一种用于制造具有优化方向和厚度的碳纤维的新设计方法可减轻纤维增强塑料的体重。碳纤维由于其出色的强度和轻巧，在航空工程应用中很受欢迎。碳纤维比钢更坚固，更硬且较轻。碳纤维通常与塑料结合在一起，形成碳纤维增强塑料（CFRP），该碳纤维纤维增强塑料（CFRP），其抗拉力强度，刚度和高强度比率为众所周知。由于其需求量很高，研究人员已经进行了几项研究以提高CFRP的强度，其中大多数都集中在一种称为“纤维讲设计”的特定技术上，该技术优化了纤维方向以增强强度。
现在，东京科学大学的研究人员采用了一种新的设计方法，该方法优化了纤维厚度和方向，从而减轻了钢筋塑料和开门的重量，以减轻飞机和汽车。博士解释说：“纤维传导的设计仅优化方向并保持固定纤维的厚度，从而阻止了CFRP的机械性能的充分利用。减轻重量方法也很少被考虑优化纤维厚度。”日本东京科学大学（TUS）的Matsuzaki Ryosuke Matsuzaki，其研究专注于复合材料。
在这种背景下，Matsuzaki-Along博士与他在TUS的同事，Yuto Mori和Naoya Kumekawa提出了一种新的设计方法，可通过同时优化纤维方向和厚度，这使它们根据复合结构中的位置，从而减轻重量与恒定的厚度线性层压模型相比，CFRP的强度。他们的发现可以在复合结构发表的一项新研究中阅读。
他们的方法包括三个步骤：预备，迭代和修改过程。在预备过程中，使用有限元方法（FEM）进行初始分析以确定层数，从而通过线性层压模型和具有厚度变化模型的光纤稳态设计实现定性重量评估。迭代过程用于通过主应力方向确定纤维方向，并使用“最大应力理论”迭代计算厚度。最后，修改过程用于通过在需要提高强度提高的区域中创建一个参考“基本纤维束”来修改可产生生产性，然后通过排列纤维捆绑包来确定最终方向和厚度参考捆绑包。
同时优化的方法导致重量减轻大于5％，同时比单独使用纤维方向实现的负载转移效率更高。
研究人员对这些结果感到兴奋，并期待未来实施其进一步减少常规CFRP零件的方法。
资料来源：东京科学大学
原始纸的标题：使用曲线纤维路径的复合材料的可变厚度设计
杂志：复合结构
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