Ο άνθρακας είναι απαραίτητος για την επιβίωση όλων των ζωντανών όντων, επειδή αποτελεί τη βάση όλων των οργανικών μορίων και τα οργανικά μόρια αποτελούν τη βάση όλων των ζωντανών όντων.Αν και αυτό από μόνο του είναι αρκετά εντυπωσιακό, με την ανάπτυξη των ανθρακονημάτων, βρήκε πρόσφατα εκπληκτικές νέες εφαρμογές στην αεροδιαστημική, την πολιτική μηχανική και άλλους κλάδους.Οι ίνες άνθρακα είναι ισχυρότερες, πιο σκληρές και ελαφρύτερες από τον χάλυβα.Ως εκ τούτου, οι ίνες άνθρακα έχουν αντικαταστήσει το χάλυβα σε προϊόντα υψηλής απόδοσης, όπως αεροσκάφη, αγωνιστικά αυτοκίνητα και αθλητικό εξοπλισμό.
Οι ίνες άνθρακα συνήθως συνδυάζονται με άλλα υλικά για να σχηματίσουν σύνθετα υλικά.Ένα από τα σύνθετα υλικά είναι τα πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRP), τα οποία φημίζονται για την αντοχή σε εφελκυσμό, την ακαμψία και την υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος.Λόγω των υψηλών απαιτήσεων των σύνθετων υλικών από ανθρακονήματα, οι ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει αρκετές μελέτες για τη βελτίωση της αντοχής των σύνθετων ινών άνθρακα, οι περισσότερες από τις οποίες επικεντρώνονται σε μια ειδική τεχνολογία που ονομάζεται "fiber oriented design", η οποία βελτιώνει την αντοχή βελτιστοποιώντας τον προσανατολισμό του ίνες.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο υιοθέτησαν μια μέθοδο σχεδιασμού από ανθρακονήματα που βελτιστοποιεί τον προσανατολισμό και το πάχος της ίνας, ενισχύοντας έτσι την αντοχή των πλαστικών ενισχυμένων με ίνες και παράγοντας ελαφρύτερα πλαστικά στη διαδικασία κατασκευής, βοηθώντας στην κατασκευή ελαφρύτερων αεροπλάνων και αυτοκινήτων.
Ωστόσο, η μέθοδος σχεδιασμού της καθοδήγησης ινών δεν είναι χωρίς ελλείψεις.Ο σχεδιασμός του οδηγού ινών βελτιστοποιεί μόνο την κατεύθυνση και διατηρεί σταθερό το πάχος της ίνας, γεγονός που εμποδίζει την πλήρη χρήση των μηχανικών ιδιοτήτων του CFRP.Ο Δρ ryyosuke Matsuzaki του Πανεπιστημίου Επιστημών του Τόκιο (TUS) εξηγεί ότι η έρευνά του επικεντρώνεται σε σύνθετα υλικά.
Σε αυτό το πλαίσιο, ο Dr. Matsuzaki και οι συνάδελφοί του Yuto Mori και Naoya kumekawa in tus πρότειναν μια νέα μέθοδο σχεδιασμού, η οποία μπορεί ταυτόχρονα να βελτιστοποιήσει τον προσανατολισμό και το πάχος των ινών ανάλογα με τη θέση τους στη σύνθετη δομή.Αυτό τους επιτρέπει να μειώσουν το βάρος του CFRP χωρίς να επηρεάζεται η αντοχή του.Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύονται στο περιοδικό composite structure.
Η προσέγγισή τους αποτελείται από τρία βήματα: προετοιμασία, επανάληψη και τροποποίηση.Στη διαδικασία προετοιμασίας, η αρχική ανάλυση πραγματοποιείται με τη χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) για τον προσδιορισμό του αριθμού των στρώσεων και η ποιοτική αξιολόγηση βάρους πραγματοποιείται μέσω του σχεδιασμού οδηγού ινών του μοντέλου γραμμικής πλαστικοποίησης και του μοντέλου αλλαγής πάχους.Ο προσανατολισμός της ίνας καθορίζεται από την κατεύθυνση της κύριας τάσης με την επαναληπτική μέθοδο και το πάχος υπολογίζεται από τη θεωρία μέγιστης τάσης.Τέλος, τροποποιήστε τη διαδικασία για να τροποποιήσετε τη λογιστική για τη δυνατότητα κατασκευής, δημιουργήστε πρώτα μια περιοχή αναφοράς «βασικής δέσμης ινών» που απαιτεί αυξημένη αντοχή και, στη συνέχεια, καθορίστε την τελική κατεύθυνση και το πάχος της δέσμης ινών διάταξης, διαδίδουν τη συσκευασία και στις δύο πλευρές της αναφορά.
Ταυτόχρονα, η βελτιστοποιημένη μέθοδος μπορεί να μειώσει το βάρος περισσότερο από 5% και να κάνει την απόδοση μεταφοράς φορτίου υψηλότερη από τη χρήση μόνο του προσανατολισμού ινών.
Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι με αυτά τα αποτελέσματα και ανυπομονούν να χρησιμοποιήσουν τις μεθόδους τους για να μειώσουν περαιτέρω το βάρος των παραδοσιακών εξαρτημάτων CFRP στο μέλλον.Ο Δρ Ματσουζάκι είπε ότι η σχεδιαστική μας προσέγγιση ξεπερνά την παραδοσιακή σύνθετη σχεδίαση για την κατασκευή ελαφρύτερων αεροπλάνων και αυτοκινήτων, γεγονός που συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας και στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.
Ώρα ανάρτησης: 22 Ιουλίου 2021