Ugljik je neophodan za opstanak svih živih bića, jer čini osnovu svih organskih molekula, a organske molekule čine osnovu svih živih bića.Iako je ovo samo po sebi prilično impresivno, s razvojem karbonskih vlakana, nedavno je našlo iznenađujuće nove primjene u svemiru, građevinarstvu i drugim disciplinama.Ugljična vlakna su jača, tvrđa i lakša od čelika.Stoga su karbonska vlakna zamijenila čelik u proizvodima visokih performansi kao što su avioni, trkaći automobili i sportska oprema.
Ugljična vlakna se obično kombinuju s drugim materijalima kako bi se formirali kompoziti.Jedan od kompozitnih materijala je plastika ojačana karbonskim vlaknima (CFRP), koja je poznata po svojoj vlačnoj čvrstoći, krutosti i visokom omjeru čvrstoće i težine.Zbog visokih zahtjeva za kompozitima od karbonskih vlakana, istraživači su sproveli nekoliko studija za poboljšanje čvrstoće kompozita od karbonskih vlakana, od kojih je većina fokusirana na posebnu tehnologiju zvanu „fiber oriented design“, koja poboljšava čvrstoću optimiziranjem orijentacije vlakna.
Istraživači sa Univerziteta nauke u Tokiju usvojili su metodu dizajna od karbonskih vlakana koja optimizuje orijentaciju i debljinu vlakana, čime se povećava čvrstoća plastike ojačane vlaknima i proizvodi lakša plastika u procesu proizvodnje, pomažući u proizvodnji lakših aviona i automobila.
Međutim, metoda dizajna vođenja vlakana nije bez nedostataka.Dizajn vodiča vlakana samo optimizira smjer i zadržava debljinu vlakana fiksnom, što ometa potpuno korištenje mehaničkih svojstava CFRP-a.Dr Ryyosuke Matsuzaki sa Univerziteta nauke u Tokiju (TUS) objašnjava da se njegovo istraživanje fokusira na kompozitne materijale.
U tom kontekstu, dr. Matsuzaki i njegove kolege Yuto Mori i Naoya kumekawa in tus su predložili novu metodu dizajna, koja istovremeno može optimizirati orijentaciju i debljinu vlakana prema njihovoj poziciji u kompozitnoj strukturi.To im omogućava da smanje težinu CFRP-a bez utjecaja na njegovu snagu.Njihovi rezultati su objavljeni u kompozitnoj strukturi časopisa.
Njihov pristup se sastoji od tri koraka: priprema, iteracija i modifikacija.U procesu pripreme vrši se inicijalna analiza primjenom metode konačnih elemenata (FEM) za određivanje broja slojeva, a kvalitativna procjena težine se realizuje kroz dizajn vodiča vlakana linearnog modela laminacije i modela promjene debljine.Orijentacija vlakana određena je smjerom glavnog naprezanja iterativnom metodom, a debljina se izračunava teorijom maksimalnog naprezanja.Konačno, modificirajte proces kako biste izmijenili obračun proizvodnosti, prvo kreirajte referentnu oblast "osnovnog snopa vlakana" koja zahtijeva povećanu čvrstoću, a zatim odredite konačni smjer i debljinu složenog snopa vlakana, oni propagiraju paket na obje strane referenca.
U isto vrijeme, optimizirana metoda može smanjiti težinu za više od 5% i povećati efikasnost prijenosa opterećenja nego korištenje samo orijentacije vlakana.
Istraživači su uzbuđeni ovim rezultatima i raduju se što će u budućnosti koristiti svoje metode kako bi dodatno smanjili težinu tradicionalnih CFRP dijelova.Dr. Matsuzaki je rekao da naš pristup dizajnu nadilazi tradicionalni kompozitni dizajn za izradu lakših aviona i automobila, što pomaže u uštedi energije i smanjenju emisije ugljičnog dioksida.
Vrijeme objave: Jul-22-2021