О черной карбоновой магии и шарике логики ( ч 4)
Летс гоу!
Магический момент, делающий непредсказуемым количество дефектов в конкретном бланке, наступает после того, как препег ( или однонаправленный или тканевый не важно) свернули в ...трубочку. О чем в этот момент верещат умные программы?
А вот о чем: простенькая задачка-иллюстрация.
Берем препег толщиной 0.5 мм Это соответствует примерно плотности углеткани 400-500 г на метр кв.
Вот он лежит, весь такой плоский(!) , хороший , свежий и слоистый как вафельный тортик.
Берем дорн ( оправка, паковка) с минимальным радиусом 1 мм. Наворачиваем его на дорн.
Что видим? Магию! Фокус! Мистику!
Внутренний диаметр -1мм. Длина окружности пи на дэ-3.14 мм
Длина нижнего самого слоя тортика( выкройки)-3.14 мм.
Добавляем толщину препега дважды.С обоих сторон диаметра по 0.5 мм.
Что видим? Видим небывалое! Магию! Диаметр 1 мм плюс 0.5 мм и плюс 0.5 мм -равно 2 мм.
Внешний диаметр трубочки. " мм Длина окружности 2 мм : пи на дэ равно 6.28 мм.
Вот лежал себе кусок тортика- плоский. Шириной 3.14 мм в выкройке.
Свернули, согнули- и ?
И его поверхность( верхний слой) стал 6.28 мм.- В два разА ширше! Волшебно растянулся.
Стоп! У нас же углеволокно почти не тянется.2 % до разрыва. Откуда взялись оставшиеся 98 % удлинения?- Магия? Карбоновая! Волшебство стаканчиков!
Хорошо, кто то скажет:- 0.5 мм это толстый слишком тортик! Ладно: берем конкретный prepreg T700 FRD. Его толщина - 0.1 мм .Сворачиваем. Получаем длину окружности при диаметре 1.2 мм -3.768 мм .Минусуем длину нижнего слоя, получаем 0.628 мм. Вроде и немного растянулся верхний слой. Всего то на 20 %
Программы- в обмороке! Они печатают вместо результатов проектирования- нехорошие слова! На нескольких языках мира.Они ваще просто пытаются выключить свет на районе.Возможно это и было причиной отключения света в Москве в мае 2005 года. Видимо кто то попытался запихать в программу - спиннинг. Ибо:
Есть IFSS ( Interfacial shear strength) Проще говоря, без ежовостей- Определение межфазной прочности при сдвиге.
Чего им( программам) не нравится: Так создали технологию тонкого слоя. Уложили однонаправленно хрупкие углеволокна.Сплошным слоем. Обработав всеми мыслимыми способами для сцепления( для адгезии) Не только покрыв аппретами- силановыми или эпоксидными.Еще и ЭХО ему провели. Неее , в медцентр его не возили! ЭХО - электрохимическая обработка волокна. Для увеличения адгезии его обрабатывают ( окисляют) с поверхности при помощи или кислот или щелочей ( и солей)
И вот этот сплошной ( и не сплошной если это ткань, вуаль) слой, или слои вернее, которые, честно сказать и после танцев с бубнами не больно то хорошо связаны с матрицей ( смолой), которые еще и прогрели ( получая препег) и уже до половины, можно сказать -"отвердили", их берут и сгибают растягивая в два раза. -И?
Да там отрывается все что может оторваться! Внутри то.Возникает безумное количество дефектов. Да ! Тканевые легче сворачиваются в трубочку, чем однонаправленные. Но и там прочность после этого снижается на 24 % минимум.
Поскольку в основе недовольных программ лежит " Классическая теория ламинированных пластин" ( см выше в 3 части) критерии дают результат что:
Минимальная толщина стенки изделия ( плоской!) -при Ручной выкладке 1.5-2.0 мм при Вакуумной инфузии( пропитке) 1.0-1.5 мм ,при NTTM технологии 0.5-1.0 мм , при РТМ технологии 0.8-1.2 мм , при формовке в автоклаве 0.3-0.5 мм, при намотке 0.5-1.0 мм.
