Hai semua
Dua minggu yang lalu, kami mengira beban untuk bingkai papan selaju kami, minggu lepas kami mengkaji nombor-nombor dan membuat keputusan mengenai tiub gentian karbon sebagai blok bangunan untuk bingkai kami. Hari ini kita akan memilih tiub sebenar yang akan melakukan kerja.
Beban yang kita gunakan untuk struktur seimbang oleh tekanan dalaman yang dicipta di dalam, ini berlaku kerana segala-galanya perlu seimbang. Tekanan mempunyai unit daya yang dibahagikan mengikut kawasan. Semakin tinggi beban yang diterapkan, semakin tinggi tekanan, struktur yang lebih besar dan lebih tinggi, semakin kecil tekanannya. Mengapa ini penting? Kita boleh mengira tekanan. Apabila kita mengetahui tahap tekanan, kita boleh memilih bahan dan dimensi yang bersesuaian untuk tujuan kita. Setiap bahan mempunyai tahap tekanan yang boleh diterima (dibenarkan) dan tahap tekanan di mana ia pecah (patah). Apa sahaja yang kita pilih, kita perlu mengesahkan bahawa tahap tekanan yang ada adalah lebih rendah daripada tekanan patah.
Adakah ini semua? Tidak cukup. Seperti semua masalah dunia sebenar penyelesaian akhir adalah kompromi antara beberapa keperluan. Kita tidak boleh membuat semua orang bahagia, tetapi kita boleh merancang penyelesaian yang akan memenuhi semua keperluan, dan akhirnya semua orang akan hampir gembira. Jadi, apa yang ada di samping tekanan? Terdapat juga faktor keselamatan, kekakuan, dan jisim yang terhasil. Kami akan menangani setiap satu daripada ini.
Bekalan:
Langkah 1: Faktor Keselamatan
Apakah faktor keselamatan?
Bayangkan anda sedang merancang bangku taman. Anda melakukan semua pengiraan, pengesahan, pengujian dan telah membinanya. Anda telah memilih struktur dan bahan anda dengan cara beban maksimum yang dapat ditanggungnya ialah 200 kg, bermakna ia pecah sekitar 200.1 kg. Inilah matlamat anda dan anda gembira dengan hasilnya. Anda mengambil bangku anda ke taman, meletakkannya di tempat yang ditetapkan, dan anda meletakkan tanda besar yang mengatakan: "Beban maksimum - 100 kg". Anda baru saja mencipta faktor keselamatan (FS) 2. FS adalah nisbah antara tekanan patah / beban dan tegasan / beban sedia ada.Mengapa kita menggunakan faktor ini? Sebabnya ialah ia menyumbang semua perkara yang kita tidak tahu. Walaupun kita melakukan yang terbaik dengan menganggarkan beban dan memilih sifat bahan yang betul, selalu ada ketidakpastian dan hal-hal yang tidak kita ketahui. Untuk merancang dan mencipta walaupun ketidakpastian ini, kami melaksanakan faktor keselamatan. Apakah bahagian bawah? Ia biasanya jisim yang terhasil daripada struktur. Faktor keselamatan yang lebih tinggi akan memerlukan lebih banyak bahan dan oleh itu lebih ramai. Perkara penting yang perlu diingat ialah faktor keselamatan adalah keperluan reka bentuk. Dalam kehidupan seharian kita, kita dapat mencari faktor keselamatan terendah yang diperlukan dalam industri aeroangkasa, di mana jisim sangat penting. Faktor keselamatan tertinggi adalah dalam kejuruteraan awam, di mana anda boleh menggunakan satu ton atau dua konkrit untuk membuat bangunan lebih kuat.
Langkah 2: Kekukuhan dan Jumlah Massa
Bagaimana dengan kekakuan? Kami menganggap kekakuan sebagai "kegelapan" struktur. Adakah anda ingat bermain dengan mata air di kelas sains? Musim bunga akan berkembang atau dimampatkan apabila anda menggunakan daya di atasnya. Dalam kes kita, ia adalah pesongan anjal, atau tunduk, bingkai apabila kita berdiri di atasnya. Kekakuan ditakrifkan sebagai nisbah antara beban yang digunakan dan pesongan yang dihasilkan. Mengapa ini penting? Sekiranya kita mengetahui pesongan yang kita selesaikan, kita dapat merancang struktur dengan cara untuk memenuhi keperluan ini. Kami tidak mahu bingkai terlalu fleksibel - ia akan menjadi sangat tidak selesa untuk menunggang, di sisi lain struktur terlalu sengit juga tidak diingini - kami akan merasakan setiap benjolan di jalan raya. Satu perkara yang menarik ialah untuk menggunakan harta ini untuk menghapuskan peredam pada produk akhir, keanjalan bingkai itu akan menjadi peredam kami, dengan kos sifar tambahan dan tiada jisim tambah.
Dan jisim yang terhasil? Nah, kami mensasarkan penyelesaian yang paling ringan mungkin, bersama dengan memenuhi keperluan lain.
