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JP7709355B2 - Composite laminate design method and aircraft - Google Patents
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JP7709355B2 - Composite laminate design method and aircraft - Google Patents

Composite laminate design method and aircraft

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Description

本発明は、複合材積層体の設計方法および航空機に関する。 The present invention relates to a method for designing composite laminates and aircraft.

特許文献1には、複合材積層体を用いた接着継手構造の強度評価を行うことが開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for evaluating the strength of adhesive joint structures using composite laminates.

特開2008-108242号公報JP 2008-108242 A

近年、航空機には、強化繊維と樹脂とを含む複合材料が積層された複合材積層体が用いられてきている。航空機の部位に応じて、複合材積層体にはさまざまな荷重がかけられる。複合材積層体は、航空機の部位毎の荷重に耐えうる積層構成とする必要がある。例えば、複合材積層体の積層構成は、航空機の部位毎に、厚さ、配向比、配向方向などの組み合わせを最適化する必要がある。従来、複合材積層体の積層構成を最適化するためには、多大な時間を要し、複合材積層体の設計効率を向上させることが困難であった。 In recent years, aircraft have been using composite laminates in which composite materials containing reinforcing fibers and resins are laminated. Various loads are applied to the composite laminates depending on the part of the aircraft. The composite laminates need to have a laminate structure that can withstand the loads of each part of the aircraft. For example, the laminate structure of the composite laminate needs to be optimized in terms of the combination of thickness, orientation ratio, orientation direction, etc. for each part of the aircraft. Conventionally, optimizing the laminate structure of a composite laminate required a great deal of time, making it difficult to improve the design efficiency of composite laminates.

本発明は、複合材積層体の設計効率を向上させることが可能な複合材積層体の設計方法および当該設計方法により設計された複合材積層体を備える航空機を提供することを目的としている。 The present invention aims to provide a method for designing a composite laminate that can improve the design efficiency of the composite laminate, and an aircraft equipped with a composite laminate designed by the design method.

上記課題を解決するために、本発明の複合材積層体の設計方法は、複数の繊維配向角を有する複合材積層体における複数の繊維配向角に対応した許容歪みに基づいて、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中の所定のx方向における許容X方向荷重、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中のx方向と直交するy方向における許容Y方向荷重、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面内のせん断方向における許容せん断荷重の組み合わせを3次元で示した許容荷重領域を導出するステップと、許容荷重領域内に、複合材積層体に作用する作用荷重が含まれるか否かを判定するステップと、を含む。 In order to solve the above problems, the design method of the composite laminate of the present invention includes the steps of: deriving an allowable load region that shows in three dimensions a combination of an allowable X-direction load in a predetermined x-direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, an allowable Y-direction load in a y-direction perpendicular to the x-direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, and an allowable shear load in a shear direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, based on allowable strains corresponding to multiple fiber orientation angles in a composite laminate having multiple fiber orientation angles; and determining whether or not the applied load acting on the composite laminate is included in the allowable load region.

許容荷重領域は、複合材積層体の厚さに対する各繊維配向角の複合材層の厚さの比率である配向比に基づいて各繊維配向角の層数が最小単位で構成される基本積層構成の倍率、および、配向比によって変化し、作用荷重が許容荷重領域内に含まれる、基本積層構成の倍率が最小となる配向比を選択するステップを含んでもよい。 The allowable load region may include a step of selecting a magnification of a basic stacking configuration in which the number of layers of each fiber orientation angle is the smallest unit based on an orientation ratio, which is the ratio of the thickness of the composite layer of each fiber orientation angle to the thickness of the composite laminate, and an orientation ratio that varies with the orientation ratio and is the smallest such that the applied load is included within the allowable load region.

上記設計方法により設計された複合材積層体を備える航空機。 An aircraft equipped with a composite laminate designed using the above design method.

本発明によれば、複合材積層体の設計効率を向上させることができる。 The present invention can improve the design efficiency of composite laminates.

本実施形態の複合材積層体の設計装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a design device for a composite laminate according to an embodiment of the present invention. 複合材積層体に負荷することのできる許容荷重領域のイメージ図である。FIG. 2 is an image diagram of an allowable load range that can be applied to a composite laminate. 複合材積層体の配向比によって変化する許容荷重領域のイメージ図である。FIG. 1 is an image diagram of an allowable load region that changes depending on the orientation ratio of a composite laminate. 複合材積層体の構造によって変化する許容荷重領域のイメージ図である。FIG. 1 is an image diagram of the allowable load range that changes depending on the structure of a composite laminate. 複合材積層体の基本積層構成の倍率に応じて変化する許容荷重領域の第1のイメージ図であるFIG. 1 is a first image diagram of an allowable load region that changes depending on the magnification of a basic stacking configuration of a composite laminate. 複合材積層体の基本積層構成の倍率に応じて変化する許容荷重領域の第2のイメージ図である。FIG. 11 is a second image diagram of the allowable load region that changes depending on the magnification of the basic stack configuration of the composite laminate. 本実施形態の複合材積層体の設計方法を示すフローチャート図である。FIG. 2 is a flow chart showing a method for designing a composite laminate according to the present embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 The preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples to facilitate understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements not directly related to the present invention are not illustrated.

