強度解析方法
【課題】少なくとも片側の被着体の接合部位がテーパ状である部材どうしの接合部位を有する強度解析対象について、強度評価の精度を維持しつつ、簡便かつ低コストで強度評価を行うことのできる強度解析方法を提供することを目的とする。
【解決手段】凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３を、複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割する。ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分するのが好ましい。
パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１とされ、他面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３とされる。
【解決手段】凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３を、複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割する。ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分するのが好ましい。
パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１とされ、他面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３とされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、船舶、車両等を構成するのに用いられる繊維強化樹脂からなる部材の補修部位を対象とした強度解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素繊維等を強化材として用いた繊維強化樹脂により様々な部材が形成されている。このような繊維強化樹脂からなる部材は、その製造過程や使用中に、傷が生じることがある。また、製造過程においては、材料中に異物が混入することがある。
傷や異物が存在すると、強度低下が生じることがあるため、これらを補修する必要がある。
【０００３】
このための補修方法として、図１に示すように、部材１に凹部２を形成し、部材１に用いられている強化繊維と同材料からなるプラグ３を用いて補修を行う手法を本出願人は既に提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、このようにして補修を行う部位について、その強度を評価する場合、一つには、実際に強度試験を行うことが考えられる。しかし、当然のことながら、実際に用いる航空機、船舶、車両等を対象に強度試験を行って補修部位を破壊したのでは多大なコスト・時間を要するため、補修部位をコンピュータ解析により強度評価を行うことが検討されている。
【０００５】
コンピュータ解析による強度評価には、FEM（Finite Element Method,有限要素法）解析が広く用いられている。
FEM解析においては、評価対象物を、グリッド状に複数のパッチに区分し、ここのパッチをモデル化して解析を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１７３３２２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような部材１に形成した凹部２およびプラグ３は、テーパ状の接合面を有しており、３次元的な複雑な形状を有している。したがって、FEM解析法によって強度評価に行うには、まず、図６に示すように、部材１とプラグ３のそれぞれを、表面だけでなく厚さ方向にもグリッド状に複数のパッチＡに区分していた（図６は部材１のパッチ区分例を示している。）。そして、それぞれのパッチＡについて立体モデル（ソリッド要素）を作成し、ここの立体モデルについて解析を行っていた。
したがって、凹部２およびプラグ３は、平面二方向に加えて厚さ方向にも複数のパッチＡに区分されるため、パッチＡの数が膨大なものとなる。すると、コンピュータ装置における演算量が増大し、演算に要する工数も増大してしまい、結果的に高コスト化につながる。
これに対し、一つずつのパッチＡを大きくしてパッチＡの数を減らせばこの問題は解決するが、それでは強度評価の精度が低下することになる。
【０００８】
また、２つの被着材を接着材で接着した接着継手構造を有限要素法により解析する手法も提案されている（例えば特許文献２参照。）。しかし、この手法は、一定の板厚を有した被着材どうしを接着したものを対象としており、テーパ状の接合面を有する場合については何ら開示がなされていない。したがって、テーパ状の接合面を有する場合にこの手法を適用するのは困難である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、テーパ面どうしの接合部位を有する強度解析対象について、強度評価の精度を維持しつつ、簡便かつ低コストで強度評価を行うことのできる強度解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的のもとになされた本発明の強度解析方法は、第一の板状部と第一の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第一のテーパ部とを有した第一の部材と、第二の板状部と第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、第一のテーパ部と第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、生成された解析モデルをコンピュータ装置により強度解析する工程と、を備える。そして、解析モデルを生成する工程では、第一の板状部に相当する領域を第一のシェル要素として設定するとともに、第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定する。さらに、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、第一のテーパ部における第一の部材の厚さと第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定する。
このように、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、第一のテーパ部における第一の部材の厚さと第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分することで、テーパ形状に応じた精度の高い解析を行うことができる。そして、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定して、強度解析を行う。これにより、平面モデルであるシェル要素を用いることで、解析モデル全体を、立体モデルであるソリッド要素として解析を行う場合に比較すると、コンピュータ装置における演算の負荷を大幅に軽減することができる。
また、板厚が一定な第一の板状部および第二の板状部についてはこれらを第一のシェル要素、第二のシェル要素とすることで、これによっても演算の負荷を大幅に軽減することができる。
