La nouvelle méthode d'optimisation est utile pour concevoir des composites en fibre de carbone plus légers

Le carbone est essentiel à la survie de tous les êtres vivants, car il constitue la base de toutes les molécules organiques, et les molécules organiques constituent la base de tous les êtres vivants.Bien que cela soit assez impressionnant en soi, avec le développement de la fibre de carbone, elle a récemment trouvé de nouvelles applications surprenantes dans l'aérospatiale, le génie civil et d'autres disciplines.La fibre de carbone est plus solide, plus dure et plus légère que l'acier.La fibre de carbone a donc remplacé l’acier dans des produits hautes performances tels que les avions, les voitures de course et les équipements sportifs.

Les fibres de carbone sont généralement combinées avec d’autres matériaux pour former des composites.L'un des matériaux composites est le plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP), réputé pour sa résistance à la traction, sa rigidité et son rapport résistance/poids élevé.En raison des exigences élevées des composites en fibre de carbone, les chercheurs ont mené plusieurs études pour améliorer la résistance des composites en fibre de carbone, dont la plupart se concentrent sur une technologie spéciale appelée « conception orientée fibre », qui améliore la résistance en optimisant l'orientation des composites en fibre de carbone. fibres.

Des chercheurs de l'Université des sciences de Tokyo ont adopté une méthode de conception de la fibre de carbone qui optimise l'orientation et l'épaisseur de la fibre, améliorant ainsi la résistance des plastiques renforcés par des fibres et produisant des plastiques plus légers au cours du processus de fabrication, contribuant ainsi à fabriquer des avions et des voitures plus légers.

Cependant, la méthode de conception du guidage des fibres n’est pas sans inconvénients.La conception du guide de fibre optimise uniquement la direction et maintient l'épaisseur de la fibre fixe, ce qui entrave la pleine utilisation des propriétés mécaniques du CFRP.Le Dr Ryyosuke Matsuzaki de l'Université des sciences de Tokyo (TUS) explique que ses recherches portent sur les matériaux composites.

Dans ce contexte, le Dr Matsuzaki et ses collègues Yuto Mori et Naoya Kumekawa ont proposé une nouvelle méthode de conception, permettant d'optimiser simultanément l'orientation et l'épaisseur des fibres en fonction de leur position dans la structure composite.Cela leur permet de réduire le poids du CFRP sans affecter sa résistance.Leurs résultats sont publiés dans la revue Composite Structure.

Leur approche comprend trois étapes : préparation, itération et modification.Dans le processus de préparation, l'analyse initiale est effectuée à l'aide de la méthode des éléments finis (FEM) pour déterminer le nombre de couches, et l'évaluation qualitative du poids est réalisée grâce à la conception du guide de fibres du modèle de stratification linéaire et du modèle de changement d'épaisseur.L'orientation des fibres est déterminée par la direction de la contrainte principale par la méthode itérative et l'épaisseur est calculée par la théorie de la contrainte maximale.Enfin, modifiez le processus pour modifier la prise en compte de la fabricabilité, créez d'abord une zone de référence « faisceau de fibres de base » qui nécessite une résistance accrue, puis déterminez la direction et l'épaisseur finales du faisceau de fibres de l'arrangement, ils propagent le paquet des deux côtés du référence.

Dans le même temps, la méthode optimisée peut réduire le poids de plus de 5 % et rendre l'efficacité du transfert de charge supérieure à l'utilisation seule de l'orientation des fibres.

Les chercheurs sont enthousiasmés par ces résultats et sont impatients d'utiliser leurs méthodes pour réduire davantage le poids des pièces CFRP traditionnelles à l'avenir.Le Dr Matsuzaki a déclaré que notre approche de conception va au-delà de la conception composite traditionnelle pour fabriquer des avions et des voitures plus légers, ce qui contribue à économiser de l'énergie et à réduire les émissions de dioxyde de carbone.


Heure de publication : 22 juillet 2021