管状体设计方法、高尔夫杆身设计方法及高尔夫杆身技术

管状体设计方法包括下述步骤：解析步骤，使由多个纤维增强树脂层层叠而成的管状体的设计变量的值依次变化的同时，通过使用了层叠模型的离散方法进行反复计算，算出上述管状体的多个目标函数；以及搜索步骤，从算出的上述多个目标函数中搜索成为最大值或最小值的上述设计变量的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管状体设计方法、高尔夫杆身设计方法及高尔夫杆身
本专利技术涉及管状体设计方法、高尔夫杆身设计方法以及高尔夫杆身。本申请基于2016年5月13日申请的日本特愿2016-097268号来主张优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
从2008年1月1日起，根据公益财团法人日本高尔夫协会(JGA)的规定，高反弹球杆变得不适合于高尔夫规则。在该规则中，球杆面的反弹系数(COR)必须在0.830以内。由此，单独利用杆头研究飞行距离变得困难，因此高尔夫球杆的制造公司开始着眼于杆身。作为利用杆身延长飞行距离的手段，可举出轻量化。然而，鉴于现状，高尔夫杆身的设计是通过反复进行重复试验(trialanderror)来设计的，是否真正形成了最轻量的层叠构成并不清楚。此外，为了进行重复试验，既花费试制时间又花费成本。即使试制时间和预算都充分地具有，试制全部组合在现实上也是不可能的。这不仅对于高尔夫杆身，而且对于钓鱼竿、自行车的框架、网球拍等体育用途构件，进一步机械手臂、碳轧辊、传动轴等产业用途构件也是共同的课题。以往，为了试制时间、成本降低，提出了使用模拟实验法和优化计算。例如，专利文献1所记载的
涉及高尔夫杆身的设计方法和制造方法，将杆身的设计用参数进行函数表达并进行使用了离散方法的解析和优化计算。此外，专利文献2所记载的技术也涉及高尔夫杆身，着眼于利用用具进行的挥杆动作的变化，使杆身的性能优化。此外，关于高尔夫杆身以外的领域，可举出专利文献3、专利文献4所记载的技术。专利文献3所记载的技术是通过全局优化来决定树脂的物性。专利文献4所记载的技术涉及纤维增强树脂与金属的混合材。专利文献4所记载的技术是如下的方法，即：由于位于纤维增强树脂层与金属之间的粘接层大幅影响强度表现，因此将各层以层叠壳单元(shellelement)进行建模，将成为界面的粘接层的参数进行优化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-302017号专利文献2：日本特开2011-000425号专利文献3：日本国际公开第2013/042600号专利文献4：日本特开2003-94559号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，专利文献1所记载的技术中，可以获知杆身的最佳的弯曲刚性值，但无法获知用于实现该值的具体的层叠构成。专利文献2所记载的技术中也同样，可以获知杆身的最佳性能，但无法获知具体的层叠构成。专利文献3所记载的技术中，与专利文献1、2同样地虽然可以获知最佳的树脂性能，但无法获知具体的构成。专利文献4所记载的技术中，虽然可以获知界面的参数，但无法获知纤维增强树脂层的最佳构成。这样，专利文献1～4所记载的技术中，无法获知包含多个纤维增强树脂层的管状体的层叠构成。本专利技术涉及的方式是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种可以根据目的来设计最佳的层叠构成的管状体设计方法以及高尔夫杆身设计方法。同时其目的在于提供高尔夫杆身作为管状体的一例。用于解决课题的方法[1]为了实现上述目的，本专利技术的一方式涉及的管状体设计方法包括下述步骤：解析步骤，使由多个纤维增强树脂层层叠而成的管状体的设计变量的值依次变化的同时，通过使用了层叠模型的离散方法进行反复计算，算出上述管状体的多个目标函数；以及搜索步骤，从算出的上述多个目标函数中搜索成为最大值或最小值的上述设计变量的值。[2]上述[1]的方式中，上述目标函数可以包含多个变量。[3]上述[1]或[2]的方式中，上述离散方法可以为有限元法、边界元法、离散元法、无单元Galerkin(ElementFreeGalerkin)(EFG)法、扩展有限元(eXtendedFEM)(XFEM)法、光滑粒子流体动力学(SmoothedParticleHydrodynamics)(SPH)法、胶囊颗粒法(CapsularParticleMethod)中的至少1种，上述目标函数可以由上述管状体的强度、重量、弯曲刚性、扭转刚性中的任一个或多个的线性结合来表达，上述搜索步骤是选择上述管状体的被层叠的各层的层叠角度、材料常数、导管形状中的至少1个作为上述设计变量。[4]上述[1]～[3]的任一方式中，上述管状体的被层叠的多个层中的至少1个层可以具备2个以上的区域，上述解析步骤可以对于上述层的每个区域算出上述多个目标函数，上述搜索步骤可以对于上述层的每个区域搜索上述设计变量的值。[5]上述[1]～[4]的任一方式中，上述解析步骤可以进一步包含取样步骤：离散地选择作为上述设计变量的上述层的层叠角度；上述解析步骤可以将通过上述取样步骤而选择的上述层的层叠角度作为上述依次变化的上述设计变量，算出上述多个目标函数，上述搜索步骤可以包含响应曲面制作步骤：制作以与通过上述解析步骤而算出的上述多个目标函数近似的方式算出的响应曲面；上述搜索步骤可以在通过上述响应曲面制作步骤而制作的上述响应曲面中，搜索上述目标函数取最大值或最小值那样的上述设计变量的值。