【００１０】
ここで、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域は、どのように区分しても良いが、その厚さに応じて区分するという観点からして、第一のテーパ部、第二のテーパ部において第一の部材、第二の部材のそれぞれにおいて第一の部材、第二の部材を構成する繊維強化シートの積層数が異なる毎に区分するのが好ましい。
【００１１】
また、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域の区分のそれぞれにおいて、接着材に相当するソリッド要素に対し、第一の部材に相当する第三のシェル要素、および第二の部材に相当する第四のシェル要素を、第一のテーパ部および第二のテーパ部のテーパ形状に基づいてオフセットして配置することもできる。
【００１２】
本発明は、第一の板状部を有した第一の部材と、第二の板状部と第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、第一の板状部と第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、生成された解析モデルをコンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、解析モデルを生成する工程では、第一の板状部において第二のテーパ部に接着される部分以外の領域を第一のシェル要素として設定するとともに、第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、第一の板状部において第二のテーパ部に接着される部分と第二のテーパ部に相当する領域を、第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法とすることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも一方がテーパ部を有した第一の部材と第二の部材とが接着材により接着された領域を、テーパ部の厚さに基づいて複数段階に区分し、適切な要素でモデル化することで、テーパ形状に応じた精度の高い解析を行うとともに、コンピュータ装置における演算の負荷を大幅に軽減することができる。したがって、テーパ面どうしの接合部位を有する強度解析対象について、強度評価の精度を維持しつつ、簡便かつ低コストで強度評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態における部材に形成した凹部にプラグを挿入することで補修した部位を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態における解析対象部位と、解析モデルの関係を示す図である。
【図３】解析モデルを示す斜視図である。
【図４】第二の実施形態における解析対象部位と、解析モデルの関係を示す図である。
【図５】第一の実施形態、第二の実施形態の応用例を示す図である。
【図６】従来の解析モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１に示すように、炭素繊維等の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなる部材（第一の部材、第一の板状部）１０に傷等の損傷、気泡の混入等の補修対象部位を補修するには、部材１０の表面１０ａから、補修対象部位を削り取り、凹部１１を形成する。この凹部１１は、部材１０の表面１０ａから凹部１１の内周面１１ａは、部材１０の表面１０ａに平行な底面１１ｂと、部材１０の表面１０ａから底面１１ｂに向けてその内径が漸次縮小する（第一のテーパ部）テーパ面１１ｃを有している。
【００１６】
この凹部１１にプラグ（第二の部材）２０が挿入される。このプラグ２０は、一面側が部材１０の表面１０ａに連続するよう形成されたフェイス面２０ａとされ、他面側が凹部１１の内周面１１ａの形状に合致する接着面２０ｂとされている。接着面２０ｂは、凹部１１の底面１１ｂに対向する平面部（第二の板状部）２０ｃと、テーパ面１１ｃに対向するテーパ面（第二のテーパ部）２０ｄとを有している。
このようなプラグ２０は、予め、部材１０に用いられているのと同種の強化繊維シートを複数層に積層し、積層した強化繊維シートに樹脂を含浸させたウェットタイプのものを用いても良いし、部材１０に用いられているのと同種の強化繊維シートを複数層に積層し、積層した強化繊維シートを加熱により密着させることで予め形成されたドライタイプのものを用いても良い。
【００１７】
このようなプラグ２０は凹部１１にセットされる。このとき、凹部１１の内周面とプラグ２０の外周面との間にフィルム状の接着材２００が配置され、この接着材２００により、凹部１１の内周面１１ａとプラグ２０の接着面２０ｂとが接着される。ここで、接着材２００には、フィルム状ではなく、通常のゲル状のものを用いることもできる。
【００１８】
このようにしてプラグ２０を用いて補修される部位について、強度解析を行うには、以下のようにする。
（解析モデルの生成）
まず、強度解析対象となる、部材１０に形成された凹部１１がプラグ２０によって埋められた部位と、その周囲の部材１０とについて、解析モデルＭ１を生成する。
これにはコンピュータ装置に対し、強度解析用のソフトウェアを用い、作業者が所定の入力設定作業を行うことで、コンピュータ装置の処理部内で解析モデルＭ１が生成され、これがモニタ等の表示部に出力される。
以下は、作業者の入力に基づく解析モデルＭ１の生成工程である。
【００１９】
まず、図２、図３に示すように、凹部１１の周囲において、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素（第一のシェル要素）Ｅ１とする。
【００２０】
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素（第二のシェル要素）Ｅ２として設定する。
【００２１】
凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄのそれぞれにおいて、凹部１１、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００２２】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第三のシェル要素）Ｅ３１とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第四のシェル要素）Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
ここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける部材１０、プラグ２０の厚さに合わせて設定される。
ソリッド要素Ｅ３３も、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける接着材２００の厚さに合わせて設定される。
なおここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、その厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面に合致させて配置するよう設定した。
【００２３】
