Көміртегі барлық тірі заттардың тіршілігі үшін өте маңызды, өйткені ол барлық органикалық молекулалардың негізін құрайды, ал органикалық молекулалар барлық тірі заттардың негізін құрайды.Мұның өзі өте әсерлі болса да, көміртекті талшықтың дамуымен ол жақында аэроғарыштық, құрылыстық инженерия және басқа да пәндердегі таңқаларлық жаңа қолданбаларды тапты.Көміртекті талшық болаттан гөрі берік, қатты және жеңіл.Сондықтан көміртекті талшық ұшақтар, жарыс автомобильдері және спорттық жабдықтар сияқты өнімділігі жоғары өнімдерде болатты ауыстырды.
Көміртекті талшықтар әдетте композиттер жасау үшін басқа материалдармен біріктіріледі.Композиттік материалдардың бірі көміртекті талшықты арматураланған пластмассалар (CFRP) болып табылады, ол өзінің созылу беріктігімен, қаттылығымен және жоғары беріктік пен салмақ қатынасымен танымал.Көміртекті талшықты композиттерге қойылатын жоғары талаптарға байланысты зерттеушілер көміртекті талшықты композиттердің беріктігін жақсарту үшін бірнеше зерттеулер жүргізді, олардың көпшілігі «талшыққа бағытталған дизайн» деп аталатын арнайы технологияға бағытталған, ол бағытты оңтайландыру арқылы беріктікті жақсартады. талшықтар.
Токио ғылым университетінің зерттеушілері талшықтың бағыты мен қалыңдығын оңтайландыратын көміртекті талшықты жобалау әдісін қабылдады, осылайша талшықты арматураланған пластмассалардың беріктігін арттырып, өндіріс процесінде жеңілірек пластмассалар шығарады, жеңіл ұшақтар мен автомобильдерді жасауға көмектеседі.
Дегенмен, талшықты бағыттаудың жобалау әдісі кемшіліктерсіз емес.Талшықты бағыттаушы конструкция тек бағытты оңтайландырады және талшықтың қалыңдығын тұрақты түрде сақтайды, бұл CFRP механикалық қасиеттерін толық пайдалануға кедергі келтіреді.Токио ғылым университетінің (TUS) докторы Риосуке Мацузаки оның зерттеулері композициялық материалдарға бағытталғанын түсіндіреді.
Осы контекстте доктор Мацузаки және оның әріптестері Юто Мори мен Наойя кумекава тустегі жаңа дизайн әдісін ұсынды, ол бір уақытта композиттік құрылымдағы орнына қарай талшықтардың бағыты мен қалыңдығын оңтайландыра алады.Бұл оларға CFRP салмағын оның беріктігіне әсер етпей азайтуға мүмкіндік береді.Олардың нәтижелері журналдың композиттік құрылымында жарияланады.
Олардың тәсілі үш кезеңнен тұрады: дайындау, қайталау және өзгерту.Дайындау процесінде қабаттардың санын анықтау үшін соңғы элементтер әдісін (FEM) қолдану арқылы бастапқы талдау жүргізіледі, ал сапалы салмақты бағалау сызықтық ламинация моделінің талшықты бағыттаушы дизайны және қалыңдығын өзгерту моделі арқылы жүзеге асырылады.Талшықтың бағыты итерациялық әдіспен негізгі кернеу бағытымен, ал қалыңдығы максималды кернеу теориясымен есептеледі.Соңында, өндіріс қабілеттілігін есепке алуды өзгерту үшін процесті өзгертіңіз, алдымен күшейтуді қажет ететін анықтамалық «негізгі талшық байламы» аймағын жасаңыз, содан кейін талшық байламының орналасуының соңғы бағыты мен қалыңдығын анықтаңыз, олар қаптаманы екі жағынан таратады. анықтама.
Сонымен қатар, оңтайландырылған әдіс салмақты 5% -дан астамға азайтады және жүктемені тасымалдау тиімділігін тек талшықты бағдарлауды пайдаланудан жоғары етеді.
Зерттеушілер бұл нәтижелерге қуанышты және болашақта дәстүрлі CFRP бөліктерінің салмағын одан әрі азайту үшін олардың әдістерін қолдануды асыға күтеді.Доктор Мацузаки біздің дизайн тәсілі жеңіл ұшақтар мен автомобильдер жасау үшін дәстүрлі композиттік дизайннан асып түсетінін, бұл энергияны үнемдеуге және көмірқышқыл газының шығарындыларын азайтуға көмектесетінін айтты.
Жіберу уақыты: 22 шілде 2021 ж