図1は、本実施形態の複合材積層体の設計装置100を示すブロック図である。本実施形態の複合材積層体は、強化繊維と樹脂とを含む複合材料が積層された積層構成を有する。本実施形態において、複合材積層体は、複数枚のプリプレグの積層体により構成される。プリプレグとしては、長繊維または連続繊維からなる強化繊維を経糸および緯糸とした織物に樹脂を含浸させた織物材や、長繊維または連続繊維からなる強化繊維を一方向に配向して配列した状態で樹脂を含浸させた所謂UD(Uni-Direction)材がある。本実施形態では、プリプレグとして、長繊維または連続繊維からなる強化繊維が一方向に配向されたUD材が使用される例について説明する。なお、樹脂としては、熱硬化性の樹脂や、熱可塑性の樹脂が使用される。具体的に、複合材積層体は、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)により構成される。ただし、これに限定されず、複合材積層体は、GFRP(Glass-Fiber-Reinforced Plastics)またはAFRP(Aramid-Fiber-Reinforced Plastics)などの他の繊維強化プラスチックにより構成されてもよい。また、本実施形態では、航空機に使用される複合材積層体の設計について説明する。つまり、以下で説明する設計方法により設計された複合材積層体は、航空機に使用される。換言すれば、航空機は、以下で説明する設計方法により設計された複合材積層体を備える。しかし、これに限定されず、以下で説明する設計方法により設計された複合材積層体は、航空機以外に使用されてもよい。 Figure 1 is a block diagram showing a design device 100 for a composite laminate according to the present embodiment. The composite laminate according to the present embodiment has a laminated structure in which composite materials containing reinforcing fibers and resin are laminated. In the present embodiment, the composite laminate is composed of a laminate of a plurality of prepregs. Examples of prepregs include woven fabrics in which reinforcing fibers made of long fibers or continuous fibers are used as warp and weft threads and impregnated with resin, and so-called UD (Uni-Direction) materials in which reinforcing fibers made of long fibers or continuous fibers are oriented in one direction and impregnated with resin. In the present embodiment, an example in which a UD material in which reinforcing fibers made of long fibers or continuous fibers are oriented in one direction is used as the prepreg will be described. Note that thermosetting resins and thermoplastic resins are used as the resins. Specifically, the composite laminate is composed of, for example, carbon fiber reinforced plastics (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics). However, without being limited thereto, the composite laminate may be made of other fiber-reinforced plastics such as glass-fiber-reinforced plastics (GFRP) or aramid-fiber-reinforced plastics (AFRP). In addition, in this embodiment, the design of a composite laminate used in an aircraft is described. That is, a composite laminate designed by the design method described below is used in an aircraft. In other words, an aircraft includes a composite laminate designed by the design method described below. However, without being limited thereto, a composite laminate designed by the design method described below may be used for something other than an aircraft.

図1に示すように、設計装置100は、データベース102と、導出部104と、判定部106と、選択部108とを含む。設計装置100は、例えば、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路を備えるパーソナルコンピュータであり、プログラムを実行することで、導出部104、判定部106、選択部108として機能する。 As shown in FIG. 1, the design device 100 includes a database 102, a derivation unit 104, a judgment unit 106, and a selection unit 108. The design device 100 is, for example, a personal computer equipped with a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU), a ROM in which programs and the like are stored, and a RAM as a work area, and functions as the derivation unit 104, the judgment unit 106, and the selection unit 108 by executing a program.

データベース102は、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリなどであり、不揮発性の記憶素子を含む。データベース102には、例えば、複合材積層体を構成する層の強化繊維の配向方向(繊維配向角)に対応する歪みの許容値(許容歪み)が記憶される。ここで、強化繊維の配向方向は、例えば、航空機の翼の長手方向を0°とした場合における0°、±45°、90°である。各配向方向に対応する歪みの許容値は、例えば、複合材積層体の圧縮試験や引張試験等によって得られる値である。また、データベース102には、航空機の各部位に作用する作用荷重の大きさおよび方向に関するデータが記憶される。 The database 102 is, for example, a hard disk or a flash memory, and includes a non-volatile storage element. The database 102 stores, for example, the allowable strain (allowable strain) corresponding to the orientation direction (fiber orientation angle) of the reinforcing fibers of the layers that make up the composite laminate. Here, the orientation direction of the reinforcing fibers is, for example, 0°, ±45°, and 90° when the longitudinal direction of the aircraft wing is set to 0°. The allowable strain corresponding to each orientation direction is, for example, a value obtained by a compression test or a tensile test of the composite laminate. The database 102 also stores data on the magnitude and direction of the applied load acting on each part of the aircraft.

導出部104は、複合材積層体に負荷することが可能な許容荷重を導出する。一般的に、複合材積層体に荷重や曲げモーメントが加えられた際に発生する歪みや曲げの曲率は、積層理論による剛性マトリクスで求めることができる。具体的に、複合材積層体に発生する歪みや曲げの曲率は、下記数式1に基づいて求めることができる。
The derivation unit 104 derives the allowable load that can be applied to the composite laminate. In general, the distortion and bending curvature that occur when a load or bending moment is applied to the composite laminate can be calculated using a stiffness matrix based on lamination theory. Specifically, the distortion and bending curvature that occur in the composite laminate can be calculated based on the following formula 1.

上記数式1において、Nxは、複合材積層体の面内方向のうちx方向にかかる荷重であり、Nyは、複合材積層体の面内方向のうちy方向にかかる荷重であり、Nxyは、複合材積層体の面内方向(x、y方向)のせん断荷重である。ここで、複合材積層体の面内方向は、複合材積層体のプリプレグが積層される方向(以下、単に積層方向ともいう)に対し直交する平面の中の任意の方向である。x方向は、当該平面の中の所定の方向であり、y方向は、当該平面の中のx方向と直交する方向である。また、Mxは、複合材積層体のx方向にかかる曲げモーメントであり、Myは、複合材積層体のy方向にかかる曲げモーメントであり、Mxyは、複合材積層体のx、y方向にかかる捩りモーメントである。 In the above formula 1, Nx is the load applied in the x direction among the in-plane directions of the composite laminate, Ny is the load applied in the y direction among the in-plane directions of the composite laminate, and Nxy is the shear load in the in-plane directions (x and y directions) of the composite laminate. Here, the in-plane direction of the composite laminate is any direction in a plane perpendicular to the direction in which the prepregs of the composite laminate are stacked (hereinafter also simply referred to as the stacking direction). The x direction is a specified direction in that plane, and the y direction is a direction perpendicular to the x direction in that plane. Also, Mx is the bending moment applied in the x direction of the composite laminate, My is the bending moment applied in the y direction of the composite laminate, and Mxy is the torsional moment applied in the x and y directions of the composite laminate.

また、上記数式1において、A、B、Dは、剛性マトリクスであり、εxは、複合材積層体のx方向に発生する歪みであり、εyは、複合材積層体のy方向に発生する歪みであり、εxyは、複合材積層体のx、y方向(せん断方向)に発生する歪みである。また、κxは、複合材積層体のx方向に発生する曲げの曲率であり、κyは、複合材積層体のy方向に発生する曲げの曲率であり、κxyは、複合材積層体のx、y方向に発生する曲げの曲率である。 In addition, in the above formula 1, A, B, and D are stiffness matrices, εx is the strain generated in the x direction of the composite laminate, εy is the strain generated in the y direction of the composite laminate, and εxy is the strain generated in the x and y directions (shear direction) of the composite laminate. Also, κx is the curvature of bending generated in the x direction of the composite laminate, κy is the curvature of bending generated in the y direction of the composite laminate, and κxy is the curvature of bending generated in the x and y directions of the composite laminate.

