მწარმოებლებს უყვართ ტრაბახობა ნახშირბადის ბოჭკოვანი დალაგებით, ამიტომ ველოსიპედისტმა გადაწყვიტა გამოეკვლია რას ნიშნავს ეს და როგორ მოქმედებს შესრულებაზე
ველოსიპედი, ცხადია, საუკეთესო საშობაო საჩუქარია, მაგრამ ლეკვის გამონაკლისის გარდა, ის ასევე ყველაზე რთული შესაფუთია. ასე რომ, სამწუხაროა ღარიბი ჩარჩოს დიზაინერი, რომელმაც უნდა მოახვიოს ნახშირბადი მის რთულ მოსახვევებზე ისე, რომ გამომცხვარი და დასრულებული ჩარჩო მისცემს სასურველ მგზავრობას. ნახშირბადის ბოჭკოვანი ჩარჩოს კონსტრუქცია რთული 3D თავსატეხია, რომელიც დაბნელდება რუბიკის კუბს.
ნახშირბადის სილამაზე იმაში მდგომარეობს, რომ ლითონისგან განსხვავებით, მრავალი ნაჭერი შეიძლება იყოს ფენების გადაკვეთა სხვადასხვა ხარისხით გადაკვეთაზე და გადახურვაზე, რათა მჭიდრო კონტროლი მისცეს ველოსიპედის ჩარჩოს ნებისმიერ მოცემულ წერტილში საჭირო შესრულების ატრიბუტებსა და სიძლიერეს.მინუსი არის ის, რომ ნახშირბადი არის ანისოტროპული - ის უფრო ძლიერია ერთი მიმართულებით, ვიდრე მეორე, ხის მსგავსად - რაც ნიშნავს, რომ სიძლიერე დამოკიდებულია ბოჭკოების მიმართულებაზე. იმისათვის, რომ ნახშირბადმა მნიშვნელოვანი ტვირთი გადაიტანოს, ძალები უნდა იყოს მიმართული მისი ბოჭკოების გასწვრივ, რაც ბოჭკოს მიმართულებას აბსოლუტურად გადამწყვეტს ხდის. ველოსიპედის ჩარჩოს შემადგენელი სექციები განიცდის ძალებს რამდენიმე მიმართულებით, რაც ნიშნავს, რომ ნახშირბადის ბოჭკოები ასევე უნდა მოძრაობდეს რამდენიმე მიმართულებით. სწორედ ამიტომ, სხვადასხვა ფენებს აქვთ ბოჭკოები სხვადასხვა კუთხით, ჩვეულებრივ 0° (ხაზში), +45°, -45°, +90° და -90° და მართლაც დიზაინერების მიერ არჩეული ნებისმიერი კუთხე, თუ ის შექმნის სასურველ ატრიბუტებს..
სიღრმეებში
ასეა ყველა ნახშირბადის ჩარჩოსთვის. მბზინავი ექსტერიერის ქვეშ არის ნახშირბადის ბოჭკოვანი ნაჭრების მრავალი ფენა, რომელთა სიმტკიცე, სიმტკიცე, ფორმები, ზომები, პოზიციები და ორიენტაცია მტკივნეულად არის დაგეგმილი, როგორც წესი, კომპიუტერული პროგრამული პაკეტებისა და ინჟინრების გამოცდილების კომბინაციით.ეს ცნობილია, როგორც lay-up განრიგი, ან უბრალოდ lay-up. როდესაც ნახშირბადის ჯიგსონა დასრულებულია, ველოსიპედი უნდა იყოს მსუბუქი, მგრძნობიარე, ეკონომიური და შეუძლია გაუძლოს ველოსიპედის ყველაზე ექსტრემალურ ძალებს.