При этом резкие изменения толщины ( вспомним некие " швы" в удочке)- приводят к концентрации напряжений и преждевременному разрушению. Возникает перспектива рассмотрения " швов"
В них протекают -явления и механизмы. Есть механизм разрушения. Есть такая штука:- назвали микробаклинг. Он протекает лавинообразно. Сначала происходит сдвиг( слоя или отдельного волокна относительно матрицы. Затем у матрицы растет пластичность в месте сдвига.Затем формируется полоса излома. Вот этот микробаклин и иногда , ломает " неожиданно" спиннинг.Но! Перед этим формируются в композите- кинк-бэнды. Нет это не музыкальные группы.Это вовсе не джаз.
Кинк-бэнд это узкая полоса шириной 4-20 диаметров волокна.Угол наклона кинк-бэнда к оси нагружения обычно 20-30 градусов. Дефекты, возникающие при сгибе, потом при нагрузках, в процессе эксплуатации, формируют эти самые кинк-бэнды в совершенно непонятном программам количестве.
Для примера: Взяли ученые конкретный prepreg Hexcel 8552 AS4 ( лента шириной 6.35 мм) И в центр восьми слоев(!) Ввели дефект. : Вот четыре слоя сверху, четыре слоя снизу.Хорошие слои .Плоские(!) НЕ трубочка.Но между ними дефект размером менее 0.5 мм.
Результат: прочность на сдвиг уменьшилась на 5-10 % Прочность на сжатие уменьшилась на 12-20 % .При сочетании нескольких дефектов прочность снижалась на 55% При изгибе прочность снизилась на 12 %.
Вот PYTON и не хочет все это -кушать! ( среда Pyton прочностных расчетов элементов конструкций в САЕ системах Ansys Composit PrepPost, Solidworks Simulation, MSC Nastran..)
Просто по тому что эти пресмыкающиеся руководствуются: В методологии расчета толщины стенки детали критериями прочности, программным обеспечением и технологическими ограничениями ( производства) Из чего это все состоит:
1) Определение нагрузок( анализ эксплуатационных условий, расчетных нагрузок)
2) Предварительный расчет ( оценка требуемой толщины)
3) выбор системы армирования( определение ориентации слоев, числа монослоев)
4) Детальный расчет( анализ напряжений-деформируемого состояния)
5)Проверка по критериям ( оценка прочности, жесткости, устойчивости)
Получаемые параметры при 1) силы, моменты, давления 2) минимальная расчетная толщина 3) Последовательность укладки, углы армирования 4) Поля напряжений и деформаций 5) Коэффициент запаса, индексы разрушений.
Примерно тем же занимаются и CAD интегрированные системы композитного проектирования Fibersim( Siemens) ,Catia Composites Design, CAD Fiber Vericut Composites. Работают они в средах NX, Catia V5 и Creo. Им тоже ничего не нравится в идее минимального радиуса 1 мм. Эта файберсим может создать двойник трехмерный цифровой для композитной детали, с полным определением укладки слоев, включая ориентацию волокон, последовательность укладки и технологические параметры.
Они ( программы) считают что минимальный радиус зависит от ширины и толщины ленты( препега), типа смолы и ее липкости, типа и формата волокна, температуры укладки и усилия прижима.
И есть еще и инструменты оптимизации.Это когда программы учитывают реалии производства. Роботизация же, однако, как сказал бы Чукотский оленевод. NASA создало алгоритмы VAT структур Central Optimizer в рамках программы Advanced Composites Consortium ( VAT- это Variable Angle Tow- ламинаты с переменным углом укладки волокон.) Ориентация волокон меняется непрерывно в пределах одного слоя. Эта штука учитывает реалии производства. Программа импортирует данные о радиусах кривизны траекторий ( ролика робота) из модуля VSP и расчитывает, гадина такая,- вероятность возникновения дефектов на основе суррогатных моделей AFP процесса. ( это укладка полос препега по линиям максимальных напряжений-Automated Fiber Plasement) Вот не под 0-45+ 45-90 градусов как в Торэях, а под любым углом, с точностью до градуса(!).
