Ogleklis ir būtisks visu dzīvo būtņu izdzīvošanai, jo tas veido visu organisko molekulu pamatu, un organiskās molekulas veido visu dzīvo būtņu pamatu.Lai gan tas pats par sevi ir diezgan iespaidīgs, attīstoties oglekļa šķiedrai, tā nesen ir atradusi pārsteidzošus jaunus pielietojumus kosmosa, civilās inženierijas un citās disciplīnās.Oglekļa šķiedra ir stiprāka, cietāka un vieglāka nekā tērauds.Tāpēc oglekļa šķiedra ir aizstājusi tēraudu augstas veiktspējas izstrādājumos, piemēram, lidmašīnās, sacīkšu automašīnās un sporta aprīkojumā.
Oglekļa šķiedras parasti apvieno ar citiem materiāliem, veidojot kompozītmateriālus.Viens no kompozītmateriāliem ir ar oglekļa šķiedru pastiprināta plastmasa (CFRP), kas ir slavena ar savu stiepes izturību, stingrību un augstu stiprības un svara attiecību.Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu augsto prasību dēļ pētnieki ir veikuši vairākus pētījumus, lai uzlabotu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu izturību, un lielākā daļa no tiem ir vērsti uz īpašu tehnoloģiju, ko sauc par "šķiedru orientētu dizainu", kas uzlabo izturību, optimizējot kompozītmateriālu orientāciju. šķiedras.
Tokijas Zinātnes universitātes pētnieki ir pieņēmuši oglekļa šķiedras projektēšanas metodi, kas optimizē šķiedras orientāciju un biezumu, tādējādi uzlabojot ar šķiedru pastiprinātas plastmasas izturību un ražojot vieglākas plastmasas ražošanas procesā, palīdzot izgatavot vieglākas lidmašīnas un automašīnas.
Tomēr šķiedru vadības projektēšanas metode nav bez trūkumiem.Šķiedru vadotnes dizains tikai optimizē virzienu un saglabā fiksētu šķiedras biezumu, kas kavē CFRP mehānisko īpašību pilnīgu izmantošanu.Dr ryyosuke Matsuzaki no Tokijas Zinātņu universitātes (TUS) skaidro, ka viņa pētījumi koncentrējas uz kompozītmateriāliem.
Šajā kontekstā Dr. Matsuzaki un viņa kolēģi Yuto Mori un Naoya kumekawa in tus ierosināja jaunu projektēšanas metodi, kas vienlaikus var optimizēt šķiedru orientāciju un biezumu atbilstoši to stāvoklim kompozītmateriālu struktūrā.Tas ļauj viņiem samazināt CFRP svaru, neietekmējot tā izturību.Viņu rezultāti ir publicēti žurnāla saliktajā struktūrā.
Viņu pieeja sastāv no trim posmiem: sagatavošanas, iterācijas un modifikācijas.Sagatavošanas procesā sākotnējā analīze tiek veikta, izmantojot galīgo elementu metodi (FEM), lai noteiktu slāņu skaitu, un kvalitatīvais svara novērtējums tiek realizēts, izmantojot lineārās laminēšanas modeļa un biezuma maiņas modeļa šķiedru vadotnes dizainu.Šķiedru orientāciju nosaka pēc galvenā sprieguma virziena ar iteratīvo metodi, bet biezumu aprēķina pēc maksimālā sprieguma teorijas.Visbeidzot, modificējiet procesu, lai mainītu izgatavojamības uzskaiti, vispirms izveidojiet atsauces “pamatšķiedru kūļa” zonu, kurai nepieciešama lielāka izturība, un pēc tam nosakiet izkārtojuma šķiedru kūļa galīgo virzienu un biezumu, tie izplata iepakojumu abās šķiedras pusēs. atsauce.
Tajā pašā laikā optimizētā metode var samazināt svaru par vairāk nekā 5% un padarīt slodzes pārnešanas efektivitāti augstāku nekā tikai šķiedras orientācijas izmantošana.
Pētnieki ir sajūsmā par šiem rezultātiem un cer izmantot savas metodes, lai turpmāk samazinātu tradicionālo CFRP daļu svaru.Dr. Matsuzaki teica, ka mūsu dizaina pieeja pārsniedz tradicionālo kompozītmateriālu dizainu, lai izgatavotu vieglākas lidmašīnas un automašīnas, kas palīdz ietaupīt enerģiju un samazināt oglekļa dioksīda emisijas.
Izlikšanas laiks: 22. jūlijs 2021