პროფესორი დენ ადამსი, კომპოზიციური მექანიკის ლაბორატორიის დირექტორი იუტას უნივერსიტეტში, სოლტ ლეიკ სიტიში, რომელიც თავად იყო ველოსიპედისტი და რომელიც მონაწილეობდა Trek-ის პირველი ნახშირბადის ჩარჩოების შემუშავებაში, ამბობს, რომ ნახშირბადისგან რაიმეს აშენება ყველაფერია. სწორი განლაგების განრიგის შესახებ. „ეს განსაზღვრავს ცალკეული ფენების ან ნახშირბადის/ეპოქსიდური ნახშირბადის ფენების ორიენტაციას, რომლებიც დაწყობილია საბოლოო ნაწილის სისქის შესაქმნელად“, - ამბობს ის. ჩარჩოს ზოგიერთი ნაწილი უფრო ადვილად დასაყენებელია, ვიდრე სხვები. მილები შედარებით მარტივია, მაგრამ მათ შორის შეერთებები არის ყველაზე რთული ფენების დამაგრება, რომელსაც ნახავთ წარმოების ნაწილებში ნებისმიერ ინდუსტრიაში, რომელიც იყენებს ნახშირბადს სტრუქტურულად, მათ შორის კოსმოსურ და საავტომობილო საწარმოებში.'.
ნახშირბადის ანიზოტროპული ბუნება ასევე გადამწყვეტს ხდის სწორი ნახშირბადის არჩევას.უმარტივესად, ნახშირბადის მიწოდების ორი გზა არსებობს. ცალმხრივი (UD) აქვს ყველა ნახშირბადის ბოჭკო გაშვებული ერთი მიმართულებით, ერთმანეთის პარალელურად. UD-ის ალტერნატივა არის ნაქსოვი ქსოვილი, ან "ტანსაცმელი". მას აქვს ბოჭკოები, რომლებიც ეშვება ორი მიმართულებით, მიედინება ერთმანეთის ქვეშ და მარჯვენა კუთხით, რათა ნახშირბადის ბოჭკოს კლასიკური იერსახე მისცეს. უმარტივეს ქსოვილში, რომელიც ცნობილია როგორც უბრალო ქსოვა, ბოჭკოები ახვევენ ყოველი გადაკვეთის ქვეშ და ზევით (ე.წ. "1/1") ბადის მსგავსი ნიმუშის შესაქმნელად. ქსოვის მრავალი სხვა შესაძლო ნიმუში არსებობს. Twill (2/2) ოდნავ უფრო თავისუფალია, ასე რომ უფრო ადვილი დასაფარებელი და ადვილად ამოსაცნობი მისი დიაგონალური ნიმუშით, რომელიც ჰგავს შევრონებს.
ბოჭკოს მოდული (ელასტიურობის საზომი) ასევე ფუნდამენტურია მოცემული ფენისთვის. მოდული განსაზღვრავს რამდენად ხისტია ბოჭკო. სტანდარტული მოდულის ბოჭკო, რომელიც შეფასებულია 265 გიგაპასკალზე (GPa) ნაკლებად ხისტია, ვიდრე შუალედური მოდულის ბოჭკო, რომელიც შეფასებულია 320 GPa-ზე.უფრო მაღალი მოდულის ნახშირბადის ნაკლებობაა საჭირო იმავე სიხისტის კომპონენტების დასამზადებლად, რაც იწვევს მსუბუქ პროდუქტს. ამიტომ, უფრო მაღალი მოდულის ბოჭკოები შეიძლება ჩანდეს სასურველი არჩევანი, მაგრამ არის დაჭერა. ანალოგია შეიძლება გაკეთდეს რეზინის ზოლთან სპაგეტის ნაჭერთან. რეზინის ზოლი არის ძალიან ელასტიური (აქვს დაბალი მოდული) და შეიძლება მოქნილი იყოს ძალიან მცირე ძალის გამოყენებით, მაგრამ არ იშლება, გარდა ამისა, ის უბრუნდება პირვანდელ ფორმას მოხრის შემდეგ. სპაგეტი, მეორეს მხრივ, ძალიან ხისტია (მაღალი მოდული), ასე რომ გაუძლებს დეფორმაციას გარკვეულ წერტილამდე და შემდეგ უბრალოდ იშლება. მარკეტინგის განყოფილებები ხშირად ტრაბახობენ გარკვეული ბოჭკოვანი მოდულის ჩართვით ჩარჩოს უახლეს დიზაინში, მაგრამ უმეტეს შემთხვევაში ველოსიპედის ჩარჩო წარმოადგენს რამდენიმე ტიპის მოდულის ფრთხილად ბალანსს, რათა უზრუნველყოს სიხისტის, გამძლეობის და მოქნილობის სასურველი კომბინაცია..
