p O carbono é vital para a existência de todos os organismos vivos, uma vez que forma a base de todas as moléculas orgânicas que, por sua vez, formam a base de todos os seres vivos. Embora isso por si só seja bastante impressionante, recentemente encontrou aplicações surpreendentemente novas em disciplinas como aeroespacial e engenharia civil, com o desenvolvimento de fibras de carbono que são mais fortes, mais duro, e mais leve que o aço. Consequentemente, as fibras de carbono assumiram o controle do aço em produtos de alto desempenho, como aeronaves, carros de corrida, e equipamentos esportivos. p As fibras de carbono são geralmente combinadas com outros materiais para formar um composto. Um desses materiais compósitos é o plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP), que é bem conhecido por sua resistência à tração, rigidez, e alta relação resistência-peso. Devido à sua alta demanda, pesquisadores realizaram vários estudos para melhorar a força dos CFRPs, e a maioria deles se concentrou em uma técnica particular chamada "design orientado por fibra, "que otimiza a orientação da fibra para aumentar a resistência.

p Contudo, a abordagem do projeto orientado por fibra tem suas desvantagens. "O design orientado por fibra apenas otimiza a orientação e mantém a espessura das fibras fixas, impedindo a plena utilização das propriedades mecânicas do CFRP. Uma abordagem de redução de peso, que permite a otimização da espessura da fibra também, raramente foi considerado, "explica o Dr. Ryosuke Matsuzaki da Tokyo University of Science (TUS), Japão, cuja pesquisa está focada em materiais compósitos.

p Contra este pano de fundo, Dr. Matsuzaki - junto com seus colegas da TUS, Yuto Mori e Naoya Kumekawa - propuseram um novo método de design para otimizar a orientação e espessura da fibra simultaneamente, dependendo da localização na estrutura composta, o que lhes permitiu reduzir o peso do CFRP em relação a um modelo de laminação linear de espessura constante sem comprometer sua resistência. Suas descobertas podem ser lidas em um novo estudo publicado em Estruturas compostas .

p Seu método consistia em três etapas:o preparatório, iterativo, e processos de modificação. No processo preparatório, uma análise inicial foi realizada usando o método dos elementos finitos (FEM) para determinar o número de camadas, permitindo uma avaliação qualitativa do peso por um modelo de laminação linear e um design orientado por fibra com um modelo de variação de espessura. O processo iterativo foi usado para determinar a orientação da fibra pela direção da tensão principal e calcular iterativamente a espessura usando a teoria da tensão máxima. Finalmente, o processo de modificação foi usado para fazer modificações levando em conta a capacidade de fabricação, criando primeiro um feixe de fibras de base de referência em uma região que requer melhoria de resistência e, em seguida, determinando a orientação e espessura finais organizando os feixes de fibras de modo que se espalhem em ambos os lados do feixe de referência.

p O método de otimização simultânea levou a uma redução de peso superior a 5%, permitindo uma maior eficiência de transferência de carga do que a obtida apenas com a orientação da fibra.

p Os pesquisadores estão entusiasmados com esses resultados e aguardam a implementação futura de seu método para maior redução de peso de peças convencionais de CFRP. "Nosso método de design vai além da sabedoria convencional de design composto, fazendo para aeronaves e automóveis mais leves, que pode contribuir para a conservação de energia e redução de CO ₂ emissões, "observa o Dr. Matsuzaki.