[发明专利]设计辅助装置、设计辅助方法及程序

说明书

[课题]提出能够根据使用纤维增强复合材料的产品的三维形状模型对变形加工前的材料形状进行高精度预测的设计辅助装置、设计辅助方法及程序。[解决方法]一种对使用纤维材料的产品的设计进行辅助的设计辅助装置，其特征在于，具备预测产品的变形加工前的形状来制成预测形状模型的处理器，处理器制成产品的三维形状模型，将三维形状模型分离为2层以上的纤维层而制成曲面形状模型，设定曲面形状模型之间的对应关系，在曲面形状模型内生成定向向量场，基于曲面形状模型之间的对应关系及曲面形状模型内的定向向量场将曲面形状模型在平面内展开，由此预测产品变形加工前的形状，并基于预测出的形状来制成预测形状模型。

技术领域

本发明涉及设计辅助装置、设计辅助方法及程序，尤其优选应用于对有厚度的纤维材料的设计进行辅助的设计辅助装置、设计辅助方法及程序。

背景技术

近年来，不断进行纤维增强复合材料的开发。纤维增强复合材料是将纤维与支撑材料组合制造而成的复合材料，相较于单一材料，具有轻型且高强度的优越的材料特性。纤维增强复合材料中存在例如CMC(陶瓷基复合材料)及FRP(纤维增强塑料)等。这些CMC及FRP被用于飞机用部件，能够实现强度及燃油消耗费的提高。

使用纤维增强复合材料的产品的制造过程是，首先使用三维CAD(计算机辅助设计)软件等设计辅助工具，来制成最终成品即产品的三维形状模型。然后基于制成的三维形状模型，预测变形加工前的材料形状并制造纤维材料，从而对纤维材料实际进行变形加工来制造产品。

另外，使用纤维增强复合材料的产品存在制造成本高的缺点。因此，为了实现使用纤维增强复合材料的产品更进一步的普及，需要对设计技术及制造技术这两方面进行改善。这里并不谈及制造技术，而对设计技术进行说明。尤其是对使用以下纤维增强复合材料的产品的设计技术进行说明，该纤维增强复合材料是将编入经纱和纬纱而形成的纤维层进行多层层叠而构成的有厚度的纤维强化复合材料。

专利文献1公开了一种技术，即，使用用于纺织物的CAD，容易且准确地根据纺织物的组织图来预测织好后的纺织物的表面形状。具体来说，公开了如下技术：在织造纺织物时，对经线与纬线交叉的组织点受到的力、与因受到的力而导致组织点移动的方向及距离进行预测，使组织点仅以预测出的方向及距离移动，将完成后的纺织物的表面构造显示在画面上。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-292976号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1所述的技术是根据平面的组织图仅对织好后也是平面的纺织物的形状进行预测，而无法对将纤维层多层层叠而构成的有厚度的纺织物的形状变化进行预测。另外，其是根据织好前的组织图(变形加工前的材料形状)来预测织好后(最终成品即产品的形状)的技术，无法根据产品形状来预测材料形状。

即，在专利文献1所述的技术中，无法根据使用纤维增强复合材料的产品的三维形状模型来预测变形加工前的材料形状。尤其是由于使用纤维增强复合材料的产品是如上所述般将纤维层多层层叠而构成的，因此在具有有厚度的复杂形状，且具有强度取决于纤维方向这样的各相异性这一点上，与通常的纺织物十分不同。

因此，一般来说，难以根据使用纤维增强复合材料的产品来预测变形加工前的材料形状及变形加工前的纤维方向。现状是，对于根据产品的三维形状模型来预测变形加工前的材料形状，不得不依赖于熟练人员的技能或经验技术，在这种情况下，在实际产品与三维形状模型之间存在在形状或者强度上产生偏差的问题。

由于本发明是考虑到以上方面而作出的，因此提出了能够根据使用纤维增强复合材料的产品的三维形状模型来高精度地预测变形加工前的材料形状的设计辅助装置、设计辅助方法及程序。

用于解决课题的手段