このようにして、部材１０の凹部１１にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ１を生成することができる。
【００２４】
（解析モデルの解析）
しかる後には、コンピュータ装置に対し、作業者が、強度解析ソフトウェアの解析処理を実行する指令を入力する。
すると、コンピュータ装置は、強度解析ソフトウェアに基づいて実行されるＦＥＭ解析を行い、解析モデルＭ１の強度解析を行う。これには、例えば解析モデルＭ１におけるソリッド要素Ｅ３３の歪みが、予め設定した破断歪みに到達したら、実際の強度解析対象に接着材２００からなる接着層で破壊が生じるときの構造強度の推定値を算出する。破断歪みの値は、予め、実際の強度解析対象を用いて強度試験を実施し、その時の破断歪みの値に基づいて事前に設定することができる。
【００２５】
このようにすると、解析モデルＭ１全体をソリッドモデルでモデル化した場合に比較し、処理負荷が大幅に軽減され、ほぼ同等の解析精度を得つつも、シェル要素であるため、コンピュータ装置における演算の負荷が大幅に小さく、処理時間を軽減することができる。
また、処理時間の軽減により、部材１０について、凹部１１をプラグ２０で補修した部位だけでなく、部材１０の全体を解析することも可能となり、評価の信頼性が高まる。
【００２６】
［第二の実施形態］
次に、本発明に係る強度解析方法の第二の実施形態について説明する。
なお、以下に説明する第二の実施形態では、生成する解析モデルが異なるのみであり、解析対象である、プラグ２０によって補修された部材１０の構成や補修方法、強度解析の全体の流れ等は上記第一の実施形態に共通する。したがって、上記第一の実施形態に共通する構成についてはその説明を省略し、生成する解析モデルのみについて説明を行う。
【００２７】
図４に示すように、本実施形態で生成する解析モデルＭ２は、凹部１１の周囲において、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ１とする。
【００２８】
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００２９】
凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄのそれぞれにおいて、凹部１１、プラグ２０を構成する強化繊維シートの層数毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００３０】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１’とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２’とされ、これらシェル要素Ｅ３１’とシェル要素Ｅ３２’との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
【００３１】
なおここで、シェル要素Ｅ３１’、Ｅ３２は’、それぞれの厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面からオフセットして配置するよう設定した。より具体的には、シェル要素Ｅ３１’、Ｅ３２’において接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３に対向する側とは反対側３１ａ、３２ａが、シェル要素Ｅ１、Ｅ２の表面１ａ、２ａに連続するよう設定し、凹部１１およびプラグ２０の実際のテーパ形状に近くなるようにした。
【００３２】
このようにして、部材１０の凹部１１にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ２を生成することができる。
【００３３】
しかる後には、コンピュータ装置に対し、作業者が、強度解析ソフトウェアの解析処理を実行する指令を入力する。
すると、コンピュータ装置は、強度解析ソフトウェアに基づいて実行されるＦＥＭ解析を行い、解析モデルＭ２の強度解析を行い、例えば接着材２００の歪みが、予め設定した破断歪みに到達したら、実際の強度解析対象に接着材２００からなる接着層で破壊が生じるとして構造強度の推定値を算出する。設定する破断歪みの値は、予め、実際の強度解析対象を用いて強度試験を実施し、その時の破断歪みの値に基づいて事前に設定することができる。
【００３４】
このようにすると、解析モデル全体をソリッドモデルでモデル化した場合に比較し、処理負荷が大幅に軽減され、ほぼ同等の解析精度を得つつも、シェル要素であるため、コンピュータ装置における演算の負荷が大幅に小さく、処理時間を軽減することができる。
また、処理時間の軽減により、部材１０について、凹部１１をプラグ２０で補修した部位だけでなく、部材１０の全体を解析することも可能となり、評価の信頼性が高まる。
しかも、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２がオフセットし、実際の凹部１１およびプラグ２２の実際の形状に近くなっているので、より高精度な解析を行うことが可能となる。
【００３５】
ここで、上記第一、第二の実施形態では、第一の部材としての部材１０と第二の部材としてのプラグ２０の双方にテーパ面１１ｃ、２０ｄを備える構成としたが、本発明の強度解析方法は、第一の部材と第二の部材の一方にのみテーパ面が備えられている場合についても適用できる。以下、その具体例について説明する。
【００３６】
［第一の実施形態の変形例］
すなわち、図５（ａ）に示すように、部材１０と、プラグ２０とが、プラグ２０のテーパ面２０ｄの部分において接着材２００により接着されている場合、上記第一の実施形態と同様の流れで強度解析を行うことができる。
ここで、図５（ｂ）に示すように、解析モデルＭ３を生成する工程では、部材１０において、プラグ２０に接着される部分以外の領域で、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ１とする。
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００３７】
部材１０とプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、プラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、プラグ２０のテーパ面２０ｄにおいて、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００３８】
このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第三のシェル要素）Ｅ３１とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第四のシェル要素）Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
ここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける部材１０、プラグ２０の厚さに合わせて設定される。なお、部材１０の厚さは一定である。
ソリッド要素Ｅ３３も、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける接着材２００の厚さに合わせて設定される。
なおここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、その厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面に合致させて配置するよう設定した。
【００３９】
このようにして、部材１０にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ３を生成することができる。
【００４０】
［第二の実施形態の変形例］
図５（ａ）に示すように、部材１０と、プラグ２０とが、プラグ２０のテーパ面２０ｄの部分において接着材２００により接着されている場合には、上記第二の実施形態と同様の流れで強度解析を行うこともできる。
ここで、図５（ｃ）に示すように、解析モデルＭ４を生成する工程では、部材１０において、プラグ２０に接着される部分以外の領域で、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素（第一のシェル要素）Ｅ１とする。
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００４１】
部材１０とプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、プラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、プラグ２０のテーパ面２０ｄにおいて、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００４２】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１’とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２’とされ、これらシェル要素Ｅ３１’とシェル要素Ｅ３２’との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。なお、部材１０の厚さは一定である。
【００４３】
このようにして、部材１０にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ４を生成することができる。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、凹部１１およびプラグ２０が底面１１ｂ、平面部２０ｃを有する構成としたが、凹部１１の内周面１１ａ、プラグ２０の接着面２０ｂの全体がテーパ状であっても良い。
また、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に区分するに際して、その区分数はいかなるものとしても良い。
さらに、凹部１１およびプラグ２０に限らず、テーパ面を有した部材どうしの接合部分であれば、上記手法を同様に適用することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 部材（第一の部材、第一の板状部）
１０ａ 表面
１１ 凹部
１１ａ 内周面
１１ｂ 底面
１１ｃ テーパ面（第一のテーパ部）
２０ プラグ（第二の部材）
２０ａ フェイス面
２０ｂ 接着面
２０ｃ 平面部（第二の板状部）
２０ｄ テーパ面（第二のテーパ部）
２００ 接着材
Ａ１ 部分
Ａ２ 部分
Ａ３ 領域
Ａ３１、Ａ３２、… パッチ（区分）
Ｅ１ シェル要素（第一のシェル要素）
Ｅ２ シェル要素（第二のシェル要素）
Ｅ３１ シェル要素（第三のシェル要素）
Ｅ３２ シェル要素（第四のシェル要素）
Ｅ３３ ソリッド要素
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 解析モデル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、船舶、車両等を構成するのに用いられる繊維強化樹脂からなる部材の補修部位を対象とした強度解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素繊維等を強化材として用いた繊維強化樹脂により様々な部材が形成されている。このような繊維強化樹脂からなる部材は、その製造過程や使用中に、傷が生じることがある。また、製造過程においては、材料中に異物が混入することがある。
傷や異物が存在すると、強度低下が生じることがあるため、これらを補修する必要がある。
【０００３】
このための補修方法として、図１に示すように、部材１に凹部２を形成し、部材１に用いられている強化繊維と同材料からなるプラグ３を用いて補修を行う手法を本出願人は既に提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、このようにして補修を行う部位について、その強度を評価する場合、一つには、実際に強度試験を行うことが考えられる。しかし、当然のことながら、実際に用いる航空機、船舶、車両等を対象に強度試験を行って補修部位を破壊したのでは多大なコスト・時間を要するため、補修部位をコンピュータ解析により強度評価を行うことが検討されている。
【０００５】
コンピュータ解析による強度評価には、FEM（Finite Element Method,有限要素法）解析が広く用いられている。
FEM解析においては、評価対象物を、グリッド状に複数のパッチに区分し、ここのパッチをモデル化して解析を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１７３３２２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような部材１に形成した凹部２およびプラグ３は、テーパ状の接合面を有しており、３次元的な複雑な形状を有している。したがって、FEM解析法によって強度評価に行うには、まず、図６に示すように、部材１とプラグ３のそれぞれを、表面だけでなく厚さ方向にもグリッド状に複数のパッチＡに区分していた（図６は部材１のパッチ区分例を示している。）。そして、それぞれのパッチＡについて立体モデル（ソリッド要素）を作成し、ここの立体モデルについて解析を行っていた。
したがって、凹部２およびプラグ３は、平面二方向に加えて厚さ方向にも複数のパッチＡに区分されるため、パッチＡの数が膨大なものとなる。すると、コンピュータ装置における演算量が増大し、演算に要する工数も増大してしまい、結果的に高コスト化につながる。
これに対し、一つずつのパッチＡを大きくしてパッチＡの数を減らせばこの問題は解決するが、それでは強度評価の精度が低下することになる。
【０００８】