ここで、一般的に、航空機の各部位に使用される複合材積層体は、面外方向への変形が生じないように設計される。例えば、航空機の主翼に使用される複合材積層体は、面外方向への変形がほとんど生じないように、積層方向(厚さ方向)にシンメトリーに構成される。 Generally, the composite laminates used in each part of an aircraft are designed to prevent deformation in the out-of-plane direction. For example, the composite laminates used in the main wings of an aircraft are constructed symmetrically in the lamination direction (thickness direction) so that deformation in the out-of-plane direction is almost nonexistent.

つまり、本実施形態の複合材積層体は、厚さ方向において、中心に対し対称に積層された積層構成を有する。そのため、本実施形態では、複合材積層体の面外方向の変形を考慮しない設計を行う。ただし、これに限定されず、複合材積層体は、積層方向にアシンメトリーに構成されてもよく、複合材積層体の面内方向および面外方向の双方の変形を考慮した設計を行ってもよい。 In other words, the composite laminate of this embodiment has a stacking configuration that is symmetrical with respect to the center in the thickness direction. Therefore, in this embodiment, the design does not take into account deformation in the out-of-plane direction of the composite laminate. However, this is not limited to this, and the composite laminate may be configured asymmetrically in the stacking direction, or may be designed to take into account deformation in both the in-plane direction and the out-of-plane direction of the composite laminate.

複合材積層体の面外方向の変形を考慮しない場合、上記数式1中、D、Mx、My、Mxy、κx、κy、κxyを考慮しなくて済むこととなる。また、複合材積層体がシンメトリーに構成される場合、B=0となるため、上記数式1は、下記数式2のように省略することができる。数式2中、Aの下付きの添え字は、剛性マトリクスにおけるインデックスを表している。
When the out-of-plane deformation of the composite laminate is not taken into consideration, it is not necessary to consider D, Mx, My, Mxy, κx, κy, and κxy in the above formula 1. Furthermore, when the composite laminate is configured symmetrically, B=0, and therefore the above formula 1 can be abbreviated to the following formula 2. In formula 2, the subscript of A represents an index in the stiffness matrix.

下記数式3は、上記数式2を変換したもので、上記数式2の左辺は、複合材積層体にかかる荷重を表しているのに対し、下記数式3の左辺は、複合材積層体に作用する歪みを表している。数式3中、aは、剛性マトリクスの逆行列を表している。
The following Equation 3 is a conversion of the above Equation 2, where the left side of the above Equation 2 represents the load applied to the composite laminate, whereas the left side of the below Equation 3 represents the strain acting on the composite laminate. In Equation 3, a represents the inverse matrix of the stiffness matrix.

ここで、本実施形態の複合材積層体は、強化繊維の配向方向が異なる複数の層を備えている。つまり、上述したUD材が積層された複合材積層体は、少なくとも強化繊維の配向方向が異なる複数の層を備えている。具体的に、複合材積層体は、例えば、航空機の翼の長手方向を0°とした場合における0°、±45°、90°方向に強化繊維が配向する複数の層を備えている。 Here, the composite laminate of this embodiment has multiple layers with different orientation directions of reinforcing fibers. In other words, the composite laminate in which the above-mentioned UD material is layered has at least multiple layers with different orientation directions of reinforcing fibers. Specifically, the composite laminate has multiple layers in which the reinforcing fibers are oriented at 0°, ±45°, and 90° directions, for example, when the longitudinal direction of the aircraft wing is 0°.

強化繊維が配向する方向(配向方向)をaxial、強化繊維の配向方向と直交する方向をtrans、強化繊維のせん断方向をshareとすると、上記数式3は、下記数式4および下記数式5に変換される。
If the direction in which the reinforcing fibers are oriented (orientation direction) is axial, the direction perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers is trans, and the shear direction of the reinforcing fibers is share, then the above formula 3 is converted to the following formula 4 and formula 5.

ここで、上記数式4は、強化繊維の配向方向が0°および90°である複合材層に作用する歪みを表し、上記数式5は、強化繊維の配向方向が±45°である複合材層に作用する歪みを表す。 Here, the above formula 4 represents the strain acting on a composite layer whose reinforcing fiber orientation directions are 0° and 90°, and the above formula 5 represents the strain acting on a composite layer whose reinforcing fiber orientation directions are ±45°.

上記数式4および数式5中、Tは、座標変換マトリクスを示し、Tの添え字は、強化繊維の配向方向を示す。なお、上記数式4中、強化繊維の配向方向が90°である層に作用する歪みの式は、強化繊維の配向方向が0°である層に作用する歪みの式と同様であるため省略している。同様に、上記数式5中、強化繊維の配向方向が-45°である層に作用する歪みの式は、強化繊維の配向方向が+45°である層に作用する歪みの式と同様であるため省略している。 In the above formulas 4 and 5, T indicates the coordinate transformation matrix, and the subscript of T indicates the orientation direction of the reinforcing fibers. In the above formula 4, the equation for the strain acting on the layer whose reinforcing fiber orientation direction is 90° is omitted because it is the same as the equation for the strain acting on the layer whose reinforcing fiber orientation direction is 0°. Similarly, in the above formula 5, the equation for the strain acting on the layer whose reinforcing fiber orientation direction is -45° is omitted because it is the same as the equation for the strain acting on the layer whose reinforcing fiber orientation direction is +45°.

上記数式4および数式5を展開すると、下記数式6および数式7に示す複合材積層体に作用する歪みと荷重の関係式が得られる。下記数式6および数式7中、OHTは、複合材積層体の強化繊維の配向方向に応じた引張歪みの許容値であり、OHCは、複合材積層体の強化繊維の配向方向に応じた圧縮歪みの許容値である。
By expanding the above formulas 4 and 5, the relational expressions between the strain and the load acting on the composite laminate are obtained as shown in the following formulas 6 and 7. In the following formulas 6 and 7, OHT is the allowable tensile strain depending on the orientation direction of the reinforcing fibers of the composite laminate, and OHC is the allowable compressive strain depending on the orientation direction of the reinforcing fibers of the composite laminate.

