JPS5915804B2 - 繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法 - Google Patents
繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法Info
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- JPS5915804B2 JPS5915804B2 JP56110427A JP11042781A JPS5915804B2 JP S5915804 B2 JPS5915804 B2 JP S5915804B2 JP 56110427 A JP56110427 A JP 56110427A JP 11042781 A JP11042781 A JP 11042781A JP S5915804 B2 JPS5915804 B2 JP S5915804B2
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法
に関するものである。
に関するものである。
構造物の形状と、それに作用する外力や変位が規制され
た条件下で、構造物の重量或いは材料費を最小にしたり
、或いは、剛性若しくは強度を最大にするという構造物
の最適設計法は理論的に可能であるよしかしながら、こ
れを実現させ得る製造法は、現時点では存在せず、わず
かに繊維強化複合材料によつて不十分な「最適化」が行
われているノこすぎない。
た条件下で、構造物の重量或いは材料費を最小にしたり
、或いは、剛性若しくは強度を最大にするという構造物
の最適設計法は理論的に可能であるよしかしながら、こ
れを実現させ得る製造法は、現時点では存在せず、わず
かに繊維強化複合材料によつて不十分な「最適化」が行
われているノこすぎない。
しかも、繊維強化複合材料を使用した場合でも、構造物
中の応力状態に対応した繊維含有率Ｖｆと繊維の方位θ
が構造物の各点で理論的に決定できても、それら（Ｖｆ
、θ）を構・ 進物上で３次元的になめらかに変化させ
ることは至難である。そこで有限要素法などの数値解析
法を利用して構造物を複数の要素に分け、各要素におい
ては近似的に理論上の（Ｖｆ、θ）を実現することが考
えられた。例えば、第１図に示す如き荷ｏ 重Ｗを受け
る片持ばり１の強度がはりの各要素で等しくなるように
要素内で一方向に繊維を配向させるとともに、その含有
率も変えるような最小重量等強度梁設計問題の解は第１
図に示すようになる（尾田：機械学会論文集ム８１０−
２（１９８１）、５ 第４２頁）。この第１図において
、線の方向は各３角要素内の強化繊維の方向を示し、ま
た、線分の長さは含有率を示す。しかし、この場合で強
化繊維の分布を均一にし、かつ、その強化繊維の方向を
正しく一定に保つことは相当に困難である。）０ この
発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであつて、
繊維強化材料を使用した最適構造物を容易に製造し得る
方法を提供することを目的とするものである。この目的
に対応して、この発明の繊維強化材料ク５ を使用した
最適構造物の製造法は、繊維強化材料のマトリクスとな
るべき材料を溶融状態で強化繊維と無重力環境下で均一
に混合して前記材料と前記強化繊維との混合体とすると
ともに前記混合体に磁界を作用させて前記強化繊維を配
向させ、し３０かる後に、前記混合体を冷却固化させ、
次に前記固化した混合体を加工して構造物のエレメント
を製造し、こうして得られたエレメントを真空環境下で
相隣り合うエレメントと微小荷重による圧接により固着
して構造物を製造することを特徴とし３５ている。
中の応力状態に対応した繊維含有率Ｖｆと繊維の方位θ
が構造物の各点で理論的に決定できても、それら（Ｖｆ
、θ）を構・ 進物上で３次元的になめらかに変化させ
ることは至難である。そこで有限要素法などの数値解析
法を利用して構造物を複数の要素に分け、各要素におい
ては近似的に理論上の（Ｖｆ、θ）を実現することが考
えられた。例えば、第１図に示す如き荷ｏ 重Ｗを受け
る片持ばり１の強度がはりの各要素で等しくなるように
要素内で一方向に繊維を配向させるとともに、その含有
率も変えるような最小重量等強度梁設計問題の解は第１
図に示すようになる（尾田：機械学会論文集ム８１０−
２（１９８１）、５ 第４２頁）。この第１図において
、線の方向は各３角要素内の強化繊維の方向を示し、ま
た、線分の長さは含有率を示す。しかし、この場合で強
化繊維の分布を均一にし、かつ、その強化繊維の方向を
正しく一定に保つことは相当に困難である。）０ この
発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであつて、
繊維強化材料を使用した最適構造物を容易に製造し得る
方法を提供することを目的とするものである。この目的
に対応して、この発明の繊維強化材料ク５ を使用した
