Virginia Tech、複雑な切り欠きを持つスキン-ストリンガー構造向け新IGAで複合材料航空機設計を前進

ユニタイズド構造は、より軽量で環境に優しい航空機の建設に使用されています。このような先進的な多層複合材料は、高い強度重量比を提供するため、航空宇宙と造船業界などでますます使用されています。

しかし、極超音速宇宙機で使用される場合、車両表面と大気の摩擦による空力加熱により、短時間で大幅な温度上昇を経験します。このような現象は、再突入と打ち上げプロセスでより顕著です。このため、熱効果を考慮することは、このような構造の設計と解析において重要です。

積層複合材料への要求が多数の工学用途で増加するにつれ、任意形状の切り欠きを持つプレートの使用は避けられません。しかし、このような切り欠きの存在により、構造の荷重応答が大きく影響を受ける可能性があります。積層複合材料の切り欠き問題は複雑なため、数値手法が広く使用されています。現在、Virginia Polytechnic Institute and State University（Virginia Tech、米国バージニア州ブラックスバーグ）の研究者たちは、最近進化した等位幾何解析（IGA）を、様々な形状とサイズの切り欠きを持つ曲線状スティフナー付き複合パネルのモデリングに組み合わせました。

Virginia Techのユニタイズド構造グループの元博士課程学生、バラクリシュナン・デバラジャン博士によると、「IGAは精度と効率の向上を提供し、メッシュ細分化の各レベルでスティフナーの正確な幾何学を表現します。また、スティフナーと複合プレートが接続される領域付近での細分化により多くの柔軟性を可能にします。」

デバラジャン博士と共同研究者ラケシュ・カパニア博士によって開発された手法は、補間関数行列を用いてスティフナーとプレートの制御点間の変位連続性を達成する新しい方法を導入します。曲線スティフナーは、わずか3つの制御点で正確に生成されました（図1）。研究者たちは複数のパッチを使用して複雑な切り欠き形状を作成し、複数パッチ間で高次連続性を保持するインターフェース条件を強制する方法論も策定しました。開発された手法により、スティフナーノードがプレートのノードと一致する必要性が排除されました。

標準有限要素法との解析と比較では、IGAを使用してより高い収束率、精度、効率が示されました。この成果は間もなくGitHubでオープンソースコードとして公開されます。研究は『Composite Structures』誌の論文「Thermal buckling of curvilinearly stiffened laminated composite plates with cutouts using isogeometric analysis」で発表されています。

CAMX 2021でMagnolia Advanced Materialsを探る：次世代エポキシシステム AON3D、先進最終用途部品向け高温3DプリンターAON M2+を発表

樹脂