Karbon sangat penting bagi kelangsungan hidup semua makhluk hidup, karena karbon merupakan dasar dari semua molekul organik, dan molekul organik merupakan dasar dari semua makhluk hidup.Meskipun hal ini cukup mengesankan, dengan berkembangnya serat karbon, serat karbon baru-baru ini menemukan penerapan baru yang mengejutkan di bidang kedirgantaraan, teknik sipil, dan disiplin ilmu lainnya.Serat karbon lebih kuat, lebih keras dan lebih ringan dari baja.Oleh karena itu, serat karbon telah menggantikan baja pada produk berperforma tinggi seperti pesawat terbang, mobil balap, dan peralatan olahraga.
Serat karbon biasanya digabungkan dengan bahan lain untuk membentuk komposit.Salah satu material komposit yang digunakan adalah carbon fibre Reinforced Plastics (CFRP) yang terkenal dengan kekuatan tarik, kekakuan dan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi.Karena tingginya kebutuhan komposit serat karbon, para peneliti telah melakukan beberapa penelitian untuk meningkatkan kekuatan komposit serat karbon, yang sebagian besar berfokus pada teknologi khusus yang disebut “desain berorientasi serat”, yang meningkatkan kekuatan dengan mengoptimalkan orientasi serat karbon. serat.
Para peneliti di Universitas Sains Tokyo telah mengadopsi metode desain serat karbon yang mengoptimalkan orientasi dan ketebalan serat, sehingga meningkatkan kekuatan plastik yang diperkuat serat dan menghasilkan plastik yang lebih ringan dalam proses pembuatannya, membantu membuat pesawat terbang dan mobil menjadi lebih ringan.
Namun, metode desain panduan serat bukannya tanpa kekurangan.Desain pemandu serat hanya mengoptimalkan arah dan menjaga ketebalan serat tetap, sehingga menghambat pemanfaatan penuh sifat mekanik CFRP.Dr ryyosuke Matsuzaki dari Tokyo University of Science (TUS) menjelaskan bahwa penelitiannya berfokus pada material komposit.
Dalam konteks ini, Dr. Matsuzaki dan rekannya Yuto Mori dan Naoya kumekawa mengusulkan metode desain baru, yang secara bersamaan dapat mengoptimalkan orientasi dan ketebalan serat sesuai dengan posisinya dalam struktur komposit.Hal ini memungkinkan mereka mengurangi bobot CFRP tanpa mempengaruhi kekuatannya.Hasilnya dipublikasikan di jurnal Composite Structure.
Pendekatan mereka terdiri dari tiga langkah: persiapan, iterasi, dan modifikasi.Pada proses persiapan, analisis awal dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga (FEM) untuk menentukan jumlah lapisan, dan evaluasi bobot kualitatif diwujudkan melalui desain panduan serat model laminasi linier dan model perubahan ketebalan.Orientasi serat ditentukan oleh arah tegangan utama dengan metode iteratif, dan ketebalan dihitung dengan teori tegangan maksimum.Terakhir, modifikasi proses untuk memodifikasi penghitungan kemampuan manufaktur, pertama-tama buatlah area referensi "bundel serat dasar" yang memerlukan peningkatan kekuatan, dan kemudian tentukan arah akhir dan ketebalan susunan bundel serat, mereka menyebarkan paket di kedua sisi referensi.
Pada saat yang sama, metode yang dioptimalkan dapat mengurangi bobot lebih dari 5%, dan membuat efisiensi perpindahan beban lebih tinggi dibandingkan hanya menggunakan orientasi serat.
Para peneliti sangat antusias dengan hasil ini dan berharap dapat menggunakan metode mereka untuk lebih mengurangi bobot komponen CFRP tradisional di masa depan.Dr. Matsuzaki mengatakan bahwa pendekatan desain kami melampaui desain komposit tradisional untuk membuat pesawat terbang dan mobil lebih ringan, yang membantu menghemat energi dan mengurangi emisi karbon dioksida.
Waktu posting: 22 Juli-2021