Угљеник је неопходан за опстанак свих живих бића, јер чини основу свих органских молекула, а органски молекули чине основу свих живих бића.Иако је ово само по себи прилично импресивно, са развојем карбонских влакана, недавно је нашло изненађујуће нове примене у ваздухопловству, грађевинарству и другим дисциплинама.Карбонска влакна су јача, тврђа и лакша од челика.Стога су угљенична влакна заменила челик у производима високих перформанси као што су авиони, тркачки аутомобили и спортска опрема.
Угљена влакна се обично комбинују са другим материјалима да би се формирали композити.Један од композитних материјала је пластика ојачана карбонским влакнима (ЦФРП), која је позната по својој затезној чврстоћи, крутости и високом односу чврстоће и тежине.Због високих захтева за композитима од угљеничних влакана, истраживачи су спровели неколико студија за побољшање чврстоће композита од угљеничних влакана, од којих је већина фокусирана на специјалну технологију звану „дизајн оријентисан на влакна“, који побољшава снагу оптимизовањем оријентације влакна.
Истраживачи са Универзитета науке у Токију усвојили су метод дизајна од угљеничних влакана који оптимизује оријентацију и дебљину влакана, чиме се повећава чврстоћа пластике ојачане влакнима и производи лакша пластика у процесу производње, помажући да се праве лакши авиони и аутомобили.
Међутим, метод дизајна вођења влакана није без недостатака.Дизајн водича за влакна само оптимизује правац и задржава дебљину влакана фиксном, што омета потпуно коришћење механичких својстава ЦФРП-а.Др Рииосуке Матсузаки са Универзитета науке у Токију (ТУС) објашњава да се његово истраживање фокусира на композитне материјале.
У том контексту, др Матсузаки и његове колеге Иуто Мори и Наоиа кумекава ин тус су предложили нову методу пројектовања, која истовремено може оптимизовати оријентацију и дебљину влакана према њиховом положају у композитној структури.Ово им омогућава да смање тежину ЦФРП-а без утицаја на његову снагу.Њихови резултати су објављени у композитној структури часописа.
Њихов приступ се састоји од три корака: припреме, понављања и модификације.У процесу припреме врши се иницијална анализа коришћењем методе коначних елемената (ФЕМ) за одређивање броја слојева, а квалитативна процена тежине се реализује кроз дизајн водича влакана линеарног модела ламинације и модела промене дебљине.Оријентација влакана је одређена правцем главног напона итеративном методом, а дебљина се израчунава теоријом максималног напрезања.Коначно, модификујте процес да бисте модификовали обрачун производности, прво креирајте референтну област „основног снопа влакана“ која захтева повећану чврстоћу, а затим одредите коначни правац и дебљину снопа влакана у распореду, они пропагирају пакет са обе стране референца.
У исто време, оптимизована метода може смањити тежину за више од 5% и повећати ефикасност преноса оптерећења него коришћење само оријентације влакана.
Истраживачи су узбуђени овим резултатима и радују се што ће користити своје методе за даље смањење тежине традиционалних ЦФРП делова у будућности.Др Матсузаки је рекао да наш приступ дизајну превазилази традиционални композитни дизајн за прављење лакших авиона и аутомобила, што помаже у уштеди енергије и смањењу емисије угљен-диоксида.
Време објаве: 22.07.2021