Kol är väsentligt för överlevnaden av allt levande, eftersom det utgör grunden för alla organiska molekyler, och organiska molekyler utgör grunden för allt levande.Även om detta i sig är ganska imponerande, med utvecklingen av kolfiber, har det nyligen hittat överraskande nya tillämpningar inom flyg-, anläggnings- och andra discipliner.Kolfiber är starkare, hårdare och lättare än stål.Därför har kolfiber ersatt stål i högpresterande produkter som flygplan, racerbilar och sportutrustning.
Kolfibrer kombineras vanligtvis med andra material för att bilda kompositer.Ett av kompositmaterialen är kolfiberförstärkt plast (CFRP), som är känt för sin draghållfasthet, styvhet och höga hållfasthet i förhållande till vikt.På grund av de höga kraven på kolfiberkompositer har forskare genomfört flera studier för att förbättra styrkan hos kolfiberkompositer, varav de flesta är fokuserade på en speciell teknologi som kallas "fiberorienterad design", som förbättrar styrkan genom att optimera orienteringen av kolfiberkompositer. fibrer.
Forskare vid Tokyo University of science har antagit en kolfiberdesignmetod som optimerar orienteringen och tjockleken på fibern, och därigenom förbättrar styrkan hos fiberförstärkt plast och producerar lättare plast i tillverkningsprocessen, vilket hjälper till att göra lättare flygplan och bilar.
Konstruktionsmetoden för fiberstyrning är dock inte utan brister.Fiberstyrningsdesignen optimerar endast riktningen och håller fibertjockleken fixerad, vilket hindrar fullt utnyttjande av de mekaniska egenskaperna hos CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki från Tokyo University of Science (TUS) förklarar att hans forskning fokuserar på kompositmaterial.
I detta sammanhang föreslog Dr. Matsuzaki och hans kollegor Yuto Mori och Naoya kumekawa in tus en ny designmetod, som samtidigt kan optimera orienteringen och tjockleken av fibrer enligt deras position i kompositstrukturen.Detta gör att de kan minska vikten av CFRP utan att påverka dess styrka.Deras resultat publiceras i tidskriftens sammansatta struktur.
Deras tillvägagångssätt består av tre steg: förberedelse, iteration och modifiering.I beredningsprocessen utförs den initiala analysen genom att använda finita elementmetoden (FEM) för att bestämma antalet lager, och den kvalitativa viktutvärderingen realiseras genom fiberstyrningsdesignen av linjär lamineringsmodell och modell för tjockleksändring.Fiberorienteringen bestäms av huvudspänningens riktning genom den iterativa metoden, och tjockleken beräknas av maximal spänningsteorin.Ändra slutligen processen för att modifiera redovisningen av tillverkningsbarhet, skapa först ett referensområde för "basfiberknippen" som kräver ökad styrka, och bestäm sedan den slutliga riktningen och tjockleken för arrangemangets fiberknippe, de sprider paketet på båda sidor av referens.
Samtidigt kan den optimerade metoden minska vikten med mer än 5 % och göra lastöverföringseffektiviteten högre än att använda enbart fiberorientering.
Forskare är entusiastiska över dessa resultat och ser fram emot att använda deras metoder för att ytterligare minska vikten av traditionella CFRP-delar i framtiden.Dr Matsuzaki sa att vår designstrategi går utöver traditionell kompositdesign för att göra lättare flygplan och bilar, vilket hjälper till att spara energi och minska koldioxidutsläppen.
Posttid: 22 juli 2021