El carboni és essencial per a la supervivència de tots els éssers vius, perquè constitueix la base de totes les molècules orgàniques, i les molècules orgàniques són la base de tots els éssers vius.Tot i que això en si mateix és força impressionant, amb el desenvolupament de la fibra de carboni, recentment ha trobat noves aplicacions sorprenents en l'aeronàutica, l'enginyeria civil i altres disciplines.La fibra de carboni és més forta, dura i lleugera que l'acer.Per tant, la fibra de carboni ha substituït l'acer en productes d'alt rendiment com ara avions, cotxes de carreres i equipaments esportius.
Les fibres de carboni solen combinar-se amb altres materials per formar compostos.Un dels materials compostos és el plàstic reforçat amb fibra de carboni (CFRP), que és famós per la seva resistència a la tracció, rigidesa i alta relació resistència/pes.A causa dels alts requisits dels compostos de fibra de carboni, els investigadors han dut a terme diversos estudis per millorar la resistència dels compostos de fibra de carboni, la majoria dels quals se centren en una tecnologia especial anomenada "disseny orientat a la fibra", que millora la resistència optimitzant l'orientació de fibres.
Els investigadors de la Universitat de Ciència de Tòquio han adoptat un mètode de disseny de fibra de carboni que optimitza l'orientació i el gruix de la fibra, millorant així la resistència dels plàstics reforçats amb fibra i produint plàstics més lleugers en el procés de fabricació, ajudant a fer avions i cotxes més lleugers.
Tanmateix, el mètode de disseny de la guia de fibra no està exempt de deficiències.El disseny de la guia de fibra només optimitza la direcció i manté el gruix de la fibra fix, cosa que dificulta la plena utilització de les propietats mecàniques del CFRP.El doctor ryyosuke Matsuzaki de la Universitat de Ciència de Tòquio (TUS) explica que la seva investigació se centra en materials compostos.
En aquest context, el Dr. Matsuzaki i els seus col·legues Yuto Mori i Naoya kumekawa van proposar un nou mètode de disseny, que pot optimitzar simultàniament l'orientació i el gruix de les fibres segons la seva posició a l'estructura composta.Això els permet reduir el pes del CFRP sense afectar la seva resistència.Els seus resultats es publiquen a l'estructura composta de la revista.
El seu enfocament consta de tres passos: preparació, iteració i modificació.En el procés de preparació, l'anàlisi inicial es realitza mitjançant el mètode d'elements finits (FEM) per determinar el nombre de capes, i l'avaluació qualitativa del pes es realitza mitjançant el disseny de guia de fibra del model de laminació lineal i el model de canvi de gruix.L'orientació de la fibra està determinada per la direcció de la tensió principal pel mètode iteratiu, i el gruix es calcula mitjançant la teoria de la tensió màxima.Finalment, modifiqueu el procés per modificar la comptabilitat de la fabricabilitat, primer creeu una àrea de referència de "paquet de fibres base" que requereixi una major resistència i, a continuació, determineu la direcció final i el gruix del paquet de fibres de la disposició, propaguen el paquet a banda i banda de la referència.
Al mateix temps, el mètode optimitzat pot reduir el pes en més d'un 5% i fer que l'eficiència de transferència de càrrega sigui superior a l'ús de l'orientació de la fibra sola.
Els investigadors estan entusiasmats amb aquests resultats i esperen utilitzar els seus mètodes per reduir encara més el pes de les peces tradicionals de CFRP en el futur.El Dr. Matsuzaki va dir que el nostre enfocament de disseny va més enllà del disseny compost tradicional per fer avions i cotxes més lleugers, cosa que ajuda a estalviar energia i reduir les emissions de diòxid de carboni.
Hora de publicació: 22-jul-2021