คาร์บอนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เนื่องจากคาร์บอนเป็นพื้นฐานของโมเลกุลอินทรีย์ทั้งหมด และโมเลกุลอินทรีย์เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดแม้ว่าสิ่งนี้จะค่อนข้างน่าประทับใจด้วยการพัฒนาของคาร์บอนไฟเบอร์ แต่เมื่อไม่นานมานี้ พบว่ามีการใช้งานใหม่ๆ ที่น่าแปลกใจในด้านการบินและอวกาศ วิศวกรรมโยธา และสาขาวิชาอื่นๆคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรง แข็งกว่า และเบากว่าเหล็กกล้าดังนั้นคาร์บอนไฟเบอร์จึงเข้ามาแทนที่เหล็กกล้าในผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพสูง เช่น เครื่องบิน รถแข่ง และอุปกรณ์กีฬา
เส้นใยคาร์บอนมักถูกรวมเข้ากับวัสดุอื่นเพื่อสร้างเป็นวัสดุคอมโพสิตหนึ่งในวัสดุคอมโพสิตคือพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ซึ่งมีชื่อเสียงในด้านความต้านทานแรงดึง ความแข็ง และอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงเนื่องจากความต้องการสูงของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ นักวิจัยจึงได้ทำการศึกษาหลายครั้งเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีพิเศษที่เรียกว่า "การออกแบบเชิงไฟเบอร์" ซึ่งปรับปรุงความแข็งแรงโดยการปรับการวางแนวของ เส้นใย
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งโตเกียวได้นำวิธีการออกแบบคาร์บอนไฟเบอร์มาใช้ซึ่งปรับการวางแนวและความหนาของเส้นใยให้เหมาะสม ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงของพลาสติกเสริมเส้นใย และผลิตพลาสติกที่มีน้ำหนักเบากว่าในกระบวนการผลิต ช่วยให้เครื่องบินและรถยนต์มีน้ำหนักเบาขึ้น
อย่างไรก็ตาม วิธีการออกแบบระบบนำทางด้วยไฟเบอร์ไม่ได้มีข้อบกพร่องแต่อย่างใดการออกแบบรางนำไฟเบอร์จะปรับทิศทางให้เหมาะสมเท่านั้นและรักษาความหนาของเส้นใยให้คงที่ ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการใช้คุณสมบัติเชิงกลของ CFRP อย่างเต็มที่ดร. เรียวสุเกะ มัตสึซากิ จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียว (TUS) อธิบายว่างานวิจัยของเขามุ่งเน้นไปที่วัสดุคอมโพสิต
ในบริบทนี้ ดร. มัตสึซากิและเพื่อนร่วมงานของเขา Yuto Mori และ Naoya kumekawa เสนอวิธีการออกแบบใหม่ ซึ่งสามารถปรับการวางแนวและความหนาของเส้นใยได้พร้อมกันตามตำแหน่งในโครงสร้างคอมโพสิตช่วยให้สามารถลดน้ำหนักของ CFRP ได้โดยไม่กระทบต่อความแข็งแรงผลลัพธ์ของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในโครงสร้างคอมโพสิตของวารสาร
แนวทางประกอบด้วยสามขั้นตอน: การเตรียม การทำซ้ำ และการแก้ไขในกระบวนการเตรียมการ การวิเคราะห์เบื้องต้นจะดำเนินการโดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เพื่อกำหนดจำนวนชั้น และการประเมินน้ำหนักเชิงคุณภาพทำได้ผ่านการออกแบบตัวนำเส้นใยของแบบจำลองการเคลือบเชิงเส้นและแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงความหนาการวางแนวของเส้นใยถูกกำหนดโดยทิศทางของความเค้นหลักโดยวิธีการวนซ้ำ และความหนาคำนวณโดยทฤษฎีความเค้นสูงสุดสุดท้าย ปรับเปลี่ยนกระบวนการเพื่อปรับเปลี่ยนการบัญชีสำหรับความสามารถในการผลิต ขั้นแรกให้สร้างพื้นที่อ้างอิง "มัดเส้นใยฐาน" ที่ต้องการความแข็งแรงเพิ่มขึ้น จากนั้นกำหนดทิศทางสุดท้ายและความหนาของมัดเส้นใยที่จัดเรียง จากนั้นจึงเผยแพร่บรรจุภัณฑ์ทั้งสองด้านของ อ้างอิง.
ในเวลาเดียวกัน วิธีการที่ได้รับการปรับปรุงสามารถลดน้ำหนักได้มากกว่า 5% และทำให้ประสิทธิภาพการถ่ายโอนโหลดสูงกว่าการใช้การวางแนวไฟเบอร์เพียงอย่างเดียว
นักวิจัยรู้สึกตื่นเต้นกับผลลัพธ์เหล่านี้ และหวังว่าจะใช้วิธีการของตนเพื่อลดน้ำหนักของชิ้นส่วน CFRP แบบเดิมต่อไปในอนาคตดร. มัตสึซากิกล่าวว่าแนวทางการออกแบบของเราเป็นมากกว่าการออกแบบคอมโพสิตแบบดั้งเดิมเพื่อสร้างเครื่องบินและรถยนต์ที่เบาขึ้น ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
เวลาโพสต์: Jul-22-2021