Langkah 3: Keperluan kami dan Hartanah Serat Karbon
Sekarang ini adalah masa yang baik untuk menentukan keperluan reka bentuk kami, kami bertujuan untuk perkara berikut:
- Tiga tiub selari sebagai dek utama. (Ver.0 untuk rujukan).
- Saiz standard untuk tiub.
- Faktor keselamatan minimum 2 hingga fraktur.
- Pesongan di tengah bingkai tidak melebihi 30mm di bawah beban maksimum.
- Jisim minima.
Mula-mula marilah kita memahami sifat bahan tiub karbon. Tiub standard dibuat oleh pengeluar yang banyak, tetapi seratnya diperolehi daripada pengeluar yang agak sedikit. Salah satu pengilang dunia terkemuka ialah Toray dari Jepun. T300 adalah jenis serat yang dihasilkan oleh Toray, dan ia adalah serat paling terkenal dan terkenal di dunia. Terdapat peluang yang tinggi bahawa mana-mana tiub serat karbon standard yang anda lihat akan dikeluarkan daripada T300 dengan jumlah tunda 3k. Mari kita lihat sifat serat ini. Perhatikan terdapat dua bahagian dalam helaian data: untuk gentian itu sendiri dan bahan komposit. Kami berminat dengan yang terakhir. Perhatikan bahawa ini adalah lebih rendah daripada serat tulen kerana epoksi tambahan.
Angka-angka dalam lembaran data adalah sifat yang ideal, mereka tidak dapat dijamin oleh mana-mana pengilang. Untuk berada di bahagian yang selamat, kami akan menurunkan hartanah ini sebanyak 30% - ini biasanya sangat realistik.
Terdapat dua nombor yang kita berminat dari jadual di atas - Kekuatan Tegangan, yang merupakan tekanan patah, dan Modulus Tegangan, yang merupakan sifat keanjalan bahan tersebut. Selebihnya nombor akan relevan kemudian. Selepas mengetuk, kita dapat mendapatkan nombor berikut: 125 kg / mm ^ 2 untuk tegasan fraktur dan 9276 kg / mm ^ 2 untuk modulus keanjalan.
Langkah 4: Beban dan Bahagian Cross
Untuk pengiraan tekanan, kami akan mempertimbangkan nombor-nombor berikut dari Case 1 kami:
L = 86cm = 860mm - panjang bingkai
M = 25.9 kg.m - Maks. masa membongkok
V = 60 kg - Maks. daya ricih
Kami memperolehnya di sini.
Dengan mempertimbangkan bingkai terpanjang, kami akan berada di bahagian yang selamat dengan sebarang variasi beban dan panjang bingkai.
Apakah perkara yang paling penting apabila mencari struktur yang akan menyokong beban? Ia adalah keratan rentas. Keratan rentasnya hanyalah kawasan dan bentuk yang diperoleh setelah kita "memotong" struktur. Dalam kes kami, untuk tiub, kita melihat cincin dengan diameter dalam (ID) dan diameter luar (OD).
Dengan diameter yang diketahui, kita dapat mengira dua nilai penting: kawasan seksyen rentas: A, dan momen inersia: I. Lihat formula dengan gambar.
Kawasan adalah mudah, tetapi apakah momen inersia? Nilai ini memberitahu kita bagaimana tahan keratan rentas untuk membongkok, dengan kata lain - apa kekakuan geometri untuk membongkok. Jika anda mengambil penguasa keluli mudah sebagai contoh, sangat mudah untuk membengkokkannya dalam satu arah (ketebalan), dan hampir mustahil dalam yang kedua (lebar). Alasannya adalah bahawa arah lebar mempunyai momen inersia yang lebih besar.
Kini sudah tiba masanya untuk mengira beberapa tekanan. Formula tekanan lenturan dan ricih dilampirkan dalam imej. Pesongan ini dikira dengan formula dari "Formula Roark untuk Tekanan dan Strain".
Langkah 5: Keputusan
Marilah kita melihat jadual di atas.
Pertama sekali, kenapa diameter ini? Ini adalah saiz standard yang boleh kita dapati daripada pengeluar yang berbeza. Kelebihannya jelas, ia adalah produk yang tersedia dan tiada kos pembangunan tambahan.
Jika kita melihat dari atas ke bawah - tiub kecil diameter ke diameter besar, kita dapat melihat bahawa dua yang pertama tidak akan memenuhi keperluan kita untuk faktor keselamatan atau kekakuan atau keduanya. Tiub diameter terkecil yang akan memuaskan kedua-dua keperluan kami adalah yang ketiga: OD = 18mm, ID = 14mm.
Sudah tentu tiub yang lebih besar juga akan berfungsi, tetapi mereka lebih besar dan dengan itu lebih berat. Perhatikan juga bahawa mereka lebih berat dan kami tidak mahu itu. Berita terbaik ialah ketiga-tiga tiub ini bersama-sama akan menimbang kurang daripada 400 gr!
Tahniah, kami telah memilih tiub karbon yang akan kami gunakan!
Kali seterusnya kita akan melihat apa yang boleh dilakukan dengan unit akhir bingkai.
Sila lawati kami dan melanggan senarai mel kami.
Pautan ke jawatan asal.
Nikmati,
Dani
