Kulstof er essentielt for alle levende tings overlevelse, fordi det danner grundlaget for alle organiske molekyler, og organiske molekyler danner grundlaget for alt levende.Selvom dette i sig selv er ret imponerende, har det med udviklingen af kulfiber for nylig fundet overraskende nye anvendelser inden for rumfart, civilingeniør og andre discipliner.Kulfiber er stærkere, hårdere og lettere end stål.Derfor har kulfiber erstattet stål i højtydende produkter som fly, racerbiler og sportsudstyr.
Kulfibre kombineres normalt med andre materialer for at danne kompositter.Et af kompositmaterialerne er kulfiberforstærket plast (CFRP), som er berømt for sin trækstyrke, stivhed og høje styrke til vægtforhold.På grund af de høje krav til kulfiberkompositter har forskere udført adskillige undersøgelser for at forbedre styrken af kulfiberkompositter, hvoraf de fleste er fokuseret på en speciel teknologi kaldet "fiberorienteret design", som forbedrer styrken ved at optimere orienteringen af kulfiberkompositter. fibre.
Forskere ved Tokyo University of Science har vedtaget en kulfiberdesignmetode, der optimerer orienteringen og tykkelsen af fiberen, og derved øger styrken af fiberforstærket plast og producerer lettere plast i fremstillingsprocessen, hvilket hjælper med at lave lettere fly og biler.
Designmetoden til fiberføring er dog ikke uden mangler.Fiberstyredesignet optimerer kun retningen og holder fibertykkelsen fast, hvilket hindrer fuld udnyttelse af CFRP's mekaniske egenskaber.Dr. ryyosuke Matsuzaki fra Tokyo University of Science (TUS) forklarer, at hans forskning fokuserer på kompositmaterialer.
I denne sammenhæng foreslog Dr. Matsuzaki og hans kolleger Yuto Mori og Naoya kumekawa in tus en ny designmetode, som samtidigt kan optimere orienteringen og tykkelsen af fibre i henhold til deres position i kompositstrukturen.Dette giver dem mulighed for at reducere vægten af CFRP uden at påvirke dets styrke.Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftets sammensatte struktur.
Deres tilgang består af tre trin: forberedelse, iteration og modifikation.I forberedelsesprocessen udføres den indledende analyse ved at bruge finite element-metoden (FEM) til at bestemme antallet af lag, og den kvalitative vægtevaluering realiseres gennem fiberguidedesignet af lineær lamineringsmodel og tykkelsesændringsmodel.Fiberorienteringen bestemmes af retningen af hovedspændingen ved den iterative metode, og tykkelsen beregnes ved maksimalspændingsteorien.Til sidst skal du ændre processen for at ændre regnskabet for fremstillingsevnen, først oprette et reference "base fiber bundle" område, der kræver øget styrke, og derefter bestemme den endelige retning og tykkelse af arrangementet fiber bundt, de udbreder pakken på begge sider af reference.
Samtidig kan den optimerede metode reducere vægten med mere end 5% og gøre lastoverførselseffektiviteten højere end ved brug af fiberorientering alene.
Forskere er begejstrede for disse resultater og ser frem til at bruge deres metoder til yderligere at reducere vægten af traditionelle CFRP-dele i fremtiden.Dr. Matsuzaki sagde, at vores designtilgang går ud over traditionelt kompositdesign til at lave lettere fly og biler, hvilket hjælper med at spare energi og reducere kuldioxidemissioner.
Indlægstid: 22-jul-2021