。
　繊維強化材における繊維束の分布および向きは、適宜の内部観察手段を利用して３次元的に観察することができる。例えばＣＭＣのごとく光学的に不透明なものであっても、Ｘ線を利用したコンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）を利用することができる。あるいは透明な樹脂を利用した繊維強化樹脂ならば、光学的手段を利用することも可能である。もちろんこれらに代えて、または加えて、他の粒子による内部観察手段を利用することができる。
　得られた３次元観察結果は、通常、定性的な分析に供することができるが、定量的な分析になじむものではない。観察結果からは、また、公知の適宜の画像解析手段を適用することにより、繊維束のベクトルデータを抽出することができる。本実施形態においては、かかるベクトルデータを利用する。図５においては、図中に現れている繊維束についてそれぞれ平行なベクトルが模式的に付されており、抽出されるベクトルデータはこれらの集合である。
　抽出されたベクトルデータは、極めて多くのデータの集合であって、このままでは他のデータ、例えば何らかの方法で算出ないし仮定された基準と比較するのにも便利ではない。そこで本実施形態では、抽出されたベクトルデータに次のような処理を行って、これを他と比較可能にする。処理は既に述べた通り、以下の開示に従うアルゴリズムと汎用コンピュータの組み合わせによって実行することができる。
　図６を参照するに、対象とする繊維強化材の全体、またはその中で注目する領域を含む空間を、適宜の３次元格子により分割することにより、複数の３次元セルを設定する。図６には特定のセルに少数のベクトルが描かれているに過ぎないが、実際には全てのセルに多数のベクトルが属している。抽出されたベクトルデータから、始点または終点の座標に基づいて各セルに属するものを選び出し、セルごとに平均する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　式（１）のごとく、単純な算術平均をとってもよいし、式（２）のごとく、それを正規化してもよい。あるいはまた、ベクトルごとに適宜に重みづけをして加重平均をとってもよい。算出されたものを、以下の説明および添付の特許請求の範囲において、参照ベクトルデータと称する。
　抽出されたベクトルデータが変形前の織物中でどの方向を向いていた繊維（または繊維束）に由来するデータであるかを判別可能な場合、この情報をもとに、変形前の織物中のある特定の方向の繊維（または繊維束）に由来するベクトルごとに平均してもよい。図６には、変形後のベクトルをＸ，Ｙ，Ｚ方向それぞれについて平均した平均ベクトルが描かれている。平均ベクトルは式（３）に基づきセルごとに算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　例えば図３より理解される通り、織物は元来において種々の位置に種々の方向を向いた繊維束を含む。さらに図４より理解される通り、織物が変形を受けることによりこれらの繊維束は種々に変位するとともに種々に向きを変える。それゆえ例えば一の繊維強化材について得られたデータと他の繊維強化材について得られたデータとを比較しても、意味のある知見を得ることは難しい。本実施形態により得られた参照ベクトルデータは、各セルにおける繊維束の向きを代表しているので、同様な格子に基づいて得られた基準データと比較可能である。
　参照ベクトルデータは、例えばこのままディスプレイ上に、２次元ないし３次元的に表示させることができる。生の内部観察結果やベクトルデータを表示させたものと異なり、それぞれのセルを代表するベクトルを観察することができるので、表示から一定の知見を得ることができる。例えば数値計算から得られた応力分布と視覚的に比較することができ、あるいは他の機会に得られた参照ベクトルデータと視覚的に比較することもできる。応力の方向と繊維束の方向とが整合していればその箇所は相対的に強靭であり、乖離があれば相対的に脆弱になるであろうことが予測できる。
　より定量的な比較を可能にするため、参照ベクトルデータには、また、基準データとの間で差分を取るなどの演算処理を施してもよい。例えば基準データとして他の機会に得られた参照ベクトルデータを採用すれば、差分は製造機会ごとに生じる繊維束の方向のばらつきを表し、その３次元表示はばらつきが出やすい箇所の把握を容易にする。もちろん基準データは任意に選択することができ、また差分に代えて他の任意の演算を適用することができる。
　いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。
　セルごとに平均した参照ベクトルデータを算出することにより、繊維束の位置が異なる繊維強化材の間でも定量的な比較を可能にする。

Claims (3)

  1. 　繊維強化材における繊維束の分布を、前記繊維束の３次元ベクトルデータにより評価するシステムであって、
    　前記繊維強化材を複数の３次元セルに分割し、前記３次元ベクトルデータから各セルに属するものを選び出してそれぞれ平均することにより参照ベクトルデータを算出する算出手段と、
    　前記参照ベクトルデータを２次元的にまたは３次元的に表示する表示手段と、
    　を備えたシステム。
  2. 　前記参照ベクトルデータを他のベクトルデータと比較する比較手段を、
    　さらに備える請求項１のシステム。
  3. 　前記比較手段は、前記参照ベクトルデータと前記他のデータとの差分を算出し、前記差分の大きさを輝度または色相の差異に変換して前記表示手段に表示させる差分表示手段を備える、請求項２のシステム。
PCT/JP2021/014487 2020-08-18 2021-04-05 繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム WO2022038825A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022543273A JP7425423B2 (ja) 2020-08-18 2021-04-05 繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム
EP21857977.9A EP4202437A1 (en) 2020-08-18 2021-04-05 System for evaluating distribution of fiber bundles in fiber-reinforced material
US18/045,963 US20230112177A1 (en) 2020-08-18 2022-10-12 System for evaluating distribution of fiber bundles in fiber reinforced material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020137884 2020-08-18
JP2020-137884 2020-08-18

