Příklady použití kompozitních materiálů

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Příklady použití kompozitních materiálů"

Bohumil Moravec
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Příklady použití kompozitních materiálů

2 Podpěrný nosník AVCO Systems Staré řešení vlevo nosník 20 x 20 mm, tl 3 mm, plocha 374 mm 2, AL slitina, váha 1,05 kg/m Nové řešení vpravo dole Al + 50 % B vláken 3,2 x 15 mm, zbytek Al slitina tloušťky 2 mm, plocha kompozitu 48 mm 2, Al slitiny 219 mm 2, váha 0,70 kg/m

3 Podlahový panel AVCO systems Podlahový panel letadla 1,5 x 10 m Původní řešení 80 výztuží 20 x 20 mm z Al slitiny Nové řešení jen 59 nových výztuží 7,5 x 12,5 mm zpevněných na čele Al + 50 % B vláken, pokles hmoty panelu o 40 kg

4 Podlahový nosník Boeing 707 Nosník výška 180, šířka 60, délka 6 m Staré řešení AlMg5 Nové řešení 1 plech TiAl6V4, 3 Al + 50 % B vláken, 4 Al voština T u mez kluzu Řešení W mm 4 R u GPa T u GPa M kg staré 4,9*10 6 0,35 0,1 7,5 nové 3,4 *10 6 2,15 0,3 4,2

5 Povrchový panel křídla letadla Panel 300 x 300mm má tři výztuhy Staré řešení výztuh vlevo Al slitina, hmotnost panelu 2,16 kg Nové řešení výztuh vpravo v panelu tři výztuže Al + 50 % B vláken (tmavě), hmotnost panelu 1,01 kg

6 Nosníky na letadle B - 1 Záměna nosníků z různých kovů A horní nosník 12 m, 50 x 70 mm, původně ocelový, teď epoxid + B vlákno, váha klesla o 44 % B podlahový nosník 4m, podobný průřez, původně Ti slitina, teď epoxid + B vlákno, váha klesla o 28 %. V letadle jsou dva. C ocelový nosník 6 m, podobný průřez, původně ocelový, teď epoxid + B vlákno, váha klesla o 29 %. V letadle jsou dva Použitím 200 kg kompozitu se snížila celková váha nosníků o 538 kg

7 Optimální výška nosníku 1 konstantní pevnost, AlCu4Mg 2 konstantní pevnost, Al + B vlákna 3 konstantní průhyb, AlCu4Mg 4 konstantní průhyb, Al + B vlákna - Boeing Šipky dole minimální váha

8 Efekt použití kompozitů Podklady NASA Langley Zpočátku efekt snižování hmotnosti velký, později se již nevyplatí Optimum je 50 % kompozitů Užito např. na draku F 111, má 376 kg, z toho polovina jsou kompozity : Al B, epoxy grafit epoxy - B

9 Namáhání lopatky turbiny Měření namáhání lopatky turbiny leteckého motoru 1 náběhová hrana 2 oblast maximální tloušťky 3 odtoková hrana Vzniká v lopatce silný kroutící moment Velmi složité namáhání

10 Lopatka turbočerpadla Malý tlak a nízká teplota 1 střed, AlCu4Mg 2 Al + 50 % podélných B vláken 3 Al + vlákna B orientace+-30 o 4 vlastní tvar lopatky epoxy + grafitové vlákno

11 Lopatka turbokompresoru Teploty do 600 o C 1 TiAl6V4 2 až 5 vrstvy Al + 50 % Borsic vláken, orientace 0, +30, -30, 0 o Na povrch folie z nerez oceli - dává hladký povrch Vrstvy kompozitů tlakově svařované

12 Specifická pevnost turbokompresorových lopatek Požadavky pro různé obvodové rychlosti 1 Ti + 50 % Borsic 2 Al + 50 % Borsic 3 Ti + 50 % ocel těžké, levné 4 Ti + 50 % Be velmi drahé 5 Al + 50 % ocel těžké, levné Svisle- mez pro Al, Ti Nutná vysoká specifická tuhost určuje rezonanční frekvenci co nejvyšší

13 Lopatka plynové turbiny Požadavky na mez tečení a teplotu podle obrázku A B.. Pracovní oblast lopatek 3 žárupevné slitiny 2 usměrněná eutektika MMC 1 FeCrAlY + vlákna W-ThO 2 difuzní bariera Bez difuzní bariery použitelnost W jen do 1150 o C

14 Turbinové kompozity Potíže s výrobou těchto kompozitů těžkotavitelné Typ Ni + W vlákna A- infiltrace roztaveného kovu (plně) B prášková metalurgie (čárkovaně) horší pro nižší teploty 1 15 %, 2 25 %, 3 40 %, 4 čistá vlákna W Stačí 25 % vláken, dál neefektivní

15 Jiná technologie výroby Vtlačování matrice do vláken podobné HIP Matrice slitiny Cr, Ta, Nb Uvnitř W vlákna, při vtlačování se ztenčí 1 níže tavitelný kov, později se odleptá 2 jakkoliv složitý tvar výrobku Teplota vtlačování 800 až 900 o C

16 Změna celého proudového motoru Podle Pratt and Whitney Aircraftsnížení váhy o 36 % Všude snížení počtu lopatek na polovinu zjednoduší se i uložení a zmenší rozměry motoru

17 Disk turbokompresoru Kromě lopatek možno měnit i disk A klasické provedení z Ti slitiny B 1 Ti + W vlákna, 2 Ti slitina Požadavky : otáčky za minutu, minimální deformace na obvodu Nová konstrukce- napětí na povrchu 1,58 GPa, průměr disku se zvětší o 0,84 mm. Váha klesla o 23 %.

18 List rotoru vrtulníku Boeing Vertol 2 epoxy + skleněné vlákno 4 Al + B vlákno 5 Al + grafitové vlákno

19 List rotoru vrtulníku Fiber Science Inc. 1 TiAl6V4 2 epoxy + skleněné vlákno 3 Al voština Levnější řešení

20 Kontaktní materiály Na kontakty pro dopravní semafory Stříbro a 10 až 40 % vláken niklu Jen nepatrné snížení vodivosti, malý opal a ztráty třením Protlačováním se vytvoří trubka, která obalí vlákna

21 Jiné příklady Průměrná hmotnost kompozitů v autě: rok ,5 kg, rok ,2 kg NGK Japan výfuky kordierit + vlákna SiC AUDI reflektory PBT + skelné vlákno použitelné do 160 o C Nový lak na auta nanočástice keramiky ke zlepšení otěruvzdornosti - snaha o samoopravitelnost extrémně dobrá smáčivost, plastický lak - mikrokapsle

Podobné dokumenty

MMC kompozity s kovovou matricí

MMC kompozity s kovovou matricí Přednosti MMC proti kovům Vyšší specifická pevnost (ne absolutní) Vyšší specifická tuhost (ne absolutní) Lepší únavové vlastnosti Lepší vlastnosti při vysokých teplotách