2021年5月25日
碳对所有生物的存在都至关重要，因为它构成了所有有机分子的基础，而有机分子又构成了所有生物的基础。
虽然这本身就令人印象深刻，但随着碳纤维的发展，它最近在航空航天和土木工程等学科中发现了令人惊讶的新应用，碳纤维比钢更强、更硬、更轻。因此，碳纤维已经在高性能产品如飞机、赛车和运动设备中取代了钢铁。app亚博体育
碳纤维通常与其他材料结合形成复合材料。亚博网站下载其中一种复合材料是碳纤维增强塑料(CFRP)，它以抗拉强度、刚度和高强度重量比而闻名。由于对碳纤维加固材料的要求很高，研究人员开展了几项研究来提高碳纤维加固材料的强度，其中大多数研究都集中在一种叫做碳纤维加固材料的特殊技术上“fiber-steered设计”优化纤维取向，增强强度。
然而，光纤转向设计方法并非没有其缺点。“光纤转向设计仅优化取向并保持固定纤维的厚度，防止了CFRP的机械性能的充分利用。减轻了重量的方法，允许优化纤维厚度，已经很少被认为是很少考虑”来自日本东京科学大学(TUS)专注于复合材料研究的Ryosuke Matsuzaki博士解释道。亚博网站下载亚博老虎机网登录
在此背景下，Matsuzaki博士 - 以及他的同事们在TU，Yuto Mori和Naoya Kumekawa - 提出了一种新的设计方法，可根据复合结构中的位置同时优化纤维取向和厚度，这允许它们减少CFRP的重量与恒定厚度线性层压模型的重量相比，而不会影响其强度。他们的发现可以在发布的一项新研究中阅读复合结构．
它们的方法包括三个步骤：准备，迭代和修改过程。在预备过程中，使用有限元方法（FEM）来执行初始分析来确定层数，通过线性层压模型和具有厚度变化模型的光纤转向设计来实现定性重量评估。使用迭代过程来确定主应力方向的纤维取向，并迭代地计算厚度“最大应力理论”。最后，修改过程用于通过首先创建参考来对可制造性进行修改“基础纤维束”在一个需要提高强度的区域，然后通过将纤维束布置在参考束的两侧来确定最终的取向和厚度。
同时优化的方法导致重量减少超过5%，同时使负载传输效率比单独光纤定向实现的更高。
研究人员受到这些结果的激励，期待未来的实施方法，以进一步减轻传统CFRP部件的重量。“我们的设计方法超出了传统的复合设计智慧，为较轻的飞机和汽车制作，这可以有助于节能和减少CO2排放，“观察Matsuzaki博士。
来源：https://www.tus.ac.jp/en/