Carbonul este esențial pentru supraviețuirea tuturor viețuitoarelor, deoarece formează baza tuturor moleculelor organice, iar moleculele organice formează baza tuturor viețuitoarelor.Deși acest lucru în sine este destul de impresionant, odată cu dezvoltarea fibrei de carbon, recent a găsit noi aplicații surprinzătoare în domeniul aerospațial, inginerie civilă și alte discipline.Fibra de carbon este mai puternică, mai dură și mai ușoară decât oțelul.Prin urmare, fibra de carbon a înlocuit oțelul în produsele de înaltă performanță precum avioanele, mașinile de curse și echipamentele sportive.
Fibrele de carbon sunt de obicei combinate cu alte materiale pentru a forma compozite.Unul dintre materialele compozite este plasticul armat cu fibră de carbon (CFRP), care este renumit pentru rezistența la tracțiune, rigiditatea și raportul ridicat rezistență-greutate.Datorită cerințelor ridicate ale compozitelor din fibră de carbon, cercetătorii au efectuat mai multe studii pentru a îmbunătăți rezistența compozitelor din fibră de carbon, majoritatea fiind concentrate pe o tehnologie specială numită „fiber oriented design”, care îmbunătățește rezistența prin optimizarea orientării fibre.
Cercetătorii de la Universitatea de Știință din Tokyo au adoptat o metodă de proiectare a fibrei de carbon care optimizează orientarea și grosimea fibrei, sporind astfel rezistența materialelor plastice armate cu fibre și producând materiale plastice mai ușoare în procesul de fabricație, ajutând la realizarea de avioane și mașini mai ușoare.
Cu toate acestea, metoda de proiectare a ghidării fibrelor nu este lipsită de deficiențe.Designul ghidajului fibrei optimizează doar direcția și menține grosimea fibrei fixă, ceea ce împiedică utilizarea completă a proprietăților mecanice ale CFRP.Dr. ryyosuke Matsuzaki de la Universitatea de Știință din Tokyo (TUS) explică că cercetarea sa se concentrează pe materialele compozite.
În acest context, dr. Matsuzaki și colegii săi Yuto Mori și Naoya kumekawa in tus au propus o nouă metodă de proiectare, care poate optimiza simultan orientarea și grosimea fibrelor în funcție de poziția lor în structura compozită.Acest lucru le permite să reducă greutatea CFRP fără a-i afecta rezistența.Rezultatele lor sunt publicate în structura compozită a revistei.
Abordarea lor constă în trei etape: pregătire, iterare și modificare.În procesul de pregătire, analiza inițială este efectuată prin utilizarea metodei elementelor finite (FEM) pentru a determina numărul de straturi, iar evaluarea calitativă a greutății se realizează prin proiectarea ghidajului de fibre a modelului de laminare liniară și a modelului de modificare a grosimii.Orientarea fibrei este determinată de direcția tensiunii principale prin metoda iterativă, iar grosimea este calculată prin teoria tensiunii maxime.În cele din urmă, modificați procesul pentru a modifica contabilizarea fabricabilității, creați mai întâi o zonă de referință „mănunchi de fibre de bază” care necesită o rezistență crescută și apoi determinați direcția finală și grosimea fasciculului de fibre aranjament, acestea propagă pachetul pe ambele părți ale referinţă.
În același timp, metoda optimizată poate reduce greutatea cu mai mult de 5% și poate face ca eficiența transferului de sarcină să fie mai mare decât utilizarea numai a orientării fibrelor.
Cercetătorii sunt încântați de aceste rezultate și așteaptă cu nerăbdare să-și folosească metodele pentru a reduce și mai mult greutatea pieselor tradiționale CFRP în viitor.Dr. Matsuzaki a spus că abordarea noastră de proiectare depășește designul tradițional compozit pentru a face avioane și mașini mai ușoare, ceea ce ajută la economisirea energiei și la reducerea emisiilor de dioxid de carbon.
Ora postării: 22-iul-2021