Uhlík je nevyhnutný pre prežitie všetkých živých vecí, pretože tvorí základ všetkých organických molekúl a organické molekuly tvoria základ všetkého živého.Aj keď je to samo o sebe dosť pôsobivé, s rozvojom uhlíkových vlákien nedávno našlo prekvapivé nové uplatnenie v leteckom a kozmickom priemysle, stavebníctve a iných disciplínach.Uhlíkové vlákno je pevnejšie, tvrdšie a ľahšie ako oceľ.Preto uhlíkové vlákna nahradili oceľ vo vysokovýkonných produktoch, ako sú lietadlá, pretekárske autá a športové vybavenie.
Uhlíkové vlákna sa zvyčajne kombinujú s inými materiálmi na vytvorenie kompozitov.Jedným z kompozitných materiálov je plast vystužený uhlíkovými vláknami (CFRP), ktorý je známy svojou pevnosťou v ťahu, tuhosťou a vysokým pomerom pevnosti k hmotnosti.Vzhľadom na vysoké požiadavky na kompozity z uhlíkových vlákien výskumníci vykonali niekoľko štúdií na zlepšenie pevnosti kompozitov s uhlíkovými vláknami, z ktorých väčšina je zameraná na špeciálnu technológiu nazývanú „vlákno orientovaný dizajn“, ktorá zlepšuje pevnosť optimalizáciou orientácie vlákna.
Výskumníci na Tokijskej univerzite vedy prijali metódu dizajnu uhlíkových vlákien, ktorá optimalizuje orientáciu a hrúbku vlákna, čím zvyšuje pevnosť plastov vystužených vláknami a vyrába ľahšie plasty vo výrobnom procese, čím pomáha vyrábať ľahšie lietadlá a autá.
Konštrukčný spôsob vedenia vlákien však nie je bez nedostatkov.Konštrukcia vedenia vlákna iba optimalizuje smer a udržuje pevnú hrúbku vlákna, čo bráni plnému využitiu mechanických vlastností CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki z Tokyo University of Science (TUS) vysvetľuje, že jeho výskum sa zameriava na kompozitné materiály.
V tejto súvislosti Dr. Matsuzaki a jeho kolegovia Yuto Mori a Naoya kumekawa in tus navrhli novú metódu návrhu, ktorá dokáže súčasne optimalizovať orientáciu a hrúbku vlákien podľa ich polohy v štruktúre kompozitu.To im umožňuje znížiť hmotnosť CFRP bez ovplyvnenia jeho pevnosti.Ich výsledky sú publikované v časopise Composite structure.
Ich prístup pozostáva z troch krokov: príprava, iterácia a úprava.V procese prípravy sa počiatočná analýza vykonáva pomocou metódy konečných prvkov (FEM) na určenie počtu vrstiev a kvalitatívne vyhodnotenie hmotnosti sa realizuje prostredníctvom návrhu vedenia vlákna lineárneho modelu laminácie a modelu zmeny hrúbky.Orientácia vlákna je určená smerom hlavného napätia iteračnou metódou a hrúbka je vypočítaná teóriou maximálneho napätia.Nakoniec upravte proces tak, aby ste upravili účtovanie o vyrobiteľnosti, najskôr vytvorte referenčnú oblasť „základného zväzku vlákien“, ktorá vyžaduje zvýšenú pevnosť, a potom určte konečný smer a hrúbku zväzku vlákien usporiadania, rozšíria balík na obe strany zväzku. odkaz.
Zároveň môže optimalizovaná metóda znížiť hmotnosť o viac ako 5% a zvýšiť účinnosť prenosu zaťaženia ako pri použití samotnej orientácie vlákna.
Výskumníci sú z týchto výsledkov nadšení a tešia sa, že ich metódy budú v budúcnosti ďalej znižovať hmotnosť tradičných CFRP dielov.Dr. Matsuzaki povedal, že náš dizajnový prístup presahuje tradičný kompozitný dizajn a vyrába ľahšie lietadlá a autá, čo pomáha šetriť energiu a znižovať emisie oxidu uhličitého.
Čas odoslania: 22. júla 2021