Өндүрүүчүлөр көмүртек буласы менен мактанганды жакшы көрүшөт, андыктан Велосипедчи мунун эмнени билдирерин жана анын майнаптуулукка кандай таасир тийгизерин изилдөөнү чечти
Велосипед, албетте, Рождествонун эң сонун белеги, бирок күчүктү кошпогондо, аны ороп коюу эң кыйын. Ошентип, карбонду анын татаал ийри сызыктарына ороп, жабыш керек болгон жакыр рамка дизайнерине боор ооруп, бышырылганда жана бүткөндө кадр каалаган жүрүү сезимин берет. Көмүртек буласынан жасалган алкактын курулушу – бул Рубик кубигин тутунган татаал 3D табышмак.
Көмүртектин кооздугу, металлдан айырмаланып, бир нече бөлүктөрдү ар кандай даражадагы кесилишкен жерлерде катмарлаштырып коюуга болот жана велосипед рамкасынын каалаган чекитинде талап кылынган аткаруу атрибуттарын жана күчүн катуу көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет. Кемчилиги көмүртек анизотроптук болуп саналат - ал жыгачка окшош башка бир багытта күчтүүрөөк - бул күч жипчелердин багытына көз каранды дегенди билдирет. Көмүртек олуттуу жүктөрдү көтөрүү үчүн күчтөр анын жипчелери боюнча багытталышы керек, бул була багытын абдан маанилүү кылат. Велосипед рамкасынын түзүүчү бөлүмдөрү бир нече багытта күчтөрдү башынан өткөрөт, демек, көмүртек булалары да бир нече багытта иштеши керек. Ошондуктан ар кандай катмарлардын жипчелери ар кандай бурчта болот, адатта 0° (сызыкта), +45°, -45°, +90° жана -90°, жана чындыгында дизайнерлер каалаган бурчту тандап, эгер ал каалаган атрибуттарды түзө турган болсо..
Тереңдикте
Баардык көмүртектик алкактар үчүн ушундай. Жаркыраган сырткы көрүнүштөрдүн астында көмүртек буласынын бөлүктөрүнүн көптөгөн катмарлары бар, алардын катуулугу, күчтүү жактары, формалары, өлчөмдөрү, позициялары жана багыттары, адатта, компьютердик программалык пакеттердин жана инженерлердин тажрыйбасынын айкалышы менен кылдат пландаштырылган. Бул жаткыруу графиги же жөн эле жаткыруу катары белгилүү. Көмүртек жигсасы бүткөндөн кийин, велосипед жеңил, жооп берүүчү, үнөмдүү жана велосипед тебүүнүн эң экстремалдуу күчтөрүнө туруштук бере алган болушу керек.
Солт-Лейк-Ситидеги Юта университетинин композиттик механика лабораториясынын директору, өзү велосипедчи жана Тректин алгачкы көмүртек рамкаларын иштеп чыгууга катышкан профессор Дэн Адамс көмүртектен кандайдыр бир нерсени куруунун бардыгын айтат. туура коюу тартиби жөнүндө. "Бул акыркы бөлүгүнүн калыңдыгын түзүү үчүн үйүлгөн көмүртек / эпоксид препрегинин жеке катмарларынын же катмарларынын багытын аныктайт" дейт ал. «Кээ бир рамка бөлүктөрүн коюу башкаларга караганда оңой. Түтүктөр салыштырмалуу жөнөкөй, бирок алардын ортосундагы түйүндөрдүн бири-биринен эң татаал катмарлардын бири болуп саналат, сиз көмүртекти структуралык жактан колдонгон бардык тармактагы өндүрүш бөлүктөрүндө, анын ичинде аэрокосмостук жана автомобиль өндүрүшүндө көрө аласыз.'
Көмүртектин анизотроптук табияты да туура көмүртекти тандоону маанилүү кылат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, көмүртек менен камсыз кылуунун эки жолу бар. Бир багыттуу (UD) бардык көмүртек жипчелери бир багытта, бири-бирине параллель иштейт. UD үчүн альтернатива токулган кездеме, же "кездеме" болуп саналат. Анда көмүртек буласынын классикалык көрүнүшүн берүү үчүн эки багытта чуркап, бири-биринин астынан жана үстүнөн оң бурчта өтүүчү жипчелер бар. Жөнөкөй кездеме деп аталган жөнөкөй кездемеде жипчелер ар бир кесилиште ("1/1" деп аталат) астынан жана үстүнөн боолуп, тор сымал оймо пайда болот. башка көптөгөн мүмкүн болгон токуу үлгүлөрү бар. Твиль (2/2) бир аз эркинирээк болгондуктан, аны жабуу оңой жана шевронго окшош диагоналдык үлгүсүнөн оңой таанылат.