最適構造物の製造法は、繊維強化材料のマトリクスとな
るべき材料を溶融状態で強化繊維と無重力環境下で均一
に混合して前記材料と前記強化繊維との混合体とすると
ともに前記混合体に磁界を作用させて前記強化繊維を配
向させ、し３０かる後に、前記混合体を冷却固化させ、
次に前記固化した混合体を加工して構造物のエレメント
を製造し、こうして得られたエレメントを真空環境下で
相隣り合うエレメントと微小荷重による圧接により固着
して構造物を製造することを特徴とし３５ている。
以下、この発明の詳細を一実施例について説明する。
噛唱一
この発明の繊維強化材料を使用した最適構造物の製造方
法においては、まず、アルミニウムその他の金属や、或
いはプラスチツク等の繊維強化材料のマトリクスとなる
マトリクス材を溶融状態にする。
法においては、まず、アルミニウムその他の金属や、或
いはプラスチツク等の繊維強化材料のマトリクスとなる
マトリクス材を溶融状態にする。
そのためには、例えば第２図に示す如き溶解装置１１を
使用する。溶解装置１１は炉容器１２を備え、炉容器１
２の周辺部にヒータ１３が配設してある。炉容器１２の
周辺近傍には電磁石１４が配設されており、この電磁石
１４は炉容器１２内の材料に磁界を作用させることがで
きる。これらの装置乃至機器は室１５内に収納されて無
重力状態の環境下に保持される。炉容器１２内で溶融状
態となつたマトリクス材１６に対して繊維強化用の繊維
材１７を混入する。
使用する。溶解装置１１は炉容器１２を備え、炉容器１
２の周辺部にヒータ１３が配設してある。炉容器１２の
周辺近傍には電磁石１４が配設されており、この電磁石
１４は炉容器１２内の材料に磁界を作用させることがで
きる。これらの装置乃至機器は室１５内に収納されて無
重力状態の環境下に保持される。炉容器１２内で溶融状
態となつたマトリクス材１６に対して繊維強化用の繊維
材１７を混入する。
繊維材としては、鉄、ニツケル、タングステンの如き磁
性材料の短繊維、またはウイスカが望ましく、繊維材が
各種セラミツクウイスカ、カーボン、またはガラス繊維
の如く非磁性材料の場合には、それらの非磁性繊維の表
面に鉄その他の磁性材料をコーテイングする。炉容器１
２内の溶融マトリクス材１６と繊維材１７とは均一分布
となるように混合する。
性材料の短繊維、またはウイスカが望ましく、繊維材が
各種セラミツクウイスカ、カーボン、またはガラス繊維
の如く非磁性材料の場合には、それらの非磁性繊維の表
面に鉄その他の磁性材料をコーテイングする。炉容器１
２内の溶融マトリクス材１６と繊維材１７とは均一分布
となるように混合する。
この混合は無重力状態下でなされるから、例えマトリク
ス材１６と繊維材１７とに比重差があつても、その比重
差に影響されずに均一に混合することが可能である。こ
のようにして形成されるマトリクス材と繊維材との混合
体に電磁石１４により磁界を作用させると、混合体中の
繊維材１７は磁界の方向に配列する。繊維が磁力線にそ
つて移動開始する直前に磁界を切つて混合体を冷却固化
すると、繊維強化材料（Ｆ．Ｒ．Ｍ．またはＦ．Ｒ．Ｐ
．）が出来土る。前記の無重力状態は、例えば、近来開
発された人工衛星における、いわゆるスペースラボラト
リ一を利用すれば容易に得ることができる。
ス材１６と繊維材１７とに比重差があつても、その比重
差に影響されずに均一に混合することが可能である。こ
のようにして形成されるマトリクス材と繊維材との混合
体に電磁石１４により磁界を作用させると、混合体中の
繊維材１７は磁界の方向に配列する。繊維が磁力線にそ
つて移動開始する直前に磁界を切つて混合体を冷却固化
すると、繊維強化材料（Ｆ．Ｒ．Ｍ．またはＦ．Ｒ．Ｐ
．）が出来土る。前記の無重力状態は、例えば、近来開
発された人工衛星における、いわゆるスペースラボラト
リ一を利用すれば容易に得ることができる。
次に、以上のようにして得られた繊維強化材料を、構造
物の形状等を考慮して予め定められた形状及び大きさに
切り出し、構造物の構造要素を得る。
物の形状等を考慮して予め定められた形状及び大きさに
切り出し、構造物の構造要素を得る。
このようにして、第３図に示す如く、形状、大きさ、繊
維含有率または繊維の方向の異なる各種の構造要素が準
備される。このようにして設計によつて決定された繊維
含有率と方位を持つた要素を、無重力状態で第４図に示
す如くならべ、全体を真空中で一様に加熱する。
維含有率または繊維の方向の異なる各種の構造要素が準
備される。このようにして設計によつて決定された繊維
含有率と方位を持つた要素を、無重力状態で第４図に示
す如くならべ、全体を真空中で一様に加熱する。
この加熱が真空中で行なわれるために、物質界面の清浄
度が高くわずかの熱と荷重で、各要素の界面は溶着し、
不連続面は生ぜず、設計仕様に合致した構造物が得られ
る。また、例えマトリクスが溶融しても無重力状態であ
るため、繊維の配列状態は保持される。
度が高くわずかの熱と荷重で、各要素の界面は溶着し、
