[論文レビュー] Experimental approach for optimizing dry fabric formability

Samir Allaoui, Gilles Hivet+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2011

Mechanical Behavior of Composites参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、液体複合材成形（LCM）プロセスにおけるドライファブリックの成形性を研究するため、機械的モジュールと光学的モジュールを組み合わせた新規な実験装置を提示する。このシステムにより、成形中における3次元変形およびシアー角のリアルタイム測定が可能となり、数値モデルの妥当性が検証され、複雑な二重曲面ファブリック部品を正確なプロセス制御で製造可能なことが示された。

ABSTRACT

In order to understand the mechanisms involved in the forming step of LCM processes and provide validation data to numerical models, a specific experimental device has been designed in collaboration between PRISME Institute and EADS. This toot also makes it possible to test the feasibility to obtain specific double curved shape constituted with dry fabric reinforcement. It contains one mechanical module containing the classical tools in forming process, (punch, blank holder, and open-die), and one optical module to measure the 3D-deformed shape and the distribution of local deformations, like shear angles of the woven reinforcement during all the process. The goal of this paper is to present the potentialities and the first results obtained with this device.

研究の動機と目的

• ドライファブリック補強材のLCMプロセスにおける成形メカニズムを理解すること。
• ファブリック成形の数値シミュレーションモデルを検証するための実験的ツールを開発すること。
• ドライファブリック成形を用いた複雑な二重曲面ファブリック部品の製造可能性を評価すること。
• 成形中の局所的変形分布、特にシアー角を測定すること。
• 産業的成形条件下でのファブリック挙動に関する定量的データを提供すること。

提案手法

• 標準的な成形工具（パンチ、ブランクホルダー、オープンダイ）を統合した機械的モジュールと、実験的装置を組み合わせたハイブリッド実験装置の設計。
• 成形中における全領域の3次元形状および局所的変形測定を可能にする光学的モジュールの統合。
• デジタル画像相関（DIC）または類似の光学的手法を用いて、リアルタイムでの表面変形およびシアーひずみ分布を捉える。
• 産業的成形要件を満たすよう、PRISME研究所とEADSの共同開発による実験装置の最適化。
• 制御された条件下でドライファブリック補強材の成形試験を実施し、変形の時間発展を捉える。
• 機械的および光学的データストリームを同期して統合し、成形挙動の分析を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドライファブリック補強材は、特に二重曲面形状の複雑な成形プロセスにおいて、どのように変形するのか？
• RQ2 ドライファブリックプレフォームの成形中に、局所的シアーひずみはどのように分布するのか？
• RQ3 この実験装置は、リアルタイムで3次元変形およびシアー角を正確に捉えることができるか？
• RQ4 実験結果と数値シミュレーション予測との相関はどの程度高いのか？
• RQ5 欠陓なしに複雑なドライファブリック形状を成形するためのプロセス限界は何か？

主な発見

• 実験装置は、高い空間分解能を有して、成形中のドライファブリック補強材の3次元変形形状を成功裏に捉えた。
• 織り織り補強材における局所的シアー角がリアルタイムで測定され、部品全体にわたる非一様な変形パターンが明らかになった。
• 本システムは、ドライファブリックプレフォームを用いた複雑な二重曲面ファブリック部品の成形可能性を示した。
• 数値モデルの定量的妥当性データが生成され、シミュレーションベースのプロセス設計に対する信頼性が向上した。
• 機械的および光学的統合型装置により、力、変位、表面変形の同期測定が可能となり、プロセス理解が向上した。
• 予備結果から、良好な再現性とプロセスパラメータへの感受性が確認され、今後の最適化研究に資するものとなった。