Cov neeg tsim khoom nyiam khav txog cov pa roj carbon fiber ntau, yog li Cyclist txiav txim siab los tshawb xyuas qhov no txhais li cas thiab nws cuam tshuam li cas rau kev ua haujlwm
Lub tsheb kauj vab, nws mus yam tsis tau hais, yog qhov zoo tshaj plaws Christmas tam sim no, tab sis nrog qhov ua tau tshwj xeeb ntawm tus menyuam dev nws kuj yog qhov nyuaj tshaj plaws los qhwv. Yog li kev khuv xim tus neeg tsim qauv tsis zoo uas yuav tsum tau qhwv thiab drape carbon nyob ib ncig ntawm nws txoj kev nkhaus xws li, thaum ci thiab ua tiav, tus ncej xa cov kev xav xav tau. Kev tsim kho ntawm carbon fiber thav duab yog ib qho nyuaj 3D puzzle uas eclipses Rubik's Cube.
Kev zoo nkauj ntawm cov pa roj carbon monoxide yog tias, tsis zoo li cov hlau, ntau daim tuaj yeem muab tso rau ntawm qhov sib txawv ntawm kev sib tshuam thiab sib tshooj kom nruj heev rau kev tswj hwm tus cwj pwm kev ua tau zoo thiab lub zog xav tau ntawm txhua qhov chaw ntawm lub tsheb kauj vab. Lub downside yog tias carbon yog anisotropic - nws muaj zog nyob rau hauv ib qho kev taw qhia dua lwm yam nyob rau hauv ib tug zoo xws li cov ntoo - uas txhais tau hais tias lub zog yog nyob ntawm seb cov kev taw qhia ntawm cov fibers. Rau cov pa roj carbon nqa cov khoom tseem ceeb, lub zog yuav tsum tau coj mus rau nws cov fibers, uas ua rau cov kev taw qhia fiber ntau tseem ceeb heev. Lub tsheb kauj vab ncej cov ntsiab lus muaj kev quab yuam nyob rau hauv ntau cov lus qhia, txhais tau hais tias cov pa roj carbon fibers yuav tsum khiav hauv ntau cov lus qhia thiab. Nws yog vim li cas cov khaubncaws sab nraud povtseg muaj lawv cov fibers ntawm cov ces kaum sib txawv, feem ntau 0 ° (hauv kab), + 45 °, -45 °, + 90 ° thiab -90 °, thiab qhov tseeb txhua lub kaum sab xis xaiv los ntawm cov neeg tsim khoom yog tias nws yuav tsim cov yam ntxwv xav tau..
Nyob hauv qhov tob
Qhov ntawd yog li cas nws yog rau txhua tus ncej carbon. Hauv qab lub ntsej muag zoo nkauj yog ntau txheej ntawm cov pa roj carbon fiber ntau uas nws qhov tawv nqaij, lub zog, cov duab, qhov ntau thiab tsawg, txoj haujlwm thiab kev taw qhia tau raug mob siab rau, feem ntau yog los ntawm kev sib txuas ntawm cov khoos phis tawj software pob khoom thiab cov kws tshaj lij. Qhov no yog hu ua lub sij hawm lay-up, los yog tsuas yog lay-up. Thaum cov pa roj carbon jigsaw tiav lawm lub tsheb kauj vab yuav tsum yog lub teeb, teb, raug nqi thiab muaj peev xwm tiv taus lub zog loj tshaj plaws ntawm kev caij tsheb kauj vab.
Xib fwb Dan Adams, tus thawj coj ntawm lub chaw soj ntsuam kev sib xyaw tshuab ntawm University of Utah hauv S alt Lake City, nws tus kheej yog tus neeg caij tsheb kauj vab thiab uas tau koom nrog kev txhim kho ntawm Trek thawj zaug carbon thav duab, hais tias kev tsim txhua yam los ntawm carbon yog tag nrho. txog lub sij hawm lay-up kom raug. 'Nws qhia txog kev taw qhia ntawm ib tus neeg plies lossis txheej ntawm carbon / epoxy prepreg, stacked mus ua qhov kawg ntawm qhov tuab, 'nws hais. 'Qee lub thav duab yog yooj yim rau nteg dua lwm tus. Cov hlab ntsha yog qhov yooj yim tab sis cov kev sib tshuam ntawm lawv yog qee qhov nyuaj tshaj plaws ply-ups koj yuav pom nyob rau hauv qhov chaw tsim khoom hauv txhua qhov kev lag luam uas siv carbon structurally, suav nrog aerospace thiab tsheb.'
