Innovative manufacturing of advanced composites using electrodeposition resin molding and vibration optimization

使用电沉积树脂成型和振动优化创新制造先进复合材料

基本信息

批准号：
20H02094
负责人：
本田真也
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに複合材平板に対する曲線状繊維束の隙間（Gap）や重なり（Lap）を考慮した板厚の推定手法，振動減衰性能の推定方法の開発を行い，減衰性能を最大化する目的で最適化問題に取り組んだ．得られた最適設計案を基に供試体および他の繊維形状を有する供試体を作製し，実験モード解析により，その減衰性能を計測したところ，得られた最適設計案が最も高い減衰性能を示し，板厚推定手法を含めた最適化手法の妥当性が確認できた．本年度は，これら一連の確定した手法を，一般的な機械構造で多く利用されている殻(シェル)構造へ拡張した．昨年度までの手法では曲面の等高線を水平面に射影することで，任意の曲線群を表現していた．本年度はその曲線群を有限要素法で利用される形状関数を用いた座標変換により要素ごとの直線繊維を，最適に設計したいシェル要素内に変換した．球，円筒，馬鞍殻状のシェル構造へ本手法を適用し，いずれの場合にも曲線繊維が有効であることを示した．また，電着樹脂含浸法で作製した複合材の板厚方向の電気特性の計測を行った．繊維が電気化学的に被覆されている状態のCFRPでは，絶縁性が高いと期待していたが，実際に計測した結果，電着樹脂含浸法で作製した試験片においても他の手法で作製した試験片と同様の導電性が確認された．一方，天然由来の材料であるセルロースナノファイバーや紙などを層間に挿入することで，絶縁され，平板キャパシタとして利用できる可能性が示された．

到去年，我们开发了一种估计板厚度的方法和一种估计振动阻尼性能的方法，该方法考虑了复合材料平板弯曲纤维束之间的间隙和重叠，并且我们还开发了最大化阻尼性能的最佳方法。我曾研究过以下问题根据得到的优化设计方案，制作了试件和其他纤维形状的试件，并通过实验模态分析测量了其阻尼性能，结果表明，得到的优化设计方案具有最高的阻尼性能，说明了优化的有效性。确定了包括板厚估算方法在内的方法。今年，我们将这些已建立的方法扩展到壳结构，这些结构经常用于一般机械结构。直到去年才使用的方法是通过将曲面的轮廓线投影到水平面上来表达任意曲线组。今年，我们使用有限元方法中使用的形状函数，通过曲线组的坐标变换，将每个单元的线性纤维转换为我们想要优化设计的壳单元。我们将该方法应用于球形、圆柱形和马鞍形壳结构，并表明弯曲纤维在所有情况下都是有效的。此外，我们还测量了采用电沉积树脂浸渍法制造的复合材料在厚度方向上的电性能。我们预计纤维经过电化学涂覆的CFRP将具有高绝缘性能，但实际测量的结果是，我们发现即使使用电沉积树脂浸渍方法制成的测试样品也具有与其他方法相同的导电率。测试件得到确认。另一方面，已经表明，通过在层之间插入纤维素纳米纤维和纸等天然材料，可以将其绝缘并用作平板电容器。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

電着樹脂含浸法による炭素繊維複合材料の作製と力学特性評価

电沉积树脂浸渍法制备碳纤维复合材料及力学性能评价

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakurai Hironobu;Fujiwara Tatsuki;Ohuchi Katsuhiro;Hijikata Wataru;Inoue Yusuke;Seki Haruna;Tahara Tomoki;Yokota Sachie;Ogata Asato;Mizuno Tomohiro;Arai Hirokuni;橋本直暉，本田真也，片桐一彰，佐々木克彦，武田量
通讯作者：
橋本直暉，本田真也，片桐一彰，佐々木克彦，武田量

電着樹脂含浸法により作製した複合材の減衰推定と曲線状繊維配向最適化

电沉积树脂浸渍法复合材料的衰减估算和弯曲纤维取向优化