Буланын модулу (ийкемдүүлүктүн өлчөмү) да берилген жайгаштыруу үчүн негиз болуп саналат. Модуль була канчалык катуу экенин аныктайт. Стандарттык модулдук була, 265 гигапаскаль (GPa) менен бааланган, 320GPa бааланган аралык модулдук буладан анча катуу эмес. Бир эле катуулуктагы компоненттерди жасоо үчүн азыраак модулу көмүртек талап кылынат, бул жеңилирээк продуктуга алып келет. Демек, модулу жогору жипчелер артыкчылыктуу тандоо сыяктуу сезилиши мүмкүн, бирок бир нерсе бар. Аналогияны резина менен спагетти менен жасоого болот. Резина абдан ийкемдүү (модули төмөн) жана өтө аз күч колдонуу менен ийилет, бирок сынбайт, ошондой эле ийилгенден кийин ал өзүнүн баштапкы абалына келет. Спагетти, экинчи жагынан, абдан катуу (жогорку модулу) ошондуктан деформацияга бир чекитке чейин туруштук берет, анан жөн эле сынат. Маркетинг бөлүмдөрү көбүнчө акыркы кадрдын дизайнына белгилүү бир була модулун киргизүү менен мактанышат, бирок көпчүлүк учурларда велосипед рамкасы катуулуктун, бышыктыктын жана ийкемдүүлүктүн керектүү айкалышын жеткирүү үчүн коюу ичиндеги модулдун бир нече түрлөрүнүн кылдат балансы болуп саналат..
Дагы бир өзгөрмө бар. Көмүртек жипчесинин бир жипчеси өтө ичке - адамдын чачынан алда канча ичке, ошондуктан алар биригип, "жүргүзүүчү" деп аталган нерсени пайда кылышат. Велосипеддер үчүн сүйрөө 1 000ден 12 000ге чейинки жипти камтышы мүмкүн, бирок көбүнчө 3 000 (3K деп жазылган) болот.
Бул була, була бул
Бул негиздер, бирок сызыктарды түзүү татаалдашат. "Таза бекемдик жана катуулук көз карашынан алганда, идеалдуу композиция буладан чайырдын эң жогорку үлүшүнө жана буладагы эң аз ийилгенге ээ болот", - дейт Бристолдогу Улуттук Композиттер борборунун инженери доктор Питер Гиддинг. көп жылдар бою велосипед менен иштеп, аларды жарышкан. «Бир багыттуу жипчелер, жок эле дегенде, теориялык жактан, бул үчүн мыкты тандоо болуп саналат. UD материалдар жипче багытында катуулугуна-салмактык катышы жогорулаган. Тилекке каршы, UD композиттери токулган кездемелерге караганда бузулууга көбүрөөк кабылышат жана бузулгандан кийин бузулуп калуу ыктымалдыгы жогору.’
UD көмүртек катмарларынан гана алкакты куруу материалдык жана адам-саат чыгымдарынан улам өтө кымбат эмес, коркунучтуу морт болгон велосипедди жаратмак. Демек, токулган көмүртек үстөмдүк кылат жана бекем ийри жана татаал биргелешкен формалар бар бардык аймактар үчүн ачык тандоо. Анын үстүнө анын сырткы көрүнүшү элге жагат. "Эстетикалык жактан токулган материалдар бир багыттуу материалдарга караганда жакшыраак көрүнөт жана коомчулуктун композитке болгон кабылдоосу токулган кездеме болуп саналат" дейт Гиддинг. 'Чындыгында, көптөгөн өндүрүүчүлөр алкак конструкциясы жылмакай, токулган көрүнүшкө тоскоол болгон жерлерди боёшот [ошондуктан жашырышат].'
Өнүктүрүүнүн жөнөкөйлүгү, ошондой эле эмгек чыгымдарын эсепке алуу үчүн пландоо графигинде эске алынышы керек. Татаал муундар жана формалар үчүн UD жипчелери менен идеалдуу төшөөнү түзүү үчүн бир топ убакыт талап кылынат. Бул токулган кездемелер көпчүлүк көмүр байк өндүрүүчүлөрдүн артыкчылыктуу тандоо болуп саналат дагы бир себеби болуп саналат. "Токулган кездеме менен иштөө UDге караганда оңой жана аны керектүү формага келтирүү үчүн азыраак чеберчиликти талап кылат" дейт Гиддинг. 'UD татаал формалардын айланасында бөлүнүү же ийилүү тенденциясына ээ. Эркин токулган кездемелер жеңилирээк шайкеш келет жана структуранын жалпы күчү өндүрүштөгү майда кемчиликтерден азыраак таасир этет.'
Өндүрүүчүлөр эң татаал жерлерде, мисалы, астыңкы кронштейн жана баш түтүктүн түйүндөрүндө токулган көмүртекти тандашат, бирок бул баары бир көрүнгөндөй жөнөкөй эмес, анткени дагы бир факторду эске алуу керек. "Сиз була багытынын үзгүлтүксүздүгүн түйүндөрдүн айланасында эле эмес, алар аркылуу жана андан ары да сактагыңыз келет" дейт Скотт Спорттун велосипед инженери Пол Реми. 'Төмөнкү кашаа сыяктуу түйүндөрдө татаал ийриликтер болушу мүмкүн, андыктан жипчелердин багытын улантуунун, жүктү алардын боюна өткөрүп берүүнүн жолун ойлонушуңуз керек.'
Бул жерде Реми сыяктуу кадр инженерлери компьютер илиминин жардамы үчүн ыраазы болушат. Мурда ар кандай тургузуу графигинин өзгөртүүлөрүнүн акыркы натыйжага кандай таасир этээрин билүүнүн бирден-бир жолу бир нече прототиптерди түзүү жана сынап көрүү болгон, бирок азыр жайгаштыруу графигин компьютерлер тарабынан өтө жогорку тактык менен сынаса болот. бир жип жипчеси рамка калыпка тийген.
«Мурда рамканын бир гана бөлүгүн өзгөртүү кадрдын иштешине кандай таасир тийгизерин билүү кыйын болчу, - дейт Реми.
Боб Парли, Массачусетстеги Parlee Cycles компаниясынын негиздөөчүсү, компьютерлер бардык сандарды кычыратканга чейинки ошол эски күндөрдү эстейт: «Эгер сиз рамка сыяктуу фермалардын түзүлүшүнө жүктөмдөрдү түшүнсөңүз, жайгаштыруу оңой., Ошентип, башында мен аларды өзүмдүн оюм менен иштеп чыга алчумун.' Парли ошондон бери компьютердик чектүү элементтердин анализинин (FEA) өз орду бар экенин моюнга алды. "Башында мен рама түтүктөрүнө тешиктерди салбайт элем [кабелдин кире турган жерлери же бөтөлкөлөрдүн капастары үчүн], анткени алар потенциалдуу алсыз жерлер болчу, бирок азыр FEA ал тешикти бекемдөө үчүн эмне кылуу керектигин айтып жатат" дейт ал.
Эсептөө күчүн барган сайын өркүндөтүлгөн программалык камсыздоо менен бирге жогорулатуу инженерлерге кыска убакыттын ичинде көптөгөн виртуалдык моделдерди талдап, дизайн менен материалдардын чегин кеңейтүүгө мүмкүндүк берет. Адистештирилген инженер Крис Меертенстин айтымында, Итерация - бул оюндун аты. FEA куралдары кадрдын репрезентативдик моделин түзөт жана максаты ар бир була эсепке алуу болуп саналат. Программалык камсыздоо ар бир катмарды долбоорлоого мүмкүндүк берет, ал моделдин алкагындагы 17 жүктөө учуру үчүн оптималдаштыруу моделине негизделген.’
Бул эмнени билдирет, программалык камсыздоо Meertensке кадрдын ар бир аймагында канча көмүртек болушу керектигин жана жипчелер үчүн оптималдуу багытты көрсөтөт. Көндүм, бирок, көмүртек коюу менен эмне жана мүмкүн эмес экенин билүү болуп саналат. Кээде компьютер идеалдан алыс болгон идеалдарды түкүрөт. "Көпчүлүк учурда мен аны карап: "Биз муну кыла албайбыз" деп айтам", - дейт Мээртенс. ‘Андан кийин мен виртуалдык катмарларды кесип, аларды виртуалдык мандрелге түшүрүү үчүн ламинаттарды түшүрүү программасы менен алек болом, мунун негизинде өндүрүштүн техникалык мүмкүнчүлүктөрү жана ламинаттарды оптималдаштыруу.'
