Karbon, tüm canlıların hayatta kalması için gereklidir, çünkü tüm organik moleküllerin temelini oluşturur ve organik moleküller de tüm canlıların temelini oluşturur.Bu başlı başına oldukça etkileyici olsa da, karbon elyafın gelişmesiyle birlikte son zamanlarda havacılık, inşaat mühendisliği ve diğer disiplinlerde şaşırtıcı yeni uygulamalar buldu.Karbon fiber çelikten daha güçlü, daha sert ve daha hafiftir.Bu nedenle uçak, yarış arabası ve spor malzemeleri gibi yüksek performanslı ürünlerde çeliğin yerini karbon elyaf almıştır.
Karbon fiberler genellikle kompozitler oluşturmak için diğer malzemelerle birleştirilir.Kompozit malzemelerden biri, çekme mukavemeti, sertliği ve yüksek mukavemet/ağırlık oranıyla ünlü karbon fiber takviyeli plastiktir (CFRP).Karbon fiber kompozitlerin yüksek gereklilikleri nedeniyle araştırmacılar, karbon fiber kompozitlerin mukavemetini arttırmak için çeşitli çalışmalar yürüttüler; bunların çoğu, fiber yönelimli tasarım adı verilen ve fiberin yönelimini optimize ederek mukavemeti artıran özel bir teknolojiye odaklandı. lifler.
Tokyo Bilim Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, fiberin yönünü ve kalınlığını optimize eden, böylece fiberle güçlendirilmiş plastiklerin gücünü artıran ve üretim sürecinde daha hafif plastikler üreterek daha hafif uçak ve araba yapımına yardımcı olan bir karbon fiber tasarım yöntemini benimsedi.
Bununla birlikte, fiber kılavuzunun tasarım yöntemi de eksikliklerden muaf değildir.Fiber kılavuzu tasarımı yalnızca yönü optimize eder ve fiber kalınlığını sabit tutar, bu da CFRP'nin mekanik özelliklerinin tam olarak kullanılmasını engeller.Tokyo Bilim Üniversitesi'nden (TUS) Dr. ryyosuke Matsuzaki, araştırmasının kompozit malzemeler üzerine odaklandığını açıklıyor.
Bu bağlamda, Dr. Matsuzaki ve meslektaşları Yuto Mori ve Naoya kumekawa, kompozit yapıdaki konumlarına göre fiberlerin yönelimini ve kalınlığını aynı anda optimize edebilen yeni bir tasarım yöntemi önerdiler.Bu, CFRP'nin gücünü etkilemeden ağırlığını azaltmalarına olanak tanır.Sonuçları derginin kompozit yapısında yayınlanır.
Yaklaşımları üç adımdan oluşur: hazırlık, yineleme ve değişiklik.Hazırlık sürecinde, katman sayısını belirlemek için sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak ilk analiz yapılır ve doğrusal laminasyon modeli ve kalınlık değişim modelinin fiber kılavuz tasarımı aracılığıyla niteliksel ağırlık değerlendirmesi gerçekleştirilir.Lif yönelimi, yinelemeli yöntemle ana gerilimin yönüne göre belirlenir ve kalınlık, maksimum gerilim teorisine göre hesaplanır.Son olarak, üretilebilirlik hesaplamasını değiştirmek için süreci değiştirin, önce daha fazla güç gerektiren bir referans "temel elyaf demeti" alanı oluşturun ve ardından elyaf demetinin düzenlemesinin son yönünü ve kalınlığını belirleyin, paketi paketin her iki tarafına yayarlar. referans.
Aynı zamanda optimize edilmiş yöntem, ağırlığı %5'ten daha fazla azaltabilir ve yük aktarım verimliliğini tek başına fiber yönlendirmeyi kullanmaya göre daha yüksek hale getirebilir.
Araştırmacılar bu sonuçlardan heyecan duyuyor ve gelecekte geleneksel CFRP parçaların ağırlığını daha da azaltmak için kendi yöntemlerini kullanmayı dört gözle bekliyorlar.Dr. Matsuzaki, daha hafif uçaklar ve arabalar yapmak için tasarım yaklaşımımızın geleneksel kompozit tasarımın ötesine geçtiğini, bunun da enerji tasarrufuna ve karbondioksit emisyonlarını azaltmaya yardımcı olduğunu söyledi.
Gönderim zamanı: Temmuz-22-2021