东京理科大学优化碳纤维复合材料的重量 有助于制造更轻的汽车

在航空航天工程和电动汽车等应用中，碳纤维因其强度高、重量轻而广受欢迎。过去人们大多把注意力放在如何提高碳纤维复合材料(如纤维增强塑料)的强度上，只考虑优化纤维方向。据国外媒体报道，近日，东京理科大学的研究人员采用了一种新的设计方法，可以同时优化纤维的厚度和方向，从而减轻增强塑料的重量，有助于开发更轻的飞机和汽车。

(来源:东京理科大学)

碳纤维通常与其他材料结合形成复合材料，其中碳纤维增强塑料(CFRP)以其抗拉强度、刚度和高强度重量比而闻名。为了提高CFRP的强度，大多数研究集中在一种叫做“纤维导向设计”的技术上，这种技术可以通过优化纤维方向来提高强度。东京理科大学的松崎良介博士说:“以纤维为导向的方法，只能优化方向，但不能改变纤维粗细，不利于充分发挥CFRP的机械性能。”

在这种情况下，松崎博士和他的同事提出了一种新的设计方法，可以根据在复合材料结构中的位置优化纤维方向和厚度。与等厚度的线性叠层模型相比，CFRP的重量可以减轻而不影响其强度。

该方法分为准备、迭代和调整三个步骤。在初始阶段，使用有限元法(FEM)进行初始分析以确定层数，使用线性层压模型和具有厚度变化的纤维导向设计模型进行定性重量评估。迭代过程是根据主应力方向确定纤维方向，根据“最大应力理论”迭代计算厚度。最后，在调整过程中，首先在需要提高强度的区域创建参考“基本纤维束”，然后将纤维束排列分布在参考束的两侧，以确定最终的方向和厚度，从而调整工艺性。

与面向纤维的方法相比，这种同步优化方法可以减少5%以上的材料重量，并提供更高的载荷传递效率。研究人员希望，在未来，通过这种方法，传统CFRP组件的重量将进一步减轻，以“制造更轻的飞机和汽车，这将有助于节约能源和减少二氧化碳排放。”在航空航天工程和电动汽车等应用中，碳纤维因其强度高、重量轻而广受欢迎。过去人们大多把注意力放在如何提高碳纤维复合材料(如纤维增强塑料)的强度上，只考虑优化纤维方向。据国外媒体报道，近日，东京理科大学的研究人员采用了一种新的设计方法，可以同时优化纤维的厚度和方向，从而减轻增强塑料的重量，有助于开发更轻的飞机和汽车。

(来源:东京理科大学)

碳纤维通常与其他材料结合形成复合材料，其中碳纤维增强塑料(CFRP)以其抗拉强度、刚度和高强度重量比而闻名。为了提高CFRP的强度，大多数研究集中在一种叫做“纤维导向设计”的技术上，这种技术可以通过优化纤维方向来提高强度。东京理科大学的松崎良介博士说:“以纤维为导向的方法，只能优化方向，但不能改变纤维粗细，不利于充分发挥CFRP的机械性能。”

在这种情况下，松崎博士和他的同事提出了一种新的设计方法，可以根据在复合材料结构中的位置优化纤维方向和厚度。与等厚度的线性叠层模型相比，CFRP的重量可以减轻而不影响其强度。

该方法分为准备、迭代和调整三个步骤。在初始阶段，使用有限元法(FEM)进行初始分析以确定层数，使用线性层压模型和具有厚度变化的纤维导向设计模型进行定性重量评估。迭代过程是根据……确定纤维方向o主应力方向，根据“最大应力理论”迭代计算厚度。最后，在调整过程中，首先在需要提高强度的区域创建参考“基本纤维束”，然后将纤维束排列分布在参考束的两侧，以确定最终的方向和厚度，从而调整工艺性。

与面向纤维的方法相比，这种同步优化方法可以减少5%以上的材料重量，并提供更高的载荷传递效率。研究人员希望，在未来，通过这种方法，传统CFRP组件的重量将进一步减轻，以“制造更轻的飞机和汽车，这将有助于节约能源和减少二氧化碳排放。”

标签：

汽车资讯热门资讯