上記数式6および数式7中、矢印右側の式は、矢印左側の式に強化繊維の配向方向に応じた引張歪みの許容値、または、圧縮歪みの許容値を代入したものである。引張歪みの許容値、または、圧縮歪みの許容値を代入することで、複合材積層体に負荷することのできる許容荷重(Nx、Ny、Nxy)を得ることができる。以下、複合材積層体のプリプレグが積層される積層方向に対し直交する平面の中の所定のx方向における許容荷重(Nx)を許容X方向荷重という。また、複合材積層体のプリプレグが積層される積層方向に対し直交する平面の中のx方向と直交するy方向における許容荷重(Ny)を許容Y方向荷重という。また、複合材積層体のプリプレグが積層される積層方向に対し直交する平面内のせん断方向における許容荷重(Nxy)を許容せん断荷重という。換言すれば、許容X方向荷重は、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中の所定のx方向における許容荷重(Nx)をいう。また、許容Y方向荷重は、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中のx方向と直交するy方向における許容荷重(Ny)をいう。また、許容せん断荷重は、複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面内のせん断方向における許容荷重(Nxy)をいう。 In the above formulas 6 and 7, the formulas on the right side of the arrows are obtained by substituting the allowable value of tensile strain or the allowable value of compressive strain according to the orientation direction of the reinforcing fibers into the formulas on the left side of the arrows. By substituting the allowable value of tensile strain or the allowable value of compressive strain, the allowable load (Nx, Ny, Nxy) that can be applied to the composite laminate can be obtained. Hereinafter, the allowable load (Nx) in a specified x direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which the prepregs of the composite laminate are stacked is referred to as the allowable X-direction load. In addition, the allowable load (Ny) in the y direction perpendicular to the x direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which the prepregs of the composite laminate are stacked is referred to as the allowable Y-direction load. In addition, the allowable load (Nxy) in the shear direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which the prepregs of the composite laminate are stacked is referred to as the allowable shear load. In other words, the allowable X-direction load refers to the allowable load (Nx) in a specified x direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked. The allowable Y-direction load refers to the allowable load (Ny) in the y-direction perpendicular to the x-direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked. The allowable shear load refers to the allowable load (Nxy) in the shear direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked.

図2は、複合材積層体に負荷することのできる許容荷重領域Rのイメージ図である。図2に示すように、許容荷重領域Rは、8つの面(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8)によって形成され、8つの面で囲繞された領域が許容荷重領域Rである。図2中、8つの面S1~S8は、それぞれ上記数式6および数式7中に示すS1~S8に対応している。 Figure 2 is an image diagram of the allowable load region R that can be loaded onto the composite laminate. As shown in Figure 2, the allowable load region R is formed by eight faces (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8), and the region surrounded by the eight faces is the allowable load region R. In Figure 2, the eight faces S1 to S8 correspond to S1 to S8 shown in the above formulas 6 and 7, respectively.

面S1は、0°の配向方向における引張許容荷重の最大値を表す面である。面S2は、+45°の配向方向における引張許容荷重の最大値を表す面である。面S3は、90°の配向方向における引張許容荷重の最大値を表す面である。面S4は、-45°の配向方向における引張許容荷重の最大値を表す面である。面S5は、0°の配向方向における圧縮許容荷重の最大値を表す面である。面S6は、+45°の配向方向における圧縮許容荷重の最大値を表す面である。面S7は、90°の配向方向における圧縮許容荷重の最大値を表す面である。面S8は、-45°の配向方向における圧縮許容荷重の最大値を表す面である。 Surface S1 is the surface that represents the maximum allowable tensile load in the 0° orientation direction. Surface S2 is the surface that represents the maximum allowable tensile load in the +45° orientation direction. Surface S3 is the surface that represents the maximum allowable tensile load in the 90° orientation direction. Surface S4 is the surface that represents the maximum allowable tensile load in the -45° orientation direction. Surface S5 is the surface that represents the maximum allowable compressive load in the 0° orientation direction. Surface S6 is the surface that represents the maximum allowable compressive load in the +45° orientation direction. Surface S7 is the surface that represents the maximum allowable compressive load in the 90° orientation direction. Surface S8 is the surface that represents the maximum allowable compressive load in the -45° orientation direction.

複合材積層体に作用する作用荷重が、許容荷重領域R内にある場合、複合材積層体は当該作用荷重に耐えることができると判定することができる。一方、複合材積層体に作用する作用荷重が、許容荷重領域R外にある場合、複合材積層体は当該作用荷重に耐えることができないおそれがあると判定することができる。 When the applied load acting on the composite laminate is within the allowable load region R, it can be determined that the composite laminate can withstand the applied load. On the other hand, when the applied load acting on the composite laminate is outside the allowable load region R, it can be determined that there is a risk that the composite laminate will not be able to withstand the applied load.

図3は、複合材積層体の配向比によって変化する許容荷重領域Rのイメージ図である。ここで、配向比は、複合材積層体の全体の厚さに対する各繊維配向角の複合材層の厚さの比率である。図3中、許容荷重領域Raは、複合材積層体の各配向比が大凡等しい(0°=25%、+45°=25%、-45°=25%、90°=25%)場合(以下、疑似等方積層体ともいう)の許容荷重領域である。 Figure 3 is an image diagram of the allowable load region R, which changes depending on the orientation ratio of the composite laminate. Here, the orientation ratio is the ratio of the thickness of the composite layer with each fiber orientation angle to the total thickness of the composite laminate. In Figure 3, the allowable load region Ra is the allowable load region when the orientation ratios of the composite laminate are approximately equal (0° = 25%, +45° = 25%, -45° = 25%, 90° = 25%) (hereinafter referred to as a quasi-isotropic laminate).

許容荷重領域Rbは、複合材積層体のうち90°の配向比が他の配向比(0°、+45°、-45°)よりも大きい場合(以下、90°リッチ積層体ともいう)の許容荷重領域である。例えば、90°リッチ積層体の配向比は、0°=20%、+45°=20%、-45°=20%、90°=40%である。許容荷重領域Rbは、許容荷重領域Raに対し、Nx方向の領域が小さく、Ny方向の領域が大きくなる。 The allowable load region Rb is the allowable load region when the 90° orientation ratio of the composite laminate is greater than the other orientation ratios (0°, +45°, -45°) (hereinafter referred to as a 90° rich laminate). For example, the orientation ratios of a 90° rich laminate are 0° = 20%, +45° = 20%, -45° = 20%, and 90° = 40%. The allowable load region Rb has a smaller area in the Nx direction and a larger area in the Ny direction than the allowable load region Ra.

