Karbon adalah penting untuk kelangsungan hidup semua makhluk hidup, kerana ia membentuk asas kepada semua molekul organik, dan molekul organik membentuk asas kepada semua makhluk hidup.Walaupun ini dengan sendirinya agak mengagumkan, dengan pembangunan gentian karbon, ia baru-baru ini menemui aplikasi baharu yang mengejutkan dalam aeroangkasa, kejuruteraan awam dan disiplin lain.Gentian karbon lebih kuat, lebih keras dan lebih ringan daripada keluli.Oleh itu, gentian karbon telah menggantikan keluli dalam produk berprestasi tinggi seperti pesawat, kereta lumba dan peralatan sukan.
Gentian karbon biasanya digabungkan dengan bahan lain untuk membentuk komposit.Salah satu bahan komposit ialah plastik bertetulang gentian karbon (CFRP), yang terkenal dengan kekuatan tegangan, kekakuan dan nisbah kekuatan kepada berat yang tinggi.Oleh kerana keperluan komposit gentian karbon yang tinggi, penyelidik telah menjalankan beberapa kajian untuk meningkatkan kekuatan komposit gentian karbon, yang kebanyakannya tertumpu pada teknologi khas yang dipanggil "reka bentuk berorientasikan gentian", yang meningkatkan kekuatan dengan mengoptimumkan orientasi gentian.
Penyelidik di Universiti sains Tokyo telah menggunakan kaedah reka bentuk gentian karbon yang mengoptimumkan orientasi dan ketebalan gentian, dengan itu meningkatkan kekuatan plastik bertetulang gentian dan menghasilkan plastik yang lebih ringan dalam proses pembuatan, membantu membuat kapal terbang dan kereta yang lebih ringan.
Walau bagaimanapun, kaedah reka bentuk bimbingan gentian bukan tanpa kekurangan.Reka bentuk panduan gentian hanya mengoptimumkan arah dan mengekalkan ketebalan gentian tetap, yang menghalang penggunaan sepenuhnya sifat mekanikal CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki dari Universiti Sains Tokyo (TUS) menjelaskan bahawa penyelidikannya memberi tumpuan kepada bahan komposit.
Dalam konteks ini, Dr. Matsuzaki dan rakan-rakannya Yuto Mori dan Naoya kumekawa in tus mencadangkan kaedah reka bentuk baharu, yang secara serentak boleh mengoptimumkan orientasi dan ketebalan gentian mengikut kedudukannya dalam struktur komposit.Ini membolehkan mereka mengurangkan berat CFRP tanpa menjejaskan kekuatannya.Keputusan mereka diterbitkan dalam struktur komposit jurnal.
Pendekatan mereka terdiri daripada tiga langkah: penyediaan, lelaran, dan pengubahsuaian.Dalam proses penyediaan, analisis awal dijalankan dengan menggunakan kaedah elemen terhingga (FEM) untuk menentukan bilangan lapisan, dan penilaian berat kualitatif direalisasikan melalui reka bentuk panduan gentian model laminasi linear dan model perubahan ketebalan.Orientasi gentian ditentukan oleh arah tegasan utama dengan kaedah lelaran, dan ketebalan dikira oleh teori tegasan maksimum.Akhir sekali, ubah suai proses untuk mengubah suai perakaunan untuk kebolehkilangan, mula-mula buat rujukan kawasan "ikat gentian asas" yang memerlukan peningkatan kekuatan, dan kemudian tentukan arah akhir dan ketebalan berkas gentian susunan, mereka menyebarkan bungkusan pada kedua-dua belah bahagian rujukan.
Pada masa yang sama, kaedah yang dioptimumkan boleh mengurangkan berat lebih daripada 5%, dan menjadikan kecekapan pemindahan beban lebih tinggi daripada menggunakan orientasi gentian sahaja.
Penyelidik teruja dengan keputusan ini dan berharap untuk menggunakan kaedah mereka untuk mengurangkan lagi berat bahagian CFRP tradisional pada masa hadapan.Dr. Matsuzaki berkata pendekatan reka bentuk kami melangkaui reka bentuk komposit tradisional untuk membuat kapal terbang dan kereta yang lebih ringan, yang membantu menjimatkan tenaga dan mengurangkan pelepasan karbon dioksida.
Masa siaran: Jul-22-2021