Przyjrzyj się uważnie części rury lub płyty z włókna węglowego lub włókna szklanego, a zobaczysz, że włókna biegną w różnych, określonych kierunkach. Porównując różne typy rurek, można zauważyć, że kierunek włókien, zwany także orientacją, nie zawsze jest jednolity. Producenci rur i płyt kompozytowych stosują różne orientacje w zależności od tego, co chcą osiągnąć za pomocą gotowego produktu.
W tym poście wyjaśnimy, jak kierunek włókien wpływa na właściwości rur z włókna węglowego i włókna szklanego. Specyficzne właściwości są często idealne do określonych zastosowań. Pod koniec tego posta będziesz wiedział, jak orientacja włókien wpływa na rurę i jak wybrać odpowiednią orientację włókien dla swojego projektu.
TRZY NAJLEPSZE ORIENTACJE WŁÓKNA
Włókna mogą być zorientowane w dowolnym kierunku w zakresie od 0 stopni do 180 stopni, chociaż orientacja włókien powyżej 90 stopni jest zwykle określana jako ujemna wartość kąta. Na przykład kąt włókna 135 stopni jest równy kątowi -45 stopni. Większość dostępnych obecnie na rynku rur z włókna węglowego i włókna szklanego wykorzystuje kombinację dwóch lub więcej z tych orientacji:
Najczęściej używaną orientacją jest kąt światłowodu 0 stopni - Zero- stopni. Kiedy włókna są zorientowane w kierunku obciążenia, są najmocniejsze i najsztywniejsze. W przypadku rurek kierunek zerowy-stopni przebiega wzdłuż długości rury i wpływa na wytrzymałość na sztywność zginania.
Gdy wymagane jest zginanie w obu kierunkach, stosuje się kąt włókna 90 stopni - Dziewięćdziesiąt- stopni. W rurze włókna dziewięćdziesiąt-stopni są ułożone na obwodzie rurki. Pomagają zapobiegać zgnieceniu lub wyboczeniu rury pod obciążeniem.
Kąty ±45 stopni -czterdzieści-pięć-stopni są często używane w połączeniu z warstwami zerowymi i dziewięćdziesięcioma-stopni, aby utworzyć układ quasi-izotropowy. Dodatnia warstwa czterdziestu-pięć-stopni prawie zawsze jest parowana w sąsiedztwie ujemnej warstwy czterdziestu-pięć-stopni. W przypadku zastosowania na dętce warstwy czterdziestu-pięć-stopni zwiększają sztywność i wytrzymałość na skręcanie.
Często określa się, że włókno tkane ma kąt włókna 0/90 stopnia, ponieważ włókna występują w obu kierunkach, ale w jednym kawałku. Niektóre materiały tkane mogą zawierać jeszcze więcej kierunków włókien; na przykład sploty trójosiowe mają włókna ułożone w trzech kierunkach i same w sobie są zwykle quasi-izotropowe.
WPŁYW ORIENTACJI WŁÓKNA NA WŁAŚCIWOŚCI
Sposób, w jaki włókna są ułożone w układzie włókna węglowego lub włókna szklanego, wpływa na jego właściwości przy wytwarzaniu wszystkiego, od rur po-statki kosmiczne. Konstruktorzy muszą wziąć pod uwagę te właściwości podczas procesu projektowania. Poniżej wyjaśnimy, jak każda z typowych orientacji włókien wpływa na właściwości.
ORIENTACJA 1. 0 stopni
Jeżeli część będzie obciążana tylko w jednym kierunku, idealnie byłoby, gdyby wszystkie włókna były zorientowane w tym kierunku. Pultrudowany pręt i rurka są przykładami części zawierającej tylko włókna o stopniu 0. Ponieważ większość części nie jest obciążana tylko w jednym kierunku, musimy dodać inne kąty, aby zmaksymalizować wytrzymałość. Rura, która widzi tylko zginanie, a nie skręcanie, nadal prawdopodobnie skorzystałaby na dodatkowych kątach włókien. Dodanie warstw pod kątem 90 stopni pomaga dętce lepiej zachować swój kształt i zapobiega przedwczesnemu wyginaniu się.
ORIENTACJA 2. 90 stopni
Jak wspomniano wcześniej, do rur często dodaje się warstwy o kącie 90 stopni, aby uczynić je bardziej odpornymi na wyboczenie i zgniatanie. Wysokie stężenia warstw pod kątem 90 stopni lub warstw „obręczowych” można również znaleźć w zbiornikach ciśnieniowych. Ponieważ siła stara się powiększyć rurkę w naczyniu ciśnieniowym, warstwy o kącie 90 stopni są w stanie najlepiej oprzeć się tej sile. Kiedy warstwy 90 stopni są używane w połączeniu z warstwami 0 stopni na płycie, nazywa się to dwukierunkowością. Używanie tkanej tkaniny może być łatwym sposobem na szybkie budowanie części z włókien zarówno w kierunku 0 stopni, jak i 90 stopni.
3. ±45 stopni ORIENTACJA
Warstwy 45 stopni służą różnym celom w zależności od zastosowania. Prawie zawsze zobaczysz parę stopni +45 sąsiadującą z warstwą -45 stopni. Ma to na celu utrzymanie równowagi laminatu i uniknięcia silnego skręcania się pod obciążeniem. Kiedy w płycie, która zawiera już równą mieszankę warstw 0 i 90 stopni, stosuje się warstwy o kącie 45 stopni, płyta staje się quasi-izotropowa. Podczas gdy płyta dwukierunkowa ma takie same właściwości w dwóch kierunkach, płyta quasi-izotropowa ma quasi-równe właściwości w dowolnym kierunku. W rurze warstwy 45 stopni zwiększają wytrzymałość na skręcanie i sztywność. Dzieje się tak, ponieważ gdy rura jest skręcona, siła działająca na laminat wynosi w rzeczywistości czterdzieści-pięć stopni. W niektórych laminatach stosuje się kąty inne niż 45 stopni jako kompromis pomiędzy wytrzymałością na zginanie, zgniatanie i skręcanie. Ponieważ warstwy 0 stopni nie są możliwe na rurkach nawiniętych na włókno, często zamiast nich stosuje się warstwy 10 stopni lub 15 stopni.
WYBÓR ODPOWIEDNIEJ ORIENTACJI WŁÓKNA
Teraz, gdy wiesz, jak każda orientacja włókien wpływa na właściwości, możesz wybrać odpowiedni układ. Jeśli potrzebujesz tuby, która sprawdzi się w różnorodnych warunkach, idealnym rozwiązaniem będzie układ dwukierunkowy. Jeśli potrzebujesz tuby, która dobrze radzi sobie z skręcaniem, wybierz produkt z większą liczbą warstw 45 stopni. Jeśli chcesz szybko zwiększyć grubość, dobrym wyborem może być materiał tkany.
Xinbo Composite oferuje płyty i rurki z układami, które zaspokoją niemal każde zapotrzebowanie. Jeśli potrzebujesz niestandardowego lub zaprojektowanego układu dla swojego projektu, zadzwoń do nas lub napisz do nas e-mail. Jeśli masz więcej pytań na temat wpływu orientacji włókien na działanie części, nasi przedstawiciele obsługi klienta chętnie pomogą.
