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公開番号2025161690
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024106023
出願日2024-07-01
発明の名称せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法
出願人浙江大学,ZHEJIANG UNIVERSITY
代理人個人
主分類G06F 30/10 20200101AFI20251017BHJP(計算;計数)
要約【課題】せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法を提供する。
【解決手段】本発明では、複合サンドイッチ構造の設計要件に基づいて、第1のサンドイッチ層のセルの配置パターンを決定し、第1のサンドイッチ層のN-1型セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、次に、面間嵌合セルの構造制約と、第1のサンドイッチ層のN-1型セルの幾何学的形状特徴モデルとに基づいて、第2のサンドイッチ層のN_S-1型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、最後に、面間嵌合セルの位置制約に基づいて、セルの配置位置決め点を計算し、せん断性能が向上された複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計案を生成し、セル嵌合により複合サンドイッチ構造のせん断性能の向上を実現するステップとを含む。本発明は、従来の多面体複合サンドイッチ構造がせん断荷重を受けたとき、せん断抵抗が不十分で構造が不安定になってしまうという問題を解決し、多面体複合サンドイッチ構造の嵌合の設計案を得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法であって、
（１）複合サンドイッチ構造の設計要件に基づいて、第１のサンドイッチ層のセルの配置パターンを決定し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の円形包絡面の半径Ｒを計算し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、
（２）面間嵌合セルの構造制約と、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデルとに基づいて、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、
（３）第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデル、面間嵌合セルの位置制約に基づいて、セルの配置位置決め点を計算し、せん断性能が向上された複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計案を生成するステップと
を含む、ことを特徴とする、せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
前記複合サンドイッチ構造の設計要件は、具体的には、複合サンドイッチ構造のパネルの長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとし、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの矩形パネルの長辺方向における配置個数をｎ、短辺方向における配置個数をｍとし、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の正多角形の辺数をＮ、
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20
170
ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項３】
前記第１のサンドイッチ層のセルの配置パターンは、具体的には、高密度整列配置パターンと高空隙率千鳥配置パターンであり、
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76
170
である、ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項４】
前記第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の円形包絡面の半径Ｒの計算式は、
高密度整列配置パターンの場合に、
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56
170
であり、
高空隙率千鳥配置パターンの場合に、
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2025161690000028.jpg
88
170
であり、
式中、ａとｂはそれぞれ、複合サンドイッチ構造のパネルの長辺の長さと短辺の長さであり、Ｎは、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の正多角形の辺数であり、ｎとｍはそれぞれ、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの矩形パネルの長辺方向における配置個数と短辺方向における配置個数である、ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項５】
前記第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデルは、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の正Ｎ角形の辺長をL
N
、側面の二等辺三角形の高さをH
f
N
、三次元構造の高さをH
h
N
、三次元折り曲げ角度をα、稜辺角度をβとする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
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85
170
【請求項６】
前記面間嵌合セルの構造制約は、具体的には、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルと第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの三次元折り曲げ角度が等しく、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルと第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの三次元構造の高さが等しい、ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項７】
前記面間嵌合セルの位置制約は、具体的には、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの位置決め点と第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの位置決め点との横方向距離がΔｘ＝０であり、
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48
170
ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項８】
前記第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデルは、具体的には、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の正多角形の辺数Ｎに基づいて、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの底面の正多角形の辺数Ｎ
Ｓ
（Ｎ
Ｓ
≧Nを満たす）を選択し、複合サンドイッチ構造の面間嵌合セルの構造制約に基づいて、
第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの底面の円形包絡面の半径R
s
、底面の正N
s
角形の辺長L
s
N
、側面の二等辺三角形の高さH
sf
N
、稜辺角度β
s
を計算する、ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
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88
170
【請求項９】
セルの配置位置決め点を計算することは、具体的には、