不連続面は生ぜず、設計仕様に合致した構造物が得られ
る。また、例えマトリクスが溶融しても無重力状態であ
るため、繊維の配列状態は保持される。
第１図は最小重量等強度梁設計問題の解を示す図、第２
図はこの発明の実施に使用する装置を示す構成説明図、
第３図は構造物の要素の各種を例示する説明図、及び第
４図は構造物の一例を示す説明図である。 １・・・・・・片持ばり、１１・・・・・・溶解装置、
１２・・・・・・炉容器、１４・・・・・・電磁石、１
５・・・・・・室、１６・・・・・・マトリクス材、１
７・・・・・・繊維材。
図はこの発明の実施に使用する装置を示す構成説明図、
第３図は構造物の要素の各種を例示する説明図、及び第
４図は構造物の一例を示す説明図である。 １・・・・・・片持ばり、１１・・・・・・溶解装置、
１２・・・・・・炉容器、１４・・・・・・電磁石、１
５・・・・・・室、１６・・・・・・マトリクス材、１
７・・・・・・繊維材。
Claims (1)
- １ 繊維強化材料のマトリクスとなるべき材料を溶融状
態で強化繊維と無重力環境下で均一に混合して前記材料
と前記強化繊維との混合体とするとともに前記混合体に
磁界を作用させて前記強化繊維を配向させ、しかる後に
、前記混合体を冷却固化させ、次に前記固化した混合体
を加工して構造物のエレメントを製造し、こうして得ら
れたエレメントを真空環境下で相隣り合うエレメントと
微小荷重による圧接により固着して構造物を製造するこ
とを特徴とする繊維強化材料を使用した最適構造物の製
造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56110427A JPS5915804B2 (ja) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | 繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56110427A JPS5915804B2 (ja) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | 繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5812722A JPS5812722A (ja) | 1983-01-24 |
| JPS5915804B2 true JPS5915804B2 (ja) | 1984-04-11 |
Family
ID=14535469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56110427A Expired JPS5915804B2 (ja) | 1981-07-15 | 1981-07-15 | 繊維強化材料を使用した最適構造物の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5915804B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0557382U (ja) * | 1992-01-10 | 1993-07-30 | 広和株式会社 | 粘性流体供給ポンプ |
| JPH068802U (ja) * | 1992-01-30 | 1994-02-04 | 六反機械株式会社 | 油圧装置におけるオイルクーラー |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9457521B2 (en) * | 2011-09-01 | 2016-10-04 | The Boeing Company | Method, apparatus and material mixture for direct digital manufacturing of fiber reinforced parts |
| JP6849588B2 (ja) * | 2014-06-06 | 2021-03-24 | ノースイースタン ユニバーシティ | 磁場を用いる不連続性繊維複合体の付加製造 |
-
1981
- 1981-07-15 JP JP56110427A patent/JPS5915804B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0557382U (ja) * | 1992-01-10 | 1993-07-30 | 広和株式会社 | 粘性流体供給ポンプ |
| JPH068802U (ja) * | 1992-01-30 | 1994-02-04 | 六反機械株式会社 | 油圧装置におけるオイルクーラー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5812722A (ja) | 1983-01-24 |
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