Koolstof is noodsaaklik vir die oorlewing van alle lewende dinge, want dit vorm die basis van alle organiese molekules, en organiese molekules vorm die basis van alle lewende dinge.Alhoewel dit op sigself nogal indrukwekkend is, het dit met die ontwikkeling van koolstofvesel onlangs verrassende nuwe toepassings in lugvaart, siviele ingenieurswese en ander dissiplines gevind.Koolstofvesel is sterker, harder en ligter as staal.Daarom het koolstofvesel staal in hoëprestasieprodukte soos vliegtuie, renmotors en sporttoerusting vervang.
Koolstofvesels word gewoonlik met ander materiale gekombineer om komposiete te vorm.Een van die saamgestelde materiale is koolstofveselversterkte plastiek (CFRP), wat bekend is vir sy treksterkte, styfheid en hoë sterkte tot gewig verhouding.As gevolg van die hoë vereistes van koolstofvesel-samestellings, het navorsers verskeie studies uitgevoer om die sterkte van koolstofvesel-komposiete te verbeter, waarvan die meeste gefokus is op 'n spesiale tegnologie genaamd "veselgeoriënteerde ontwerp", wat die sterkte verbeter deur die oriëntasie van vesels.
Navorsers aan die Tokio Universiteit van wetenskap het 'n koolstofvesel-ontwerpmetode aangeneem wat die oriëntasie en dikte van die vesel optimaliseer, en sodoende die sterkte van veselversterkte plastiek verbeter en ligter plastiek in die vervaardigingsproses produseer, wat help om ligter vliegtuie en motors te maak.
Die ontwerpmetode van veselleiding is egter nie sonder tekortkominge nie.Die veselgidsontwerp optimaliseer net die rigting en hou die veseldikte vas, wat die volle benutting van die meganiese eienskappe van CFRP belemmer.Dr ryyosuke Matsuzaki van Tokyo University of Science (TUS) verduidelik dat sy navorsing op saamgestelde materiale fokus.
In hierdie konteks het dr. Matsuzaki en sy kollegas Yuto Mori en Naoya kumekawa in tus 'n nuwe ontwerpmetode voorgestel, wat terselfdertyd die oriëntasie en dikte van vesels kan optimaliseer volgens hul posisie in die saamgestelde struktuur.Dit stel hulle in staat om die gewig van die CFRP te verminder sonder om die sterkte daarvan te beïnvloed.Hul resultate word in die tydskrif saamgestelde struktuur gepubliseer.
Hul benadering bestaan uit drie stappe: voorbereiding, iterasie en wysiging.In die voorbereidingsproses word die aanvanklike analise uitgevoer deur die eindige elementmetode (FEM) te gebruik om die aantal lae te bepaal, en die kwalitatiewe gewigevaluering word gerealiseer deur die veselgidsontwerp van lineêre lamineringsmodel en dikteveranderingsmodel.Die veseloriëntasie word bepaal deur die rigting van die hoofspanning deur die iteratiewe metode, en die dikte word bereken deur die maksimum spanningsteorie.Laastens, wysig die proses om die rekeningkunde vir vervaardigbaarheid te wysig, skep eers 'n verwysing "basis vesel bondel" area wat verhoogde sterkte vereis, en bepaal dan die finale rigting en dikte van die rangskikking vesel bondel, hulle propageer die pakket aan beide kante van die verwysing.
Terselfdertyd kan die geoptimaliseerde metode die gewig met meer as 5% verminder, en die lasoordragdoeltreffendheid hoër maak as om alleen veseloriëntasie te gebruik.
Navorsers is opgewonde oor hierdie resultate en sien uit daarna om hul metodes te gebruik om die gewig van tradisionele CFRP-onderdele in die toekoms verder te verminder.Dr. Matsuzaki het gesê dat ons ontwerpbenadering verder gaan as tradisionele saamgestelde ontwerp om ligter vliegtuie en motors te maak, wat help om energie te bespaar en koolstofdioksiedvrystellings te verminder.
Postyd: 22 Julie 2021