Вуглярод неабходны для выжывання ўсяго жывога, таму што ён складае аснову ўсіх арганічных малекул, а арганічныя малекулы складаюць аснову ўсяго жывога.Хоць гэта само па сабе вельмі ўражвае, з развіццём вугляроднага валакна, нядаўна ён знайшоў дзіўныя новыя прымянення ў аэракасмічнай, грамадзянскай тэхніцы і іншых дысцыплінах.Вугляроднае валакно мацней, цвярдзей і лягчэй сталі.Такім чынам, вугляроднае валакно замяніла сталь у такіх высокапрадукцыйных прадуктах, як самалёты, гоначныя аўтамабілі і спартыўны інвентар.
Вугляродныя валакна звычайна камбінуюць з іншымі матэрыяламі для атрымання кампазітаў.Адным з кампазіцыйных матэрыялаў з'яўляецца пластык, армаваны вугляродным валакном (CFRP), які славіцца трываласцю на разрыў, калянасцю і высокім суадносінамі трываласці і вагі.У сувязі з высокімі патрабаваннямі да кампазітаў з вугляроднага валакна даследчыкі правялі некалькі даследаванняў для паляпшэння трываласці кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна, большасць з якіх засяроджана на спецыяльнай тэхналогіі, званай «валаконна-арыентаваны дызайн», якая паляпшае трываласць за кошт аптымізацыі арыентацыі валакна.
Даследчыкі Такійскага ўніверсітэта навукі прынялі метад распрацоўкі вугляроднага валакна, які аптымізуе арыентацыю і таўшчыню валакна, тым самым павялічваючы трываласць армаванага валакном пластыка і вырабляючы больш лёгкі пластык у працэсе вытворчасці, дапамагаючы рабіць больш лёгкія самалёты і аўтамабілі.
Аднак метад распрацоўкі валакна не пазбаўлены недахопаў.Канструкцыя накіроўвалай валакна толькі аптымізуе кірунак і падтрымлівае фіксаваную таўшчыню валакна, што перашкаджае поўнаму выкарыстанню механічных уласцівасцей вугляпласту.Доктар ryyosuke Matsuzaki з Такійскага ўніверсітэта навукі (TUS) тлумачыць, што яго даследаванні сканцэнтраваны на кампазітных матэрыялах.
У гэтым кантэксце доктар Мацузакі і яго калегі Юта Моры і Наоя Кумекава ў Тусе прапанавалі новы метад праектавання, які можа адначасова аптымізаваць арыентацыю і таўшчыню валокнаў у адпаведнасці з іх становішчам у кампазітнай структуры.Гэта дазваляе ім паменшыць вагу CFRP, не ўплываючы на яго трываласць.Іх вынікі апублікаваны ў складзенай структуры часопіса.
Іх падыход складаецца з трох этапаў: падрыхтоўка, ітэрацыя і мадыфікацыя.У працэсе падрыхтоўкі праводзіцца першапачатковы аналіз з выкарыстаннем метаду канчатковых элементаў (FEM) для вызначэння колькасці слаёў, а якасная ацэнка вагі ажыццяўляецца з дапамогай канструкцыі валакнаправоднай мадэлі лінейнага ламінавання і мадэлі змены таўшчыні.Арыентацыя валакна вызначаецца па кірунку галоўнага напружання ітэрацыйным метадам, а таўшчыня разлічваецца па тэорыі максімальнага напружання.Нарэшце, змяніце працэс, каб змяніць улік тэхналагічнасці, спачатку стварыце эталонную вобласць «базавага пучка валокнаў», якая патрабуе падвышанай трываласці, а затым вызначце канчатковы кірунак і таўшчыню размяшчэння пучка валокнаў, яны распаўсюджваюць пакет з абодвух бакоў спасылка.
У той жа час аптымізаваны метад можа знізіць вагу больш чым на 5% і зрабіць эфектыўнасць перадачы нагрузкі вышэй, чым выкарыстанне адной арыентацыі валакна.
Даследчыкі ў захапленні ад гэтых вынікаў і з нецярпеннем чакаюць выкарыстання іх метадаў для далейшага зніжэння вагі традыцыйных дэталяў з вугляпласту ў будучыні.Доктар Мацузакі сказаў, што наш дызайнерскі падыход выходзіць за рамкі традыцыйнага кампазітнага дызайну для стварэння больш лёгкіх самалётаў і аўтамабіляў, што дапамагае эканоміць энергію і зніжаць выкіды вуглякіслага газу.
Час публікацыі: 22 ліпеня 2021 г