有限元分析在碳纤维材料产品中的应用解读

　　碳纤维材料因其优异的机械性能和轻量化特性，在多个领域得到广泛应用。然而，碳纤维材料的脆性特点使其在设计和制造过程中面临诸多挑战。有限元分析(FEA)作为一款强大的数值模拟工具，可以帮助工程师和研究人员深入了解材料在各种载荷条件下的表现，进而优化设计并提升性能。这里我们结合智上新材料科技有限公司的产品设计案例，来探讨有限元分析在碳纤维材料产品中的应用。

　　一、臂管类碳纤维部件的有限元分析

　　本部分主要讨论的是管壁型碳纤维部件产品。，比如碳纤维无人机机臂(机翼)、碳纤维机械臂、碳纤维伸缩杆等产品。这些产品需要具备一定的抗压能力以及承载力。而碳纤维属于脆性材料，其含碳量高达90%以上，韧性较差。在受到撞击或承受较大压力时，碳纤维管的刚度会急剧下降。一旦碳纤维管出现明显变形(如变形量达到1厘米)，则表明该部件可能已受损。然而，采用碳纤维材料后，由于其低密度特性，能够显著减轻结构重量，同时提升整体性能。这个时候就会进行有限元分析来确保产品能够满足应用需求。

　　智上新材料科技在深度对接顾客需求后，进行无人机模拟仿真，分析翼臂的应力分布。依据应力分布图显示，无人机翼臂上的受力分布并不均匀。在跟客户沟通后，建议在应力较大的位置做厚。在应力较小的区域减少材料厚度，以更好地平衡强度与重量。

　　此外还在必要的地方添加合金紧固件来更好的提升机翼产品的强度。经过多次验证，智上新材料科技拿出三种方案的碳纤维产品均能够很好的应用到无人机产品上，实现了轻量化和高强度的双重目标。

　　二、辊轴类碳纤维产品的有限元分析

　　在辊轴类的产品中，不同于机械臂类产品。对于辊轴类制品而言，考虑其跳动是一个至关重要的因素，尤其是在印刷领域使用的辊轴，振动幅度越小，印刷质量越高。这是因为辊轴振动的大小与其制作材料的弹性模量(即刚度)紧密相关。那碳纤维复合材料因其自重轻、振动小的特点，成为制作机械辊类的理想用材。那么，如何进一步减少辊轴运转时的振动呢？

　　智上新材料科技就通过有限元分析来分析辊轴运转过程，分析的具体内容包括弯曲度、剪切应力和横向刚度等数据，那一方面通过软件计算得到相应的优化数据，另外一方面还需要结合生产经验，需要考虑到总铺层厚度、铺层角度、铺层顺序等因素都会对辊轴性能指标产生直接影响。然后综合性数据分析，再进行打样测试。最后，基于样品的实际使用反馈，确定是否需要做出针对性的调整。

　　智上新材料科技每年的出厂的辊轴达到20w根，应用在不同的领域中，经过有限元分析优化的碳纤维辊的最高速度不仅远超于标准钢管，也超过了一般的碳纤维辊，为设备提供了更高质量的运转效果。

　　有限元分析在碳纤维材料产品的设计和优化中发挥了重要作用。借助仿真模拟与结构优化，可以使碳纤维产品在各个行业中得到更加广泛的应用。通过应力分布图，进行产品的结构优化，能够显著的提升产品的性能和可靠性。展望未来，随着有限元分析技术的持续进步及应用领域的拓展，碳纤维材料产品将展现出更大的价值和潜力。智上新材料科技将继续深化有限元分析技术的应用，为客户提供更高质量的碳纤维材料产品解决方案。