また、２つの被着材を接着材で接着した接着継手構造を有限要素法により解析する手法も提案されている（例えば特許文献２参照。）。しかし、この手法は、一定の板厚を有した被着材どうしを接着したものを対象としており、テーパ状の接合面を有する場合については何ら開示がなされていない。したがって、テーパ状の接合面を有する場合にこの手法を適用するのは困難である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、テーパ面どうしの接合部位を有する強度解析対象について、強度評価の精度を維持しつつ、簡便かつ低コストで強度評価を行うことのできる強度解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的のもとになされた本発明の強度解析方法は、第一の板状部と第一の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第一のテーパ部とを有した第一の部材と、第二の板状部と第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、第一のテーパ部と第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、生成された解析モデルをコンピュータ装置により強度解析する工程と、を備える。そして、解析モデルを生成する工程では、第一の板状部に相当する領域を第一のシェル要素として設定するとともに、第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定する。さらに、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、第一のテーパ部における第一の部材の厚さと第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定する。
このように、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、第一のテーパ部における第一の部材の厚さと第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分することで、テーパ形状に応じた精度の高い解析を行うことができる。そして、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定して、強度解析を行う。これにより、平面モデルであるシェル要素を用いることで、解析モデル全体を、立体モデルであるソリッド要素として解析を行う場合に比較すると、コンピュータ装置における演算の負荷を大幅に軽減することができる。
また、板厚が一定な第一の板状部および第二の板状部についてはこれらを第一のシェル要素、第二のシェル要素とすることで、これによっても演算の負荷を大幅に軽減することができる。
【００１０】
ここで、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域は、どのように区分しても良いが、その厚さに応じて区分するという観点からして、第一のテーパ部、第二のテーパ部において第一の部材、第二の部材のそれぞれにおいて第一の部材、第二の部材を構成する繊維強化シートの積層数が異なる毎に区分するのが好ましい。
【００１１】
また、第一のテーパ部と第二のテーパ部とが接着材により接着された領域の区分のそれぞれにおいて、接着材に相当するソリッド要素に対し、第一の部材に相当する第三のシェル要素、および第二の部材に相当する第四のシェル要素を、第一のテーパ部および第二のテーパ部のテーパ形状に基づいてオフセットして配置することもできる。
【００１２】
本発明は、第一の板状部を有した第一の部材と、第二の板状部と第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、第一の板状部と第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、生成された解析モデルをコンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、解析モデルを生成する工程では、第一の板状部において第二のテーパ部に接着される部分以外の領域を第一のシェル要素として設定するとともに、第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、第一の板状部において第二のテーパ部に接着される部分と第二のテーパ部に相当する領域を、第二のテーパ部における第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、第一の部材、第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、第一の部材と第二の部材を接着する接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法とすることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも一方がテーパ部を有した第一の部材と第二の部材とが接着材により接着された領域を、テーパ部の厚さに基づいて複数段階に区分し、適切な要素でモデル化することで、テーパ形状に応じた精度の高い解析を行うとともに、コンピュータ装置における演算の負荷を大幅に軽減することができる。したがって、テーパ面どうしの接合部位を有する強度解析対象について、強度評価の精度を維持しつつ、簡便かつ低コストで強度評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態における部材に形成した凹部にプラグを挿入することで補修した部位を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態における解析対象部位と、解析モデルの関係を示す図である。
【図３】解析モデルを示す斜視図である。
【図４】第二の実施形態における解析対象部位と、解析モデルの関係を示す図である。
【図５】第一の実施形態、第二の実施形態の応用例を示す図である。
【図６】従来の解析モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１に示すように、炭素繊維等の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなる部材（第一の部材、第一の板状部）１０に傷等の損傷、気泡の混入等の補修対象部位を補修するには、部材１０の表面１０ａから、補修対象部位を削り取り、凹部１１を形成する。この凹部１１は、部材１０の表面１０ａから凹部１１の内周面１１ａは、部材１０の表面１０ａに平行な底面１１ｂと、部材１０の表面１０ａから底面１１ｂに向けてその内径が漸次縮小する（第一のテーパ部）テーパ面１１ｃを有している。
【００１６】
この凹部１１にプラグ（第二の部材）２０が挿入される。このプラグ２０は、一面側が部材１０の表面１０ａに連続するよう形成されたフェイス面２０ａとされ、他面側が凹部１１の内周面１１ａの形状に合致する接着面２０ｂとされている。接着面２０ｂは、凹部１１の底面１１ｂに対向する平面部（第二の板状部）２０ｃと、テーパ面１１ｃに対向するテーパ面（第二のテーパ部）２０ｄとを有している。
このようなプラグ２０は、予め、部材１０に用いられているのと同種の強化繊維シートを複数層に積層し、積層した強化繊維シートに樹脂を含浸させたウェットタイプのものを用いても良いし、部材１０に用いられているのと同種の強化繊維シートを複数層に積層し、積層した強化繊維シートを加熱により密着させることで予め形成されたドライタイプのものを用いても良い。
【００１７】
このようなプラグ２０は凹部１１にセットされる。このとき、凹部１１の内周面とプラグ２０の外周面との間にフィルム状の接着材２００が配置され、この接着材２００により、凹部１１の内周面１１ａとプラグ２０の接着面２０ｂとが接着される。ここで、接着材２００には、フィルム状ではなく、通常のゲル状のものを用いることもできる。
【００１８】