許容荷重領域Rcは、複合材積層体のうち0°の配向比が他の配向比(+45°、-45°、90°)よりも大きい場合(以下、0°リッチ積層体といもいう)の許容荷重領域である。例えば、0°リッチ積層体の配向比は、0°=40%、+45°=20%、-45°=20%、90°=20%である。許容荷重領域Rcは、許容荷重領域Raに対し、Nx方向の領域が大きく、Ny方向の領域が小さくなる。このように、許容荷重領域Rは、複合材積層体の配向比に応じて変化する。 The allowable load region Rc is the allowable load region when the 0° orientation ratio of the composite laminate is greater than the other orientation ratios (+45°, -45°, 90°) (hereinafter referred to as a 0° rich laminate). For example, the orientation ratios of a 0° rich laminate are 0° = 40%, +45° = 20%, -45° = 20%, 90° = 20%. The allowable load region Rc is larger in the Nx direction and smaller in the Ny direction than the allowable load region Ra. In this way, the allowable load region R changes depending on the orientation ratio of the composite laminate.

図4は、複合材積層体の構造によって変化する許容荷重領域Rのイメージ図である。図4中、許容荷重領域Rdは、複合材積層体が締結部材(例えば、ファスナ)を挿通させるための貫通孔を有する場合の許容荷重領域である。許容荷重領域Reは、複合材積層体が貫通孔を有し、該貫通孔に締結部材(ファスナ)が埋め込まれた場合の許容荷重領域である。図4に示されるように、許容荷重領域Reは、許容荷重領域Rdよりも大きくなる。これは、複合材積層体の貫通孔に締結部材が埋め込まれることにより、貫通孔に締結部材が埋め込まれていない場合よりも強度が大きくなるためである。 Figure 4 is an image diagram of the allowable load region R, which changes depending on the structure of the composite laminate. In Figure 4, the allowable load region Rd is the allowable load region when the composite laminate has a through hole for inserting a fastening member (e.g., a fastener). The allowable load region Re is the allowable load region when the composite laminate has a through hole and a fastening member (fastener) is embedded in the through hole. As shown in Figure 4, the allowable load region Re is larger than the allowable load region Rd. This is because the strength is greater when a fastening member is embedded in the through hole of the composite laminate than when no fastening member is embedded in the through hole.

図5は、複合材積層体の基本積層構成の倍率に応じて変化する許容荷重領域Rの第1のイメージ図である。図6は、複合材積層体の基本積層構成の倍率に応じて変化する許容荷重領域Rの第2のイメージ図である。ここで、基本積層構成は、複合材積層体の配向比に基づいて、各配向方向の層数が最小単位で構成される複合材積層体の構成である。具体的に、基本積層構成は、疑似等方積層体、90°リッチ積層体、0°リッチ積層体のそれぞれにおいて、各配向方向の層数が最小単位で構成される複合材積層体の構成である。例えば、疑似等方積層体であれば、基本積層構成は、0°の配向方向の層が1層(1プライ)、+45°の配向方向の層が1層(1プライ)、-45°の配向方向の層が1層(1プライ)、90°の配向方向の層が1層(1プライ)の、計4プライの積層構成である。ここで、1プライの厚さは、各配向方向の層に関わらずそれぞれ等しい。 Figure 5 is a first image of the allowable load region R that changes according to the magnification of the basic lamination structure of the composite laminate. Figure 6 is a second image of the allowable load region R that changes according to the magnification of the basic lamination structure of the composite laminate. Here, the basic lamination structure is a composite laminate structure in which the number of layers in each orientation direction is the minimum unit based on the orientation ratio of the composite laminate. Specifically, the basic lamination structure is a composite laminate structure in which the number of layers in each orientation direction is the minimum unit in each of the pseudo-isotropic laminate, 90° rich laminate, and 0° rich laminate. For example, in the case of a pseudo-isotropic laminate, the basic lamination structure is a lamination structure of a total of four plies, including one layer (1 ply) in the 0° orientation direction, one layer (1 ply) in the +45° orientation direction, one layer (1 ply) in the -45° orientation direction, and one layer (1 ply) in the 90° orientation direction. Here, the thickness of one ply is the same regardless of the layers in each orientation direction.

図5および図6中、許容荷重領域Rfは、0°リッチ積層体が基本積層構成のみにより構成された場合の許容荷重領域である。ここで、基本積層構成は、例えば、0°の配向方向の層が2層(2プライ)、+45°の配向方向の層が1層(1プライ)、-45°の配向方向の層が1層(1プライ)、90°の配向方向の層が1層(1プライ)の、計5プライの積層構成である。 In Figures 5 and 6, the allowable load region Rf is the allowable load region when the 0° rich laminate is composed only of the basic laminate structure. Here, the basic laminate structure is, for example, a laminate structure of a total of five plies, including two layers (2 plies) with an orientation direction of 0°, one layer (1 ply) with an orientation direction of +45°, one layer (1 ply) with an orientation direction of -45°, and one layer (1 ply) with an orientation direction of 90°.

図5に示す許容荷重領域Rfaは、許容荷重領域内に作用荷重(特に作用荷重Fa)が含まれるように、許容荷重領域Rfを整数倍(ここでは、最小倍率として2倍)したものである。つまり、許容荷重領域Rfaは、0°リッチ積層体の基本積層構成(5プライ)の倍率を2倍(10プライ)にした場合の許容荷重領域である。また、図6に示す許容荷重領域Rfbは、許容荷重領域内に作用荷重(特に作用荷重Fb)が含まれるように、許容荷重領域Rfを整数倍(ここでは、最小倍率として4倍)したものである。つまり、許容荷重領域Rfaは、0°リッチ積層体の基本積層構成(5プライ)の倍率を4倍(20プライ)にした場合の許容荷重領域である。 The allowable load region Rfa shown in FIG. 5 is an integer multiple (here, a minimum multiple of 2) of the allowable load region Rf so that the applied load (particularly the applied load Fa) is included within the allowable load region. In other words, the allowable load region Rfa is the allowable load region when the multiplication factor of the basic stacking structure (5 plies) of the 0° rich laminate is doubled (10 plies). The allowable load region Rfb shown in FIG. 6 is an integer multiple (here, a minimum multiple of 4) of the allowable load region Rf so that the applied load (particularly the applied load Fb) is included within the allowable load region. In other words, the allowable load region Rfa is the allowable load region when the multiplication factor of the basic stacking structure (5 plies) of the 0° rich laminate is quadrupled (20 plies).

