Wat is modulus en de toepassing van koolstofvezel met hoge modulus in de lucht- en ruimtevaart?

Koolstofvezel wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart. In termen van componenten, koolstofvezel is een algemene term voor een type vezel met een koolstofgehalte van meer dan 95%, die een zeer hoge specifieke modulus en specifieke sterkte heeft. Onder hen verwijst koolstofvezel met hoge sterkte naar vezels met hoge sterkte (sterkte groter dan 4.5GPa) en matige modulus (modulus is over het algemeen 230GPa tot 310GPa), terwijl koolstofvezel met hoge modulus een koolstofgehalte van meer dan 98% en een modulus van ten minste 370GPa heeft, maar de sterkte neigt laag te zijn. Als u geen concept van modulus en sterkte hebt, kunt u het als volgt begrijpen: een stok van dezelfde dikte, met beide zijden horizontaal bevestigd, met een weeggewicht in het midden, op dit moment zal het midden van de stok buigen. Voor hetzelfde weeggewicht, hoe hoger de stokmodulus, hoe minder de stok buigt. Hoe begrijp je kracht? Het is nog steeds deze stok, het gewicht in het midden wordt toegevoegd aan 50kg, en de stok is gebroken. Dan is 50kg gedeeld door het doorsnedegebied van de stok de sterkte van de stok.

Zijn sterkere materialen sterker?  

Voor structurele materialen is het niet zo eenvoudig. Als een gebouw bijvoorbeeld lang is gebruikt en sommige balken en kolommen beschadigd zijn, zal de stijfheid van het gebouw slecht zijn en komt de stijfheid hier overeen met de modulus. Als de stijfheid van een structuur slecht is, onder dezelfde externe trilling, zal de resonantiefrequentie van het object lager worden, zodat is het gemakkelijk om te resoneren met de externe trillingsbron, en de trilling van de resonantie is schadelijk tot op zekere hoogte. Om de stijfheid van het gebouw te verbeteren, is een relatief eenvoudige methode om de kolommen te versterken, verdikken en de stijfheid te verhogen.

Hetzelfde geldt voor luchtvaartuigen.  

Om raketten, raketten en drones hun doelen nauwkeurig en stabiel te laten bereiken, is het noodzakelijk om de stabiliteit van het vliegtuig tijdens de vlucht te waarborgen. Dat wil zeggen, "het lichaam moet stijf zijn." Dus, hoe los je het op? Een van de methoden is om de structuur dikker te maken, en het materiaal van het projectiellichaam moet worden geselecteerd met een hoge modulus en dik materiaal, zodat de weerstand tegen vervorming sterk is. Ruimtevaartuigen moeten echter lichtgewicht zijn, wat een tegenstrijdigheid is. Op dit moment is het noodzakelijk om lichte en sterke materialen te kiezen, zoals koolstofvezelpoeder. Op dit moment gebruiken veel modellen nog steeds koolstofvezel met hoge sterkte, dat wil zeggen koolstofvezel met hoge sterkte en lage modulus. Omdat dit type koolstofvezel aan de ontwerpvereisten kan voldoen. In sommige gevallen hebben koolstofvezels met hoge sterkte echter overmatige sterkte en onvoldoende modulus. Zo hebben grote breedteverhoudingsvleugels en draagstructuren voor ruimtevoertuigen allemaal één ding gemeen. De slankheidsverhouding van de structuur is zeer hoog, en het is gemakkelijk te trillen wanneer het tijdens de vlucht wordt verstoord. Wanneer de frequentie van trillingen dicht bij de natuurlijke frequentie van de structuur is, zal de Resonantie optreden, die duidelijk de stabiliteit van het vliegtuig zal beïnvloeden. Om de resonantie te beperken, is het noodzakelijk om de lage-orde natuurlijke frequentie van de structuur te verhogen, zodat geen of minder resonantie optreedt tijdens de vlucht. Om de natuurlijke frequentie te verhogen, is het noodzakelijk om de stijfheid van de structuur te verhogen. Deze toepassingen stellen daarom zeer hoge eisen aan structurele stijfheid, evenals strenge gewicht- en volumebeperkingen. Op dit moment zullen structurele ontwerpers high-modulus koolstofvezel "uitnodigen" om te verschijnen. Door koolstofvezel met een hoge modulus te gebruiken, kan de stijfheid van de structuur worden verbeterd terwijl de sterkte onder het beperkte structurele gewicht wordt gewaarborgd, waardoor het vliegtuig stabieler wordt. Daarom kunnen we zeggen dat het de high-modulus koolstofvezel is die het ruimtevaartuig zijn "stalen botten" geeft.