Въглеродът е от съществено значение за оцеляването на всички живи същества, тъй като той формира основата на всички органични молекули, а органичните молекули формират основата на всички живи същества.Въпреки че това само по себе си е доста впечатляващо, с развитието на въглеродните влакна, те наскоро намериха изненадващи нови приложения в космическото, гражданското строителство и други дисциплини.Въглеродните влакна са по-здрави, по-твърди и по-леки от стоманата.Ето защо въглеродните влакна замениха стоманата във високопроизводителни продукти като самолети, състезателни коли и спортно оборудване.
Въглеродните влакна обикновено се комбинират с други материали, за да образуват композити.Един от композитните материали е пластмасата, подсилена с въглеродни влакна (CFRP), която е известна със своята якост на опън, твърдост и високо съотношение на якост към тегло.Поради високите изисквания на композитите от въглеродни влакна, изследователите са извършили няколко проучвания за подобряване на здравината на композитите от въглеродни влакна, повечето от които са фокусирани върху специална технология, наречена „дизайн, ориентиран към влакна“, който подобрява здравината чрез оптимизиране на ориентацията на фибри.
Изследователи от Токийския университет за наука са приели метод за проектиране на въглеродни влакна, който оптимизира ориентацията и дебелината на влакната, като по този начин повишава здравината на подсилените с влакна пластмаси и произвежда по-леки пластмаси в производствения процес, помагайки да се правят по-леки самолети и автомобили.
Въпреки това методът на проектиране на насочване на влакна не е без недостатъци.Дизайнът на водача на влакното само оптимизира посоката и поддържа дебелината на влакното фиксирана, което възпрепятства пълното използване на механичните свойства на CFRP.Д-р Ryyosuke Matsuzaki от Токийския научен университет (TUS) обяснява, че неговото изследване се фокусира върху композитни материали.
В този контекст д-р Matsuzaki и неговите колеги Yuto Mori и Naoya kumekawa in tus предложиха нов метод за проектиране, който може едновременно да оптимизира ориентацията и дебелината на влакната според тяхната позиция в композитната структура.Това им позволява да намалят теглото на CFRP, без да се засяга неговата здравина.Техните резултати са публикувани в съставната структура на списанието.
Техният подход се състои от три стъпки: подготовка, итерация и модификация.В процеса на подготовка първоначалният анализ се извършва чрез използване на метода на крайните елементи (FEM) за определяне на броя на слоевете, а качествената оценка на теглото се осъществява чрез дизайна на водача на влакната на модела на линейно ламиниране и модела за промяна на дебелината.Ориентацията на влакното се определя от посоката на основното напрежение чрез итеративния метод, а дебелината се изчислява чрез теорията за максималното напрежение.И накрая, модифицирайте процеса, за да промените отчитането на технологичността, първо създайте референтна област на „основен сноп влакна“, която изисква повишена якост, и след това определете крайната посока и дебелина на подреждането на снопа влакна, те разпространяват пакета от двете страни на справка.
В същото време оптимизираният метод може да намали теглото с повече от 5% и да направи ефективността на прехвърляне на товара по-висока от използването само на ориентация на влакната.
Изследователите са развълнувани от тези резултати и очакват с нетърпение да използват своите методи за допълнително намаляване на теглото на традиционните CFRP части в бъдеще.Д-р Мацузаки каза, че нашият дизайнерски подход надхвърля традиционния композитен дизайн, за да прави по-леки самолети и автомобили, което помага за пестене на енергия и намаляване на емисиите на въглероден диоксид.
Време на публикуване: 22 юли 2021 г