Компьютердик программалык камсыздоону колдонсоңуз да, муну чечмелөө бир нече күн талап кылынышы мүмкүн, ал эми жайгаштыруу акыры аныкталганга чейин дагы көп жол бар. Адамдык элемент маанилүү болгон аспекттердин бири - була классынын туура жерде колдонулушун текшерүү. Meertens мындай дейт: "0 ° була абдан катуу, бирок жакшы таасир күчкө ээ эмес, ошондуктан, курама зыянга чыдамдуу болушу үчүн, биз ылдый түтүктүн түбү сыяктуу жерлерге өтө көп коюудан качышыбыз керек. Мен ушул этапта мага кандай катмар формалары керек экенин билем, бирок азыр ар бир катмардын канчасын билгим келет. Ошентип, мен дагы бир оптималдаштыруу программасын иштетем, анда мен аларды канчалык калың кылышым керек экенин айтат - негизинен катмарлардын саны. Ал 30дан 50гө чейин катмарлардын комбинациясын талдайт. Виртуалдык драпинг жана оптималдаштыруу циклинен төрт-беш жолу өтөбүз, ар бир жолу катмарларды бир аз жакшыраак тууралайбыз. Бирок кандайдыр бир учурда "Баруу" баскычын басып, аны жөнөтүшүбүз керек.'
Анык жол
Жалуу графиги 3D карта сыяктуу, ар бир катмардагы формадагы көмүртектин ар бир бөлүгүн деталдаштырат. "Алкак тогуз зонага бөлүнгөн: эки отургуч, эки чынжыр, астыңкы кронштейн, отургуч, үстү, баш жана ылдый түтүктөр", - дейт Мээртенс.«Биз ар бир зонага огу болгон датумун белгилейбиз. Зонадагы көмүртектин ар бир бөлүгүнүн багыты ошол маалыматка байланыштуу болот. Төмөнкү түтүктө жергиликтүү маалыматка салыштырмалуу 45°, 30° жана 0° кабаттары болушу мүмкүн. Жалпысынан алганда, жогорку күч материал бурчта, огунан сырткары колдонулат. Биз 0° боюнча октук боюнча колдонобуз.’
Натыйжадагы файлдын өлчөмү 100 Мб чейин болушу мүмкүн жана акыры фабриканын полуна өткөрүлөт. Фабрикадагы ар бир жумушчу кадрдын өзү түзүүгө жооптуу болгон бөлүгүнө тиешелүү бөлүгүн гана алат. Бул дагы эле акыркы өндүрүш эмес. Курулган кадр бул этапта прототиби болуп саналат жана аны иш жүзүндө аткарган кадрда санариптик түрдө жайгаштыруу натыйжаларын камсыз кылуу үчүн сыноодон өткөрүү керек. УЗИ, рентгендик текшерүү жана физикалык диссекция ламинаттын калыңдыгын аныктайт. Башка жерлерде чайырдын матрицасы ламинациянын сапатын жана материалдын же булалардын көчүп кеткендигин көрсөтүү үчүн күйүп кетет. Ийилген тесттер FEA анализи менен бирдей натыйжаларды көрсөтүшү керек. Акыр-аягы, аны жолдон алып чыккан адам.
«Велосипед тээп, анын санын аныктоонун жалгыз жолу», - дейт Боб Парли. "Биз ийилүүнү жана жүктөө сыноолорун аткара алабыз, бирок ал биз каалагандай аткарып жатабы же жокпу, көрүү үчүн чыгып, минишибиз керек." Модель чогултулгандан кийин, өндүрүшкө жашыл жарык күйөт.
Велосипед өндүрүшүнүн көбү Ыраакы Чыгышта болот жана бул жайлоо графигине дагы чоң маани берет. Жакшы деталдаштырылган план, эгер катка чейин аткарылса, ошол ири заводдордон чыккан продукциянын сыноодон өткөн жана акыркы прототип баскычында өткөндөрдүн бирдей эгиздери болушун камсыз кылышы керек. Албетте, көпчүлүк бренддер дүкөндөргө жеткен велосипеддер кардарлардын күтүүлөрүнө жооп бериши үчүн ырааттуулугун камсыз кылуу үчүн өндүрүш алкактарын тынымсыз сынап, кайра сынап турушат. Көпчүлүк учурларда өндүрүүчүлөр алкактын бүткүл сапарын, эң биринчи була жиптеринин келип чыгышына чейин байкай алышат. Кийинки жолу сиз туруп, сыймыктануу жана кубанычка суктанып жатканыңыз жөнүндө ойлонушуңуз керек.
