Kap. 0 Úvod do kompozitních konstrukcí a inteligentních konstrukčních struktur

Transkript

1 Kap. 0 Úvod do kompozitních konstrukcí a inteligentních konstrukčních struktur Informační a vzdělávací centrum kompozitních technologií & Ústav mechaniky, biomechaniky a mechatroniky FS ČVUT v Praze

2 Idea inteligentních konstrukcí Jsou inspirovány přírodou. živočišného prvoka lze považovat za poměrně sofistikovanou inteligentní konstrukci 2

3 Definice inteligentních konstrukčních systémů Jsou inteligentní, multifunkční a přizpůsobivé Vykonávají svoji funkci inteligentně v závislosti na zjištěných změnách okolních podmínek Obsahují: Snímače(senzory) = nervový systém výkonné členy (aktuátory) = svaly Vyhodnocení (monitoring) = řídící systém mozek Jsou schopny opravit částečná poškození: samouzdravující se konstrukce = selfhealing structure 3

4 Rozdělení konstrukcí KONSTRUKCE SYSTÉM AKTUÁTORŮ SMART STRUCTURE INTELIGENT STRUCTURE SYSTÉM SENZORŮ SYSTÉM MONITORINGU V REÁLNÉM ČASE 4

5 Charakteristiky systémů I. Konstrukce se senzory (passive/sensory structures) možnost zjištění stavu konstrukce II. Chytré konstrukce (reactive smart structures) nervový a výkonný systém umožňující změnu vlastností konstrukce (např. změna tuhosti, tvaru...) III. Inteligentní konstrukce (intelligent structures) schopnost učit se a přizpůsobovat se, reagovat adaptivně schopnost samoléčení nebo imunita k poškozování 5

6 Příklady takových systémů Snížení vibrací nosného rotoru vrtulníku AFC = Active Fiber Composite piezoelectric actuator 6

7 Příklady takových systémů DARPA/AFRL/NASA/Northrop Grumman Smart Wing Program 7

8 Snížení hluku v kabině dopravních letounů 8

9 Příklady takových systémů Structures and Composites Laboratory Stanford University 9

10 Příklady takových systémů Structures and Composites Laboratory Stanford University 10

11 Příklady kompozitní výroby Zdroj : 11

12 Příklady kompozitní výroby Zdroj : 12

13 Příklady kompozitní výroby Největší dosud vyrobené kompozitní díly: trup, křídlo, kormidlo Předvedení zkuš. let dodávka květen 2008? Zdroj 13

14 Příklady kompozitní výroby Composites on the 787 will account for 50 percent of the aircraft's structural weight. Aluminum, by contrast, will comprise only 12 percent of the aircraft. In fact, titanium will make up a greater percentage than aluminum, at 15 percent. Steel will comprise another 10 percent and other metals, the remaining 5 percent. By contrast, the Boeing 777 is 12 percent composites and 50 percent aluminum, and composites make up about 25 percent of the total airframe on the Airbus A380. Zdroj : 14

15 Příklady kompozitní výroby Fuselage: Section 47 is 23 feet long and 19 feet in diameter while section 48 measures 15 feet long and 14 feet in diameter. 15

16 Příklady kompozitní výroby Největší díl vyrobený technologií vacuum assisted process (VAP), 7000x4000 mm Airbus A400M Zdroj : 16

17 Příklady kompozitní výroby Wind turbine blades are composed of combinations of fiberglass, carbon fiber, and resin, states a press release from MSU. With modern blades reaching lengths of up to 60m and weights of up to 22 tones, they may spin half a billion times or more in their hoped-for 20-plus-year life spans. But no one is willing to wait 20 years to see if a particular composite material for a blade holds up or not. The new 5 MW prototype from REpower Systems AG (Hamburg, Germany): The rotor has a diameter of 126m and a hub height of 120m. 17

18 Příklady kompozitní výroby Source: Delta Marine, Carbon fiber was already in use for annual production of five 112-ft/34m, five 130- ft/40m and two 164-ft/50m motor yachts. We began looking at expanding carbon fiber usage mainly for strength-to-weight and labor savings improvements, says Olson. The goal was to replace plies of unidirectional E-glass with a lot fewer plies of unidirectional carbon. Triton, a 163-ft motoryacht, features carbon fiber in its structural deck beams, window mullions and radar mast. Carbon fiber in these deck-reinforcing stringers (above) enables Delta Marine engineers to maximize headroom by using shallow beams and to create large, spacious interiors without intruding stanchions and bulkheads, while meeting stringent structural performance and reliability requirements. One target was deck beam caps, in which 15 to 18 plies of 18-oz unidirectional E- glass were replaced with one-third to one-half that many 20-oz uni carbon plies. 18

19 Příklady aplikací Compotech - ČVUT 19

20 Příklady aplikací Compotech - ČVUT 20

21 Příklady aplikací Aero - ČVUT Com Repair 21

22 Příklady aplikací Compotech - ČVUT a) b) c) 22

23 Nanočástice, nanokompozity: Mechanické vlastnosti: CNT (Carbon nanotubes) Modul pružnosti ~1 TPa Pevnost 150 GPa Tažnost 10-20% 1-10% CNT v kompozitech: vzrůst pevnosti o 68% tvrdosti až 100% Youngova modulu až 200% Dovolí stavět kompozity pevnosti GPa Zdroj: 23

24 Příklady takových systémů 24