Управление траекторией волокон ( Fiber Steering- технология) позволяет создавать детали с небольшим радиусом.Но этот радиус не 1 мм)
Отношение толщины стенки изделия к радиусу кривизны- это критический параметр! Так как чем тоньше стенка и меньше радиус кривизны- тем выше риск дефектов. Вот спец ПО и помогает моделировать изгибы деталей и проверяет их на жизнеспособность.
И вот эти все программы говорят что маложизнеспособен круассан из Торэя с дырдочкой в 1 мм и менее .
Вот и пришли к Solid Tip удочкам.Обещал пройтись по этой теме в 3 части. За меня прошлись программы. Вывод интересный.:
Тут глядя на шуршание магических стаканчиков хочется задать вопрос:
А солиды придумали прям таки из заботы о рыболовах? ( не..нуу.пригодилось! удобная штука!) Но причина появления? Вот сидели и придумали? Или же по причине того что кончики удилищ ( пардон, бланков) оказались трындец какими ломкими, насыщенными внутренними дефектами, в этой супер погоне за супер-пупер сухими , супер-пупер легкими, супер- пупер "прочными" бланками. Дефектами количество которых растет в непотребной мере в процессе эксплуатации. И надо было хоть что то с этим делать?
Опять же- кончики удилищ , по мнению программ существуют только по тому, что нагрузок настоящих нет. Не авиатехника.
В погоне за супер-сухостью бланка, за "супер тонкими волокнами", за максимальной " чуйкой"- забрались туда, где материалы вовсе для этого не предназначены изначально. Они ваще- предназначены для минимальных радиусов кривизны не менее 300-500 мм (!) Тогда ничего в качестве не теряется и не возникает куча дефектов внутренних.
Есть системы контроля качества. У солидных фирм. Ультразвук и тд. И отсортировка брака. ( куда только? ...)
Логично предположить что в инфе ( рекламе) хотелось бы услышать, допустим, что " мы Ваш спиннинг проверили тщательно на дефекты- ультразвуком! Да , это привело к повышению цены на 500 рублей." Это-довод!
Летс гоу! Переходим к бюджетным или стареньким моделям ( тех же GL например) служащих годами, десятилетиями и неплохо. Так они еще " старенькими волокнами", " старенькими" типами тканей, старенькими типами смол( матриц )сделаны. Углеткани получают меньше дефектов при сворачивании в трубочку. Но прочность ее падает( относительно прочности ее волокна) -еще при изготовлении ( прядении ткани) на 12-24 % и потом при сворачивании препега еще на 24 %. Зато матрица там " помокрее", "потолще" Но! И там рассуждать приводя данные в инфе и рекламе о "прочности волокон", давать характеристику волокна- довольно странно. Она падает (!) при изготовлении изделия не менее чем на 48 %.В реальности- выше.
Да, бланки бюджетные и из " стареньких" волокон выглядят более " успокаивающе".
При этом свойства композита должны меняться от комля к кончику бланка. Вообще меняться и по материалу матрицы ( смолы) и по материалу наполнителя( волокон, тканей, вуалей)
Пример: Свойства композита зависят и от плотности плетения ткани. Плотность плетения обычной углеткани 5х5 ( 5 нитей уток 5 нитей основа в одном см..) Берем бланк В комле 10 мм в кончике 2 мм. В комле- по длине окружности , ширине выкройки 31, 4 мм В кончике 6.28 мм.
В комле пересечений ( " клеточек" " ромбиков" из нитей ткани) примерно 17 В кончике 0.614 см х 5 - три примерно. А плотность относительно диаметра должна быть по идее- одинаковая. т.е и в комле 17 и в кончике 17 ( или даже выше) Сделать ткань переменной плотности - дорого и или невозможно. Но- да! ничего не мешает менять типы тканей и не тканей ( вуалей) как и типы волокна. И свойства матрицы должны меняться от комля к кончику. Можно ли менять смолу по ширине рулона препега? - Можно! она совместится.
