Продолжим о жёсткости.
Воспользуемся ранее приведенным рисунком углеткани:
Вложение:
Ткань.jpg [ 85.41 КБ | Просмотров: 3183 ]
Как было сказано, в таком виде углеткань малопригодна в конструкциях, требующих минимизации веса. Но высокие УДЕЛЬНЫЕ механические свойства углепластика (отношение прочности и упругости к весу), позволяют снизить вес конструкции даже при условии использования «как попадя».
Взрывное развитие технологий и общий рост благосостояния человечества (с Украиной и банановыми республиками не путать
), позволили распространить ещё вчера секретные технологии на бытовой уровень. В спорте применяются композитные изделия очень высокого качества, не уступающие авиастроению. Например,- велоспорт, Формула 1, сёрфинг, теннис, хоккей, ……., рыбная ловля
Для минимизации пустот в стекло и углеткани, вместо нитей, стали применять тонкие пластины:
Вложение:
Пластины.jpg [ 46.05 КБ | Просмотров: 3183 ]
Из такого материала, изделие имеет лучшие прочностные характеристики при меньшем весе.
Площадь соприкосновения между слоями больше, а пустот для паразитной смолы, меньше.
В настоящее время, легкодоступны и дёшевы девайсы для бытового использования из стекло и углепластика. В зависимости от качества и бренда производителя, зависит цена этих изделий. Разница в цене может быть в десятки раз.
Например, хоккейные композитные клюшки могут стоить от $20 до $400 и выше. Клюшка для хоккеиста – расходный материал, как мышь и клавиатура для пользователей компьютеров. Я видел случаи, когда 12-летний юноша ломает новую стодолларовую клюшку на пятнадцатой секунде игры. Я отремонтировал сотни клюшек. Это дало мне возможность изучить многие технологии композитного производства. Никому не нужна клюшка с ощутимо повышенным весом, изменённой толщиной и геометрией крюка, или смещённым центром тяжести и жёсткости. К ремонту клюшек меня привело занятие сына хоккеем, и не худший способ заработка для человека, потерявшего средства производства в зоне АТО.
Глядя на фото Вегера и Плиточника, выкладываемые в интернете, хочу предостеречь, что работая в медицинских перчатках, можете получить аллергию серьезного уровня. Говорю не для красного словца, а из собственного горького опыта. Если и медицинские перчатки, то одевать нужно две пары. Работа в двух парах перчаток доставляет мало удовольствия, как и секс с презервативом, но спасает от больших проблем. Выбор партнёра, в случае с эпоксидной смолой, не спасёт. Отвердители всех смол делятся на ядовитые и очень ядовитые. Других нет.
В интернете Вы найдёте массу рекомендаций бестолкового ремонта клюшек. Но настоящие мастера в широкий доступ свои секреты не выложат. А такие компании как Боинг, Аирбас (и не только), держат свои технологии в строжайшем секрете. Они к своим секретам не допустят даже инспекторов без заключения договора о не разглашении.
От лирических отступлений перейдем к нашим самолётикам.
В любительской авиации заманчивым для использования и идеальным при ГРАМОТНОМ применении есть композитные удилища. Они высокого качества и значительно дешевле, чем трубки, предлагаемые на сайтах торговцев авиационными изделиями.
Удилища изготавливают из стекло, углепластика или их сочетания. Стеклопластиковые удилища дешевле, но тяжелее углепластиковых. Какое удилище применить, решайте сами. Рекомендую, в местах, где не исключён контакт человека с элементами конструкции самолёта, применять стеклопластиковые, они «кувалдоустойчивее».
Из удилищ можно делать фермы, тяги и ещё много чего. Они удобны тем, что можно подобрать трубку нужно сечения. Слабым местом конструкции будут места сопряжений труб между собой и другими элементами конструкции. Здесь есть, где разгуляться творческой мысли. Но распределение нагрузок и эстетика исполнения, ограничат до одного, двух приемлемых вариантов.
Прочность и жёсткость даже стеклопластикового (не говоря уже об углепластиковом) удилища превзойдёт Д16Т и в разы будет дешевле. Но стыковочные узлы останутся слабым местом, требующим не только грамотных подходов, но и бОльших трудозатрат, чем при работе с деревом или металлом.
Изделия потребуют испытаний. Без расчётов, вы рискуете получить либо перетяжелённую вещь, либо разрушенную при испытаниях. Жалко будет видеть разрушенное изделие, в которое Вы вложили массу времени, средств и свою «душу».
Так же нет смысла получить изделие, не имеющее ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ весовых преимуществ перед деревом и дюралем. Для справки, копровые испытания фермы и шасси проводятся без крыльев. Потому что крылья хоть и добавляют массу, но демпфируют падение за счёт сопротивления воздуха.