გასათვალისწინებელია კიდევ ერთი ცვლადი. ნახშირბადის ბოჭკოების ერთი ღერი უკიდურესად თხელია - ბევრად უფრო თხელი ვიდრე ადამიანის თმა, ამიტომ ისინი შეფუთულია, რათა შექმნან ის, რასაც "ბუქსი" ჰქვია.ველოსიპედებისთვის ბუქსირი შეიძლება შეიცავდეს 1000-დან 12000 ძაფს შორის, თუმცა 3000 (დაწერილი 3K) ყველაზე გავრცელებულია.
ბოჭკოვანი ეს, ბოჭკოვანი ის
ეს არის საფუძვლები, მაგრამ ლეი-აპის შექმნა რთულდება. „სუფთა სიმტკიცისა და სიმტკიცის თვალსაზრისით, იდეალურ კომპოზიტს ექნება ბოჭკოს ყველაზე მაღალი პროპორცია ფისთან და ყველაზე ნაკლებად ღუნავს ბოჭკოში“, - ამბობს დოქტორი პიტერ გიდინგსი, ბრისტოლის ეროვნული კომპოზიტების ცენტრის მკვლევარი ინჟინერი. მუშაობდა ველოსიპედებით და რბოლაში მრავალი წლის განმავლობაში. „ცალმხრივი ბოჭკოები, თეორიულად მაინც, საუკეთესო არჩევანია ამისთვის. UD მასალებს აქვთ გაზრდილი სიმტკიცე-წონის თანაფარდობა ბოჭკოვანი მიმართულებით. სამწუხაროდ, UD კომპოზიტები უფრო მგრძნობიარეა დაზიანების მიმართ და, როგორც კი დაზიანდება, უფრო მეტად იშლება, ვიდრე ნაქსოვი ქსოვილები.'.
ჩარჩოს აშენება ექსკლუზიურად UD ნახშირბადის ფენებისგან შექმნიდა ველოსიპედს, რომელიც იყო საშიში მყიფე, რომ აღარაფერი ვთქვათ ძალიან ძვირი მასალისა და სამუშაო საათების ხარჯების გამო.აქედან გამომდინარე, ნაქსოვი ნახშირბადი დომინირებს და აშკარა არჩევანია ნებისმიერი ადგილისთვის, სადაც არის მჭიდრო მოსახვევები და სახსრების რთული ფორმები. უფრო მეტიც, ხალხს მოსწონს მისი გარეგნობა. „ესთეტიურად, ნაქსოვი მასალები ითვლება უკეთესად, ვიდრე ცალმხრივი მასალები და საზოგადოების აღქმა კომპოზიტის შესახებ არის ნაქსოვი ქსოვილი“, - ამბობს გიდინგსი. „ფაქტობრივად, ბევრი მწარმოებელი ხატავს [ამიტომ მალავს] ადგილებს, სადაც ჩარჩოს კონსტრუქცია ხელს უშლის გლუვ, ნაქსოვი გარეგნობას.“
დამზადების სიმარტივე ასევე უნდა იყოს გათვალისწინებული შრომის ხარჯების გათვალისწინებით. რთული სახსრებისა და ფორმებისთვის, UD ბოჭკოებით იდეალური ფენის შექმნას გაცილებით მეტი დრო დასჭირდება. ეს არის კიდევ ერთი მიზეზი, თუ რატომ არის ნაქსოვი ქსოვილები ნახშირბადის ველოსიპედის მწარმოებლების უპირატესი არჩევანი. „ნაქსოვი ქსოვილთან მუშაობა უფრო ადვილია, ვიდრე UD-თან და მოითხოვს ნაკლებ უნარს მის საჭირო ფორმაზე მოსარგებად“, - ამბობს გიდინგსი. “UD-ს აქვს მიდრეკილება გაიყოს ან დაიხრიოს რთული ფორმების გარშემო. თავისუფლად ნაქსოვი ქსოვილები უფრო ადვილად ერგება და სტრუქტურის მთლიან სიმტკიცეზე ნაკლებად მოქმედებს წარმოების მცირე დეფექტები.''
მწარმოებლები, სავარაუდოდ, აირჩევენ ნაქსოვი ნახშირბადის დალაგებას ყველაზე რთულ ადგილებში, როგორიცაა ქვედა სამაგრი და სათავე მილის შეერთებები, მაგრამ ეს მაინც არც ისე მარტივია, როგორც ჟღერს, რადგან გასათვალისწინებელია კიდევ ერთი ფაქტორი. „გინდა შეინარჩუნო ბოჭკოების ორიენტაციის უწყვეტობა არა მხოლოდ კვანძების ირგვლივ, არამედ მათ გავლით და მის მიღმა“, ამბობს პოლ რემი, ველოსიპედის ინჟინერი Scott Sports-ში. "შეიძლება იყოს რთული გამრუდები შეერთებაზე, როგორიცაა ქვედა სამაგრი, ასე რომ თქვენ უნდა მოიფიქროთ გზა, გააგრძელოთ ბოჭკოების ორიენტაცია, გადაიტანოთ დატვირთვა მათზე.".
აქ არის, რომ ჩარჩო ინჟინრები, როგორიცაა რემი, მადლობელი არიან კომპიუტერული მეცნიერების დახმარებისთვის. წარსულში ერთადერთი გზა იმის გასაგებად, თუ როგორ შეიძლება გავლენა იქონიოს განლაგების გრაფიკის სხვადასხვა ცვლილებამ საბოლოო შედეგზე, იყო მრავალი პროტოტიპის აგება და ტესტირება, მაგრამ ახლა განლაგების განრიგის ტესტირება შესაძლებელია კომპიუტერების მიერ ძალიან მაღალი სიზუსტით. ბოჭკოების ერთი ღერი შეხტა ჩარჩო ყალიბში.
"ადრე ძნელი იყო იმის ცოდნა, თუ რა გავლენას ახდენდა ლეი-აპის მხოლოდ ერთი ნაწილის შეცვლა კადრის შესრულებაზე," ამბობს რემი.
ბობ პარლი, მასაჩუსეტში დაფუძნებული Parlee Cycles-ის დამფუძნებელი, იხსენებს იმ ძველ დღეებს, სანამ კომპიუტერები საკმაოდ ხალისიანად ჭრიდნენ ამ რიცხვს: „თუ გესმით დატვირთვა ფერმის სტრუქტურაზე, როგორიცაა ჩარჩო, განლაგება მარტივია., ასე რომ, თავდაპირველად მე შემეძლო მათი დამუშავება ჩემს თავში.' Parlee-მ მას შემდეგ აღიარა, რომ კომპიუტერული სასრული ელემენტების ანალიზს (FEA) აქვს თავისი ადგილი. „თავდაპირველად მე არ გავაკეთებდი ხვრელებს ჩარჩოს მილებში [კაბელის შესასვლელი წერტილებისთვის ან ბოთლის გალიის დასამაგრებლად], რადგან ისინი პოტენციური სუსტი ადგილები იყო, მაგრამ ახლა FEA გვეუბნება, რა უნდა გავაკეთოთ ამ ხვრელის გასაძლიერებლად,“ამბობს ის.
გამოთვლითი სიმძლავრის გაზრდა უფრო დახვეწილ პროგრამულ უზრუნველყოფასთან ერთად ინჟინერებს საშუალებას აძლევს მოკლე დროში გააანალიზონ მრავალი ვირტუალური მოდელი და გადალახონ დიზაინისა და მასალების საზღვრები.სპეციალიზებული დიზაინის ინჟინრის კრის მეერტენსის თქმით, „იტერაცია არის თამაშის სახელი. FEA ინსტრუმენტები ქმნიან ჩარჩოს წარმომადგენლობით მოდელს და მიზანია ყველა ბოჭკოს აღრიცხვა. პროგრამული უზრუნველყოფა საშუალებას მაძლევს დავაპროექტო თითოეული ფენა, ოპტიმიზაციის მოდელის საფუძველზე 17 დატვირთვის შემთხვევისთვის, რაც გვაქვს მოდელის ჩარჩოსთვის.'
ეს ნიშნავს, რომ პროგრამული უზრუნველყოფა ავალებს Meertens-ს, რამდენი ნახშირბადი უნდა იყოს ჩარჩოს თითოეულ უბანში და ოპტიმალური ორიენტაცია ბოჭკოებისთვის. თუმცა, უნარი არის იმის ცოდნა, თუ რა არის და რა არ არის შესაძლებელი ნახშირბადის ფენით. ზოგჯერ კომპიუტერი ფანტავს იდეალებს, რომლებიც შორს არის იდეალურისგან. „უმეტესად ვუყურებ მას და ვეუბნები: „არანაირი გზა არ გვაქვს ამის გაკეთება“, ამბობს მეერტენსი. „ასე რომ, მე დაკავებული ვარ ლამინატის საფენის პროგრამული უზრუნველყოფით, ვირტუალური ფენების მოჭრა და ვირტუალურ საყრდენზე დაყრა, რაც დაფუძნებულია წარმოების მიზანშეწონილობაზე და ლამინატის ოპტიმიზაციებზე.“.
კომპიუტერული პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებითაც კი, ამის გაშიფვრას შეიძლება რამდენიმე დღე დასჭირდეს, და ჯერ კიდევ დიდი გზაა გასავლელი, სანამ lay-up საბოლოოდ დადგინდება.ერთი ასპექტი, სადაც ადამიანის ელემენტი აუცილებელია, არის იმის უზრუნველყოფა, რომ სწორი ბოჭკოვანი კლასი გამოიყენება სწორ ადგილას. მეერტენსი ამბობს, რომ „0° ბოჭკოვანი ძალიან ხისტია, მაგრამ არ აქვს კარგი ზემოქმედების ძალა, ასე რომ, კომპოზიტის დაზიანების ტოლერანტობის შესანარჩუნებლად, ჩვენ უნდა ავიცილოთ ზედმეტი დადება ისეთ ადგილებში, როგორიცაა ქვედა მილის ქვედა ნაწილი. ამ ეტაპისთვის მე ვიცი, რა ფორმები მჭირდება, მაგრამ ახლა მინდა ვიცოდე თითოეული ფენის რამდენი. ასე რომ, მე ვაწარმოებ სხვა ოპტიმიზაციის პროგრამას, რომელიც მეუბნება, რამდენად სქელი უნდა გავაკეთო ისინი - ძირითადად ფენების რაოდენობა. ის გაანალიზებს 30-დან 50-მდე ფენების კომბინაციას. ჩვენ ოთხჯერ ან ხუთჯერ გავივლით ვირტუალური დრეპინგისა და ოპტიმიზაციის ციკლს, ყოველ ჯერზე ოდნავ მეტს ვასწორებთ ფენებს. მაგრამ რაღაც მომენტში ჩვენ უნდა დავაჭიროთ "წადი" და გავაგზავნოთ.'