９．１）第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底辺を第１のサンドイッチ層の底板の長辺と重ね合わせ、第１のサンドイッチ層の底板の左下隅の位置決め点を座標原点とし、第１のサンドイッチ層の底板の長辺をx軸、第１のサンドイッチ層の底板の長辺に垂直な辺をｙ軸、Ｎ－１型セルの三次元構造の高さに平行な方向をｚ軸とし、
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46
170
（式中、ｉは該セルの第１のサンドイッチ層における配置行番号を表し、ｊは該セルの第１のサンドイッチ層における配置列番号を表す。）
であり、
９．３）面間嵌合セルの位置制約に基づいて、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの位置決め点の
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33
170
（式中、ｉは該セルの第２のサンドイッチ層における配置行番号を表し、ｊは該セルの第２のサンドイッチ層における配置列番号を表す。）
である、ことを特徴とする、請求項１に記載のせん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法。
【請求項１０】
せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計装置であって、
入力モジュールと、計算モジュールと、出力モジュールとを備え、
前記入力モジュールは、ユーザーが入力する複合サンドイッチ構造の設計要件情報を入力し、設計要件情報を計算モジュールに送信するために使用され、
前記計算モジュールは、設計要件情報を受信し、面間嵌合の制約、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、及びセルの配置位置決め点を計算し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、及びセルの配置位置決め点を出力モジュールに送信するために使用され、
前記出力モジュールは、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、及びセルの配置位置決め点を受信し、せん断性能が向上された複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計案を出力するために使用される、ことを特徴とする、せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合サンドイッチ構造の設計方法に関し、特に、せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
複合サンドイッチ構造は、上下のパネル、中間のサンドイッチ構造、及びパネルとサンドイッチ構造との間の接着材層から構成されるサンドイッチ構造である。天然素材と折り紙芸術からインスピレーションを得た複合サンドイッチ構造は、優れた比剛性と比強度を有するので、輸送分野で広く使用されており、エネルギー吸収能力に優れているので、保護構造にも使用されている。また、サンドイッチ構造は、内部に多くの隙間があるので、ある程度の防振・騒音低減の能力も備える。したがって、サンドイッチ構造は、タンクローリーのタンク、電気自動車のシャーシ、建物の壁、高速鉄道車両の車体の上部カバーなど、科学及び工学分野で広く使用されている。
【０００３】
しかし、複合サンドイッチ構造は、せん断荷重を受けた後、その力学的特性が構造の安定性や安全性に直接悪影響を及ぼしてしまう。ほとんどの複合サンドイッチ構造のせん断強度が主にコア構造の強度に依存するが、従来の多面体サンドイッチ構造がせん断荷重を受けた場合、コアとパネルとの間の接着剤のみによって受けるため、多面体サンドイッチ構造のせん断抵抗力が大幅に低減される。現在、Ｎ－１型多面体複合サンドイッチ構造の設計のほとんどは、せん断強度が低い単層サンドイッチ構造であり、複合サンドイッチ構造のセルのせん断性能を向上させる設計方法が欠けている。
【０００４】
また、特許文献１に記載のトラスコアを用いた加圧マガジンは、平面状のシート部材と、前記シート部材の片面の全体にわたって、当該片面から立ち上がって設けられた複数の三角錐形状の突起とから成り、前記三角錐形状の突起の内部は中空に形成されるトラスコアを２枚、それぞれ突起が設けられた面を対向させ、且つ一方のトラスコアの突起の頂点と他方のトラスコアの突起の頂点とがオフセットとなるように重ね合わせて成るトラスコア組立体と、前記トラスコア組立体の両面にそれぞれ対接して配置された複数の平板形状の押え板部材と、を備えることが開示された。しかし、サンドイッチ構造の設計方法について記載されいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開ＪＰ２０１１２４５８１５Ａ号公報
【発明の概要】
【０００６】
従来の複合サンドイッチ構造の設計には多面体複合サンドイッチ構造のセルのせん断性能を向上させる設計方法が欠けているという問題を解決するために、本発明は、せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法を提供する。本発明は、複合サンドイッチ構造の設計要件に基づいて、複合サンドイッチ構造のパネルのサイズ及び第１のサンドイッチ層のセルの配置パターンを決定し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの設計制約を取得し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの設計制約及び嵌合セルの構造制約に基づいて、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデルを計算し、嵌合セルの位置制約に基づいて、複合サンドイッチ構造のセルの配置位置決め点を計算し、せん断性能が向上された複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計案を構築する。
【０００７】
本発明の技術的手段は次のとおりである。
【０００８】
一、せん断性能を向上させるための複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計方法は、
（１）複合サンドイッチ構造の設計要件に基づいて、第１のサンドイッチ層のセルの配置パターンを決定し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の円形包絡面の半径Ｒを計算し、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、
（２）面間嵌合セルの構造制約と、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデルとに基づいて、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデルを構築するステップと、
（３）第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの幾何学的形状特徴モデル、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの幾何学的形状特徴モデル、面間嵌合セルの位置制約に基づいて、セルの配置位置決め点を計算し、せん断性能が向上された複合サンドイッチ構造のセル嵌合の設計案を生成するステップとを含む。
【０００９】
複合サンドイッチ構造の設計要件は、具体的には、複合サンドイッチ構造のパネルの長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとし、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの矩形パネルの長辺方向における配置個数をｎ、短辺方向における配置個数をｍとし、第１のサンドイッチ層のＮ－１型セルの底面の正多角形の辺数をＮ、第１のサンドイッチ層の相対密度をρ
-
、第２のサンドイッチ層のＮ
Ｓ
－１型嵌合セルの底面の正多角形の辺数をＮ
Ｓ
（Ｎ
Ｓ
≧Ｎ）とする。
【００１０】
第１のサンドイッチ層のセルの配置パターンは、具体的には、高密度整列配置パターンと高空隙率千鳥配置パターンであり、
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55
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具体的な計算式は、
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16
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である。
（【００１１】以降は省略されています）

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