特許ウォッチ

公開番号2025165884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025064368
出願日2025-04-09
発明の名称閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法
出願人ザ・ボーイング・カンパニー,The Boeing Company
代理人園田・小林弁理士法人
主分類G06F 30/20 20200101AFI20251028BHJP(計算;計数)
要約【課題】閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法を提供する。
【解決手段】方法は、設計データファイルリポジトリから、通信ネットワークとネットワークインターフェースを介して、コンピューティングデバイスに、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計のための設計データファイルを受信すること102、一体型複合材構造の3次元モデルを構築するために、コンピューティングデバイスで、設計データファイルを処理すること104、トウレイアップ設計の弾性率特性を評価するために、少なくとも1つのコンピューティングデバイスで、3次元モデルを解析すること106及び3次元モデルの解析に基づいて、コンピューティングデバイスで、一体型複合材構造のトウレイアップ設計の弾性率特性を反映した弾性率結果データを生成すること108を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
閉じた端部形状（３０２）を有する一体型複合材構造（３００）のトウレイアップ設計（２００）を解析するための方法（１００）であって、
設計データファイルリポジトリ（４０４）から、通信ネットワーク（４０６）とネットワークインターフェース（４０８）を介して、少なくとも１つのコンピューティングデバイス（４１０）に、前記閉じた端部形状（３０２）を有する前記一体型複合材構造（３００）の前記トウレイアップ設計（２００）のための設計データファイル（４０２）を受信すること（１０２）、
前記一体型複合材構造（３００）の３次元モデル（４１４、３２００、３００、３４００）を構築するために、前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（４１０）で、前記設計データファイル（４０２）を処理すること（１０４）、
前記トウレイアップ設計（２００）の弾性率特性（４１８）を評価するために、前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（４１０）で、前記３次元モデル（４１４、３２００、３３００、３４００）を解析すること（１０６）、及び
前記３次元モデル（４１４、３２００、３３００、３４００）の前記解析（１０６）に基づいて、前記少なくとも１つのコンピューティングデバイス（４１０）で、前記一体型複合材構造（３００）の前記トウレイアップ設計（２００）の前記弾性率特性（４１８）を反映した弾性率結果データ（４２０）を生成すること（１０８）を含む、方法。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記設計データファイル（４０２）に基づいて、前記弾性率結果データ（４２０）についての良好さの第１の尺度を決定すること（２３０２）、
第２の設計データファイルに基づいて、第２の弾性率結果データを生成するために、前記一体型複合材構造（３００）の第２のトウレイアップ設計と前記第２の設計データファイルとについて、前記受信すること（１０２）、前記処理すること（１０４）、前記解析すること（１０６）、及び前記生成すること（１０８）を繰り返すこと（２３０４）、
前記第２の設計データファイルに基づいて、前記第２の弾性率結果データについての良好さの第２の尺度を決定すること（２３０６）、
前記良好さの第２の尺度を前記良好さの第１の尺度と比較すること（２３０８）、及び
前記比較すること（２３０８）に基づいて、前記トウレイアップ設計（２００）と前記第２のトウレイアップ設計とから、前記一体型複合材構造（３００）の最適化されたトウレイアップ設計を選択すること（２３１０）を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記良好さの第１の尺度と前記良好さの第２の尺度は、前記３次元モデル（４１４、３２００、３３００、３４００）又はその一部分にわたる等方性の尺度、前記３次元モデル（４１４、３２００、３３００、３４００）又はその一部分にわたる積層特性のばらつきの尺度、及び前記３次元モデル（４１４、３２００、３３００、３４００）又はその一部分にわたる選択特性の弾性率の尺度、のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記一体型複合材構造（３００）は、
細長い中空体（３０４）、
前記閉じた端部形状（３０２）、及び
前記細長い中空体（３０４）と前記閉じた端部形状（３０２）と間の移行領域（３０６）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トウレイアップ設計（２００）は、
前記細長い中空体（３０４）のトウレイアップ用の細長体プライの複数のセットを規定する前記設計データファイル（４０２）内の第１の設計データセクション（２０４）を含む細長体レイアップ設計（２０２）、
前記閉じた端部形状（３０２）のトウレイアップ用の端部プライの２つ以上のセットを規定する前記設計データファイル（４０２）内の第２の設計データセクション（２０８）を含む閉じた端部レイアップ設計（２０６）、及び
前記細長体プライと前記端部プライの一体化を規定する前記設計データファイル（４０２）内の第３の設計データセクション（２１２）を含む移行レイアップ設計（２１０）を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記閉じた端部形状（３０２）は、ドーム、半球ドーム、楕円ドーム、半楕円ヘッド、トリ球ヘッド、及びディッシュヘッド、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記細長い中空体（３０４）は、円筒、パイプ、チューブ、円筒体、楕円体、及び曲線を有する体、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記一体型複合材構造（３００）は、細長い中空体（３０４）、前記閉じた端部形状（３０２）、及び前記細長い中空体（３０４）と前記閉じた端部形状（３０２）との間の移行領域（３０６）を含み、前記細長い中空体（３０４）は、ｘ軸（３０８）に沿って長手方向に延在し、円周が、ｙ方向（３１０）を規定し、前記設計データファイル（４０２）は、