また、図5および図6中、許容荷重領域Rgは、90°リッチ積層体が基本積層構成のみにより積層された場合の許容荷重領域である。ここで、基本積層構成は、例えば、0°の配向方向の層が1層(1プライ)、+45°の配向方向の層が1層(1プライ)、-45°の配向方向の層が1層(1プライ)、90°の配向方向の層が2層(2プライ)の、計5プライの積層構成である。 In addition, in Figures 5 and 6, the allowable load region Rg is the allowable load region when the 90° rich laminate is laminated only with the basic laminate structure. Here, the basic laminate structure is, for example, a laminate structure of a total of five plies, including one layer (1 ply) with an orientation direction of 0°, one layer (1 ply) with an orientation direction of +45°, one layer (1 ply) with an orientation direction of -45°, and two layers (2 ply) with an orientation direction of 90°.

図5に示す許容荷重領域Rgaは、許容荷重領域内に作用荷重(特に作用荷重Fa)が含まれるように、許容荷重領域Rgを整数倍(ここでは、最小倍率として4倍)したものである。つまり、許容荷重領域Rgaは、90°リッチ積層体の基本積層構成(5プライ)の倍率を4倍(20プライ)にした場合の許容荷重領域である。また、図6に示す許容荷重領域Rgbは、許容荷重領域内に作用荷重(特に作用荷重Fb)が含まれるように、許容荷重領域Rgを整数倍(ここでは、最小倍率として2倍)したものである。つまり、許容荷重領域Rgbは、90°リッチ積層体の基本積層構成(5プライ)の倍率を2倍(10プライ)にした場合の許容荷重領域である。このように、許容荷重領域Rは、複合材積層体の基本積層構成の倍率に応じて相似状に変化する。 The allowable load region Rga shown in FIG. 5 is an integer multiple (here, four times as the minimum multiple) of the allowable load region Rg so that the applied load (particularly the applied load Fa) is included within the allowable load region. In other words, the allowable load region Rga is an allowable load region when the multiplication factor of the basic stacking structure (5 plies) of the 90° rich laminate is four times (20 plies). The allowable load region Rgb shown in FIG. 6 is an integer multiple (here, two times as the minimum multiple) of the allowable load region Rg so that the applied load (particularly the applied load Fb) is included within the allowable load region. In other words, the allowable load region Rgb is an allowable load region when the multiplication factor of the basic stacking structure (5 plies) of the 90° rich laminate is two times (10 plies). In this way, the allowable load region R changes similarly depending on the multiplication factor of the basic stacking structure of the composite laminate.

図5に示すように、許容荷重領域Rfおよび許容荷重領域Rgのいずれも、複合材積層体に作用する作用荷重(特に作用荷重Fa)を、領域内に収めることができない。一方、許容荷重領域Rfaおよび許容荷重領域Rgaのいずれも、複合材積層体に作用する作用荷重(特に作用荷重Fa)を、領域内に収めることができる。 As shown in FIG. 5, neither the allowable load region Rf nor the allowable load region Rg can accommodate the applied load acting on the composite laminate (particularly the applied load Fa) within the region. On the other hand, both the allowable load region Rfa and the allowable load region Rga can accommodate the applied load acting on the composite laminate (particularly the applied load Fa) within the region.

ここで、許容荷重領域Rfaの積層構成(10プライ)は、許容荷重領域Rgaの積層構成(20プライ)よりも小さい。つまり、許容荷重領域Rfaの積層構成の厚さは、許容荷重領域Rgaの積層構成の厚さより小さくなる。そのため、許容荷重領域Rfaの方が、許容荷重領域Rgaよりも、複合材積層体に作用する作用荷重を領域内に収めつつ、積層構成の厚さを薄くすることができる。 Here, the laminate structure (10 plies) of the allowable load region Rfa is smaller than the laminate structure (20 plies) of the allowable load region Rga. In other words, the thickness of the laminate structure of the allowable load region Rfa is smaller than the thickness of the laminate structure of the allowable load region Rga. Therefore, the thickness of the laminate structure can be made thinner in the allowable load region Rfa than in the allowable load region Rga, while still containing the applied load acting on the composite laminate within the region.

同様に、図6に示すように許容荷重領域Rfおよび許容荷重領域Rgのいずれも、複合材積層体に作用する作用荷重(特に作用荷重Fb)を、領域内に収めることができない。一方、許容荷重領域Rfbおよび許容荷重領域Rgbのいずれも、複合材積層体に作用する作用荷重(特に作用荷重Fb)を、領域内に収めることができる。 Similarly, as shown in FIG. 6, neither the allowable load region Rf nor the allowable load region Rg can accommodate the applied load acting on the composite laminate (particularly the applied load Fb). On the other hand, both the allowable load region Rfb and the allowable load region Rgb can accommodate the applied load acting on the composite laminate (particularly the applied load Fb).

ここで、許容荷重領域Rgbの積層構成(10プライ)は、許容荷重領域Rfbの積層構成(20プライ)よりも小さい。つまり、許容荷重領域Rgbの積層構成の厚さは、許容荷重領域Rfbの積層構成の厚さより小さくなる。そのため、許容荷重領域Rgbの方が、許容荷重領域Rfbよりも、複合材積層体に作用する作用荷重を領域内に収めつつ、積層構成の厚さを薄くすることができる。 Here, the laminate structure (10 plies) of the allowable load region Rgb is smaller than the laminate structure (20 plies) of the allowable load region Rfb. In other words, the thickness of the laminate structure of the allowable load region Rgb is smaller than the thickness of the laminate structure of the allowable load region Rfb. Therefore, the thickness of the laminate structure can be made thinner in the allowable load region Rgb than in the allowable load region Rfb, while still containing the applied load acting on the composite laminate within the region.

