A szén minden élőlény túléléséhez nélkülözhetetlen, mert minden szerves molekula alapját képezi, a szerves molekulák pedig minden élőlény alapját.Bár ez önmagában is igen lenyűgöző, a szénszál fejlődésével a közelmúltban meglepő új alkalmazásokra talált az űrrepülésben, a mélyépítésben és más tudományágakban.A szénszál erősebb, keményebb és könnyebb, mint az acél.Ezért a szénszál felváltotta az acélt az olyan nagy teljesítményű termékekben, mint a repülőgépek, versenyautók és sportfelszerelések.
A szénszálakat általában más anyagokkal kombinálják kompozitok kialakítására.Az egyik kompozit anyag a szénszál-erősítésű műanyag (CFRP), amely szakítószilárdságáról, merevségéről és nagy szilárdság/tömeg arányáról híres.A szénszálas kompozitokkal szembeni magas követelmények miatt a kutatók számos tanulmányt végeztek a szénszálas kompozitok szilárdságának javítására, amelyek többsége egy speciális technológiára, az úgynevezett „szálorientált kialakításra” összpontosít, amely a szilárdságot az orientáció optimalizálásával javítja. rostok.
A Tokiói Tudományegyetem kutatói olyan szénszálas tervezési módszert fogadtak el, amely optimalizálja a szál tájolását és vastagságát, ezáltal növeli a szálerősítésű műanyagok szilárdságát, és könnyebb műanyagokat állít elő a gyártási folyamat során, segítve könnyebb repülők és autók készítését.
A szálvezetés tervezési módszere azonban nem hiányosságoktól mentes.A szálvezető kialakítás csak az irányt optimalizálja és a szálvastagságot fixen tartja, ami akadályozza a CFRP mechanikai tulajdonságainak teljes kihasználását.Dr. ryyosuke Matsuzaki, a Tokiói Tudományos Egyetem (TUS) munkatársa elmagyarázza, hogy kutatása a kompozit anyagokra összpontosít.
Ebben az összefüggésben Dr. Matsuzaki és munkatársai, Yuto Mori és Naoya kumekawa in tus olyan új tervezési módszert javasoltak, amely egyszerre képes optimalizálni a szálak orientációját és vastagságát a kompozit szerkezetben elfoglalt helyzetük szerint.Ez lehetővé teszi számukra, hogy csökkentsék a CFRP súlyát anélkül, hogy befolyásolnák annak erejét.Eredményeiket a folyóirat összetett szerkezetében teszik közzé.
Megközelítésük három lépésből áll: előkészítés, iteráció és módosítás.Az előkészítési folyamatban a kezdeti elemzés a végeselem módszerrel (FEM) történik a rétegek számának meghatározására, a minőségi súlyértékelés pedig a lineáris laminálási modell és a vastagságváltozási modell szálvezető tervezésén keresztül valósul meg.A szál orientációját a főfeszültség iránya határozza meg iteratív módszerrel, a vastagságot pedig a maximális feszültség elmélet számítja ki.Végül módosítsa az eljárást úgy, hogy módosítsa a gyárthatóság elszámolását, először hozzon létre egy referencia „alapszálköteg” területet, amely fokozott szilárdságot igényel, majd határozza meg az elrendezési szálköteg végső irányát és vastagságát, továbbítja a csomagot a szál mindkét oldalán. referencia.
Ugyanakkor az optimalizált módszer több mint 5%-kal csökkentheti a súlyt, és magasabbra teheti a terhelés átviteli hatékonyságát, mint a szálorientáció önmagában.
A kutatókat izgatottan várják ezek az eredmények, és alig várják, hogy módszereiket a jövőben a hagyományos CFRP alkatrészek súlyának további csökkentésére használják.Dr. Matsuzaki elmondta, hogy tervezési megközelítésünk túlmutat a hagyományos kompozit tervezésen, így könnyebb repülőgépeket és autókat készítünk, ami segít az energiamegtakarításban és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésében.
Feladás időpontja: 2021.07.22