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研究人員采用取向優化設計法 有助于設計更輕的碳纖維復合材料

2021-5-27 16:14 2659 0 來自: 賢集網
簡介
【汽車輕量化在線】“纖維取向設計”技術,通常通過優化纖維的取向來提高復合材料的強度,是業界提升復合材料性能的常用手段。日前,東京理科大學(TUS)的研究人員采用了一種碳纖維設計方法,優化纖維的取向和厚度 ...
汽車輕量化在線】“纖維取向設計”技術,通常通過優化纖維的取向來提高復合材料的強度,是業界提升復合材料性能的常用手段。

日前,東京理科大學(TUS)的研究人員采用了一種碳纖維設計方法,優化纖維的取向和厚度,從而提高了復合材料的強度,同時,輕量化的提升也有助于更輕型飛機和汽車的設計制造。

然而,纖維取向設計方法并非沒有缺點。纖維取向設計只優化了方向,保持了纖維層的厚度固定,但卻阻礙了CFRP力學性能的充分發揮。

研究人員提出了一種新的設計方法,可以根據纖維在復合材料結構中的位置同時優化纖維的取向和厚度。這使得他們可以在不影響強度的情況下,減少CFRP的重量。

該方法包括三個步驟:準備、迭代和修改過程。在準備過程中,使用有限元法(FEM)進行了初始分析,以確定層數,通過線性層壓模型和厚度變化模型的纖維取向設計實現了定性的評估;采用迭代法根據主應力方向確定纖維取向,利用“最大應力理論”迭代計算厚度;最后進行過程的修改確定最終的方向和厚度。

同時優化的方法是復合材料的重量成功減少了至少5%,同時使負載轉移效率顯著提高。

研究人員對研究成果充滿信心,并期待未來將該方法用于進一步減輕傳統CFRP零件的重量。


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