ოპტიმიზაციის ახალი მეთოდი სასარგებლოა მსუბუქი ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების შესაქმნელად

ნახშირბადი აუცილებელია ყველა ცოცხალი არსების გადარჩენისთვის, რადგან ის ქმნის ყველა ორგანული მოლეკულის საფუძველს, ხოლო ორგანული მოლეკულები ქმნიან ყველა ცოცხალი არსების საფუძველს.მიუხედავად იმისა, რომ ეს თავისთავად საკმაოდ შთამბეჭდავია, ნახშირბადის ბოჭკოების განვითარებით, მან ახლახან აღმოაჩინა გასაკვირი ახალი აპლიკაციები აერონავტიკაში, სამოქალაქო ინჟინერიაში და სხვა დისციპლინებში.ნახშირბადის ბოჭკოვანი უფრო ძლიერი, მყარი და მსუბუქია ვიდრე ფოლადი.აქედან გამომდინარე, ნახშირბადის ბოჭკოვანი შეცვალა ფოლადი მაღალი ხარისხის პროდუქტებში, როგორიცაა თვითმფრინავები, სარბოლო მანქანები და სპორტული აღჭურვილობა.

ნახშირბადის ბოჭკოები ჩვეულებრივ შერწყმულია სხვა მასალებთან კომპოზიციების შესაქმნელად.ერთ-ერთი კომპოზიტური მასალაა ნახშირბადის ბოჭკოებით გამაგრებული პლასტმასი (CFRP), რომელიც ცნობილია თავისი დაჭიმვის სიმტკიცით, სიმტკიცით და მაღალი სიმტკიცის და წონის თანაფარდობით.ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების მაღალი მოთხოვნების გამო, მკვლევარებმა ჩაატარეს რამდენიმე კვლევა ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტების სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად, რომელთა უმეტესობა ორიენტირებულია სპეციალურ ტექნოლოგიაზე, სახელწოდებით "ბოჭკოვანი ორიენტირებული დიზაინი", რომელიც აუმჯობესებს სიმტკიცეს ორიენტაციის ოპტიმიზაციის გზით. ბოჭკოები.

ტოკიოს მეცნიერების უნივერსიტეტის მკვლევარებმა მიიღეს ნახშირბადის ბოჭკოების დიზაინის მეთოდი, რომელიც ოპტიმიზაციას უკეთებს ბოჭკოების ორიენტაციას და სისქეს, რითაც აძლიერებს ბოჭკოებით გამაგრებული პლასტმასის სიმტკიცეს და წარმოების პროცესში უფრო მსუბუქ პლასტმასს აწარმოებს, რაც ხელს უწყობს მსუბუქი თვითმფრინავებისა და მანქანების შექმნას.

თუმცა, ბოჭკოვანი ხელმძღვანელობის დიზაინის მეთოდი არ არის ხარვეზების გარეშე.ბოჭკოვანი გიდის დიზაინი მხოლოდ მიმართულებას ოპტიმიზებს და ინარჩუნებს ბოჭკოს სისქეს, რაც აფერხებს CFRP-ის მექანიკური თვისებების სრულ გამოყენებას.დოქტორი რიოსუკე მაცუზაკი ტოკიოს მეცნიერების უნივერსიტეტიდან (TUS) განმარტავს, რომ მისი კვლევა ფოკუსირებულია კომპოზიტურ მასალებზე.

ამ კონტექსტში, დოქტორმა მაცუზაკიმ და მისმა კოლეგებმა იუტო მორიმ და ნაოია კუმეკავამ შემოგვთავაზეს დიზაინის ახალი მეთოდი, რომელსაც შეუძლია ერთდროულად ოპტიმიზაცია მოახდინოს ბოჭკოების ორიენტაციასა და სისქეზე მათი პოზიციის მიხედვით კომპოზიტურ სტრუქტურაში.ეს მათ საშუალებას აძლევს შეამცირონ CFRP-ის წონა მის სიძლიერეზე გავლენის გარეშე.მათი შედეგები გამოქვეყნებულია ჟურნალის კომპოზიტურ სტრუქტურაში.

მათი მიდგომა შედგება სამი ეტაპისგან: მომზადება, გამეორება და მოდიფიკაცია.მომზადების პროცესში პირველადი ანალიზი ხორციელდება სასრული ელემენტების მეთოდის (FEM) გამოყენებით ფენების რაოდენობის დასადგენად, ხოლო ხარისხობრივი წონის შეფასება ხორციელდება ხაზოვანი ლამინირების მოდელისა და სისქის შეცვლის მოდელის ბოჭკოვანი გიდის დიზაინის მეშვეობით.ბოჭკოების ორიენტაცია განისაზღვრება ძირითადი სტრესის მიმართულებით იტერაციული მეთოდით, ხოლო სისქე გამოითვლება მაქსიმალური დაძაბულობის თეორიით.დაბოლოს, შეცვალეთ პროცესი წარმოების აღრიცხვის შესაცვლელად, ჯერ შექმენით საცნობარო „ბაზის ბოჭკოვანი შეკვრის“ არე, რომელიც საჭიროებს გაზრდილ სიმტკიცეს და შემდეგ განსაზღვრეთ ბოჭკოვანი შეკვრის საბოლოო მიმართულება და სისქე, ისინი ავრცელებენ შეფუთვას ორივე მხარეს. მითითება.

ამავდროულად, ოპტიმიზებულ მეთოდს შეუძლია წონა 5%-ზე მეტით შეამციროს და დატვირთვის გადაცემის ეფექტურობა უფრო მაღალი გახადოს, ვიდრე მხოლოდ ბოჭკოვანი ორიენტაციის გამოყენება.

მკვლევარები აღფრთოვანებულნი არიან ამ შედეგებით და მოუთმენლად ელიან თავიანთი მეთოდების გამოყენებას, რათა მომავალში კიდევ უფრო შეამცირონ ტრადიციული CFRP ნაწილების წონა.დოქტორმა მაცუზაკიმ თქვა, რომ ჩვენი დიზაინის მიდგომა სცილდება ტრადიციულ კომპოზიტურ დიზაინს, რათა უფრო მსუბუქი თვითმფრინავები და მანქანები შევქმნათ, რაც ხელს უწყობს ენერგიის დაზოგვას და ნახშირორჟანგის გამოყოფის შემცირებას.