O carbono é essencial para a sobrevivência de todos os seres vivos, porque constitui a base de todas as moléculas orgânicas, e as moléculas orgânicas constituem a base de todos os seres vivos.Embora isto por si só seja bastante impressionante, com o desenvolvimento da fibra de carbono, ela encontrou recentemente novas aplicações surpreendentes na indústria aeroespacial, na engenharia civil e em outras disciplinas.A fibra de carbono é mais forte, mais dura e mais leve que o aço.Portanto, a fibra de carbono substituiu o aço em produtos de alto desempenho, como aeronaves, carros de corrida e equipamentos esportivos.
As fibras de carbono são geralmente combinadas com outros materiais para formar compósitos.Um dos materiais compósitos é o plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP), famoso por sua resistência à tração, rigidez e alta relação resistência-peso.Devido aos altos requisitos dos compósitos de fibra de carbono, os pesquisadores realizaram vários estudos para melhorar a resistência dos compósitos de fibra de carbono, a maioria dos quais focados em uma tecnologia especial chamada “design orientado a fibra”, que melhora a resistência otimizando a orientação de fibras.
Pesquisadores da Universidade de Ciência de Tóquio adotaram um método de design de fibra de carbono que otimiza a orientação e a espessura da fibra, aumentando assim a resistência dos plásticos reforçados com fibra e produzindo plásticos mais leves no processo de fabricação, ajudando a fabricar aviões e carros mais leves.
No entanto, o método de projeto de orientação de fibra não apresenta falhas.O desenho da guia da fibra apenas otimiza a direção e mantém fixa a espessura da fibra, o que dificulta o pleno aproveitamento das propriedades mecânicas do CFRP.Ryyosuke Matsuzaki, da Universidade de Ciências de Tóquio (TUS), explica que sua pesquisa se concentra em materiais compósitos.
Neste contexto, o Dr. Matsuzaki e seus colegas Yuto Mori e Naoya Kumekawa propuseram um novo método de design, que pode otimizar simultaneamente a orientação e a espessura das fibras de acordo com sua posição na estrutura composta.Isso permite reduzir o peso do CFRP sem afetar sua resistência.Seus resultados são publicados na estrutura composta da revista.
Sua abordagem consiste em três etapas: preparação, iteração e modificação.No processo de preparação, a análise inicial é realizada utilizando o método dos elementos finitos (FEM) para determinar o número de camadas, e a avaliação qualitativa do peso é realizada através do projeto da guia de fibra do modelo de laminação linear e modelo de mudança de espessura.A orientação da fibra é determinada pela direção da tensão principal pelo método iterativo, e a espessura é calculada pela teoria da tensão máxima.Finalmente, modifique o processo para modificar a contabilização da capacidade de fabricação, primeiro crie uma área de referência do “feixe de fibras de base” que requer maior resistência e, em seguida, determine a direção final e a espessura do feixe de fibras do arranjo, eles propagam o pacote em ambos os lados do referência.
Ao mesmo tempo, o método otimizado pode reduzir o peso em mais de 5% e tornar a eficiência de transferência de carga maior do que usar apenas a orientação da fibra.
Os pesquisadores estão entusiasmados com esses resultados e esperam usar seus métodos para reduzir ainda mais o peso das peças tradicionais de CFRP no futuro.Dr. Matsuzaki disse que nossa abordagem de design vai além do design composto tradicional para tornar aviões e carros mais leves, o que ajuda a economizar energia e reduzir as emissões de dióxido de carbono.
Horário da postagem: 22 de julho de 2021