前記細長い中空体（３０４）のトウレイアップ用の細長体プライの複数のセットを規定する第１の設計データセクション（２０４）、
前記閉じた端部形状（３０２）のトウレイアップ用の端部プライの２つ以上のセットを規定する第２の設計データセクション（２０８）、及び
前記移行領域（３０６）における前記細長体プライと前記端部プライとの一体化を規定する第３の設計データセクション（２１２）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の設計データセクション（２０４）は、
前記細長体プライのトウレイアップに使用されるマンドレル（３１４）の細長体表面（３１２）のための幾何学的寸法（５０２）のセットであって、前記細長体表面（３１２）は、前記一体型複合材構造（３００）の前記細長い中空体（３０４）に関連付けられている、幾何学的寸法（５０２）のセット、
前記細長体プライのゼロ度繊維角度（３１６）を規定するための、前記細長体表面（３１２）上の細長体極の基準軸（５０４）の位置、及び
前記細長体極の基準軸（５０４）に関連する細長体プライの各セットの細長体繊維角度（５０６）を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記細長体プライの各セットの細長体繊維角度（５０６）は、０度、４５度、－４５度における細長体プライの相対的な分布に基づく、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
[0001] 本開示は、広くは、トウレイアップ設計を解析するための技法に関し、特に、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の設計を解析するための技法に関する。様々な技法は、トウレイアップ設計に基づく一体型複合材構造の３次元モデルの解析を含む。一体型複合材構造はまた、細長い中空体も含み得る。例えば、閉じた端部形状は、ドームを含み得る。閉じた端部の他の形状も、考えられる。細長い中空体は、円筒を含み得る。細長い中空体の他の形状も、考えられる。細長い中空体と閉じた端部形状は、移行領域で接合されている。
続きを表示（約 4,600 文字）【背景技術】
【０００２】
[0002] 円筒と一体化したドームとを含む複合材構造の現在の設計は、順次終端するスカーフを使用する。このスカーフは、ドーム繊維の配置を制限する。これにより、弾性率のばらつきが大きく、「ソフトスポット」（すなわち、低弾性率（low Ex））がもたらされる。
【０００３】
[0003] したがって、当業者は、ドームを有する一体型複合材構造の設計を解析するための技法を改善する研究開発の努力を継続している。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の複数の実施例が開示される。以下の記載は、本開示による発明の主題の非包括的なリストであり、特許請求されることもされないこともある。
【０００５】
[0005] 一実施例では、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための開示される方法が、（１）設計データファイルリポジトリから、通信ネットワークとネットワークインターフェースを介して、少なくとも１つのコンピューティングデバイスに、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計のための設計データファイルを受信すること、（２）一体型複合材構造の３次元モデルを構築するために、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、設計データファイルを処理すること、（３）トウレイアップ設計の弾性率特性（modulus characteristics）を評価するために、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、３次元モデルを解析すること、及び（４）３次元モデルの解析に基づいて、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、一体型複合材構造のトウレイアップ設計の弾性率特性を反映した弾性率結果データを生成することを含む。
【０００６】
[0006] 別の一実施例では、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための別の開示される方法が、（１）設計データファイルリポジトリから、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計のための設計データファイルを選択すること、（２）一体型複合材構造の３次元モデルを構築すること、（３）トウレイアップ設計の弾性率特性を評価するために、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、３次元モデルを解析すること、及び（４）３次元モデルの解析に基づいて、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、一体型複合材構造のトウレイアップ設計の弾性率特性を反映した弾性率結果データを生成することを含む。
【０００７】
[0007] 更に別の一実施例では、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための更に別の開示される方法が、（１）設計データファイルリポジトリから、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計のための設計データファイルを選択すること、（２）一体型複合材構造の３次元モデルを構築するために、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、設計データファイルを処理すること、（３）トウレイアップ設計の弾性率特性を評価するために、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、３次元モデルを解析すること、（４）３次元モデルの解析に基づいて、少なくとも１つのコンピューティングデバイスで、一体型複合材構造のトウレイアップ設計の弾性率特性を反映した弾性率結果データを生成すること、及び（５）（ｉ）弾性率結果データを、少なくとも１つのコンピューティングデバイスがアクセス可能なデータストレージデバイスに記憶すること、（ｉｉ）弾性率結果データを、少なくとも１つのコンピューティングデバイスがアクセス可能な印刷デバイスで印刷すること、（ｉｉｉ）弾性率結果データを、少なくとも１つのコンピューティングデバイスがアクセス可能なディスプレイデバイスで表示すること、及び（ｉｖ）弾性率結果データが利用可能であることの通知と、弾性率結果データにアクセスするための指示と、を提供するメッセージを、少なくとも１つのコンピューティングデバイスに関連付けられたオペレータに送信すること、のうちの少なくとも１つを実行することを含む。
