탄소는 모든 생명체의 생존에 필수적입니다. 왜냐하면 탄소는 모든 유기분자의 기초를 형성하고, 유기분자는 모든 생명체의 기초를 형성하기 때문입니다.탄소 섬유의 개발로 인해 이는 그 자체로 상당히 인상적이지만 최근 항공우주, 토목 공학 및 기타 분야에서 놀라운 새로운 응용 분야를 발견했습니다.탄소섬유는 강철보다 강하고 단단하며 가볍습니다.따라서 탄소섬유는 항공기, 경주용 자동차, 스포츠 장비 등 고성능 제품에서 강철을 대체해 왔습니다.
탄소 섬유는 일반적으로 다른 재료와 결합하여 복합재를 형성합니다.복합 재료 중 하나는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로, 인장 강도, 강성 및 높은 중량 대 강도 비율로 유명합니다.탄소 섬유 복합재의 높은 요구 사항으로 인해 연구자들은 탄소 섬유 복합재의 강도를 향상시키기 위해 여러 연구를 수행했으며, 그 중 대부분은 방향을 최적화하여 강도를 향상시키는 "섬유 중심 설계"라는 특수 기술에 중점을 두고 있습니다. 섬유.
도쿄이과대학 연구진은 섬유의 방향과 두께를 최적화하는 탄소섬유 설계 방식을 채택해 섬유강화 플라스틱의 강도를 높이고 제조 과정에서 더 가벼운 플라스틱을 생산해 비행기와 자동차를 더 가볍게 만드는 데 도움을 주고 있다.
그러나 섬유 유도의 설계 방법에는 단점이 없는 것은 아닙니다.섬유 가이드 설계는 방향만 최적화하고 섬유 두께를 고정시켜 CFRP의 기계적 특성을 최대한 활용하는 데 방해가 됩니다.도쿄이과대학(TUS)의 마츠자키 료스케 박사는 자신의 연구가 복합 재료에 중점을 두고 있다고 설명합니다.
이러한 맥락에서 Matsuzaki 박사와 그의 동료 Yuto Mori 및 Naoya kumekawa는 복합 구조에서의 위치에 따라 섬유의 방향과 두께를 동시에 최적화할 수 있는 새로운 설계 방법을 제안했습니다.이를 통해 강도에 영향을 주지 않고 CFRP의 무게를 줄일 수 있습니다.그들의 결과는 저널 복합 구조에 게시됩니다.
그들의 접근 방식은 준비, 반복, 수정의 세 단계로 구성됩니다.준비과정에서는 유한요소법(FEM)을 이용하여 초기 해석을 진행하여 층수를 결정하고, 선형 적층 모델과 두께 변화 모델의 섬유 가이드 설계를 통해 정성적 중량 평가를 구현합니다.섬유배향은 반복법에 의해 주응력의 방향에 따라 결정되며, 두께는 최대응력이론에 의해 계산된다.마지막으로, 제조 가능성에 대한 설명을 수정하기 위해 프로세스를 수정하고, 먼저 증가된 강도가 필요한 참조 "기본 섬유 다발" 영역을 만든 다음 배열 섬유 다발의 최종 방향과 두께를 결정하고 패키지를 양쪽으로 전파합니다. 참조.
동시에 최적화된 방법은 섬유 배향만을 사용하는 것보다 무게를 5% 이상 줄이고 하중 전달 효율을 높일 수 있습니다.
연구원들은 이러한 결과에 매우 기뻐하고 있으며 앞으로 기존 CFRP 부품의 무게를 더욱 줄이기 위해 자신의 방법을 사용할 수 있기를 기대하고 있습니다.Matsuzaki 박사는 우리의 설계 접근 방식이 전통적인 복합 설계를 넘어 더 가벼운 비행기와 자동차를 만들어 에너지를 절약하고 이산화탄소 배출을 줄이는 데 도움이 된다고 말했습니다.
게시 시간: 2021년 7월 22일