Koolstof is essentieel voor het voortbestaan van alle levende wezens, omdat het de basis vormt van alle organische moleculen, en organische moleculen vormen de basis van alle levende wezens.Hoewel dit op zichzelf behoorlijk indrukwekkend is, heeft het met de ontwikkeling van koolstofvezel onlangs verrassende nieuwe toepassingen gevonden in de lucht- en ruimtevaart, civiele techniek en andere disciplines.Koolstofvezel is sterker, harder en lichter dan staal.Daarom heeft koolstofvezel staal vervangen in hoogwaardige producten zoals vliegtuigen, raceauto's en sportuitrusting.
Koolstofvezels worden meestal gecombineerd met andere materialen om composieten te vormen.Een van de composietmaterialen is met koolstofvezel versterkte kunststoffen (CFRP), dat bekend staat om zijn treksterkte, stijfheid en hoge sterkte-gewichtsverhouding.Vanwege de hoge eisen aan koolstofvezelcomposieten hebben onderzoekers verschillende onderzoeken uitgevoerd om de sterkte van koolstofvezelcomposieten te verbeteren, waarvan de meeste gericht zijn op een speciale technologie genaamd ‘fiber georiënteerd ontwerp’, die de sterkte verbetert door de oriëntatie van koolstofvezelcomposieten te optimaliseren. vezels.
Onderzoekers van de Tokyo University of Science hebben een koolstofvezelontwerpmethode aangenomen die de oriëntatie en dikte van de vezel optimaliseert, waardoor de sterkte van vezelversterkte kunststoffen wordt vergroot en tijdens het productieproces lichtere kunststoffen worden geproduceerd, waardoor vliegtuigen en auto's lichter worden.
De ontwerpmethode van vezelgeleiding is echter niet zonder tekortkomingen.Het ontwerp van de vezelgeleider optimaliseert alleen de richting en houdt de vezeldikte vast, wat de volledige benutting van de mechanische eigenschappen van CFRP belemmert.Dr. ryyosuke Matsuzaki van de Tokyo University of Science (TUS) legt uit dat zijn onderzoek zich richt op composietmaterialen.
In deze context stelden Dr. Matsuzaki en zijn collega's Yuto Mori en Naoya kumekawa samen een nieuwe ontwerpmethode voor, die tegelijkertijd de oriëntatie en dikte van vezels kan optimaliseren op basis van hun positie in de composietstructuur.Hierdoor kunnen ze het gewicht van de CFRP verminderen zonder de sterkte ervan te beïnvloeden.Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Composiet Structure.
Hun aanpak bestaat uit drie stappen: voorbereiding, iteratie en wijziging.Tijdens het voorbereidingsproces wordt de initiële analyse uitgevoerd met behulp van de eindige elementenmethode (FEM) om het aantal lagen te bepalen, en de kwalitatieve gewichtsevaluatie wordt gerealiseerd door het vezelgeleidingsontwerp van het lineaire lamineringsmodel en het dikteveranderingsmodel.De vezeloriëntatie wordt bepaald door de richting van de hoofdspanning door de iteratieve methode, en de dikte wordt berekend door de maximale spanningstheorie.Pas ten slotte het proces aan om de boekhouding voor produceerbaarheid te wijzigen, creëer eerst een referentiegebied voor de “basisvezelbundel” dat meer sterkte vereist, en bepaal vervolgens de uiteindelijke richting en dikte van de vezelbundel. Ze verspreiden het pakket aan beide zijden van de vezelbundel. referentie.
Tegelijkertijd kan de geoptimaliseerde methode het gewicht met meer dan 5% verminderen en de efficiëntie van de belastingoverdracht hoger maken dan alleen het gebruik van vezeloriëntatie.
Onderzoekers zijn enthousiast over deze resultaten en kijken ernaar uit om hun methoden te gebruiken om het gewicht van traditionele CFRP-onderdelen in de toekomst verder te verminderen.Dr. Matsuzaki zei dat onze ontwerpaanpak verder gaat dan het traditionele composietontwerp om lichtere vliegtuigen en auto's te maken, wat helpt energie te besparen en de uitstoot van kooldioxide te verminderen.
Posttijd: 22 juli 2021