以下、本実施形態の複合材積層体の設計方法について説明する。図7は、本実施形態の複合材積層体の設計方法を示すフローチャート図である。まず、導出部104は、疑似等方積層体、90°リッチ積層体、0°リッチ積層体のそれぞれにおける基本積層構成を設定する(ステップS101)。導出部104は、データベース102から複合材積層体の強化繊維の配向方向に対応した歪みの許容値を取得する。 The design method for the composite laminate of this embodiment will be described below. FIG. 7 is a flow chart showing the design method for the composite laminate of this embodiment. First, the derivation unit 104 sets the basic laminate configuration for each of the pseudo-isotropic laminate, the 90° rich laminate, and the 0° rich laminate (step S101). The derivation unit 104 obtains the allowable strain value corresponding to the orientation direction of the reinforcing fibers of the composite laminate from the database 102.

そして、導出部104は、上記数式6、7に基づいて、8つの面となるS1~S8を導出し、S1~S8から許容荷重領域Rを、強化繊維の配向方向に対応して複数導出する。つまり、導出部104は、強化繊維の配向方向に対応する歪みの許容値に基づいて、複合材積層体の面内方向における許容X方向荷重、許容Y方向荷重、許容せん断荷重の組み合わせを3次元で示した許容荷重領域Rを導出する(ステップS102)。 Then, the derivation unit 104 derives eight surfaces S1 to S8 based on the above formulas 6 and 7, and derives multiple allowable load regions R from S1 to S8 corresponding to the orientation direction of the reinforcing fibers. In other words, the derivation unit 104 derives the allowable load region R, which shows a combination of the allowable X-direction load, allowable Y-direction load, and allowable shear load in the in-plane direction of the composite laminate in three dimensions, based on the allowable strain value corresponding to the orientation direction of the reinforcing fibers (step S102).

本実施形態では、導出部104は、0°リッチ積層体、疑似等方積層体、および、90°リッチ積層体が基本積層構成で構成される場合それぞれの許容荷重領域Rを導出している。つまり、導出部104は、複合材積層体の各配向比における基本積層構成の許容荷重領域Rをそれぞれ導出している。 In this embodiment, the derivation unit 104 derives the allowable load region R for each of the 0° rich laminate, the pseudo-isotropic laminate, and the 90° rich laminate when they are configured in a basic laminate configuration. In other words, the derivation unit 104 derives the allowable load region R for each basic laminate configuration for each orientation ratio of the composite laminate.

つぎに、判定部106は、データベース102から航空機の各部位にかかる作用荷重の大きさおよび方向に関するデータを取得する。そして、判定部106は、取得したデータから、ステップS102で導出された許容荷重領域R内に作用荷重が含まれるか否かを判定する(ステップS103)。 Next, the determination unit 106 acquires data on the magnitude and direction of the acting load acting on each part of the aircraft from the database 102. Then, the determination unit 106 judges from the acquired data whether the acting load is included in the allowable load region R derived in step S102 (step S103).

作用荷重が各配向比すべての許容荷重領域R外である場合、導出部104は、各配向比の基本積層構成の倍率を大きく設定(例えば、1倍→2倍)する(ステップS104)。そして、導出部104は、各配向比の基本積層構成の倍率変更後のそれぞれの許容荷重領域Rを再び導出する(ステップS102)。 If the applied load is outside the allowable load region R for all orientation ratios, the derivation unit 104 sets the magnification of the basic stacking configuration for each orientation ratio to a larger value (e.g., from 1x to 2x) (step S104). The derivation unit 104 then again derives the allowable load region R for each of the basic stacking configurations for each orientation ratio after changing the magnification (step S102).

判定部106は、再導出された許容荷重領域R内に作用荷重が含まれるか否かを判定する(ステップS103)。このように、作用荷重が、各配向比の基本積層構成のいずれの許容荷重領域R内にも含まれない場合、基本積層構成の倍率を整数倍し、作用荷重が許容荷重領域R内に含まれるまで倍率を大きくする。ただし、これに限定されず、基本積層構成の倍率は、小数や分数であってもよい。また、導出部104は、作用荷重が許容荷重領域R内に含まれるような、各配向比の基本積層構成の倍率をそれぞれ導出し、各配向比の基本積層構成のそれぞれの倍率に対応する許容荷重領域Rを導出するようにしてもよい。 The determination unit 106 determines whether the applied load is included in the re-derived allowable load region R (step S103). In this way, if the applied load is not included in any of the allowable load regions R of the basic stacking configurations of each orientation ratio, the magnification of the basic stacking configuration is multiplied by an integer, and the magnification is increased until the applied load is included in the allowable load region R. However, this is not limited to this, and the magnification of the basic stacking configuration may be a decimal or a fraction. In addition, the derivation unit 104 may derive the magnification of the basic stacking configuration of each orientation ratio such that the applied load is included in the allowable load region R, and derive the allowable load region R corresponding to each magnification of the basic stacking configuration of each orientation ratio.

一方、作用荷重が各配向比いずれかの許容荷重領域R内に収まる場合、選択部108は、基本積層構成の倍率が最小となる配向比を選択する(ステップS105)。ここで、基本積層構成の倍率が最小となる配向比が複数ある場合は、予め設定された配向比の優先度に基づいて、複数の配向比から1つの配向比を選択してもよい。これにより、作用荷重に耐えうる最も軽量化した複合材積層体の積層構成を選択することができる。 On the other hand, if the applied load falls within the allowable load region R of any of the orientation ratios, the selection unit 108 selects the orientation ratio that minimizes the magnification of the basic stacking configuration (step S105). Here, if there are multiple orientation ratios that minimize the magnification of the basic stacking configuration, one orientation ratio may be selected from the multiple orientation ratios based on the priority of the orientation ratios that is set in advance. This makes it possible to select the stacking configuration of the lightest composite laminate that can withstand the applied load.

例えば、図5の場合、基本積層構成の倍率が2倍となるところで、0°リッチ積層体の配向比が選択される。また、図6の場合、基本積層構成の倍率が2倍となるところで、90°リッチ積層体の配向比が選択される。 For example, in the case of FIG. 5, the orientation ratio of the 0° rich laminate is selected when the magnification of the basic laminate structure is doubled. Also, in the case of FIG. 6, the orientation ratio of the 90° rich laminate is selected when the magnification of the basic laminate structure is doubled.

