O carbono é esencial para a supervivencia de todos os seres vivos, porque constitúe a base de todas as moléculas orgánicas, e as moléculas orgánicas constitúen a base de todos os seres vivos.Aínda que isto en si mesmo é bastante impresionante, co desenvolvemento da fibra de carbono, recentemente atopou novas aplicacións sorprendentes no ámbito aeroespacial, enxeñería civil e outras disciplinas.A fibra de carbono é máis forte, dura e lixeira que o aceiro.Polo tanto, a fibra de carbono substituíu o aceiro en produtos de alto rendemento como avións, coches de carreiras e equipamentos deportivos.
As fibras de carbono adoitan combinarse con outros materiais para formar compostos.Un dos materiais compostos son os plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), que son famosos pola súa resistencia á tracción, rixidez e alta relación resistencia-peso.Debido aos altos requisitos dos compostos de fibra de carbono, os investigadores realizaron varios estudos para mellorar a resistencia dos compostos de fibra de carbono, a maioría dos cales están enfocados nunha tecnoloxía especial chamada "deseño orientado á fibra", que mellora a resistencia optimizando a orientación dos compostos de fibra de carbono. fibras.
Investigadores da Universidade de Ciencia de Toquio adoptaron un método de deseño de fibra de carbono que optimiza a orientación e o grosor da fibra, mellorando así a resistencia dos plásticos reforzados con fibra e producindo plásticos máis lixeiros no proceso de fabricación, axudando a facer avións e coches máis lixeiros.
Non obstante, o método de deseño de guía de fibra non está exento de deficiencias.O deseño da guía de fibra só optimiza a dirección e mantén o espesor da fibra fixo, o que dificulta a plena utilización das propiedades mecánicas do CFRP.O doutor ryyosuke Matsuzaki da Universidade de Ciencia de Tokio (TUS) explica que a súa investigación céntrase nos materiais compostos.
Neste contexto, o doutor Matsuzaki e os seus colegas Yuto Mori e Naoya kumekawa propuxeron un novo método de deseño, que pode optimizar simultaneamente a orientación e o grosor das fibras segundo a súa posición na estrutura composta.Isto permítelles reducir o peso do CFRP sen afectar á súa resistencia.Os seus resultados publícanse na revista estrutura composta.
O seu enfoque consta de tres pasos: preparación, iteración e modificación.No proceso de preparación, a análise inicial realízase mediante o método de elementos finitos (FEM) para determinar o número de capas, e a avaliación cualitativa do peso realízase mediante o deseño de guía de fibras do modelo de laminación lineal e do modelo de cambio de espesor.A orientación da fibra está determinada pola dirección da tensión principal polo método iterativo, e o espesor calcúlase pola teoría da tensión máxima.Finalmente, modifique o proceso para modificar a contabilidade da fabricabilidade, primeiro cree unha área de referencia "paquete de fibras base" que require unha maior resistencia e, a continuación, determine a dirección final e o grosor do paquete de fibras da disposición, propagan o paquete a ambos os dous lados do referencia.
Ao mesmo tempo, o método optimizado pode reducir o peso en máis dun 5% e facer que a eficiencia de transferencia de carga sexa maior que usar só a orientación da fibra.
Os investigadores están entusiasmados con estes resultados e esperan utilizar os seus métodos para reducir aínda máis o peso das pezas tradicionais de CFRP no futuro.O doutor Matsuzaki dixo que o noso enfoque de deseño vai máis aló do deseño composto tradicional para fabricar avións e coches máis lixeiros, o que axuda a aforrar enerxía e reducir as emisións de dióxido de carbono.
Hora de publicación: 22-Xul-2021