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研究人员采用取向优化设计法 有助于设计更轻的碳纤维复合材料

2021-5-27 16:14 767 0 来自: 贤集网
简介
【汽车轻量化在线】“纤维取向设计”技术,通常通过优化纤维的取向来提高复合材料的强度,是业界提升复合材料性能的常用手段。日前,东京理科大学(TUS)的研究人员采用了一种碳纤维设计方法,优化纤维的取向和厚度 ...
汽车轻量化在线】“纤维取向设计”技术,通常通过优化纤维的取向来提高复合材料的强度,是业界提升复合材料性能的常用手段。

日前,东京理科大学(TUS)的研究人员采用了一种碳纤维设计方法,优化纤维的取向和厚度,从而提高了复合材料的强度,同时,轻量化的提升也有助于更轻型飞机和汽车的设计制造。

然而,纤维取向设计方法并非没有缺点。纤维取向设计只优化了方向,保持了纤维层的厚度固定,但却阻碍了CFRP力学性能的充分发挥。

研究人员提出了一种新的设计方法,可以根据纤维在复合材料结构中的位置同时优化纤维的取向和厚度。这使得他们可以在不影响强度的情况下,减少CFRP的重量。

该方法包括三个步骤:准备、迭代和修改过程。在准备过程中,使用有限元法(FEM)进行了初始分析,以确定层数,通过线性层压模型和厚度变化模型的纤维取向设计实现了定性的评估;采用迭代法根据主应力方向确定纤维取向,利用“最大应力理论”迭代计算厚度;最后进行过程的修改确定最终的方向和厚度。

同时优化的方法是复合材料的重量成功减少了至少5%,同时使负载转移效率显著提高。

研究人员对研究成果充满信心,并期待未来将该方法用于进一步减轻传统CFRP零件的重量。


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