Carbon qhov xwm txheej anisotropic kuj ua rau xaiv cov pa roj carbon zoo. Ntawm nws qhov yooj yim tshaj plaws, muaj ob txoj hauv kev uas carbon tau muab. Unidirectional (UD) muaj tag nrho cov carbon fibers khiav hauv ib qho kev taw qhia, sib npaug rau ib leeg. Lwm txoj hauv kev rau UD yog cov ntaub npuag, lossis 'daim ntaub'. Nws muaj fibers uas khiav hauv ob qho kev taw qhia, mus rau hauv thiab dhau ib leeg ntawm txoj cai kaum kom muab qhov zoo li qub ntawm carbon fiber. Nyob rau hauv cov ntaub yooj yim tshaj plaws, lub npe hu ua tiaj weave, cov fibers lace hauv qab thiab tshaj ntawm txhua qhov kev hla (hu ua '1/1') los tsim cov qauv zoo li kab sib chaws. Muaj ntau ntau lwm yam weave qauv. Twill (2/2) yog me ntsis looser thiaj li yooj yim rau drape thiab yooj yim pom los ntawm nws cov kab pheeb ces kaum, uas zoo li chevrons.
Cov modulus (kev ntsuas ntawm elasticity) ntawm cov fibers kuj tseem ceeb rau kev muab tso rau. Modulus txhais li cas lub zog ntawm fiber ntau. Tus qauv modulus fiber, ntsuas ntawm 265 gigapascals (GPa) yog qhov nruj dua li qhov nruab nrab modulus fiber ntau nyob ntawm 320GPa. Tsawg dua ntawm cov pa roj carbon ntau dua yuav tsum ua kom cov khoom sib txawv ntawm tib lub zog, uas ua rau cov khoom sib dua. Modulus fibers siab dua tej zaum yuav zoo li qhov kev xaiv zoo dua, tab sis muaj kev ntes. Ib qho piv txwv tuaj yeem ua nrog cov roj hmab band piv rau ib daim ntawm spaghetti. Cov roj hmab band yog elastic heev (muaj qhov qis qis) thiab tuaj yeem hloov tau nrog lub zog me me tab sis yuav tsis tawg, ntxiv rau nws yuav rov qab mus rau nws cov duab qub tom qab khoov. Lub spaghetti, ntawm qhov tod tes, yog nruj heev (siab modulus) yog li yuav tiv thaiv deformation mus rau ib qho taw tes, thiab tom qab ntawd tsuas yog tawg. Cov tuam txhab lag luam feem ntau khav theeb txog kev suav nrog qee qhov fiber ntau modulus hauv qhov tseeb thav duab tsim, tab sis feem ntau lub tsheb kauj vab thav duab yog qhov ua tib zoo sib npaug ntawm ntau hom modulus nyob rau hauv lub nteg-up kom xa cov kev xav tau ua ke ntawm nruj, durability thiab flex..
Muaj ib qho kev hloov pauv ntxiv los xav txog. Ib txoj hlua ntawm cov roj carbon fiber ntau yog nyias nyias - deb dua li tib neeg cov plaub hau, yog li lawv tau muab khi ua ke los ua qhov hu ua 'tow'. Rau cov tsheb kauj vab, tus cab tuaj yeem muaj txhua yam ntawm 1, 000 thiab 12, 000 strands, txawm hais tias 3, 000 (sau li 3K) feem ntau.
Nyob zoo ib tsoom niam txiv kwv tij neej tsa phooj ywg sawv daws.