【０００８】
[0008] 閉じた端部形状を有する一体型複合材のトウレイアップ設計を解析するための開示される方法の他の複数の実施例は、以下の詳細な説明、添付の図面、及び付随する特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の一実施例のフロー図である。
[0010] トウレイアップ設計の一実施例の機能ブロック図である。
[0011] 一体型複合材構造の一実施例の斜視図である。
[0012] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するためのシステムの一実施例の機能ブロック図である。
[0013] 一体型複合材構造の設計データファイルの一実施例の機能ブロック図である。
[0014] 図１の方法における設計データファイルの処理の一実施例のフロー図である。
[0015] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの一実施例の側面図である。
[0016] 図１の方法における３次元モデルの解析の一実施例のフロー図である。
[0017] 図８の細長い中空部分の解析の一実施例のフロー図である。
[0018] 図８の閉じた端部部分の解析の一実施例のフロー図である。
[0019] 図８の移行部分の解析の一実施例のフロー図である。
[0020] 図１の方法における弾性率結果データの生成の一実施例のフロー図である。
[0021] 図１２の細長い中空部分の弾性率結果データの生成の一実施例のフロー図である。
[0022] 図１２の閉じた端部部分の弾性率結果データの生成の一実施例のフロー図である。
[0023] 図１２の移行部分の弾性率結果データの生成の一実施例のフロー図である。
[0024] 図１と組み合わせた、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の別の一実施例のフロー図である。
[0025] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の更に別の一実施例のフロー図である。
[0026] 図１７の方法における３次元モデルの構築の一実施例のフロー図である。
[0027] 図１７の方法における３次元モデルの解析の一実施例のフロー図である。
[0028] 図１７の方法における弾性率結果データの生成の一実施例のフロー図である。
[0029] 図１７と組み合わせた、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の更に別の一実施例のフロー図である。
[0030] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の更にまた別の一実施例のフロー図である。
[0031] 図１と組み合わせた、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の更にまた別の一実施例のフロー図である。
[0032] 図１７と組み合わせた、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の別の一実施例のフロー図である。
[0033] 図２２と組み合わせた、閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の更に別の一実施例のフロー図である。
[0034] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの一実施例の斜視図である。
閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの一実施例の端面図である。
[0035] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの別の一実施例の斜視図である。
[0036] ３次元モデルの側方端部スライス、側方移行領域スライス、及び側方細長体スライスの複数の実施例を示す、３次元モデルの更に別の一実施例の斜視図である。
[0037] ３次元モデルの閉じた端部部分と移行部分とのヒートマップの一実施例である。
[0038] ３次元モデルの側方端部スライスのグラフの一実施例である。
[0039] 図３０Ａの側方端部スライスのヒートマップの一実施例である。
[0040] ３次元モデルの移行部分のヒートマップの一実施例である。
[0041] ３次元モデルの側方移行領域スライスのグラフの一実施例である。
[0042] ３次元モデルの移行部分のグラフの幾つかの実施例を提供する。
[0043] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの別の一実施例の斜視図である。
[0044] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルの更に別の一実施例の斜視図である。
[0045] 閉じた端部形状を有する一体型複合材構造の３次元モデルのまた別の一実施例の斜視図である。
[0046] 本明細書で開示される閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の実施例のうちの１以上を実装する、航空機製造及び保守方法のブロック図である。
[0047] 本明細書で開示される閉じた端部形状を有する一体型複合材構造のトウレイアップ設計を解析するための方法の実施例のうちの１以上に基づいて設計及び構築された構成要素を組み込んだ航空機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0048] 本明細書で開示される閉じた端部形状３０２を有する一体型複合材構造３００のトウレイアップ設計２００を解析するための方法１００、１６００、１７００、２１００、２２００、２３００、２４００、２５００の様々な実施例が、繊維分布及び整列のために最適化されたアプローチの使用を可能にする。このアプローチの目的は、準等方性積層体の特性について許容された範囲内にある弾性率を得ることである。もう１つの目的は、領域にわたる弾性率のばらつきを抑えることである。このアプローチはまた、複合材構成要素の一体化について、より低いばらつきとより高い所望の弾性率を可能にする。弾性率を最適化することで、軽量化や設計最適化手法が可能になり、製品のコストを節約し、価値を高める（より高いペイロード）ことが期待できる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許