Karbon er essensielt for alle levende tings overlevelse, fordi det danner grunnlaget for alle organiske molekyler, og organiske molekyler danner grunnlaget for alle levende ting.Selv om dette i seg selv er ganske imponerende, med utviklingen av karbonfiber, har det nylig funnet overraskende nye anvendelser innen romfart, sivilingeniør og andre disipliner.Karbonfiber er sterkere, hardere og lettere enn stål.Derfor har karbonfiber erstattet stål i høyytelsesprodukter som fly, racerbiler og sportsutstyr.
Karbonfibre kombineres vanligvis med andre materialer for å danne kompositter.Et av komposittmaterialene er karbonfiberforsterket plast (CFRP), som er kjent for sin strekkfasthet, stivhet og høye styrke til vektforhold.På grunn av de høye kravene til karbonfiberkompositter, har forskere utført flere studier for å forbedre styrken til karbonfiberkompositter, hvorav de fleste er fokusert på en spesiell teknologi kalt "fiberorientert design", som forbedrer styrken ved å optimere orienteringen av fibre.
Forskere ved Tokyo University of science har tatt i bruk en karbonfiberdesignmetode som optimerer orienteringen og tykkelsen på fiberen, og derved øke styrken til fiberforsterket plast og produsere lettere plast i produksjonsprosessen, noe som bidrar til å lage lettere fly og biler.
Imidlertid er designmetoden for fiberføring ikke uten mangler.Fiberguidedesignet optimerer kun retningen og holder fibertykkelsen fast, noe som hindrer full utnyttelse av de mekaniske egenskapene til CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki fra Tokyo University of Science (TUS) forklarer at forskningen hans fokuserer på komposittmaterialer.
I denne sammenhengen foreslo Dr. Matsuzaki og hans kolleger Yuto Mori og Naoya kumekawa in tus en ny designmetode, som samtidig kan optimere orienteringen og tykkelsen av fibre i henhold til deres posisjon i komposittstrukturen.Dette lar dem redusere vekten av CFRP uten å påvirke styrken.Resultatene deres er publisert i tidsskriftets sammensatte struktur.
Tilnærmingen deres består av tre trinn: forberedelse, iterasjon og modifikasjon.I forberedelsesprosessen utføres den innledende analysen ved å bruke finite element-metoden (FEM) for å bestemme antall lag, og den kvalitative vektevalueringen realiseres gjennom fiberguidedesignet til lineær lamineringsmodell og tykkelsesendringsmodell.Fiberorienteringen bestemmes av retningen til hovedspenningen ved den iterative metoden, og tykkelsen beregnes av maksimalspenningsteorien.Til slutt, modifiser prosessen for å modifisere regnskapet for tilvirkbarhet, lag først et referanseområde for "basefiberbunt" som krever økt styrke, og bestem deretter den endelige retningen og tykkelsen på arrangementsfiberbunten, de forplanter pakken på begge sider av henvisning.
Samtidig kan den optimaliserte metoden redusere vekten med mer enn 5 %, og gjøre lastoverføringseffektiviteten høyere enn å bruke fiberorientering alene.
Forskere er begeistret over disse resultatene og ser frem til å bruke metodene deres for å redusere vekten av tradisjonelle CFRP-deler ytterligere i fremtiden.Dr. Matsuzaki sa at vår designtilnærming går utover tradisjonell komposittdesign for å lage lettere fly og biler, noe som bidrar til å spare energi og redusere karbondioksidutslipp.
Innleggstid: 22. juli 2021