Cov no yog cov hauv paus, tab sis tsim kom muaj kev nteg tau nyuaj. Dr Peter Giddings, tus kws tshawb fawb tshawb fawb ntawm National Composites Center, Bristol, hais tias 'Los ntawm lub zog ntshiab thiab tawv tawv ntawm qhov pom qhov sib xyaw zoo tshaj plaws yuav muaj qhov sib npaug ntawm fiber ntau rau cov resin ua tau thiab qhov qis tshaj plaws ntawm cov fiber ntau, ua hauj lwm nrog tsheb kauj vab thiab sib tw lawv tau ntau xyoo. 'Unidirectional fibers, theoretically tsawg kawg, yog qhov kev xaiv zoo tshaj plaws rau qhov no. UD cov ntaub ntawv muaj qhov sib zog-rau-hnyav piv rau hauv fiber ntau. Hmoov tsis zoo, cov khoom sib xyaw UD muaj kev cuam tshuam ntau dua rau kev puas tsuaj thiab, ib zaug puas lawm, feem ntau yuav ua tsis tau zoo dua li cov ntaub npuag.'
Tau tsim ib lub thav duab tshwj xeeb los ntawm UD carbon txheej yuav tsim lub tsheb kauj vab uas muaj kev phom sij txaus ntshai, tsis hais txog kev txwv tsis pub kim vim cov khoom siv thiab cov nqi tib neeg-teev. Li no woven carbon dominates thiab yog qhov kev xaiv pom tseeb rau txhua qhov chaw uas muaj cov nkhaus nkhaus thiab cov duab sib koom ua ke. Tsis tas li ntawd, tib neeg nyiam nws cov tsos. 'Aesthetically, woven cov ntaub ntawv raug suav hais tias zoo dua li cov ntaub ntawv unidirectional thiab cov pej xeem txoj kev xaav ntawm ib tug composite yog ib tug woven fabric,' hais tias Giddings. 'Qhov tseeb, ntau tus neeg tsim khoom pleev xim [yog li ntawd zais] thaj chaw uas cov thav duab kev tsim kho tiv thaiv ib qho zoo nkauj, woven.'
Kev yooj yim ntawm fabrication kuj yuav tsum tau ua nyob rau hauv lub sij hawm lay-up los mus rau hauv tus account tus nqi zog. Rau cov pob qij txha thiab cov duab nws yuav siv sij hawm ntev dua los tsim qhov zoo tshaj plaws lay-up nrog UD fibers. Nws yog lwm qhov laj thawj vim li cas cov ntaub npuag yog qhov kev xaiv ntawm feem ntau cov tuam txhab tsheb tuam carbon. 'Woven daim ntaub yog yooj yim mus ua hauj lwm nrog UD thiab yuav tsum tau muaj kev txawj ntse kom haum nws raws li ib tug yuav tsum tau, 'hais tias Giddings. 'UD muaj qhov nyiam sib cais lossis sib cais ntawm cov duab nyuaj. Loosely woven fabrics ua tau yooj yim dua thiab cov qauv ntawm lub zog tag nrho tsis tshua cuam tshuam los ntawm kev tsim khoom me me.'
Cov neeg tsim khoom muaj feem yuav xaiv qhov nteg nrog cov pa roj carbon monoxide nyob rau hauv qhov chaw nyuaj tshaj plaws, xws li hauv qab bracket thiab lub taub hau raj hlws ris, tab sis nws tseem tsis yooj yim li nws suab vim tias muaj lwm yam los xav txog. Paul Remy, tus kws tshaj lij tsheb kauj vab ntawm Scott Sports hais tias 'Koj xav ua kom txuas ntxiv ntawm cov kev taw qhia fiber ntau tsis yog nyob ib puag ncig kev sib tshuam, tab sis dhau mus thiab dhau ntawm lawv. 'Nws tuaj yeem muaj qhov nkhaus nkhaus ntawm qhov sib tshuam xws li lub hauv qab bracket yog li koj yuav tsum xav txog txoj hauv kev los txuas ntxiv cov fibers' kev taw qhia, kom hloov cov khoom thauj thoob plaws lawv.'
Nws nyob ntawm no tias cov kws tsim qauv tsim xws li Remy ua tsaug rau kev pab cuam ntawm computer science. Yav dhau los tsuas yog txoj hauv kev kom paub tias yuav ua li cas ntau qhov kev hloov pauv hloov pauv yuav cuam tshuam rau qhov kawg tshwm sim yog los tsim thiab sim ntau yam qauv, tab sis tam sim no lub sij hawm lay-up tuaj yeem sim nrog qib siab ntawm qhov tseeb los ntawm cov khoos phis tawj ua ntej. ib txoj hlua ntawm fiber ntau tau kov hauv ib lub thav duab pwm.
'Yav dhau los nws nyuaj heev kom paub tias qhov cuam tshuam dab tsi hloov pauv tsuas yog ib feem ntawm kev teeb tsa yuav muaj nyob rau ntawm qhov kev ua tau zoo ntawm tus ncej,' hais Remy.
Bob Parlee, tus tsim ntawm Massachusetts-raws li Parlee Cycles, nco ntsoov cov hnub qub ua ntej cov khoos phis tawj tau ua txhua tus lej crunching zoo siab: 'Yog tias koj nkag siab cov khoom thauj ntawm cov qauv truss xws li tus ncej, lay-ups ncaj nraim., yog li thaum xub thawj kuv tuaj yeem ua haujlwm tawm ntawm kuv tus kheej hauv kuv lub taub hau.' Parlee tau lees paub lub computer finite element tsom xam (FEA) muaj nws qhov chaw. 'Thaum pib kuv yuav tsis tso qhov rau hauv cov kab thav duab [rau cov ntsiab lus nkag cable lossis lub raj mis lub taub hau] vim tias lawv muaj peev xwm tsis muaj zog, tab sis tam sim no FEA qhia peb yuav ua li cas los txhawb lub qhov ntawd,' nws hais.
Kev nce kev suav lub zog ua ke nrog cov software uas muaj txiaj ntsig zoo dua yog tso cai rau cov kws tsim khoom los txheeb xyuas ntau tus qauv virtual hauv lub sijhawm luv luv thiab thawb cov ciam teb ntawm kev tsim thiab cov khoom siv. Raws li tus kws tsim qauv tshwj xeeb Chris Meertens, 'Iteration yog lub npe ntawm qhov kev ua si. FEA cov cuab yeej tsim tus qauv tsim qauv ntawm tus ncej thiab lub hom phiaj yog kom tau txais txhua qhov nyiaj fiber ntau. Lub software tso cai rau kuv los tsim ib lub ply, raws li tus qauv optimization rau 17 load kis uas peb muaj rau ib tug qauv ncej.'
txhais tau tias yog software qhia Meertens ntau npaum li cas carbon yuav tsum nyob rau hauv txhua qhov chaw ntawm tus ncej, thiab qhov pom kev zoo rau cov fibers. Cov txuj ci, txawm li cas los xij, yog nyob rau hauv kev paub txog dab tsi yog thiab tsis muaj peev xwm nrog carbon lay-up. Qee lub sij hawm lub khoos phis tawj tso tawm cov tswv yim uas nyob deb ntawm qhov zoo tagnrho. 'Feem ntau kuv saib nws thiab hais tias, "Tsis muaj txoj hauv kev uas peb tuaj yeem ua tau,"' Meertens hais. 'Yog li ntawd kuv tau tibneeg hu tauj coob nyob rau hauv laminate draping software txiav virtual plies thiab drape lawv ntawm ib tug virtual mandrel, raws li nws nyob rau hauv manufacturing feasibility thiab laminate optimisations.'
Txawm tias siv lub khoos phis tawj software no tuaj yeem siv sijhawm ntau hnub los txiav txim siab, thiab tseem muaj txoj hauv kev ntev mus ua ntej qhov kev teeb tsa thaum kawg tau txhais. Ib yam uas tib neeg lub ntsiab yog qhov tseem ceeb hauv kev ua kom cov qib fiber ntau raug siv nyob rau hauv qhov chaw. Meertens hais tias, '0 ° fiber ntau yog qhov tawv heev tab sis tsis muaj qhov cuam tshuam zoo, yog li, txhawm rau ua kom cov khoom sib xyaw ua kom ntev, peb yuav tsum tsis txhob tso ntau dhau rau hauv qhov chaw zoo li hauv qab ntawm lub raj xa dej. Kuv mam li paub los ntawm theem no seb cov duab ply kuv xav tau, tab sis tam sim no kuv xav paub ntau npaum li cas ntawm txhua ply. Yog li kuv khiav lwm qhov kev ua kom zoo tshaj plaws uas qhia kuv tias tuab npaum li cas kuv yuav tsum ua rau lawv - qhov tseem ceeb ntawm cov txheej txheem. Nws yuav txheeb xyuas qhov twg los ntawm 30 mus rau 50 ua ke ntawm plies. Peb yuav khiav los ntawm lub voj voog ntawm virtual draping thiab optimization plaub los yog tsib zaug, fine-tuning lub plies me ntsis ntxiv txhua zaus. Tab sis nyob rau qee kis peb yuav tsum ntaus "Mus" thiab xa tawm.'
Cov lus qhia meej
Lub sijhawm nteg yog zoo li daim ntawv qhia 3D, piav qhia txhua daim ntawm cov pa roj carbon zoo li hauv txhua txheej. 'Lub thav duab tau muab faib ua cuaj thaj chaw: ob lub rooj zaum, ob lub rooj zaum hauv qab, lub rooj zaum hauv qab, lub rooj zaum, sab saum toj, lub taub hau thiab hauv qab raj,' hais Meertens.'Peb teev cov datum, uas yog ib qho axis, rau txhua cheeb tsam. Txoj kev taw qhia ntawm txhua daim ntawm cov pa roj carbon monoxide nyob rau hauv ib cheeb tsam yog tom qab ntawd cuam tshuam nrog cov datum. Lub raj xa dej tuaj yeem muaj cov plies ntawm 45 °, 30 ° thiab 0 ° txheeb ze rau lub zos datum. Feem ntau, cov khoom siv lub zog siab dua yog siv off-axis, ntawm lub kaum sab xis. Cov khoom siv ntau dua peb siv axially, ntawm 0°.'
Cov ntaub ntawv tshwm sim tuaj yeem ncav cuag 100Mb loj thiab nws thiaj li dhau mus rau lub Hoobkas hauv pem teb. Txhua tus neeg ua haujlwm hauv lub Hoobkas tau txais tsuas yog ib feem cuam tshuam rau ib feem ntawm tus ncej lawv yog lub luag haujlwm tsim. Qhov no tseem tsis yog qhov kawg ntawm kev tsim khoom. Lub thav duab tsim yog ib qho qauv ntawm theem no thiab nws yuav tsum tau sim kom ntseeg tau tias cov qauv tsim digitally lay-up tshwm sim hauv ib lub thav duab uas ua tau zoo hauv kev xyaum. Ultrasound, X-ray soj ntsuam thiab lub cev lub cev dissection qhia laminate thicknesses. Lwm qhov ntawm cov resin matrix yuav raug hlawv kom nthuav tawm qhov zoo ntawm lamination thiab seb cov khoom siv los yog fibers tau tsiv teb tsaws. Kev ntsuam xyuas khoov yuav tsum qhia cov txiaj ntsig zoo ib yam li FEA tsom xam. Thaum kawg, nws yog tib neeg uas coj nws tawm ntawm txoj kev.
'Kev caij tsheb kauj vab yog tib txoj kev uas peb tuaj yeem suav nws tiag tiag,' Bob Parlee hais. 'Peb tuaj yeem ua qhov khoov thiab thauj khoom kuaj tab sis peb yuav tsum tau tawm thiab caij nws saib seb nws ua tau li cas peb xav tau.'
Ntau lub tsheb kauj vab feem ntau tshwm sim hauv Far East, thiab qhov no tseem ceeb dua rau lub sijhawm teem caij. Txoj kev npaj ua kom zoo, yog ua raws li tsab ntawv, yuav tsum xyuas kom meej cov khoom tawm ntawm cov chaw tsim khoom loj yog cov menyuam ntxaib zoo ib yam ntawm cov uas tau sim thiab dhau ntawm cov qauv qauv kawg. Tau kawg, feem ntau cov khw muag khoom txuas ntxiv sim thiab rov sim cov txheej txheem tsim khoom kom ntseeg tau tias cov tsheb kauj vab mus txog lub khw ua tau raws li cov neeg siv khoom xav tau. Feem ntau cov neeg tsim khoom tuaj yeem taug qab tus ncej tag nrho cov lus, txoj cai rov qab mus rau lub hauv paus pib ntawm thawj fiber ntau strands. Uas yog ib yam dab tsi xav txog lwm zaus koj tab tom sawv thiab qhuas koj txoj kev txaus siab thiab kev xyiv fab.