Сами крылья лучше всего испытывать вот так:
Вложение:
Испытания крыла.jpg [ 144.79 КБ | Просмотров: 3183 ]
Упоры установить на 30% от конца крыла. В самом критическом сечении, в корне крыла, нагрузки будут идентичными (а иногда и более точными), как и при «танцах с бубнами», испытаниях распределённой нагрузкой перевёрнутого крыла. Прогибы крыла, так же близки к реальным. Заодно, проверите и кабину, и узлы крепления фюзеляжа к крылу. Если беспокоитесь за целостность обшивки, можно между крылом и упорами подложить площадку мягкой прослойкой к крылу. Желательно испытать лонжерон до сборки крыла, когда есть доступ к специальному стенду. Кустарные испытания, не подкреплённого нервюрами и обшивкой лонжерона, окажутся далёкими от реальности. Езда джипом по лонжерону, как предлагает Вегер,- это не более, чем цирковое шоу для дилетантов.
Если бы в процесс разрушения не вмешивалась потеря устойчивости стержней при сжатии, рассчитать потребные сечения, было проще.
Потеря устойчивости при сжатии с достаточной точностью вычисляется по формуле Эйлера.
Критическая сила равна
Ркрит=10 (мю) Е Jmin/L^2 ,где
10 – это «пи» в квадрате;
Е – модуль упругости, который для удилища можно определить опытным сжатием по этой формуле, т.к. остальные показатели известны!!!
Jmin=3,14D^4(1-{d/D}^4)/64 – осевой момент инерции трубы (не путать с радиальным моментом инерции при расчётах на кручение);
d и D – внутренний и наружный диаметр трубы;
L- длина стержня;
(мю) – коэффициент заделки, берётся из таблицы:
Вложение:
Заделка.jpg [ 188.41 КБ | Просмотров: 3183 ]
Мистер Вегер говорит, что сопромат известен каждому студенту. Как предмет, да. Но язык без костей. В выражении «Казнить нельзя помиловать», даже без запятой, можно понять смысл в конкретной ситуации. А в математике, запятая может дать от десятикратной, до бесконечной погрешности. Поэтому единицы измерения в приведенных формулах нужно брать в той системе, в которой ведёте расчёты. Модуль упругости в Н/м2, размеры в метрах. Хотя в авиации все размеры на чертежах указываются в миллиметрах (или дюймах =25,4мм).
Труба постоянного диаметра с шарнирно закреплёнными концами, потеряет устойчивость и разрушится, около средины (если не будет дефекта в ином месте). Поэтому, для минимизации веса, нужно увеличивать момент инерции сечения стержня (тяги) по мере приближения к средине её длины. Момент инерции можно увеличить за счёт толщины стенки или увеличения диаметра при равной толщине стенки, либо двумя способами одновременно. Лучший результат достигается увеличением диаметра, сохраняя тонкую стенку. Удилище даёт нам прекрасную для этого возможность, т.к. его звенья конусные. Взяв два одинаковых звена и состыковав их по большим диаметрам, получите идеального веса тягу.
Вложение:
Тяга.jpg [ 54.03 КБ | Просмотров: 3183 ]
Стыковку можно выполнить как внутренней, так и наружной втулкой из стекло или углепластика. Палки хоккейных клюшек в месте поломки, стыкуются заранее выклеенными внутренними втулками. Условия работы углепластиковой клюшки суровее, чем деталей самолёта. Вес клюшки на картинке, чуть более 300 грамм:
Вложение:
hockey_stick_history_3.jpg [ 96.42 КБ | Просмотров: 3183 ]
Но деталям самолёта ЗАПРЕЩЕНО разрушаться.
Природа подсказывает нам способы упрочнения длинных стержней. Посмотрите на стебель подсолнечника, способный держать массивную шляпку, даже при сильном ветре. Секрет в тонкой наружной оболочке и её подкреплённости внутренней лёгкой седцевиной.
Устойчивость тонкостенной трубы можно повысить наполнением её строительной пеной. При большой длине трубы, к противоположному от подаваемому пену концу, желательно подвести вакуум от пылесоса с регулируемым разряжением на ручке пылесоса. Подвод вакуума от пылесоса, нужно снабдить прозрачным участком трубки, чтобы контролировать выход пены. Конусную трубу нужно заполнять с тонкого конца.
Менее капризным способом, можно заполнить пенопластом трубку, засыпая внутрь тонкостенной трубки дозированное количество вспенивающихся в кипятке гранул для производства пенопласта. Трубу необходимо последовательно разделять пенопластовыми пробками, препятствующими перемещению гранул между разделёнными пробками зонами. Вес гранул рассчитывается по объёму зон. Пробки должны иметь отверстия для заполнения зоны кипящей водой из ёмкости, в которой нужно прокипятить всё изделие до полного вспенивания гранул. В результате у Вас получится пенопласт нужной плотности, похожий на «шариковый», применяемый в упаковках и строительстве. Для исключения закупоривания воды внутри трубки, заполнять её пенопластом, нужно поэтапно - от средины к краям трубки.
Особое внимание нужно уделить заделке наконечников тяг. Это отдельная тема, как и стыковка пластиковых труб. Поступить традиционным методом, как в металлических тягах, с тонкостенными композитами не получится:
Вложение:
Заделка наконечника.jpg [ 11.55 КБ | Просмотров: 3183 ]