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/045,963 Continuation US20230112177A1 (en) 2020-08-18 2022-10-12 System for evaluating distribution of fiber bundles in fiber reinforced material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022038825A1 true WO2022038825A1 (ja) 2022-02-24

Family

ID=80322632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/014487 WO2022038825A1 (ja) 2020-08-18 2021-04-05 繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230112177A1 (ja)
EP (1) EP4202437A1 (ja)
JP (1) JP7425423B2 (ja)
WO (1) WO2022038825A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11254545A (ja) * 1998-03-13 1999-09-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd 繊維強化プラスチック構造体の検査方法
JP2008122178A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Toray Ind Inc 積層体の積層状態の検査方法
WO2014080622A1 (ja) 2012-11-21 2014-05-30 パナソニック株式会社 複合材料中の繊維状フィラーの３次元画像処理方法および３次元画像処理装置
WO2016052489A1 (ja) 2014-09-29 2016-04-07 株式会社Ihi 画像解析装置、画像解析方法及びプログラム
JP2017507327A (ja) * 2014-01-15 2017-03-16 ボリュームグラフィックス ゲーエムベーハーＶｏｌｕｍｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｇｍｂｈ 不織繊維複合布又は織繊維複合布を含む部材の検査装置及び方法
JP2017156271A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 株式会社Ihi 構造解析装置、構造解析方法及び三次元織繊維素材製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11254545A (ja) * 1998-03-13 1999-09-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd 繊維強化プラスチック構造体の検査方法
JP2008122178A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Toray Ind Inc 積層体の積層状態の検査方法
WO2014080622A1 (ja) 2012-11-21 2014-05-30 パナソニック株式会社 複合材料中の繊維状フィラーの３次元画像処理方法および３次元画像処理装置
JP2017507327A (ja) * 2014-01-15 2017-03-16 ボリュームグラフィックス ゲーエムベーハーＶｏｌｕｍｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｇｍｂｈ 不織繊維複合布又は織繊維複合布を含む部材の検査装置及び方法
WO2016052489A1 (ja) 2014-09-29 2016-04-07 株式会社Ihi 画像解析装置、画像解析方法及びプログラム
JP2017156271A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 株式会社Ihi 構造解析装置、構造解析方法及び三次元織繊維素材製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7425423B2 (ja) 2024-01-31
US20230112177A1 (en) 2023-04-13
EP4202437A1 (en) 2023-06-28
JPWO2022038825A1 (ja) 2022-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El Said et al. Kinematic modelling of 3D woven fabric deformation for structural scale features
Dixit et al. Modeling techniques for predicting the mechanical properties of woven-fabric textile composites: a review
Gereke et al. A review of numerical models for 3D woven composite reinforcements
Stig et al. A modelling framework for composites containing 3D reinforcement
Bilisik Three-dimensional braiding for composites: A review
US10864687B2 (en) Radius fillers for composite structures, composite structures that include radius fillers, and systems and methods of forming the same
JP6118698B2 (ja) 画像解析装置及びプログラム
Hübner et al. Simulation-based investigations on the drape behavior of 3D woven fabrics made of commingled yarns
US20130269159A1 (en) Novel composite parts, methods and apparatus for manufacturing the same
Wang et al. On the uniform stress state inside an inclusion of arbitrary shape in a three-phase composite
Wang et al. A new geometric modelling approach for 3D braided tubular composites base on Free Form Deformation
Soteropoulos et al. Digital method of analyzing the bending stiffness of non‐crimp fabrics
Manjunath et al. Influence of augmented tuning of core architecture in 3D woven sandwich structures on flexural and compression properties of their composites
WO2022038825A1 (ja) 繊維強化材において繊維束の分布を評価するシステム
Takezawa et al. Fabrication of doubly-curved CFRP shell structures with control over fiber directions
Melenka et al. Advances in 2-D and 3-D braided composite material modeling
Bityukov et al. Quality control of structures made of composite materials
ElAgamy et al. Historical development of geometrical modelling of textiles reinforcements for polymer composites: A review
Ke et al. Damage initiation and propagation mechanisms of 3-D angle-interlock woven composites under thermo-oxidative aging
Li et al. A novel modeling method for the mechanical behavior of 3D woven fabrics considering yarn distortion
Zhang et al. Hierarchical multiscale analysis for 3D woven composite leaf spring landing gear
Liu et al. Multiscale modeling of the mechanical behavior of 3D braided CFRP composites under uniaxial tension
Kim et al. Improved modeling method for 3-dimensional woven composites using weaving parameters
Cichosz Experimental characterization and numerical modeling of the mechanical response for biaxial braided composites
EP3127697B1 (en) Layered composite component

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21857977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022543273

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021857977

Country of ref document: EP

Effective date: 20230320