[6]上述[5]的方式中，上述取样步骤可以在具有周期性的无限空间中扩张取样空间，进行将各取样点彼此的距离的最小值最大化的取样。[7]上述[5]或[6]的方式中，上述响应曲面制作步骤可以利用傅里叶级数近似来进行响应曲面的制作。[8]上述[7]的方式中，上述傅里叶级数近似可以为一次近似或二次近似。[9]为了实现上述目的，本专利技术的一方式涉及的高尔夫杆身设计方法中，上述管状体为高尔夫杆身，通过上述[1]～[8]的任一方式来设计高尔夫杆身。[10]为了实现上述目的，本专利技术的一方式涉及的高尔夫杆身中，作为除最内层的2层倾斜层以外的各层的层叠角度之和的、垂直层叠成分，随着从粗径端部侧向细径端部侧变小。[11]上述[10]的方式中，至少1层可以包含改变了层叠角度的多个预浸料。[12]上述[10]或[11]的方式中，以粗端部为基准，将0mm以上且小于325mm定义为位置C附近，将325mm以上且小于625mm定义为位置B附近，将625mm以上～975mm定义为位置A附近，将975mm以上且至细端为止定义为位置T附近时，可以满足1)～4)。1)位置C附近的垂直层叠成分为195以上且小于2252)位置B附近的垂直层叠成分为185以上，比C点的垂直层叠成分小3)位置A附近的垂直层叠成分为90以上且小于1804)位置T附近的垂直层叠成分为0[13]上述[10]～[12]的任一方式中，可以位置C附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、90°、15°～45°、90°，位置B附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、90°、5°～15°、90°，位置A附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、0°、0°、90°，位置T附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、0°、0°、0°。[14]上述[10]或[11]的方式中，可以位置C附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、90°、+15°～45°、-15°～-45°、90°，位置B附近的层叠角度从上述管状体的内侧起依次为+45°、-45°、0°、0°、90°、-5°～-15°、+5°～+15°、90°，位置A附近的层叠角度从上述管状体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管状体设计方法，其包括下述步骤：解析步骤，使由多个纤维增强树脂层层叠而成的管状体的设计变量的值依次变化的同时，通过使用了层叠模型的离散方法进行反复计算，算出所述管状体的多个目标函数；以及搜索步骤，从算出的所述多个目标函数中搜索成为最大值或最小值的所述设计变量的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.13 JP 2016-0972681.一种管状体设计方法，其包括下述步骤：解析步骤，使由多个纤维增强树脂层层叠而成的管状体的设计变量的值依次变化的同时，通过使用了层叠模型的离散方法进行反复计算，算出所述管状体的多个目标函数；以及搜索步骤，从算出的所述多个目标函数中搜索成为最大值或最小值的所述设计变量的值。2.根据权利要求1所述的管状体设计方法，所述目标函数包含多个变量。3.根据权利要求1或2所述的管状体设计方法，所述离散方法为有限元法、边界元法、离散元法、ElementFreeGalerkin(EFG)法、ExtendedFEM(XFEM)法、SmoothedParticleHydrodynamics(SPH)法、CapsularParticleMethod中的至少1种，所述目标函数由所述管状体的强度、重量、弯曲刚性、扭转刚性中的任一个或多个的线性结合来表达，所述搜索步骤是选择所述管状体的被层叠的各层的层叠角度、材料常数、导管形状中的至少1个作为所述设计变量。4.根据权利要求1～3中任一项所述的管状体设计方法，所述管状体的被层叠的多个层中的至少1个层具备2个以上的区域，所述解析步骤是对于所述层的每个区域算出所述多个目标函数，所述搜索步骤是对于所述层的每个区域搜索所述设计变量的值。5.根据权利要求1～4中任一项所述的管状体设计方法，所述解析步骤进一步包含取样步骤：离散地选择作为所述设计变量的所述层的层叠角度，所述解析步骤是将通过所述取样步骤而选择的所述层的层叠角度作为所述依次变化的所述设计变量，算出所述多个目标函数，所述搜索步骤包含响应曲面制作步骤：制作以与通过所述解析步骤而算出的所述多个目标函数近似的方式算出的响应曲面，所述搜索步骤是在通过所述响应曲面制作步骤而制作的所述响应曲面中，搜索所述目标函数取最大值或最小值那样的所述设计变量的值。6.根据权利要求5所述的管状体设计方法，所述取样步骤是在具有周期性的无限空间中扩张取样空间，进行将各取样点彼此的距离的最小值最大化的取样。7.根据权利要求5或6所述的管状体设计方法，所述响应曲面制作步骤是利用傅里叶级数近似来...

【专利技术属性】
技术研发人员：下野智史，铃木克幸，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP