دانلود تحقیق کاربرد کامپوزیت

کامپوزیتها (مرکب) معمولاً در هواپیما به کار می‌روند.

آنها نه تنها در سطوح کنترلی و تیزه‌گرها به کار می‌روند بلکه در ساختارهای اصی هم در هواپیمای نظامی، هم در هواپیمای تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ممکن است قبل از آنکه آلیاژی آلومینیومی از وضعیت خود به عنوان اولین مواد از اسکلت هواپیما آغاز گردد، اتفاقی بیفتد.

مرکبها همانند فیبر کربنی کولار لایه‌های تقویت شده از فایبرگلاس باعث پیشرفت طراحیهای اسکلت هواپیما در دست‌اندازها شده‌اند و چند تولید کننده مجاز هواپیما این مرکبها را کاملاً پذیرفته‌اند.

بیشترین اعتبار یا تسهیل برای تولیدکنندگان متقاعد در کسب تجربه از مرکبها به ناسا مرتبط است (شکل 1111 را ببینید)
در سال 1970، بیش از 60 میلیون دلار از برنامه بازدهی انرژی هواپیما (ACEE) را به طراحی، تولید و بررسی (آزمایش) مرکبات اختصاص دادند.

11-1-1- بازدهی از برنامه انرژی هواپیما در ناسا



با هر نسل جدیدی از هواپیماهای نظامی، کاربرد موارد کامپیوزیت (مرکبها) افزایش یافته است.

هواپیمای جنگی در سال 1990 آماده گردید.

این هواپیما به گونه‌ای طراحی شده بود که از تمام مزیتهای کامپوزیت حداکثر استفاده را می‌کرد.
معمولاً، 10 درصد از وزن ساختار هواپیمای جنگی جدید، از قبیل F-16‌ یا F-18 از این کامپوزیتها ناشی می‌شود.

این مقدار فقط درصدی برای تجارتی‌ترین موارد حمل و نقل محسوب می‌شود، اما گرایشها به سمت کاربرد وسیع‌تر از کامپوزیها افزایش یافته است.
توسعه نسل دوم از کامپوزیها حدود تنش‌های قابل قبول را توسعه می‌دهد خصوصاً در شرایط فشرده‌سازی (متراکم) در حالی که هدف اصل این کامپوزیها کاهش هزینه‌های تولید است.

خسارت زیاد از خصوصیات تلرانس و عملکرد قابل قبول ترکیب ماتریکس فیبر در شرایط محیطی از قبیل آن مواردی که در عملکرد مواجه می‌شویم را باید حفظ و نگهداری کنیم.
کاربرد کامپوزیهای زیر را فقط اشاره میکنیم: بعضی از آنها در تولید به کار می‌روند و بعضی فقط در امر توسعه.

این بخش تمام کاربرد کامپوزیها را دربرنمی‌گیرد.

بلکه چندین نمونه انتخاب شده از آنها را بررسی می‌نماید.
112 حمل و نقل تجاری در هواپیما
کاربرد کامپوزیتها در حمل و نقل تجاری عموماً در ماورای کاربرد نظامی عقب مانده‌اند.

زیرا:
1 هزینه مسئله‌ای مهم‌تر است.
2 امنیت مسئله مهم‌تری است هم برای تولیدکننده و هم برای نمایندگان مجاز دولت.
3 حفاظتی کلی به علت تجربیات گذشته در مورد جریمه‌های مالی از تجهیزات در زمان
مواد کامپوزیت به طور گسترده نه فقط برای عناصر درونی و بیرونی از قبیل لبه‌های حمله یا لبه‌های فرار، تیزه‌گیر، رادارپوش‌ها، درهای ارابه فرود و غیره به کار می‌رود بلکه برای درون کابین در حمل و نقل تجاری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تمام مواد درونی باید هم مقاومت اشتعال (اگر کاربرد داشته باشد) و هم شرایط نشر گاز ترکیب و دود را برآورده سازد.

به طور کلی، سیستم رزین فندلی برای کاربردهای درونی هواپیما به علت خصوصیات مقاومت عالی آن در برابر آتش به کار می‌رود.
مسائل اصلی در مورد کاربرد درونی پانل به این صورت هستند:
1 تاثیر مقاومت (خصوصاً در پانلهای جنب دیوار و کفه)
2 سفتی سختی
3 ظاهر و هموار بودن سطح
بازدهی از برنامه انرژی هواپیما در ناسا (ACEE)
برنامه ACEE که در سال 1975 آغاز شد، عمدتاً حیطه کاربرد کامپوزیتهای تجار در حمل و نقل را توسعه داد:
(a) ساختارهای دوم
1 توجه به قفل L-1011 در شپهبر داخل صفحه
2 بالابر بوئینگ 727
3 مکان DC-10 در مک دونالد داگلاس
(b) ساختارهای اولیه
1 توجه به قفل L-1011 در جعبه پرده عمودی
2 جعبه پایدارساز افقی در بوئینگ 737
3 جعبه عمودی پره D-10 در مک دونالد داگلاس
معیار اصلی که در طراحی این عناصر کامپوزیت در برنامه ACEE به کار بسته شده عبارتند از:
1 این قسمت باید در طراحی همان شرایط را برآورده سازد: همانند قسمت موجودی فلزی (در بعضی موارد، قسمتهای جزئی باید با قدرت پایداری قسمت فلزی هماهنگ باشند حتی اگر جدیداً طراحی شده باشند)
2 این بارها باعث ایجاد ساختارهایی مجاور می‌شود و باید از بارهای موجود سختی و سفتی کمتر داشته باشد یا باید همانند آنها باشند (یعنی، هیچ تغییری از ساختارهای مجاور نباید موردنیاز باشد)
3 رابط یا میانجی به تغییر نیاز ندارد و هر تغییر باید قسمت استاندارد فلزی همانند قسمت کامپوزیت را در خود جاسازی کند.
4 کارکرد خصوصیات در هواپیما نباید به طور سهمی تغییر یابد.

(خصوصاً، باید هیچ تغییری در پاسخ کنترلی یا تغییرات معکوس تا لرزه پرش در هواپیما)
(1) توجه به قفل L-1011‌ در شپهبر داخل صفحه
شهبر L-1011 (شکل 3-1-1 (a) را ببینید) ساختاری با دو تیرک اصلی از کابل و پنج ساختار سفت شده در دنده به همراه ساختار پوسته سندویچی، به علت اینکه شهبر پس از سالهای موتور قرار گرفته است.

این شهبر باید با برق‌گذاری آکوستیکی مقاوم گردد.
1 پوسترها از نواری اکپی / گرافیتی یا هسته‌های اسفنجی سینتاکتیک ساخته شدند.

هسته سینتاکتیک یا سینکور (شکل 1462 را ببینید) از زمین اکسوسی تشکیل شده است که با بالونهای زیر پر شده‌اند.
2 نوار اکسپس / گرافیتی برای دنده‌های اصلی به کار می‌رود / پوشش گرافیتی / اکسپس برای دنده‌های بینابین
3 نوار گرافیتی / اکسپس و پوشش گرافیتی / اکسپس برای تیرک اصلی بال به کار می‌روند.
(2) بالابر بوئینگ 727
1 بالابرها در بوئینگ 727 (شکل 1211 را ببینید) با استفاده از پانلهای سندویچ شده و لانه زنبوری به همراه صفحاتی گرافیکی / اکسپس برای پانلهای سطح و
4 دنده ساخته شده‌اند.
2 از پوششهای تندویچ شده استفاده کنید که باعث حذف بیشترین دنده‌ها می‌شوند.
3 دنده‌ها شبکه‌هایی زنبوری و پایدارساز دارند و تیرکهای اصلی بال در واقع لایه‌هایی جامد هستند.
4 صفحات پوستی پانل لایه‌ای از ساختار گرافیتی دارند که جهتی در حدود 45 درجه دارد و لایه‌ای مجزا از نوار غیر مستقیم که در 90 درجه قرار گرفته است.

این نوار به عنوان لایه‌ای بیرونی از صفحات درونی داشته است که سطحی هموار و غیر متخلل را فراهم می‌سازد.
5 لایه بیرونی صفحات داخلی فابریک است.

زیرا در برابر رها شدن فیبر در طول حفاری مقاوم‌تر هستند.

فقط از فابریک برای دنده‌ها استفاده می‌شود.
6 به واسطه ذخایر وزنی در بالابرها، برداشتن حجمی از وزن به مقادیر کلی در حدود 29 درصد کمک می‌کند (25.6 درصد از هزینه‌های ساختار، شکل 1111 را ببینید)
(3) سکان DC-10 در مک دونالد داگلاس
جعبه ساختار اکسپس و گرافیتی (شکل 2-2-11 را ببینید) مقادیری وزنی در حدود 33 درصد را فراهم می‌کردند (شامل توازن وزن نیز می‌شود).

ساختاری با چند دنده یا ساختاری با دو تیرک اصلی به همراه پوسته‌های جامد بود.

پوسته‌ها از وسایل وسیعی یا زیرساختارهایی از جنس فابریکی به غیر مستقیم ساخته شده‌اند.

لبه‌های فرار یا لبه‌های حمله از جنس فایبرگلاس هستند.

تاثیرگذاری هزینه بر طراحی از عوامل زیر نتیجه می‌شوند:
جعبه ساختار اکسپس و گرافیتی (شکل 2-2-11 را ببینید) مقادیری وزنی در حدود 33 درصد را فراهم می‌کردند (شامل توازن وزن نیز می‌شود).

تاثیرگذاری هزینه بر طراحی از عوامل زیر نتیجه می‌شوند: مجموعه کامپوزیتی اپکسی / گرافیت سکان DC-10 1ـ از فابریکها و وسایل گسترده استفاده کنید که زمان پوشش گذاری را کاهش دهد.

2ـ از جعبه‌ای با ساختاری استفاده کنید که به عنوان واحد مجزا ساخته شده باشد.

در این جعبه از روشی استفاده شده است که از دماغه‌هایی آلومینیومی و تورفته در کیسه کیسه بادی استفاده می‌شود.

هنگامی که کیسه خلا را بر روی یک کیسه می‌کشیم، یک میل متحرک جامد تشکیل می‌شود که به عنوان شکل بلوکی برای عناصر کانال دنده به کار می‌روند.

3ـ پس از آنکه کیسه‌ها را درون وسیله خاص فولادی جمع‌آوری کردیم، گرما را در کیسه‌ها به کار می‌بندیم تا کل ساختار مهار شود.

4ـ مهار کردن در یک کوره اجاق انجام می‌گیرد که کاربرد آن از یک اتوکلاو هزینه کمتری در برداشته باشد.

(4) توجه به قفل L-1011 در جعبه عمودی پره تفسیری از جعفه فلزی په L-1011 در شکل 3-2-11 نشان داده شده است.

این جعبه فلزی از پوسته‌های جامد بر روی زیرساختاری تشکیل شده است که از دو تیرک اصلی بار و 17 دنده تشکیل شده است.

نواری به طور غیر مستقیم برای پوسته‌ها در کامپیوزیت به علت خصوصیات مکانیکی بهتر آن و تناسب آن برای کاربرد با فرایند اتوماتیک پوشش به کار می‌رود.

تعداد دنده‌ها از 17 به 11 عدد کاهش می‌یابد هنگامی که از کامپوزیها استفاده می‌کنیم (شکل (b) 3-1-1 را ببینید) 1ـ سه دنده بالایی در واقع لایه‌های اکس پوسی / گرافیتی و جامع بودند که با دماغه‌های تقویتی ادغام شده بودند.

2ـ هشت دنده پائین‌تر با دماغه‌های اکس پوسی / گرافیتی به همراه شبکه‌هایی خربایی و آلومینیومی ترکیب می‌شوند.

3ـ این پوششها لایه‌های جامدی به همراه تقویت‌کننده‌های تلفیقی از کلاهک هستند که از طراحی زنبوری شکل سبکتر به نظر می‌رسند.

4ـ پخش کلاهک بسته را بر کانالهای باز یا بخشهای I ترجیح می‌دهیم زیرا این پخش به نمای کوتاهی از دنده نیاز ندارد تا از ناپایداری در لایی ممانعت کند.

(5) جعبه افقی و پایدارساز در بوئینگ 737 پایدارسازی افقی اکس پوسی و گرافیکی در بوئینگ 737 (شکل 4-2-11 را ببینید) در واقع دو تیرک اصلی بال و هشت ساختار جعبه دنده را دربردارد.

1ـ یک لایه جامد هسته، یک پوسته سفت شده ـ I از جنس فابریک و نوار این پوسته را می‌پوشاند.

پوشش پوسته و تقویت کننده‌های درون آن با هم همسو هستند.

کامپوزیت سفت شده در پوشش پوسته فقط کمی از همتای آلومینیومی و غیر سفت خود سبکتر است.

2ـ تیرک اصلی بال در عقب و جلو صفحات یا لایه‌هایی جامد هستند که در دو بخش از کانال ساخته شده‌اند و پس از آن به طور پشتبه پشت به هم متصل می‌شوند.

3ـ دنده‌ها از یک ساختار زنبور شکل و سندویچ شده در قسمت عمودی شبکه تشکیل شده‌اند: لبه‌های بالاتر و پائین‌تر لایه‌های جامد شکل هستند.

4ـ پوشش پانلها به طور مکانیکی تا زیر ساختار سفت و محکم می‌شوند.

5ـ کاهش عمده وزن از دنده و تیرک اصلی ناشی می‌شود و با تعداد دنده‌ها کاهش می‌یابند.

(6) جعبه عمودی پره DC-10 در مک دونالد ـ داگلاس این جعبه از پوسته‌های زنبوری شکل و سندویچ شده به همراه 4 تیرک اصلی و 13 زیرساخت از دنده‌ها تشکیل شده است: 1ـ این پوسته‌ها از صفحاتی اکس پوسی / یا گرافیتی فابریک درج هت 45 درصد بر روی هسته نامکس تشکی شده‌اند ـ دو تخته سه لایی بر روی سطح بیرونی و یک تخه بر روی سطح داخلی به کار می‌روند.

2ـ تیرکها و دنده‌ها تماماً از موج سینوسی اکس پوسی یا فابریک / گرافیتی در شبکه‌های بیشتر مناطق استفاده می‌کنند.

3ـ تیرکهای اصی و کلاهکهایی دنده‌ای شکل درون پوسته سندویچ قرار می‌گیرند با کمک شبکه‌ای از نوارهای غیر مستقیم در الگویی شبه ـ ایزوتروپیک تا الگوی زنبوری شکل را جایگزین کنند.

شکل 11-2-5- پایدار ساز عمودی کامپوزیت DC-10 ترابردهای 747B، 757B، 767B، 777B تجربه به دست آمده از برنامه‌های ACEE باعث افزایش کاربرد کامپوزیتها در تولید نسل بعدی از ترابردهای تجارتی شد.

همانند بوئینگ 757B، 767B.

به طور کلی، به استثنای قسمتهای جزئی، کوچک، بیشترین اجزای کامپوزیتها از ساختاری سندویچ شده و زنبوری شکل تشکیل شده‌اند.

بعضی از نمونه‌ها این موارد را شامل می‌شود: (1) 747B ـ بال بالای ft6 ـ تیرک اصلی بال پشتی و جلویی با جنس کربنی که با فیبر کربنی اکس پوسی در پوسته پانلهای زنبور شکل پوشانده شدهاست.

(2) 757B ـ شهپر،‌ سرعت‌گیر داخل صفحه ـ سرعت گیر بیرون صفحه ـ سکان ـ بالابر و بالچه لبه خوار درونی (شکل 6-2-11 را ببینید) همه از مواد اکسی پوسی / کربن ساخته شده‌اند.

(3) 767B ـ شهپر، سرعت گیر ـ سکان و بالابرها 1ـ شهپر بیرون برد ساختاری زنبوری شکل کامل و عمیق دارد که در شکل 7-2-11 نشان داده شده است.

2ـ سکان بر روی پانلها به دلایل تولیدی منشعب می‌شوند.

طراحی اصلی شامل دو تیرک اصلی به همراه چندین دنده در جعبه است که از دنده‌های سندویچ شده زنبوری، تیرک‌های اصلی استفاده می‌کنند و پانلها را می‌پوشانند (شکل 8-2-11 را ببینید) (4) 777B ـ علاوه بر اجزای کامپوزیت که در هواپیمای قبلی بوئینگ به کار بستیم، ]شکل (a)9-1-1 را ببینید[، این هواپیما یک دم کامپوزیت دارد.

حمل و نقل در ایرباس در مراحل اولیه طراحی حمل و نقل اصلی 300A، افزایش هزینه سوخت عملکرد اقتصادی را تثبیت کرد که مطابق با آن کاهش وزن پارامتری مهم محسوب می‌شود.

برای کاهش هزینه مالکیت، هزینه‌های تولید و هزینه یا مخارج نگهداری تا مقدار کلی کاهش یابند.

در سال 1985، ایرباس اولین تولیدکننده اسکلت هواپیما بود که از مواد کامپوزیت برای مجموعه‌ای از ساختارهای اولیه تولید استفاده می‌کنند هنگامی که این شرکت 310A را بر پره‌هایی جمع‌آوری می‌کرد که از اکس پرسی / کاربن ساخته شده بودند.

کاربرد پره‌های کامپوزیت باعث هزینه و ذخایری از وزن و حذف نوعی خوردگی شد.

پیشرفت کامپوزیت ایرباس به شکل زیر است: 1972.

طراحی اولیه 300A در لبه حملات فایبرگلاسی، تیزه‌گرهای فایبرگلاسی 1979-1978.

سرعت‌گیرهای CFRP، ترمزهای بادی، ارابه فرود، سکان 1985-1980.

پره عمودی 310A/300A (شکل 29-11 شکل 10-2-11 را ببینید) 1987-1985.

دم افقی 320A (شکل 11-2-11 را ببینید) و پره عمودی که از همان روش طراحی در 310A استفاده شده است.

یک قطعه ساخت مدولی در فلپ 320A (شکل 12-2-11 را ببینید) 1987.

توسعه ابزار جدید و روشهای تولیدی در طراحی 330A و دم افقی و عمودی 340A.

پره عمودی 310A / 300A موثرترین ساختار کامپوزیتی به شمار می‌رود.

این پره ft27 و 3 اینچ دارد (m8.3) ارتفاع آن است.

7ft25 اینچ (m7.8) عرض آن در پایه است.

و وزنی در حدود 27 درصد در مقایسه با همتای آلومینیومی خود دارد.

علاوه بر این، فقط 95 قسمت دارد که با 2076 قسمت در جعبه آلومینیومی قبلی مقایسه می‌شود.

هزینه‌های تولید با کاربرد مراحل خودکار برای جعبه‌های افقی و عمودی کاهش یافته است.

مفهوم یاز مدل (10-11) که توسط MBB (در کشور آلمان) تکامل یافت یا ایجاد شد به طریق زیر توصیف می‌شود: 1) پیش آغشته‌سازی (معمولاً در حدود 45 درجه است) در اطراف سه قطعه مدل آلومینیومی پوشانده شده است.

]شکل (c) 10-2-11 را ببینید[: این مسئله شبکه‌ای از تیر طولی‌ها را و برش میله یا دنده را تداوم می‌بخشد.

پیش آغشته‌سازی درون یک قالب قرار داده می‌شود.

این پیش‌آغشته سای پوسته درون و لبه عمیق تیر طولی‌ها را تشکیل می‌دهد.

مدلهای آلومینیومی درون این قالب جمع‌آوری می‌شوند.

نواری غیر مستقیم بر روی تیر طول‌ها (دهانه) برای تشکیل لبه‌های بالایی قرار داده می‌شود.

در طول فشاری که برای پوسته و لبه‌های بالایی توسط اتوکلاو به کار بسته شد و برای شبکه‌های تیره طولی که توسط گسترش مدلهای آلومینیومی گرمایی ایجاد شده است.

تعداد بسیاری از مدولهای مشابه درون شبکه‌ای تولید و توزیع تنظیم می‌شوند.

مجموعه کامل که تحت فشار تولید شده از خلا است درمیزان 350-250 oF (oc176-121) و psi100 (Mpa0.69) در یک اتوکلاو برطرف می‌شود.

Avanti 180-P طراحیهای 180-P از کامپوزیتهایی در مخروطی دماغی شکل، بال جلویی (کانارد)، ناس لس، لبه فرار در بال، مجموعه دوم (شکل 11-12-13 را ببینید).

سطوح کنترلی، کامپوزیتها از 20 درصد از کل وزن را تشکیل می‌دهند.