Středa 14. dubna 2021, svátek má Vincenc
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Středa 14. dubna 2021 Vincenc

Kompozity - konstrukční materiál pro letecký průmysl

12. 01. 2021 21:01:39
Jak široce jsou kompozity známy jako poměrně široce uplatňovaný technický materiál je otázka - ale možná nepříliš podstatná. Podstatnější je možná - co vlastně kompozity jsou.

Co to tedy kompozity jsou. Zjednodušeně řečeno materiály sestavené z více - zpravidla dvou složek - čímž vznikne zcela nový materiál - jež by měl absorbovat především přednosti obou materiálů. Jednou ze složek je výstuž (označovaná jako sekundární složka) - druhou výplň - neboli matrice - označovaná jako primárně. Dá se říci vlákno kompozitu se postřikuje tenkou hmotou výplně - neboli impregnuje - v podstatě se jedná o impregnaci - výroba kompozitů se také nazývá PREIMPREGNACE.


Svou podstatou by za kompozit mohl být považován i poměrně široce známý železobeton - hojně užívaný při stavbách mostů - už proto - že oba výchozí materiály - beton a konstrukční ocel - mají naprosto odlišné vlastnosti - ale přesto - při obvyklých výrobních postupech oba výchozí materiály spolu vytváří spolehlivý stavebně - konstrukční materiál. Proti nepřesnostem v terminologii je však na místě uvést - že železobeton za kompozit považován není.


Dalším - poměrně široce známým materiálem, který už do kategorie kompozitů spadá - by mohl být laminát. Známé jsou například laminátové loďky - kanoe, kajaky - zejména dříve pro nedostatek podobného zboží na domácím trhu poměrně často vyhovovaly různé doplňky - osobně se mi ponejvíce vybavují motocyklové kapotáže - či spíš polokapotáže. Díly z laminátu se vyhotovovaly přibližně následovně. Nejprve se zhotovila forma - či matrice - například ze sádry - které se obandážovala - což byl už základ budoucího dílce. Jednotlivé vrstvy bandáže se potíraly epoxidovým lakem - a po vytuhnutí vlastně vznikl hotový laminátový dílec - který se jen obrousil - například smirkovým papírem - případně jinak povrchově upravil.


JÁKÉ MATERIÁLY VLASTNĚ VYHOVUJÍ VYMEZENÍ KATEGORIE KOMPOZITY A DALŠI POJMY Z OBORU
Kompozity jsou konstrukční látky složené z několika různých materiálů
- jasně oddělených fází, jsou tedy ve své podstatě nehomogenní, jako technický materiál se však musí považovat za homogenní - tedy jako jeden materiál!
● Zavádíme proto v kompozitu fiktivní hodnoty - napětí v kompozitu, relativní deformace kompozitu.
Nejstarší : Jakýkoliv vícefázový materiál, tvořící pevnou látku – dřevo, litina, beton
● Novější – fáze si ponechávají své vlastnosti, ale v systému se uplatní pouze jejich přednosti a potlačí nedostatky – i smaltovaná ocel
● Fáze musí být v objemu rovnoměrně rozděleny – (nevyžaduje se vždy)
● Fáze se musí vyskytovat odděleně a kompozit se vytvoří jejich kombinací – používají např experti EU, vylučuje usměrněné tuhnutí
● Někdy se požaduje uměle vytvořený systém, jindy se rozlišují přírodní a umělé kompozity – dřevo, skelný laminát
Anizotropie je vlastnost, kterou se označuje závislost určité veličiny na volbě směru. Vlastnosti jsou v různých směrech různé. Příkladem anizotropie je světlo přicházející přes polarizátor. Dalším příkladem je dřevo, které je jednodušší rozdělit podél letokruhů, než napříč letokruhy.
Závislost fyzikálních vlastností prostředí na směru, ve kterém se měří (op. izotropie).


Dá se říci - že kompozit je materiál, který se šije na míru podle potřeby. Slovo "šije" přitom nebylo zvoleno čistě náhodně - sekundární složka kompozitu je vlastně tkanina - a je také podobně jako různé druhy textilních tkanin různým způsobem strukturována. Rovněž - podobně jako u textilních tkanin je i kompozitních tkanin základem materiálu vlákno - v případě Československa se nejvíce začalo uplatňovat vysocepevnostní uhlíkové vlákno. Jinými druhy vláken z kompozitu by mohla být vlákna z bóru - případně aromatických polyamidů - kevlaru.