В инфе, рекламе этого никогда-нет. Хоть бы красиво наврали что ли. Для красоты. " Мы сделали для Вас бланк с переменной плотностью плетения углетканей и переменной жесткостью матрицы"
Итак Выводы:
1) Магия существует! Углеволоконные препеги удивительным образом " растягиваются"
2) Производители бланков пытаются бежать впереди " паровоза", опережая развитие технологий ( возможно потом создадут технологию и материал, позволяющий без потери качества и появления кучи дефектов создавать изделия с минимальным радиусом.)
3) Материалы пока плохо приспособлены для производства бланков, по этому количество дефектов в каждом индивидуальном бланке-неизвестно.Непредсказуемо.
4) бланки из " старых материалов" из "старых" типов волокон- более стабильнее.
5)Бланки из волокон IM более стабильные.
6) поломка спиннинга " вдруг" при нагрузке ( или иногда в чехле) -вовсе не "вдруг" ( слоны не в счет).Это следствие накопления дефектов при эксплуатации.
7) Покупка спиннинга вобщем-то лотерея. При этом спин произведенный в " холодном и сухом климате" - увеличивает шансы на выигрыш.А произведенный в бамбуковой хижине тропиков Вьетнама и Китая- снижает шанс выигрыша в углелото.
8) Периодический прогрев спиннинга в воде с температурой 70-80 градусов ( не выше) или прогрев феном с выставленной температурой на регуляторе не выше 80 град - может продлить ему жизнь. На 13 % может снизить количество дефектов полученных при " старении"
9) При ремонтах помнить что матрица разрушается и деградирует при температуре от 180 град и выше По этому нагрев спиртовками , зажигалками самого бланка - моветон
10) В рекламе, инфе надо что то менять дабы она хоть науке соответствовала и не пугала программное обеспечение..
11) Свойства композита в первую очередь зависят от свойств матрицы( смолы) и только во вторую от свойств волокон.
12) Искривление бланка связано с нарушением режима остывания и неравномерной усадкой бланка. Швы влияют, но не первичны.
13) Любой шов( ступенька слоя) репродуцирует дефекты в вышележащие слои.
14) Тест вершинки не обязательно растет при переходе от среднемодульного к высокомодульному волокну и бланк не обязательно- жесче.
15) Перекрестные намотки и формовка объемной намоткой дают " бОльший" процент матрицы.Каждый " кессон" между нитями намотки можно трактовать как " дефект структуры"
16)" Прочность" бланка" зависит от свойств матрицы. В момент разрушения вообще равна прочности именно матрицы.
17) Фирмы работающие на " космос" ушли уже от 0-45+45-90 градусов слоев в" Торэях" и изготавливают изделия с произвольным углом наклона волокон( по направлению нагрузок вдоль волокна) 0-16-21-37-84.....С точностью до 1 градуса..
18) Публикация " состава" бланка- по углематериалам , карта намоток, перечень используемых препегов -ничего почти не скажет стороннему производителю.:- Дорн не обязательно прямой конус и бланк не обязательно прямой полый конус. Нет данных о матрице.
19 ) Можно сколь угодно увеличивать ( пока еще) количество слоев , утоньшая их.( тейпы, х скримы, основные..хоть 20 в вершинке.. Изгиб на слишком малый радиус все равно вызовет кучу дефектов.
20) Изобретения, (патенты) на композиты посвящены как правило матрице а не волокну.НЕ супер пупер тонким волокнам. Отдельно - да есть патенты на производство углеволокон и технологию. ( усадки в свч и плазме например)
21 Призрачно все! В этом мире бушующем! )
И тадамм!!! О слове Препег)) Как и обещал!)
О препеге замолвим слово. И форме употребления термина.
Во первых в анонсе написал " следующая статья будет " Доброе слово о Лемпаа"У меня свое видение этого участника форума. Естественно- препег пасхалка. Пати-Ле- Новому ведру.
