Il carbonio è essenziale per la sopravvivenza di tutti gli esseri viventi, perché costituisce la base di tutte le molecole organiche, e le molecole organiche costituiscono la base di tutti gli esseri viventi.Anche se questo di per sé è piuttosto impressionante, con lo sviluppo della fibra di carbonio, ha recentemente trovato nuove sorprendenti applicazioni nel settore aerospaziale, nell’ingegneria civile e in altre discipline.La fibra di carbonio è più forte, più dura e più leggera dell’acciaio.Pertanto, la fibra di carbonio ha sostituito l’acciaio in prodotti ad alte prestazioni come aerei, auto da corsa e attrezzature sportive.
Le fibre di carbonio vengono solitamente combinate con altri materiali per formare compositi.Uno dei materiali compositi è la plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP), famosa per la sua resistenza alla trazione, rigidità ed elevato rapporto resistenza/peso.A causa degli elevati requisiti dei compositi in fibra di carbonio, i ricercatori hanno condotto diversi studi per migliorare la resistenza dei compositi in fibra di carbonio, la maggior parte dei quali si concentra su una tecnologia speciale chiamata “design orientato alla fibra”, che migliora la resistenza ottimizzando l’orientamento dei compositi in fibra di carbonio. fibre.
I ricercatori dell’Università delle Scienze di Tokyo hanno adottato un metodo di progettazione della fibra di carbonio che ottimizza l’orientamento e lo spessore della fibra, migliorando così la resistenza della plastica rinforzata con fibre e producendo plastiche più leggere nel processo di produzione, contribuendo a realizzare aeroplani e automobili più leggeri.
Tuttavia, il metodo di progettazione della guida delle fibre non è esente da difetti.Il design della guida della fibra ottimizza solo la direzione e mantiene fisso lo spessore della fibra, il che ostacola il pieno utilizzo delle proprietà meccaniche del CFRP.Il dottor Ryyosuke Matsuzaki dell'Università delle Scienze di Tokyo (TUS) spiega che la sua ricerca si concentra sui materiali compositi.
In questo contesto, il dottor Matsuzaki e i suoi colleghi Yuto Mori e Naoya kumekawa in tus hanno proposto un nuovo metodo di progettazione, in grado di ottimizzare contemporaneamente l'orientamento e lo spessore delle fibre in base alla loro posizione nella struttura composita.Ciò consente loro di ridurre il peso del CFRP senza comprometterne la resistenza.I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Composite Structure.
Il loro approccio consiste in tre fasi: preparazione, iterazione e modifica.Nel processo di preparazione, l'analisi iniziale viene eseguita utilizzando il metodo degli elementi finiti (FEM) per determinare il numero di strati e la valutazione qualitativa del peso viene realizzata attraverso la progettazione della guida della fibra del modello di laminazione lineare e del modello di cambiamento di spessore.L'orientamento delle fibre è determinato dalla direzione della sollecitazione principale mediante il metodo iterativo e lo spessore è calcolato mediante la teoria della sollecitazione massima.Infine, modificare il processo per modificare la contabilità per la producibilità, creare innanzitutto un'area di riferimento del "fascio di fibre di base" che richiede maggiore resistenza, quindi determinare la direzione e lo spessore finali del fascio di fibre di disposizione, propagare il pacchetto su entrambi i lati del riferimento.
Allo stesso tempo, il metodo ottimizzato può ridurre il peso di oltre il 5% e aumentare l'efficienza di trasferimento del carico rispetto all'utilizzo del solo orientamento delle fibre.
I ricercatori sono entusiasti di questi risultati e non vedono l’ora di utilizzare i loro metodi per ridurre ulteriormente il peso delle tradizionali parti in CFRP in futuro.Il dottor Matsuzaki ha affermato che il nostro approccio progettuale va oltre il tradizionale design composito per realizzare aeroplani e automobili più leggeri, il che aiuta a risparmiare energia e a ridurre le emissioni di anidride carbonica.
Orario di pubblicazione: 22 luglio 2021