このようにしてプラグ２０を用いて補修される部位について、強度解析を行うには、以下のようにする。
（解析モデルの生成）
まず、強度解析対象となる、部材１０に形成された凹部１１がプラグ２０によって埋められた部位と、その周囲の部材１０とについて、解析モデルＭ１を生成する。
これにはコンピュータ装置に対し、強度解析用のソフトウェアを用い、作業者が所定の入力設定作業を行うことで、コンピュータ装置の処理部内で解析モデルＭ１が生成され、これがモニタ等の表示部に出力される。
以下は、作業者の入力に基づく解析モデルＭ１の生成工程である。
【００１９】
まず、図２、図３に示すように、凹部１１の周囲において、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素（第一のシェル要素）Ｅ１とする。
【００２０】
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素（第二のシェル要素）Ｅ２として設定する。
【００２１】
凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄのそれぞれにおいて、凹部１１、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００２２】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第三のシェル要素）Ｅ３１とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第四のシェル要素）Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
ここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける部材１０、プラグ２０の厚さに合わせて設定される。
ソリッド要素Ｅ３３も、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける接着材２００の厚さに合わせて設定される。
なおここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、その厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面に合致させて配置するよう設定した。
【００２３】
このようにして、部材１０の凹部１１にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ１を生成することができる。
【００２４】
（解析モデルの解析）
しかる後には、コンピュータ装置に対し、作業者が、強度解析ソフトウェアの解析処理を実行する指令を入力する。
すると、コンピュータ装置は、強度解析ソフトウェアに基づいて実行されるＦＥＭ解析を行い、解析モデルＭ１の強度解析を行う。これには、例えば解析モデルＭ１におけるソリッド要素Ｅ３３の歪みが、予め設定した破断歪みに到達したら、実際の強度解析対象に接着材２００からなる接着層で破壊が生じるときの構造強度の推定値を算出する。破断歪みの値は、予め、実際の強度解析対象を用いて強度試験を実施し、その時の破断歪みの値に基づいて事前に設定することができる。
【００２５】
このようにすると、解析モデルＭ１全体をソリッドモデルでモデル化した場合に比較し、処理負荷が大幅に軽減され、ほぼ同等の解析精度を得つつも、シェル要素であるため、コンピュータ装置における演算の負荷が大幅に小さく、処理時間を軽減することができる。
また、処理時間の軽減により、部材１０について、凹部１１をプラグ２０で補修した部位だけでなく、部材１０の全体を解析することも可能となり、評価の信頼性が高まる。
【００２６】
［第二の実施形態］
次に、本発明に係る強度解析方法の第二の実施形態について説明する。
なお、以下に説明する第二の実施形態では、生成する解析モデルが異なるのみであり、解析対象である、プラグ２０によって補修された部材１０の構成や補修方法、強度解析の全体の流れ等は上記第一の実施形態に共通する。したがって、上記第一の実施形態に共通する構成についてはその説明を省略し、生成する解析モデルのみについて説明を行う。
【００２７】
図４に示すように、本実施形態で生成する解析モデルＭ２は、凹部１１の周囲において、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ１とする。
【００２８】
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００２９】
凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、凹部１１およびプラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、凹部１１のテーパ面１１ｃとプラグ２０のテーパ面２０ｄのそれぞれにおいて、凹部１１、プラグ２０を構成する強化繊維シートの層数毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００３０】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１’とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２’とされ、これらシェル要素Ｅ３１’とシェル要素Ｅ３２’との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
【００３１】
なおここで、シェル要素Ｅ３１’、Ｅ３２は’、それぞれの厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面からオフセットして配置するよう設定した。より具体的には、シェル要素Ｅ３１’、Ｅ３２’において接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３に対向する側とは反対側３１ａ、３２ａが、シェル要素Ｅ１、Ｅ２の表面１ａ、２ａに連続するよう設定し、凹部１１およびプラグ２０の実際のテーパ形状に近くなるようにした。
【００３２】
このようにして、部材１０の凹部１１にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ２を生成することができる。
【００３３】
しかる後には、コンピュータ装置に対し、作業者が、強度解析ソフトウェアの解析処理を実行する指令を入力する。
すると、コンピュータ装置は、強度解析ソフトウェアに基づいて実行されるＦＥＭ解析を行い、解析モデルＭ２の強度解析を行い、例えば接着材２００の歪みが、予め設定した破断歪みに到達したら、実際の強度解析対象に接着材２００からなる接着層で破壊が生じるとして構造強度の推定値を算出する。設定する破断歪みの値は、予め、実際の強度解析対象を用いて強度試験を実施し、その時の破断歪みの値に基づいて事前に設定することができる。
【００３４】
このようにすると、解析モデル全体をソリッドモデルでモデル化した場合に比較し、処理負荷が大幅に軽減され、ほぼ同等の解析精度を得つつも、シェル要素であるため、コンピュータ装置における演算の負荷が大幅に小さく、処理時間を軽減することができる。
また、処理時間の軽減により、部材１０について、凹部１１をプラグ２０で補修した部位だけでなく、部材１０の全体を解析することも可能となり、評価の信頼性が高まる。