У нас в реале- прижилось в компании) На каждом Пати- на платнике- новое ведро.
Во вторых очень удобное слово.Оно -сортирует. Отдельно тех, кому важно как оно- пишется.И отдельно тех, кому важна и суть написанного.
В третьих термину уже около 20 ти лет))
Появился термин препег так:
Мы были моложе. Начинали " строить лодки", бассейны.. Ну и на третей- четвертой появляются заказчики.Но да! Страшновато. Не хочется потом перед заказчиками выглядеть " некрасиво" из за качества.
Цех был. Аренда.Бывшего завода. Мы как раз провоняли пол-района стиролом ( полиэфирки невкусно пахнут оным) И арендодатель поднял еще и аренду на 50 %. А мы " вложились" Надо денег- и срочно.
Тут появляется заказчик ( что то свыше сработало) Заказчик хороший, начитанный- и он уже просчитал, "скока лодок ему заказать надо шшобы его личная обошлась ему- "бесплатно", вместе с материалом для матриц ( в чем производятся детали и корпус) Заказчик готов на испытания судна в ГИМС.. потом или в процессе...Вобщем такой- лапочка , как мишка плюшевый..
Приезжает обсуждать к нам в цех все это. Стоим -обсуждаем.
Шурик( компаньон) Я, Заказчик и в стороне неподалеку, рядышком..- рабочий пристроился.
Морда -шибко умная, но глаза- как у хека мороженого ( в СССР хека продавали с головой частенько- незабываемые воспоминания) Большие такие глаза, без мыслей, но с " образованием" и помнят правила правописания.
Заказчик ( как и все они)-хочет быстрее. И грит:- " Пацаны! Давайте я Вам куплю эти.. какие там..- П Е Р П Е Г И..Вы их- шлеп-шлеп- и быстрее сделаете все. И матрицы и корпуса тримаранов. И Вам хорошо- и мне хорошо. Будет чуток дороже - зато быстрее и качественнее ( он читал где то..)
В реале он хочет быстрее вложенные бабосы " отбить"- вполне справедливое желание!
И в этот момент, рабочий-этот хек застироленый говорит:
" НЕ перпег! А препрег! "
Заказчик на него тупо и с удивлением смотрит как на Енесси по 300 руб в сельмаге.. Шура начинает заказчика лечить Дескать : НЕ обращай на него внимания! Бесценный кадр! Ходит, умничает, а уволить жалко- Убогий! Официально.Справка есть.!
Заказчик уехал.Шура этого автора " словаря Ожегова" подзывает.
И выдает тираду: " - Заказ сорвется- я тебе инфузию сделаю.Клизму полиэфиркой. На башку пакет и вакуум , а с заду к установке инфузионной. Число ходов поршня на максимум ( установка смешивает подает смолу - мощность регулируется числом ходов поршня) - Сказал заказчик- "перпег"- будет перпег! Сказал заказчик -" препег"- будет препег! Сказал заказчик " прыг- прыг! - будет прыг-прыг!!!" Иди- работай!"
Так вот в общении)) -язык особо никто не ломает.Термин prepreg хорошо выговаривают только...- немцы.(!) Нет желания у меня-" переписываться". )))
А чего переспорились то все? Чего все такие пунктуальные и умные? Везде. Производители еще и на друг друга насупились. Конкуренция? Не верю! В отдельности- производители, продавцы прекрасные состоявшиеся люди. Вместо того что б ( не по Арбату) по скверу вдоль Пискаревского прогуляться ( условно) как в клипе. Вот смысл? в кого то тапками бросаться? У Бокоплава ( статью навеяли его статьи и темы) есть замечательная черта- у него нет снобизма. Апломба всезашкаливающего.
Тут когда то , дежурно говорили " это никто не будет читать!))
Если хоть кто то дочитал до этого места- они уже ошиблись!
-
1



405 комментариев
Рекомендованные комментарии
Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования
Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий
Создать аккаунт
Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!
Зарегистрировать аккаунтВойти
Уже зарегистрированы? Войдите здесь.
Войти сейчас