このように、本実施形態の複合材積層体の設計方法によれば、複合材積層体の面内方向における許容X方向荷重、許容Y方向荷重、許容せん断荷重の組み合わせを3次元で示した許容荷重領域Rを導出している。また、導出した許容荷重領域R内に作用荷重が含まれるか否かを判定している。そのため、複合材積層体に負荷される面内荷重(Nx、Ny、Nxy)に対し強度が成立するか否かを多数の荷重ケースに対し高速に評価することができる。したがって、複合材積層体の厚さ、配向比、配向方向などの最適化を効率よく行うことができ、複合材積層体の設計効率を向上させることができる。 In this way, according to the composite laminate design method of this embodiment, an allowable load region R is derived that shows a combination of allowable X-direction load, allowable Y-direction load, and allowable shear load in the in-plane directions of the composite laminate in three dimensions. In addition, it is determined whether or not the applied load is included in the derived allowable load region R. Therefore, it is possible to quickly evaluate whether or not the strength is sufficient against the in-plane loads (Nx, Ny, Nxy) applied to the composite laminate for a large number of load cases. Therefore, it is possible to efficiently optimize the thickness, orientation ratio, orientation direction, etc. of the composite laminate, and it is possible to improve the design efficiency of the composite laminate.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an embodiment. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

上記実施形態では、複合材積層体の配向比が0°リッチ積層体、疑似等方積層体、90°リッチ積層体である場合について説明した。しかし、これに限定されず、複合材積層体の配向比は、例えば、+45°リッチ積層体や-45°リッチ積層体であってもよい。ここで、+45°リッチ積層体の基本積層構成は、例えば、0°の配向方向の層が1層(1プライ)、+45°の配向方向の層が2層(2プライ)、-45°の配向方向の層が1層(1プライ)、90°の配向方向の層が1層(1プライ)の、計5プライの積層構成となる。また、-45°リッチ積層体の基本積層構成は、例えば、0°の配向方向の層が1層(1プライ)、+45°の配向方向の層が1層(1プライ)、-45°の配向方向の層が2層(2プライ)、90°の配向方向の層が1層(1プライ)の、計5プライの積層構成となる。なお、疑似等方積層体の基本積層構成は、例えば、0°の配向方向の層が1層(1プライ)、+45°の配向方向の層が1層(1プライ)、-45°の配向方向の層が1層(1プライ)、90°の配向方向の層が1層(1プライ)の、計4プライの積層構成となる。 In the above embodiment, the orientation ratio of the composite laminate is described as 0° rich laminate, pseudo-isotropic laminate, and 90° rich laminate. However, the orientation ratio of the composite laminate is not limited to this, and may be, for example, +45° rich laminate or -45° rich laminate. Here, the basic stacking structure of the +45° rich laminate is, for example, a stacking structure of 5 plies, including one layer (1 ply) with a 0° orientation direction, two layers (2 plies) with a +45° orientation direction, one layer (1 ply) with a -45° orientation direction, and one layer (1 ply) with a 90° orientation direction. In addition, the basic stacking structure of the -45° rich laminate is, for example, a stacking structure of 5 plies, including one layer (1 ply) with a 0° orientation direction, one layer (1 ply) with a +45° orientation direction, two layers (2 plies) with a -45° orientation direction, and one layer (1 ply) with a 90° orientation direction. The basic stacking configuration of a pseudo-isotropic laminate is, for example, one layer (1 ply) with an orientation direction of 0°, one layer (1 ply) with an orientation direction of +45°, one layer (1 ply) with an orientation direction of -45°, and one layer (1 ply) with an orientation direction of 90°, for a total of four plies.

上記実施形態では、設計装置100が選択部108を備える例について説明した。しかし、選択部108は、必須の構成ではなく、例えば、設計装置100には選択部108が設けられなくてもよい。 In the above embodiment, an example has been described in which the design device 100 includes the selection unit 108. However, the selection unit 108 is not a required component, and for example, the design device 100 does not need to include the selection unit 108.

R 許容荷重領域
100 設計装置
102 データベース
104 導出部
106 判定部
108 選択部
R Allowable load region 100 Design device 102 Database 104 Derivation unit 106 Determination unit 108 Selection unit

Claims (3)

複数の繊維配向角を有する複合材積層体における前記複数の繊維配向角に対応した許容歪みに基づいて、前記複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中の所定のx方向における許容X方向荷重、前記複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面の中の前記x方向と直交するy方向における許容Y方向荷重、前記複合材積層体の各層が積層される積層方向に対し直交する平面内のせん断方向における許容せん断荷重の組み合わせを3次元で示した許容荷重領域を導出するステップと、
前記許容荷重領域内に、前記複合材積層体に作用する作用荷重が含まれるか否かを判定するステップと、
を含む複合材積層体の設計方法。
a step of deriving an allowable load region that is three-dimensionally expressed by a combination of an allowable X-direction load in a predetermined x-direction in a plane perpendicular to a stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, an allowable Y-direction load in a y-direction perpendicular to the x-direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, and an allowable shear load in a shear direction in a plane perpendicular to the stacking direction in which each layer of the composite laminate is stacked, based on an allowable strain corresponding to the plurality of fiber orientation angles in a composite laminate having the plurality of fiber orientation angles;
determining whether an applied load acting on the composite laminate is included within the allowable load region;
A method for designing a composite laminate comprising:
前記許容荷重領域は、前記複合材積層体の厚さに対する各繊維配向角の複合材層の厚さの比率である配向比に基づいて各繊維配向角の層数が最小単位で構成される基本積層構成の倍率、および、前記配向比によって変化し、
前記作用荷重が前記許容荷重領域内に含まれる、前記基本積層構成の前記倍率が最小となる前記配向比を選択するステップを含む、
請求項1に記載の複合材積層体の設計方法。
The allowable load region varies depending on the magnification of a basic lamination structure in which the number of layers of each fiber orientation angle is the minimum unit based on an orientation ratio, which is a ratio of the thickness of a composite layer of each fiber orientation angle to the thickness of the composite laminate, and the orientation ratio,
Selecting the orientation ratio at which the applied load is included in the allowable load region and the magnification of the basic stacking configuration is minimized,
A method for designing a composite laminate according to claim 1.
請求項1または2に記載の設計方法により設計された複合材積層体を備える航空機。 An aircraft equipped with a composite laminate designed by the design method of claim 1 or 2.
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