Ածխածինը կարևոր է բոլոր կենդանի էակների գոյատևման համար, քանի որ այն կազմում է բոլոր օրգանական մոլեկուլների հիմքը, իսկ օրգանական մոլեկուլները կազմում են բոլոր կենդանի էակների հիմքը:Թեև սա ինքնին բավականին տպավորիչ է, ածխածնային մանրաթելերի մշակման հետ մեկտեղ, այն վերջերս զարմանալի նոր կիրառություններ է գտել օդատիեզերական, քաղաքացիական ճարտարագիտության և այլ ոլորտներում:Ածխածնային մանրաթելն ավելի ամուր է, կարծր և թեթև, քան պողպատը:Հետևաբար, ածխածնային մանրաթելերը փոխարինել են պողպատը բարձր արդյունավետության արտադրանքներում, ինչպիսիք են ինքնաթիռները, մրցարշավային մեքենաները և սպորտային սարքավորումները:
Ածխածնային մանրաթելերը սովորաբար զուգակցվում են այլ նյութերի հետ՝ կազմելով կոմպոզիտներ:Կոմպոզիտային նյութերից մեկը ածխածնային մանրաթելից ամրացված պլաստիկն է (CFRP), որը հայտնի է իր առաձգական ուժով, կոշտությամբ և ամրության և քաշի բարձր հարաբերակցությամբ:Ածխածնի մանրաթելային կոմպոզիտների բարձր պահանջների պատճառով հետազոտողները մի քանի ուսումնասիրություններ են իրականացրել ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների ամրությունը բարելավելու համար, որոնց մեծ մասը կենտրոնացած է հատուկ տեխնոլոգիայի վրա, որը կոչվում է «մանրաթելային կողմնորոշված դիզայն», որը բարելավում է ամրությունը՝ օպտիմալացնելով կողմնորոշումը: մանրաթելեր.
Տոկիոյի գիտության համալսարանի հետազոտողները որդեգրել են ածխածնային մանրաթելերի նախագծման մեթոդ, որն օպտիմիզացնում է մանրաթելի կողմնորոշումն ու հաստությունը՝ դրանով իսկ բարձրացնելով մանրաթելերով ամրացված պլաստմասսաների ամրությունը և արտադրության գործընթացում ավելի թեթև պլաստմասսա արտադրելով՝ օգնելով ավելի թեթև ինքնաթիռներ և մեքենաներ ստեղծել:
Այնուամենայնիվ, մանրաթելերի ուղղորդման նախագծման մեթոդը զերծ չէ թերություններից:Օպտիկամանրաթելային ուղեցույցի դիզայնը միայն օպտիմալացնում է ուղղությունը և պահպանում է մանրաթելի հաստությունը, ինչը խոչընդոտում է CFRP-ի մեխանիկական հատկությունների լիարժեք օգտագործմանը:Տոկիոյի Գիտության համալսարանից (TUS) բժիշկ Ռայոսուկե Մացուզակին բացատրում է, որ իր հետազոտությունը կենտրոնանում է կոմպոզիտային նյութերի վրա:
Այս համատեքստում դոկտոր Մացուզակին և նրա գործընկերներ Յուտո Մորին և Նաոյա կումեքավան առաջարկեցին նախագծման նոր մեթոդ, որը կարող է միաժամանակ օպտիմալացնել մանրաթելերի կողմնորոշումը և հաստությունը՝ ըստ կոմպոզիտային կառուցվածքում նրանց դիրքի:Սա թույլ է տալիս նրանց նվազեցնել CFRP-ի քաշը՝ առանց դրա ուժի վրա ազդելու:Դրանց արդյունքները հրապարակված են ամսագրի կոմպոզիտային կառուցվածքում։
Նրանց մոտեցումը բաղկացած է երեք քայլից՝ պատրաստում, կրկնում և փոփոխում:Նախապատրաստման գործընթացում նախնական վերլուծությունն իրականացվում է վերջավոր տարրերի մեթոդի (FEM) միջոցով՝ շերտերի քանակը որոշելու համար, իսկ քաշի որակական գնահատումն իրականացվում է գծային շերտավորման մոդելի մանրաթելային ուղեցույցի և հաստության փոփոխության մոդելի միջոցով:Մանրաթելերի կողմնորոշումը որոշվում է հիմնական լարման ուղղությամբ՝ կրկնվող մեթոդով, իսկ հաստությունը՝ առավելագույն լարվածության տեսությամբ։Վերջապես, փոփոխեք գործընթացը՝ արտադրական հաշվառումը փոփոխելու համար, նախ ստեղծեք «բազային մանրաթելային փաթեթի» տեղեկատու տարածք, որը պահանջում է ուժեղացում, և այնուհետև որոշեք դասավորվածության մանրաթելերի փաթեթի վերջնական ուղղությունը և հաստությունը, նրանք տարածում են փաթեթը երկու կողմերում: հղում.
Միևնույն ժամանակ, օպտիմիզացված մեթոդը կարող է նվազեցնել քաշը ավելի քան 5%-ով և բարձրացնել բեռի փոխանցման արդյունավետությունը, քան միայն մանրաթելային կողմնորոշումը օգտագործելը:
Հետազոտողները ոգևորված են այս արդյունքներով և ակնկալում են օգտագործել իրենց մեթոդները՝ հետագայում ավանդական CFRP մասերի քաշը հետագայում նվազեցնելու համար:Դոկտոր Մացուզակին ասաց, որ մեր նախագծային մոտեցումը դուրս է գալիս ավանդական կոմպոզիտային դիզայնից՝ ավելի թեթև ինքնաթիռներ և մեքենաներ պատրաստելու համար, ինչը օգնում է խնայել էներգիան և նվազեցնել ածխաթթու գազի արտանետումները:
Հրապարակման ժամանակը` Հուլիս-22-2021