Новый метод оптимизации полезен для разработки более легких композитов из углеродного волокна.

Углерод необходим для выживания всех живых существ, поскольку он составляет основу всех органических молекул, а органические молекулы составляют основу всех живых существ.Хотя это само по себе весьма впечатляет, с развитием углеродного волокна оно недавно нашло удивительные новые применения в аэрокосмической, гражданском строительстве и других дисциплинах.Углеродное волокно прочнее, тверже и легче стали.Таким образом, углеродное волокно заменило сталь в высокопроизводительных продуктах, таких как самолеты, гоночные автомобили и спортивное оборудование.

Углеродные волокна обычно комбинируются с другими материалами для образования композитов.Одним из композиционных материалов является пластик, армированный углеродным волокном (CFRP), который славится своей прочностью на разрыв, жесткостью и высоким соотношением прочности и веса.Из-за высоких требований к композитам из углеродного волокна исследователи провели несколько исследований по повышению прочности композитов из углеродного волокна, большинство из которых сосредоточены на специальной технологии, называемой «волоконно-ориентированный дизайн», которая повышает прочность за счет оптимизации ориентации волокна.

Исследователи из Токийского научного университета внедрили метод проектирования углеродного волокна, который оптимизирует ориентацию и толщину волокна, тем самым повышая прочность армированных волокном пластиков и производя более легкие пластмассы в производственном процессе, помогая делать более легкие самолеты и автомобили.

Однако конструкция метода наведения волокна не лишена недостатков.Конструкция направляющей волокна только оптимизирует направление и сохраняет фиксированную толщину волокна, что препятствует полному использованию механических свойств углепластика.Доктор Рёсуке Мацудзаки из Токийского научного университета (TUS) объясняет, что его исследования сосредоточены на композитных материалах.

В этом контексте доктор Мацузаки и его коллеги Юто Мори и Наоя Кумэкава предложили новый метод проектирования, который может одновременно оптимизировать ориентацию и толщину волокон в соответствии с их положением в композитной структуре.Это позволяет им уменьшить вес углепластика, не влияя на его прочность.Их результаты опубликованы в журнале Composite Structure.

Их подход состоит из трех этапов: подготовка, итерация и модификация.В процессе подготовки первоначальный анализ проводится с использованием метода конечных элементов (МКЭ) для определения количества слоев, а качественная оценка веса осуществляется с помощью конструкции направляющей волокна модели линейного ламинирования и модели изменения толщины.Ориентация волокон определяется по направлению главного напряжения итерационным методом, а толщина рассчитывается по теории максимальных напряжений.Наконец, измените процесс, чтобы изменить учет технологичности, сначала создайте эталонную область «базового пучка волокон», которая требует повышенной прочности, а затем определите окончательное направление и толщину пучка волокон компоновки, они распространяют пакет по обе стороны от ссылка.

В то же время оптимизированный метод может снизить вес более чем на 5% и повысить эффективность передачи нагрузки, чем при использовании только ориентации волокон.

Исследователи воодушевлены этими результатами и надеются использовать свои методы для дальнейшего снижения веса традиционных деталей из углепластика в будущем.Доктор Мацузаки сказал, что наш подход к проектированию выходит за рамки традиционных композитных конструкций и позволяет делать более легкие самолеты и автомобили, что помогает экономить энергию и сокращать выбросы углекислого газа.


Время публикации: 22 июля 2021 г.