سرعت و سفتی معمولاً در طراحی سیستم حرکتی با یکدیگر مبارزه می کنند. یک محور را سبکتر کنید و سریعتر شتاب میگیرد، اما ساختار سبکتر معمولاً یک ساختار کمتر سفت و سخت است و در زیر شتابهایی که برای رسیدن به آن سرعت اضافه کردهاید، مستعد خم شدن است. با اضافه کردن جرم، آن را سفت تر کنید، و در هر حرکت به اینرسی مبارزه می کنید. تیرهای کامپوزیتی فیبر کربن به طور خاص برای شکستن این مبادله وجود دارند-و در برنامههای زیر{4}}سرعت بالا و پل{5}}، دقیقاً به همین دلیل است که جایگزینی جدی برای آلومینیوم و فولاد شدهاند.
چرا نسبت سفتی به-وزن، عددی است که واقعاً مهم است
سختی خام به تنهایی چیز زیادی در مورد یک عضو سازه متحرک به شما نمی گوید - یک تیر فولادی جامد بسیار سفت است، اما همچنین سنگین است و در یک محور سرعت بالا، جرمی که شما در حال حرکت هستید به اندازه صلب بودن آن جرم اهمیت دارد. معیاری که در واقع عملکرد را در برنامههای حرکتی پیشبینی میکند، سفتی خاص یا نسبت سفتی-به-وزن است، و اینجاست که کامپوزیتهای فیبر کربن خود را به وضوح از جایگزینهای فلزی جدا میکنند. یک پرتو فیبر کربنی که به خوبی مهندسی شده-میتواند با استحکام ساختار آلومینیومی مشابه در کسر معنیداری از وزن مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود.
این کاهش وزن در کل سیستم حرکتی ترکیب می شود. یک پرتو متحرک سبکتر به گشتاور موتور کمتری نیاز دارد تا با همان سرعت شتاب بگیرد، که به معنی موتورهای کوچکتر، مصرف توان کمتر و - است زیرا مقیاس اینرسی با جرم - انرژی کمتری به عنوان گرما و ارتعاش با هر چرخه شروع-توقف تلف میشود. در برنامهای که هزاران چرخه در روز را اجرا میکند، این اثر ترکیبی بر زمان تهنشینی و بار حرارتی به اختلاف توان واقعی اضافه میشود، نه فقط یک شماره صفحه مشخصات-.
جایی که Fiber Layup به کار مهندسی واقعی تبدیل می شود
مزیت فیبر کربن خودکار نیست - بلکه کاملاً به نحوه مهندسی مواد برای یک مورد خاص بستگی دارد، که یک فرآیند طراحی اساساً متفاوت از ماشینکاری یک تیر فلزی در یک مقطع- استاندارد است. جهت الیاف، ترتیب لایه و سیستم رزین همگی با بارگذاری واقعی تیر - خمش، پیچش یا ترکیبی - تنظیم میشوند به گونهای که فلز همسانگرد به سادگی نمیتواند برای آن طراحی شود. تیری که برای سختی خمشی خالص در یک محور بهینه شده است و تیری که برای بارگذاری خمشی ترکیبی-بهینه شده است، حتی در ابعاد کلی یکسان و وزن مشابه، میتوانند برنامهبندی چیدمان بسیار متفاوتی داشته باشند.
اینجاست که شکاف کیفیت بین تامین کنندگان فیبر کربن در عمل قابل مشاهده است. تیری که بدون توجه مناسب به بار تولید میشود-طراحی چیدمان خاص ممکن است وزن قابل توجهی داشته باشد در حالی که نسبت به سختی واقعی مورد نیاز برنامه عمل نمیکند - فیبر کربن مهندسی عمومی را بیشتر از فلز مجازات میکند، زیرا ویژگیهای همسانگرد فلز باعث میشود که طراحی سایت به روشی کمتر-ترکیب شده باشد.
میرایی: یک مزیت ثانویه که به راحتی قابل دست کم گرفتن است
فراتر از سفتی-به-مزایای وزن، کامپوزیتهای فیبر کربن به دلیل رفتار ویسکوالاستیک ماتریس رزین بین لایههای الیاف، میرایی ارتعاش ذاتی بهتری نسبت به آلومینیوم دارند. این با عملکرد میرایی گرانیت مشابه نیست، اما برای یک عضو سازه متحرک - که در آن گرانیت به دلیل وزن - لبه میرایی فیبر کربن بر روی آلومینیوم به طور معنیداری زمان ته نشینی را پس از هر رویداد شتاب کوتاه میکند، که مستقیماً با زمان چرخه در {5} بار تکرار{5} مرتبط است.
پرتوهای فیبر کربن در کجا قرار می گیرند و در کجا مناسب نیستند
تیرهای دقیق فیبر کربن به ویژه به عنوان اعضای ساختاری متحرک - تیرهای متقاطع دروازه ای، محورهای پل، بازوهای کنسولی - که ترکیبی از جرم کم و سختی بالا مستقیماً به شتاب سریع تر و زمان ته نشینی کوتاه تر تبدیل می شود، بسیار منطقی هستند. این نقشی متفاوت از پایه های ریخته گری گرانیتی یا معدنی ثابت است که در جاهای دیگر در طراحی تجهیزات دقیق بحث شده است. یک پرتو متحرک و یک پایه مرجع ثابت مشکلات مختلف را حل می کنند و به ندرت برای یک کاربرد با هم رقابت می کنند.
ارزش آن را دارد که در مورد معاوضه-هم مستقیم صحبت کنید. اجزای فیبر کربن معمولاً بیشتر از سازههای آلومینیومی معادل قیمت دارند و رفتار انبساط حرارتی - در حالی که معمولاً کمتر از آلومینیوم در امتداد جهت فیبر - میتواند پیچیدهتر از یک فلز همسانگرد باشد، زیرا با جهت چیدمان متفاوت است. برای کاربردهایی که کاهش جرم محرک اصلی نیست، یک تیرآلومینیوم یا فولادی با طراحی خوب-همچنان ممکن است انتخاب اقتصادی تری باشد.
در مورد طراحی تیر فیبر کربنی از یک تامین کننده چه بخواهیم؟
قبل از مشخص کردن یک تیر دقیق فیبر کربنی، ارزش این را دارد که بپرسیم این چیدمان واقعاً برای - خمش، پیچش یا ترکیبی - به جای پذیرش یک عدد سختی عمومی بدون زمینه طراحی شده است. همچنین ارزش آن را دارد که دادههای انحراف واقعی و فرکانس طبیعی را تحت پیکربندی نصب و بار خاص خود بپرسید، زیرا رقم سفتی منتشر شده تیر همیشه نشاندهنده نحوه عملکرد آن پس از نصب با وسایل انتهایی خاص و محموله شما نیست. ما اجزای پرتو دقیق فیبر کربن را به عنوان بخشی از خط تولید ساختاری دقیق تر خود عرضه می کنیم، و درس عملی حاصل از این کار این است که مهندسی چیدمان الیاف در پشت تیر به طور قابل توجهی برای عملکرد واقعی{4}}جهانی از انتخاب ماده به تنهایی اهمیت دارد.