东京理科大学新设计法同步优化碳纤维厚度取向实现5%以上减重

东京理科大学（TUS，日本）研究人员采用新设计法同步优化碳纤维厚度和取向，实现纤维增强复合材料减重，为更轻量化飞机和汽车打开大门。

现有局限：纤维导向设计仅优化取向固定厚度限制性能发挥

TUS指出碳纤维增强聚合物（CFRP）持续被研究提升强度。多数研究聚焦"纤维导向设计"技术，优化纤维取向增强强度。

然而纤维导向设计有缺陷。TUS复合材料研究者Dr. Ryosuke Matsuzaki解释："纤维导向设计仅优化取向保持纤维厚度固定，阻碍CFRP力学性能充分发挥。允许同步优化纤维厚度的减重法鲜少被考虑。"

新方法：三步法同步优化取向厚度制造可行性修正

针对背景，Dr. Matsuzaki与TUS同事Yuto Mori、Naoya Kumekawa提出新设计法，根据复合结构位置同步优化纤维取向和厚度，在不妥协强度前提下较恒定厚度线性层压模型减轻CFRP重量。发现发表于《Composite Structures》。

方法含三步：准备、迭代、修正过程。准备阶段用有限元法（FEM）初步分析确定层数，通过线性层压模型和厚度变化纤维导向设计定性评估重量。迭代过程用主应力方向确定纤维取向，用"最大应力理论"迭代计算厚度。修正过程考虑可制造性，先在需强度改进区域创建参考"基础纤维束"，再安排纤维束向参考束两侧展开确定最终取向厚度。