Ugljik je neophodan za opstanak svih živih bića, jer čini osnovu svih organskih molekula, a organske molekule čine osnovu svih živih bića.Iako je to samo po sebi prilično impresivno, s razvojem ugljičnih vlakana, nedavno je pronašlo iznenađujuće nove primjene u zrakoplovstvu, građevinarstvu i drugim disciplinama.Karbonska vlakna su jača, tvrđa i lakša od čelika.Stoga su ugljična vlakna zamijenila čelik u proizvodima visokih performansi kao što su zrakoplovi, trkaći automobili i sportska oprema.
Ugljična vlakna obično se kombiniraju s drugim materijalima u kompozite.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 kompozita od ugljičnih vlakana, istraživači su proveli nekoliko studija za poboljšanje čvrstoće kompozita od ugljičnih vlakana, od kojih je većina usmjerena na posebnu tehnologiju nazvanu "dizajn usmjeren na vlakna", koji poboljšava čvrstoću optimiziranjem orijentacije vlakna.
Istraživači sa Sveučilišta znanosti u Tokiju usvojili su metodu dizajna karbonskih vlakana koja optimizira orijentaciju i debljinu vlakana, čime se povećava čvrstoća plastike ojačane vlaknima i proizvodi lakša plastika u proizvodnom procesu, što pomaže u izradi lakših zrakoplova i automobila.
Međutim, metoda dizajna vođenja vlakana nije bez nedostataka.Dizajn vodiča za vlakna samo optimizira smjer i održava debljinu vlakana fiksnom, što ometa potpuno iskorištavanje mehaničkih svojstava CFRP-a.Dr. ryyosuke Matsuzaki sa Sveučilišta znanosti u Tokiju (TUS) objašnjava da je njegovo istraživanje usredotočeno na kompozitne materijale.
U tom kontekstu, dr. Matsuzaki i njegovi kolege Yuto Mori i Naoya kumekawa in tus predložili su novu metodu dizajna, koja može istovremeno optimizirati orijentaciju i debljinu vlakana prema njihovom položaju u strukturi kompozita.To im omogućuje smanjenje težine CFRP-a bez utjecaja na njegovu čvrstoću.Njihovi rezultati objavljeni su u kompozitnoj strukturi časopisa.
Njihov se pristup sastoji od tri koraka: priprema, ponavljanje i modifikacija.U procesu pripreme, početna analiza se provodi metodom konačnih elemenata (FEM) za određivanje broja slojeva, a kvalitativna procjena težine se realizira kroz dizajn vlaknaste vodilice modela linearne laminacije i modela promjene debljine.Orijentacija vlakana određena je smjerom glavnog naprezanja iterativnom metodom, a debljina je izračunata teorijom maksimalnog naprezanja.Konačno, modificirajte postupak kako biste modificirali obračun za proizvodnost, prvo stvorite referentno područje "osnovnog snopa vlakana" koje zahtijeva povećanu čvrstoću, a zatim odredite konačni smjer i debljinu rasporeda snopa vlakana, oni propagiraju paket na obje strane referenca.
U isto vrijeme, optimizirana metoda može smanjiti težinu za više od 5%, a učinkovitost prijenosa opterećenja učiniti većom od korištenja same orijentacije vlakana.
Istraživači su uzbuđeni ovim rezultatima i raduju se korištenju svojih metoda za daljnje smanjenje težine tradicionalnih CFRP dijelova u budućnosti.Dr. Matsuzaki je rekao da naš pristup dizajnu nadilazi tradicionalni kompozitni dizajn za izradu lakših zrakoplova i automobila, što pomaže u uštedi energije i smanjenju emisije ugljičnog dioksida.
Vrijeme objave: 22. srpnja 2021