Kolefni er nauðsynlegt til að allar lífverur lifi af, því það er grunnur allra lífrænna sameinda og lífrænar sameindir eru grunnur allra lífvera.Þrátt fyrir að þetta sé í sjálfu sér nokkuð áhrifamikið, með þróun koltrefja, hefur það nýlega fundið ný ný forrit á óvart í geimferðum, byggingarverkfræði og öðrum greinum.Koltrefjar eru sterkari, harðari og léttari en stál.Þess vegna hafa koltrefjar komið í stað stáls í afkastamiklum vörum eins og flugvélum, kappakstursbílum og íþróttabúnaði.
Koltrefjar eru venjulega sameinaðar öðrum efnum til að mynda samsett efni.Eitt af samsettu efnum er koltrefjastyrkt plast (CFRP), sem er frægt fyrir togstyrk, stífleika og hátt hlutfall styrks og þyngdar.Vegna mikilla krafna koltrefja samsettra efna hafa vísindamenn framkvæmt nokkrar rannsóknir til að bæta styrk koltrefja samsettra efna, sem flestar beinast að sérstakri tækni sem kallast „trefjamiðuð hönnun“, sem bætir styrkleikann með því að hagræða stefnumörkun trefjar.
Vísindamenn við vísindaháskólann í Tókýó hafa tekið upp koltrefjahönnunaraðferð sem hámarkar stefnu og þykkt trefjanna og eykur þannig styrk trefjastyrkts plasts og framleiðir léttara plast í framleiðsluferlinu, sem hjálpar til við að búa til léttari flugvélar og bíla.
Hins vegar er hönnunaraðferð trefjaleiðsagnar ekki án annmarka.Trefjaleiðarhönnunin hámarkar aðeins stefnuna og heldur trefjaþykktinni fastri, sem hindrar fulla nýtingu á vélrænni eiginleikum CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki frá Tokyo University of Science (TUS) útskýrir að rannsóknir hans beinist að samsettum efnum.
Í þessu samhengi lögðu Dr. Matsuzaki og samstarfsmenn hans Yuto Mori og Naoya kumekawa in tus fram nýja hönnunaraðferð, sem getur samtímis fínstillt stefnu og þykkt trefja í samræmi við stöðu þeirra í samsettu uppbyggingunni.Þetta gerir þeim kleift að draga úr þyngd CFRP án þess að hafa áhrif á styrk þess.Niðurstöður þeirra eru birtar í tímaritinu samsettri uppbyggingu.
Nálgun þeirra samanstendur af þremur skrefum: undirbúningi, endurtekningu og breytingu.Í undirbúningsferlinu er upphafsgreiningin framkvæmd með því að nota endanlegt frumefnisaðferð (FEM) til að ákvarða fjölda laga og eigindlegt þyngdarmat er að veruleika með trefjastýringarhönnun línulegs lagskipunarlíkans og þykktarbreytingarlíkans.Stefna trefja er ákvörðuð af stefnu aðalspennunnar með endurtekinni aðferð og þykktin er reiknuð út af hámarksspennukenningunni.Að lokum, breyttu ferlinu til að breyta bókhaldi fyrir framleiðslugetu, búðu til viðmiðunarsvæði „grunntrefjabúnts“ sem krefst aukins styrkleika og ákvarðar síðan endanlega stefnu og þykkt fyrirkomulags trefjabúntsins, þeir dreifa pakkanum beggja vegna tilvísun.
Á sama tíma getur bjartsýni aðferðin dregið úr þyngdinni um meira en 5% og gert álagsflutningsskilvirkni meiri en að nota trefjarstefnu eingöngu.
Vísindamenn eru spenntir fyrir þessum niðurstöðum og hlakka til að nota aðferðir þeirra til að draga enn frekar úr þyngd hefðbundinna CFRP hluta í framtíðinni.Dr. Matsuzaki sagði að hönnunarnálgun okkar væri lengra en hefðbundin samsett hönnun til að búa til léttari flugvélar og bíla, sem hjálpar til við að spara orku og draga úr losun koltvísýrings.
Birtingartími: 22. júlí 2021