しかも、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２がオフセットし、実際の凹部１１およびプラグ２２の実際の形状に近くなっているので、より高精度な解析を行うことが可能となる。
【００３５】
ここで、上記第一、第二の実施形態では、第一の部材としての部材１０と第二の部材としてのプラグ２０の双方にテーパ面１１ｃ、２０ｄを備える構成としたが、本発明の強度解析方法は、第一の部材と第二の部材の一方にのみテーパ面が備えられている場合についても適用できる。以下、その具体例について説明する。
【００３６】
［第一の実施形態の変形例］
すなわち、図５（ａ）に示すように、部材１０と、プラグ２０とが、プラグ２０のテーパ面２０ｄの部分において接着材２００により接着されている場合、上記第一の実施形態と同様の流れで強度解析を行うことができる。
ここで、図５（ｂ）に示すように、解析モデルＭ３を生成する工程では、部材１０において、プラグ２０に接着される部分以外の領域で、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ１とする。
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００３７】
部材１０とプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、プラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、プラグ２０のテーパ面２０ｄにおいて、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００３８】
このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第三のシェル要素）Ｅ３１とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素（第四のシェル要素）Ｅ３２とされ、これらシェル要素Ｅ３１とシェル要素Ｅ３２との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。
ここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける部材１０、プラグ２０の厚さに合わせて設定される。なお、部材１０の厚さは一定である。
ソリッド要素Ｅ３３も、パッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれにおける接着材２００の厚さに合わせて設定される。
なおここで、シェル要素Ｅ３１、Ｅ３２は、その厚さ方向の中心を、ソリッド要素Ｅ３３の両面に合致させて配置するよう設定した。
【００３９】
このようにして、部材１０にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ３を生成することができる。
【００４０】
［第二の実施形態の変形例］
図５（ａ）に示すように、部材１０と、プラグ２０とが、プラグ２０のテーパ面２０ｄの部分において接着材２００により接着されている場合には、上記第二の実施形態と同様の流れで強度解析を行うこともできる。
ここで、図５（ｃ）に示すように、解析モデルＭ４を生成する工程では、部材１０において、プラグ２０に接着される部分以外の領域で、部材１０の厚さが一定である部分Ａ１については、一定厚さを有した板状のシェル要素（第一のシェル要素）Ｅ１とする。
また、プラグ２０において、その厚さが一定である平面部２０ｃに対応する部分Ａ２については、この部分を、一定厚さを有した板状のシェル要素Ｅ２として設定する。
【００４１】
部材１０とプラグ２０のテーパ面２０ｄとが接着材２００により接着された領域Ａ３については、この領域Ａ３を、プラグ２０の径方向に沿って複数のパッチ（区分）Ａ３１、Ａ３２、…に分割する。
ここで、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に分割するには、プラグ２０の厚さ寸法を複数段階に区分すれば良い。具体的には、プラグ２０のテーパ面２０ｄにおいて、プラグ２０を構成する強化繊維シートの積層数（プライ数）毎にパッチＡ３１、Ａ３２、…を設定することができる。
【００４２】
そして、このようにして設定したパッチＡ３１、Ａ３２、…のそれぞれは、その一面側が部材１０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３１’とされ、他面側がプラグ２０を形成する材料からなる一定厚さのシェル要素Ｅ３２’とされ、これらシェル要素Ｅ３１’とシェル要素Ｅ３２’との間が接着材２００からなるソリッド要素Ｅ３３からなるものとされる。なお、部材１０の厚さは一定である。
【００４３】
このようにして、部材１０にプラグ２０が接着材により接着された部分について、解析モデルＭ４を生成することができる。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、凹部１１およびプラグ２０が底面１１ｂ、平面部２０ｃを有する構成としたが、凹部１１の内周面１１ａ、プラグ２０の接着面２０ｂの全体がテーパ状であっても良い。
また、領域Ａ３を複数のパッチＡ３１、Ａ３２、…に区分するに際して、その区分数はいかなるものとしても良い。
さらに、凹部１１およびプラグ２０に限らず、テーパ面を有した部材どうしの接合部分であれば、上記手法を同様に適用することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 部材（第一の部材、第一の板状部）
１０ａ 表面
１１ 凹部
１１ａ 内周面
１１ｂ 底面
１１ｃ テーパ面（第一のテーパ部）
２０ プラグ（第二の部材）
２０ａ フェイス面
２０ｂ 接着面
２０ｃ 平面部（第二の板状部）
２０ｄ テーパ面（第二のテーパ部）
２００ 接着材
Ａ１ 部分
Ａ２ 部分
Ａ３ 領域
Ａ３１、Ａ３２、… パッチ（区分）
Ｅ１ シェル要素（第一のシェル要素）
Ｅ２ シェル要素（第二のシェル要素）
Ｅ３１ シェル要素（第三のシェル要素）
Ｅ３２ シェル要素（第四のシェル要素）
Ｅ３３ ソリッド要素
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 解析モデル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の板状部と前記第一の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第一のテーパ部とを有した第一の部材と、第二の板状部と前記第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、
前記強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、
生成された前記解析モデルを前記コンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、
