[論文レビュー] Analysis of Woven Reinforcement Preforming using an Experimental Approach

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

Mechanical Behavior of Composites参考文献 10被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、液体複合材料成形（LCM）プロセスにおける織り繊維強化材の成形挙動を分析するために開発された実験装置を提示する。成形中にワープおよびウェイト糸の変位を定量的に評価することで、数値モデルの重要な検証データを提供し、制御された成形条件下におけるプレーンウェーブ複合材料における顕著な平面内変形および織り交ざり効果を明らかにした。

ABSTRACT

In order to understand the mechanisms involved in the forming step of LCM processes and provide validation date to numerical models, a specific experimental device has been designed in collaboration between PRISME Institute and EADS. 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

• 液体複合材料成形（LCM）プロセスにおける織り強化材の事前成形を支配する機械的メカニズムを理解すること。
• 事前成形中にリアルタイムで糸の変位を測定できる実験セットアップの開発および検証を行うこと。
• 複合材料成形の数値シミュレーションモデルのキャリブレーションおよび検証に役立つ実験的データを生成すること。
• 織り構造および金型形状が織り交ざりおよび変形挙動に与える影響を調査すること。
• 産業的複合材料部品製造のための正確な予測モデルの開発を支援すること。

提案手法

• PRISME研究所とEADSの共同作業により、織り強化材の事前成形条件を模擬するための実験装置が設計された。
• このセットアップにより、3次元金型形状上でのプレーンウェーブ織りの制御された成形が可能となり、糸の動きが正確に測定された。
• 高解像度画像および変位追跡を用いて、成形中のワープおよびウェイト糸の動きをモニタリングした。
• 実験室条件下で産業スケールの成形プロセスを再現可能な装置が実現された。
• 実験から得られたデータは、平面内変形および織り交ざり効果の定量的評価に用いられた。
• 得られた結果は、既存の織り成形数値モデルの検証および改善に使用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑な金型形状上でのプレーンウェーブ織りの事前成形において、ワープおよびウェイト糸はどのように変形するか？
• RQ2 成形プロセス中に支配的な織り交ざりおよび糸の変位機構は何か？
• RQ3 糸の動きの実験的測定は、織り成形の数値モデルの検証にどの程度有効か？
• RQ4 金型形状は、平面内応力の分布および織り強化材における糸のずれにどのように影響するか？
• RQ5 部品品質およびプロセスの予測可能性に影響を与えるプレーンウェーブ複合材料の事前成形における主要な変形パターンは何か？

主な発見

• 特に半径やコーナーなどの幾何的特徴部近辺で、ワープおよびウェイト糸の顕著な平面内変位が観察された。
• 実験装置は詳細な糸の動きを効果的に捉え、変形メカニズムの定量的分析を可能にした。
• 織り交ざり効果が顕著であり、成形中のせん断および曲げにより、糸が元の直交配置からずれていた。
• 測定された変形パターンは、予測された数値シミュレーションと強く相関しており、モデルの正確性が検証された。
• 結果から、織り構造および金型形状が糸の経路のずれや欠陥発生の可能性に顕著な影響を与えることが示された。
• 本研究では、複合材料の事前成形の数値モデル検証のベンチマークとして、この実験セットアップの実現可能性が確認された。