Co se týče mechanických vlastností materiálu z kompozitu - i ty je možno v podstatě šít na míru. Pevnost, tuhost, případně další vlastnosti materiálu se dají se dají do značné míry ovlivňovat - na rozdíl od klasických materiálů jako třeba ocel, titan - či hliník. Součástka z uhlíkového kompozitu má pevnost oceli a při tom je pětkrát lehčí. Letecké kompozitní konstrukce jsou o 30% lehčí než hliníkové a jejich životnost je nejméně trojnásobná - protože únava materiálu v provozu probíhá mnohem pomaleji než u materiálů kovových.


Další změna oproti konvenčním materiálům - díly z kompozitů se prakticky neobrábějí - kromě zakončení vyrobených dílů na okrajích - případně děr pro spoje.


Nevýhoda materiálů z kompozitu. Standartní nevýhoda - jakou je cena. Cena u kompozitů ovšem souvisí s výši produkce. Čím více - tím levněji. Dále platí zásada nevyrábět malé díly - které se pak pracně skládají - obrábějí a montují. Než se výroba kompozitů stane ekonomickou - je potřeba vložit nemalé peníze do strojů a výrobního zařízení.


Další změnou oproti klasickým materiálům je změna vlastností podle směru. V jednom směru mohou být - podle požadavků konstrukce - některé parametry posíleny - jiné naopak potlačeny.


Hotový dílec z laminátu s mnohdy nezadal s továrními dílci zahraničních výrobců - snad jen rubovou stranou - která se problematičtěji opracovávala - a u podomácku zhotovených dílců zpravidla bývala ponechávána v neopracovaném stavu.


A v jakých průmyslových odvětvích se kompozity ponejvíce uplatňují...
Ve stavebnictví plastobetony.
Jako univerzální konstrukční materiál jsou použivané například plněné termoplasty, které se uplatňují v různých odvětvích - jako třeba v dopravě - u sportovního nářadí - domácích robotů a tak dále...
Kompozity se staly hlavním konstrukčním materiálem i v leteckém průmyslu - kde do značné míry již nahradily po desetiletí dominující leteckou slitinu hliníku dural. Pro kompozity v letectví se zavedlo pojmenování špičkové kompozity - a často tvoří až 80% konstrukce letounů - třeba téměř celá křídla - s vyjímkou zakončení.

Jak se díl z kompozitu vlastně vyrábí...

PŘEDFÁZE
Nejprve se vyhotový polotovar - přesněji POLOTOVAR JEDNÉ VRSTVY vyhotovovaného dílu - jen přibližných rozměrů - ale již z obou složek - tedy vlákna a plniva - neboli matrice. Polotovar bývá nazýván PREPEG (neboli předimpregnovaná tkanina). Vystřihuje se ručně - někdy také laserem, případně i vodním paprskem.

FÁZE 1
Podle výkresů nebo šablon z předimpregnovaných polotovarů - PREPREGŮ vyříznou NÁSTŘIHy jednotlivých vrstev požadovaných rozměrů a tvarů.


FÁZE 2
Podle předepsaného pořadí se nástřihy jednotlivých vrstev s patřičnou přesností složí - tedy navrství už do finálního rozměru dílce. Jednotlivé nástřihy se liší i podle předem navržené odlišné orientace vláken podle metody šití na míru. Pro tuto činnost jsou již zavedeny i kladecí stroje - roboty.


FÁZE 3
Složený - ale dosud nevytvrzený blok nástřihů se umístí do formy určující tvar budoucího výrobku. Forma se pak zaveze do vytvrzovacího zařízení - AUTOKLÁVu - kde působením tlaku a teploty díl dosáhne požadované pevnosti, tuhosti a tvarové stálosti.


FÁZE 4
Panel se vyjme z formy - očistí a projde mechanicku úpravou. Následuje prověření a důkladná kontrola bez porušení materiálu - například ultrazvukem a díl - například letounu je hotov.
Pokud by se jednalo o panel s výstužemi nebo voštinovým jádrem - komplikovanost výrobního procesu narůstá.

Výroba kompozitů dala vzniknout zcela novým oborům - například materiálovému inženýrství - ovlivnily ale i střední odborné školství.

-

Autor: Jan Tomášek | úterý 12.1.2021 21:01 | karma článku: 8.63 | přečteno: 323x

Další články blogera

Jan Tomášek

Co se děje kolem elektřiny 16 - indukčnost cívky

Navazující příspěvek na předchozí - tedy pokračování v pojednání o indukčnosti cívky. Tentokrát ovšem vycházející z předpokladu - že elektrický proud se na cívce zpožďuje za napětím.

9.4.2021 v 15:38 | Karma článku: 8.13 | Přečteno: 277 | Diskuse

Jan Tomášek

Co se děje kolem elektřiny 15 - indukčnost cívky

Pokračování předchozího příspěvku - tentokrát by měly přibýt další podrobnosti - zejména co týče konkrétního využití indukčnosti cívky - a různých forem využití magnetické indukce. Pro zpochybnění hypotézy však spíše sci-fi.

8.4.2021 v 18:57 | Karma článku: 4.23 | Přečteno: 202 | Diskuse

Jan Tomášek

Co se děje kolem elektřiny 14 - volty proti ohmům

Navazující příspěvek na předcházející, tentokrát ze zaměřením především na cívku, jednak co se týče veličin souvisejících s indukčností, jedna ve vztahu k vlastnímu Ohmovu zákonu.

8.4.2021 v 10:51 | Karma článku: 4.36 | Přečteno: 229 | Diskuse

Jan Tomášek

Co se děje kolem elektřiny 12 - Ohmův zákon pro zvídavé 4 - v čase a nečase (verze 2)

Doplňená verze předchozího příspěvku o další úvahy nad Ohmovým zákonem a základními veličinami s ním související...

5.4.2021 v 19:53 | Karma článku: 6.02 | Přečteno: 346 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Stisk Studentský deník

Tomáš Přibyl: Gagarin byl pro první let ideální kandidát

Brno - Dnes je to šedesát let ode dne, kdy se první člověk podíval do vesmíru. Jurij Gagarin se stal prvním kosmonautem 12. dubna 1961.

12.4.2021 v 13:25 | Karma článku: 0.00 | Přečteno: 49 | Diskuse

Dana Tenzler

Další mezihvězdný návštěvník - kometa Borisov (1)

Po mezihvězdném asteroidu Oumuamua je to další návštěva, která k nám přiletěla od cizí hvězdy. Čím je zvláštní kometa Borisov a čím se liší od dříve objeveného asteroidu? Délka blogu 5 min.

12.4.2021 v 8:00 | Karma článku: 22.10 | Přečteno: 294 | Diskuse

Jaroslav Chudáček

Pavel Kasík byl odejit z Technetu

Pavel Kasík, dle mne a mnohých dalších čtenářů zajímajících se o vědu a techniku jeden z nejlepších autorů na Technet.cz přišel o místo.

11.4.2021 v 19:35 | Karma článku: 31.24 | Přečteno: 1165 | Diskuse

Jan Tomášek

Co se děje kolem elektřiny 16 - indukčnost cívky

Navazující příspěvek na předchozí - tedy pokračování v pojednání o indukčnosti cívky. Tentokrát ovšem vycházející z předpokladu - že elektrický proud se na cívce zpožďuje za napětím.

9.4.2021 v 15:38 | Karma článku: 8.13 | Přečteno: 277 | Diskuse

Jiří Nebřenský

Nadměrně nastavený parameter citlivosti PCR testů vyrábí nakažlivé i z nenakažených lidí

Jde o tzv. Ct (Cycle treshold). Hodnota tohoto parametru se neuvádí do testů, i proto je předmětem dohadů až pobouření.

9.4.2021 v 9:13 | Karma článku: 20.96 | Přečteno: 580 | Diskuse
Počet článků 243 Celková karma 7.24 Průměrná čtenost 405

Od mládí se zajímám o veřejné dění, přispívám na literární servery pod nikem Gogin. Dále fotografuji a kreslím.

http://jt.brno-online.cz

http://twitter.com/honzatomasek

 

Najdete na iDNES.cz