前記解析モデルを生成する工程では、前記第一の板状部に相当する領域を第一のシェル要素として設定するとともに、前記第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、前記第一のテーパ部における前記第一の部材の厚さと前記第二のテーパ部における前記第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、前記第一の部材、前記第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、前記第一の部材と前記第二の部材を接着する前記接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法。
【請求項２】
前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域は、前記第一のテーパ部、前記第二のテーパ部において前記第一の部材、前記第二の部材のそれぞれを構成する繊維強化シートの積層数が異なる毎に複数段階に区分することを特徴とする請求項１に記載の強度解析方法。
【請求項３】
前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域の前記区分のそれぞれにおいて、前記接着材に相当するソリッド要素に対し、前記第一の部材に相当する前記第三のシェル要素、および前記第二の部材に相当する前記第四のシェル要素が、前記第一のテーパ部および前記第二のテーパ部のテーパ形状に基づいてオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の強度解析方法。
【請求項４】
第一の板状部を有した第一の部材と、第二の板状部と前記第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、前記第一の板状部と前記第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、
前記強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、
生成された前記解析モデルを前記コンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、
前記解析モデルを生成する工程では、前記第一の板状部において前記第二のテーパ部に接着される部分以外の領域を第一のシェル要素として設定するとともに、前記第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、前記第一の板状部において前記第二のテーパ部に接着される部分と前記第二のテーパ部に相当する領域を、前記第二のテーパ部における前記第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、前記第一の部材、前記第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、前記第一の部材と前記第二の部材を接着する前記接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法。
【請求項１】
第一の板状部と前記第一の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第一のテーパ部とを有した第一の部材と、第二の板状部と前記第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、
前記強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、
生成された前記解析モデルを前記コンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、
前記解析モデルを生成する工程では、前記第一の板状部に相当する領域を第一のシェル要素として設定するとともに、前記第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域を、前記第一のテーパ部における前記第一の部材の厚さと前記第二のテーパ部における前記第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、前記第一の部材、前記第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、前記第一の部材と前記第二の部材を接着する前記接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法。
【請求項２】
前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域は、前記第一のテーパ部、前記第二のテーパ部において前記第一の部材、前記第二の部材のそれぞれを構成する繊維強化シートの積層数が異なる毎に複数段階に区分することを特徴とする請求項１に記載の強度解析方法。
【請求項３】
前記第一のテーパ部と前記第二のテーパ部とが接着材により接着された領域の前記区分のそれぞれにおいて、前記接着材に相当するソリッド要素に対し、前記第一の部材に相当する前記第三のシェル要素、および前記第二の部材に相当する前記第四のシェル要素が、前記第一のテーパ部および前記第二のテーパ部のテーパ形状に基づいてオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の強度解析方法。
【請求項４】
第一の板状部を有した第一の部材と、第二の板状部と前記第二の板状部に連続してその厚さが漸次小さくなる第二のテーパ部とを有した第二の部材とが、前記第一の板状部と前記第二のテーパ部とにおいて接着材により接着されてなる強度解析対象の強度解析方法であって、
前記強度解析対象をコンピュータ装置上でモデル化して解析モデルを生成する工程と、
生成された前記解析モデルを前記コンピュータ装置により強度解析する工程と、を備え、
前記解析モデルを生成する工程では、前記第一の板状部において前記第二のテーパ部に接着される部分以外の領域を第一のシェル要素として設定するとともに、前記第二の板状部に相当する領域を第二のシェル要素として設定し、さらに、前記第一の板状部において前記第二のテーパ部に接着される部分と前記第二のテーパ部に相当する領域を、前記第二のテーパ部における前記第二の部材の厚さに基づいて複数段階に区分し、それぞれの区分においては、前記第一の部材、前記第二の部材をそれぞれ第三、第四のシェル要素として設定するとともに、前記第一の部材と前記第二の部材を接着する前記接着材をソリッド要素として設定することを特徴とする強度解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０９４４３（Ｐ２０１３−１０９４４３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２２８５（Ｐ２０１１−２５２２８５）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５０８２０８００７）三菱航空機株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５０８２０８００７）三菱航空機株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
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