Süsinik on kõigi elusolendite ellujäämiseks hädavajalik, sest see on kõigi orgaaniliste molekulide alus ja orgaanilised molekulid on kõigi elusolendite aluseks.Kuigi see on iseenesest üsna muljetavaldav, on süsinikkiu arenguga viimasel ajal leidnud üllatavaid uusi rakendusi kosmose-, tsiviilehitus- ja muudes valdkondades.Süsinikkiud on tugevam, kõvem ja kergem kui teras.Seetõttu on süsinikkiud asendanud terase suure jõudlusega toodetes, nagu lennukid, võidusõiduautod ja spordivarustus.
Süsinikkiud kombineeritakse tavaliselt komposiitide moodustamiseks teiste materjalidega.Üks komposiitmaterjale on süsinikkiuga tugevdatud plastik (CFRP), mis on kuulus oma tõmbetugevuse, jäikuse ning kõrge tugevuse ja kaalu suhte poolest.Süsinikkiust komposiitide kõrgete nõuete tõttu on teadlased süsinikkiudkomposiitide tugevuse parandamiseks läbi viinud mitmeid uuringuid, millest enamik on keskendunud spetsiaalsele tehnoloogiale, mida nimetatakse "kiududele orienteeritud disainiks", mis parandab tugevust, optimeerides komposiitide orientatsiooni. kiudaineid.
Tokyo teadusülikooli teadlased võtsid kasutusele süsinikkiust disainimeetodi, mis optimeerib kiu orientatsiooni ja paksust, suurendades seeläbi kiududega tugevdatud plastide tugevust ja valmistades tootmisprotsessis kergemaid plastmassi, aidates toota kergemaid lennukeid ja autosid.
Siiski ei ole kiudude juhtimise disainimeetodil puudusi.Kiujuhiku disain optimeerib ainult suunda ja hoiab kiu paksuse fikseerituna, mis takistab CFRP mehaaniliste omaduste täielikku ärakasutamist.Dr ryyosuke Matsuzaki Tokyo teadusülikoolist (TUS) selgitab, et tema uurimistöö keskendub komposiitmaterjalidele.
Sellega seoses pakkusid dr Matsuzaki ja tema kolleegid Yuto Mori ja Naoya kumekawa in tus välja uue disainimeetodi, mis võib samaaegselt optimeerida kiudude orientatsiooni ja paksust vastavalt nende asukohale komposiitstruktuuris.See võimaldab neil vähendada CFRP kaalu ilma selle tugevust mõjutamata.Nende tulemused avaldatakse ajakirja komposiitstruktuuris.
Nende lähenemisviis koosneb kolmest etapist: ettevalmistamine, iteratsioon ja muutmine.Ettevalmistusprotsessis tehakse esialgne analüüs lõplike elementide meetodi (FEM) abil, et määrata kihtide arv, ja kvalitatiivne kaalu hindamine toimub lineaarse lamineerimismudeli ja paksuse muutuse mudeli kiudude juhiku kujunduse kaudu.Kiu orientatsioon määratakse põhipinge suuna järgi iteratiivse meetodiga ja paksus arvutatakse maksimaalse pinge teooria abil.Lõpuks muutke protsessi, et muuta valmistatavuse arvestust, esmalt looge võrdluspiirkond "baaskiu kimbu", mis nõuab suuremat tugevust, ja seejärel määrake paigutuse kiukimbu lõplik suund ja paksus. Need levitavad pakendit mõlemal pool kiu. viide.
Samal ajal võib optimeeritud meetod vähendada kaalu rohkem kui 5% ja muuta koormuse ülekande efektiivsus kõrgemaks kui ainult kiudude orientatsiooni kasutamine.
Teadlased on nendest tulemustest põnevil ja ootavad oma meetodite kasutamist traditsiooniliste CFRP osade massi vähendamiseks tulevikus.Dr Matsuzaki ütles, et meie disainilahendus ületab traditsioonilise komposiitdisaini, valmistades kergemaid lennukeid ja autosid, mis aitab säästa energiat ja vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid.
Postitusaeg: 22. juuli 2021