საბოლოო სახელმძღვანელო
მოწყობის განრიგი ჰგავს 3D რუკას, სადაც დეტალურად არის აღწერილი ფორმის ნახშირბადის თითოეული ნაჭერი თითოეულ ფენაში. „ჩარჩო დაყოფილია ცხრა ზონად: ორი სავარძელი, ორი ჯაჭვის საყრდენი, ქვედა სამაგრი, სავარძელი, ზედა, თავი და ქვედა მილები“, - ამბობს მეერტენსი.„ჩვენ ვაზუსტებთ მონაცემს, რომელიც არის ღერძი, თითოეული ზონისთვის. ზონაში ნახშირბადის თითოეული ნაწილის ორიენტაცია უკავშირდება ამ მონაცემს. ქვედა მილს შეიძლება ჰქონდეს ფენები 45°, 30° და 0° ლოკალურ მონაცემებთან შედარებით. ზოგადად, უფრო მაღალი სიმტკიცის მასალა გამოიყენება ღერძიდან, კუთხით. რაც უფრო მაღალი მოდულის მასალას ვიყენებთ ღერძულად, 0°-ზე.'
მიღებული ფაილი შეიძლება იყოს 100 მბ-მდე ზომის და საბოლოოდ გადაეცემა ქარხნის სართულზე. ქარხანაში თითოეული თანამშრომელი იღებს მხოლოდ იმ ნაწილს, რომელიც შეესაბამება ჩარჩოს იმ ნაწილს, რომლის შექმნაზეც პასუხისმგებელია. ეს ჯერ კიდევ არ არის წარმოების საბოლოო ეტაპი. ჩაშენებული ჩარჩო არის პროტოტიპი ამ ეტაპზე და ის საჭიროებს ტესტირებას, რათა უზრუნველყოს ციფრული დიზაინის დაყენების შედეგები ჩარჩოში, რომელიც მუშაობს პრაქტიკაში. ულტრაბგერითი, რენტგენოლოგიური გამოკვლევა და ფიზიკური დისექცია ავლენს ლამინატის სისქეს. სხვაგან ფისოვანი მატრიცა დაიწვება, რათა გამოაშკარავდეს ლამინირების ხარისხს და გადავიდა თუ არა მასალა ან ბოჭკოები. მოღუნვის ტესტებმა უნდა აჩვენოს იგივე შედეგები, როგორც FEA ანალიზი.თუმცა, ბოლოს და ბოლოს, ეს არის ადამიანი, რომელიც მას გზაზე ატარებს.
"ველოსიპედის ტარება არის ერთადერთი გზა, რომლითაც შეგვიძლია მისი ჭეშმარიტი რაოდენობრივი შეფასება", - ამბობს ბობ პარლი. „შეგვიძლია ჩავატაროთ დახრისა და დატვირთვის ტესტები, მაგრამ უნდა გავიდეთ და ვისრიალოთ, რათა დავინახოთ, მუშაობს თუ არა ისე, როგორც ჩვენ გვსურს.“როდესაც მოდელი გაივლის შეკრებას, წარმოებას საბოლოოდ ეძლევა მწვანე შუქი.
ველოსიპედის წარმოების უმეტესი ნაწილი შორეულ აღმოსავლეთში ხდება და ეს კიდევ უფრო დიდ მნიშვნელობას ანიჭებს ლაშქრობის განრიგს. წვრილად დეტალურმა გეგმამ, თუ წერილს მიჰყვება, უნდა უზრუნველყოს, რომ ამ დიდი ქარხნებიდან გამოსული პროდუქტები იდენტური ტყუპებია იმ პროდუქტებისა, რომლებიც ტესტირებულ იქნა და გაიარა პროტოტიპის საბოლოო ეტაპზე. რა თქმა უნდა, ბრენდების უმეტესობა მუდმივად ამოწმებს და ამოწმებს წარმოების ჩარჩოებს, რათა უზრუნველყოს თანმიმდევრულობა ისე, რომ მაღაზიებში მიმავალი ველოსიპედი დააკმაყოფილოს მომხმარებლის მოლოდინი. უმეტეს შემთხვევაში, მწარმოებლებს შეუძლიათ აგრეთვე თვალყური ადევნონ ჩარჩოს მთელ მოგზაურობას, პირველივე ბოჭკოების ძაფების წარმოშობამდე. რაზეც უნდა იფიქროთ შემდეგ ჯერზე, როცა დგახართ და აღფრთოვანებული იქნებით თქვენი სიამაყითა და სიხარულით.
