روش بهینه سازی جدید برای طراحی کامپوزیت های سبک تر فیبر کربن مفید است

کربن برای بقای همه موجودات زنده ضروری است، زیرا اساس همه مولکول های آلی را تشکیل می دهد و مولکول های آلی اساس همه موجودات زنده را تشکیل می دهند.اگرچه این به خودی خود بسیار چشمگیر است، اما با توسعه فیبر کربن، اخیراً کاربردهای جدید شگفت انگیزی در هوافضا، مهندسی عمران و سایر رشته ها پیدا کرده است.فیبر کربن قوی تر، سخت تر و سبک تر از فولاد است.بنابراین، فیبر کربن جایگزین فولاد در محصولات با کارایی بالا مانند هواپیما، اتومبیل های مسابقه ای و تجهیزات ورزشی شده است.

الیاف کربن معمولا با مواد دیگر ترکیب می شوند تا کامپوزیت ها را تشکیل دهند.یکی از مواد کامپوزیت، پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) است که به دلیل استحکام کششی، سفتی و نسبت استحکام به وزن بالا مشهور است.با توجه به نیازهای بالای کامپوزیت های فیبر کربن، محققان مطالعات متعددی را برای بهبود استحکام کامپوزیت های الیاف کربن انجام داده اند که بیشتر آنها بر روی فناوری خاصی به نام "طراحی فیبر گرا" متمرکز شده اند که با بهینه سازی جهت گیری استحکام را بهبود می بخشد. الیاف

محققان دانشگاه علوم توکیو یک روش طراحی فیبر کربن را اتخاذ کرده‌اند که جهت و ضخامت فیبر را بهینه می‌کند، در نتیجه استحکام پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف را افزایش می‌دهد و پلاستیک‌های سبک‌تری در فرآیند تولید تولید می‌کند و به ساخت هواپیماها و خودروهای سبک‌تر کمک می‌کند.

با این حال، روش طراحی هدایت فیبر خالی از کاستی نیست.طراحی راهنمای فیبر فقط جهت را بهینه می کند و ضخامت فیبر را ثابت نگه می دارد که مانع استفاده کامل از خواص مکانیکی CFRP می شود.دکتر ریوسوکه ماتسوزاکی از دانشگاه علوم توکیو (TUS) توضیح می دهد که تحقیقات او بر روی مواد کامپوزیتی متمرکز است.

در این زمینه، دکتر Matsuzaki و همکارانش Yuto Mori و Naoya kumekawa in tus یک روش طراحی جدید را پیشنهاد کردند که می تواند به طور همزمان جهت گیری و ضخامت الیاف را با توجه به موقعیت آنها در ساختار کامپوزیت بهینه کند.این به آنها اجازه می دهد تا وزن CFRP را بدون تأثیر بر قدرت آن کاهش دهند.نتایج آنها در ژورنال ساختار ترکیبی منتشر شده است.

رویکرد آنها شامل سه مرحله است: آماده سازی، تکرار، و اصلاح.در فرآیند آماده‌سازی، تحلیل اولیه با استفاده از روش اجزا محدود (FEM) برای تعیین تعداد لایه‌ها انجام می‌شود و ارزیابی کیفی وزن از طریق طراحی راهنمای الیاف مدل لایه‌گذاری خطی و مدل تغییر ضخامت محقق می‌شود.جهت الیاف با جهت تنش اصلی با روش تکرار شونده تعیین می شود و ضخامت توسط نظریه تنش حداکثر محاسبه می شود.در نهایت، فرآیند را اصلاح کنید تا حسابداری برای قابلیت ساخت اصلاح شود، ابتدا یک منطقه مرجع «بسته فیبر پایه» ایجاد کنید که به استحکام بیشتری نیاز دارد، و سپس جهت نهایی و ضخامت دسته الیاف چیدمان را تعیین کنید، بسته را در هر دو طرف پخش می‌کنند. ارجاع.

در عین حال، روش بهینه شده می تواند وزن را تا بیش از 5٪ کاهش دهد و راندمان انتقال بار را بالاتر از استفاده از جهت گیری فیبر به تنهایی می کند.

محققان از این نتایج هیجان زده هستند و مشتاقانه منتظر استفاده از روش های خود برای کاهش بیشتر وزن قطعات سنتی CFRP در آینده هستند.دکتر ماتسوزاکی گفت که رویکرد طراحی ما فراتر از طراحی کامپوزیت سنتی برای ساخت هواپیماها و اتومبیل های سبک تر است که به صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار دی اکسید کربن کمک می کند.


زمان ارسال: ژوئیه-22-2021