Nová optimalizační metoda je užitečná při navrhování lehčích kompozitů z uhlíkových vláken

Uhlík je nezbytný pro přežití všeho živého, protože tvoří základ všech organických molekul a organické molekuly tvoří základ všeho živého.I když je to samo o sobě docela působivé, s rozvojem uhlíkových vláken našlo nedávno překvapivé nové aplikace v letectví, stavebnictví a dalších oborech.Uhlíkové vlákno je pevnější, tvrdší a lehčí než ocel.Proto uhlíková vlákna nahradila ocel ve vysoce výkonných produktech, jako jsou letadla, závodní auta a sportovní vybavení.

Uhlíková vlákna se obvykle kombinují s jinými materiály za vzniku kompozitů.Jedním z kompozitních materiálů je plast vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRP), který je známý svou pevností v tahu, tuhostí a vysokým poměrem pevnosti k hmotnosti.Vzhledem k vysokým požadavkům na kompozity z uhlíkových vláken provedli vědci několik studií na zlepšení pevnosti kompozitů z uhlíkových vláken, z nichž většina je zaměřena na speciální technologii nazývanou „vláknově orientovaný design“, která zlepšuje pevnost optimalizací orientace vlákna.

Vědci z Tokyo University of science přijali metodu designu uhlíkových vláken, která optimalizuje orientaci a tloušťku vlákna, čímž zvyšuje pevnost plastů vyztužených vlákny a vyrábí lehčí plasty ve výrobním procesu, což pomáhá vyrábět lehčí letadla a automobily.

Konstrukční způsob vedení vláken však není bez nedostatků.Konstrukce vedení vlákna pouze optimalizuje směr a udržuje pevnou tloušťku vlákna, což brání plnému využití mechanických vlastností CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki z Tokyo University of Science (TUS) vysvětluje, že jeho výzkum se zaměřuje na kompozitní materiály.

V této souvislosti Dr. Matsuzaki a jeho kolegové Yuto Mori a Naoya kumekawa in tus navrhli novou metodu návrhu, která může současně optimalizovat orientaci a tloušťku vláken podle jejich polohy ve struktuře kompozitu.To jim umožňuje snížit hmotnost CFRP bez ovlivnění jeho pevnosti.Jejich výsledky jsou publikovány v časopise Composite structure.

Jejich přístup se skládá ze tří kroků: přípravy, iterace a modifikace.V procesu přípravy se počáteční analýza provádí pomocí metody konečných prvků (MKP) ke stanovení počtu vrstev a kvalitativní vyhodnocení hmotnosti se provádí pomocí návrhu vedení vlákna lineárního laminačního modelu a modelu změny tloušťky.Orientace vlákna je určena směrem hlavního napětí iterační metodou a tloušťka je vypočtena teorií maximálního napětí.Nakonec upravte proces tak, abyste upravili účtování pro vyrobitelnost, nejprve vytvořte referenční oblast „základního svazku vláken“, která vyžaduje zvýšenou pevnost, a poté určete konečný směr a tloušťku svazku vláken uspořádání, rozšiřují balík na obě strany svazku vláken. odkaz.

Optimalizovaná metoda zároveň může snížit hmotnost o více než 5 % a zvýšit účinnost přenosu zátěže než při použití samotné orientace vláken.

Výzkumníci jsou těmito výsledky nadšeni a těší se na to, že jejich metody budou v budoucnu dále snižovat hmotnost tradičních dílů z CFRP.Dr. Matsuzaki řekl, že náš přístup k designu přesahuje tradiční kompozitní design a vyrábí lehčí letadla a automobily, což pomáhá šetřit energii a snižovat emise oxidu uhličitého.


Čas odeslání: 22. července 2021