El carbono es esencial para la supervivencia de todos los seres vivos, porque forma la base de todas las moléculas orgánicas, y las moléculas orgánicas forman la base de todos los seres vivos.Aunque esto en sí mismo es bastante impresionante, con el desarrollo de la fibra de carbono, recientemente se han encontrado nuevas y sorprendentes aplicaciones en la industria aeroespacial, la ingeniería civil y otras disciplinas.La fibra de carbono es más fuerte, dura y ligera que el acero.Por lo tanto, la fibra de carbono ha sustituido al acero en productos de alto rendimiento como aviones, coches de carreras y equipamiento deportivo.
Las fibras de carbono suelen combinarse con otros materiales para formar compuestos.Uno de los materiales compuestos es el plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), famoso por su resistencia a la tracción, rigidez y alta relación resistencia-peso.Debido a los altos requisitos de los compuestos de fibra de carbono, los investigadores han llevado a cabo varios estudios para mejorar la resistencia de los compuestos de fibra de carbono, la mayoría de los cuales se centran en una tecnología especial llamada "diseño orientado a la fibra", que mejora la resistencia optimizando la orientación de fibras.
Investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio han adoptado un método de diseño de fibra de carbono que optimiza la orientación y el grosor de la fibra, mejorando así la resistencia de los plásticos reforzados con fibra y produciendo plásticos más livianos en el proceso de fabricación, lo que ayuda a fabricar aviones y automóviles más livianos.
Sin embargo, el método de diseño de la guía de fibras no está exento de deficiencias.El diseño de la guía de fibra solo optimiza la dirección y mantiene fijo el espesor de la fibra, lo que dificulta la plena utilización de las propiedades mecánicas del CFRP.El Dr. Ryyosuke Matsuzaki de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) explica que su investigación se centra en materiales compuestos.
En este contexto, el Dr. Matsuzaki y sus colegas Yuto Mori y Naoya Kumekawa in tus propusieron un nuevo método de diseño, que puede optimizar simultáneamente la orientación y el espesor de las fibras según su posición en la estructura compuesta.Esto les permite reducir el peso del CFRP sin afectar su resistencia.Sus resultados se publican en la estructura compuesta de la revista.
Su enfoque consta de tres pasos: preparación, iteración y modificación.En el proceso de preparación, el análisis inicial se lleva a cabo utilizando el método de elementos finitos (FEM) para determinar el número de capas, y la evaluación cualitativa del peso se realiza a través del diseño de guía de fibra del modelo de laminación lineal y el modelo de cambio de espesor.La orientación de la fibra está determinada por la dirección de la tensión principal mediante el método iterativo y el espesor se calcula mediante la teoría de la tensión máxima.Finalmente, modifique el proceso para modificar la contabilidad de la capacidad de fabricación, primero cree un área de “haz de fibras base” de referencia que requiera mayor resistencia, y luego determine la dirección final y el espesor del haz de fibras de disposición, que propagan el paquete en ambos lados del referencia.
Al mismo tiempo, el método optimizado puede reducir el peso en más de un 5% y hacer que la eficiencia de transferencia de carga sea mayor que si se utilizara únicamente la orientación de la fibra.
Los investigadores están entusiasmados con estos resultados y esperan utilizar sus métodos para reducir aún más el peso de las piezas tradicionales de CFRP en el futuro.El Dr. Matsuzaki dijo que nuestro enfoque de diseño va más allá del diseño compuesto tradicional para fabricar aviones y automóviles más livianos, lo que ayuda a ahorrar energía y reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Hora de publicación: 22-jul-2021