Üvegszál erősítésű kompozitok deformációjának mérése szénszálak segítségével
A szálerősítésű kompozit anyagokat kis sűrűségük, nagy szilárdságuk és korrózióállóságuk miatt egyre több iparágban alkalmazzák, térhódításuk új lendületet adott a repüléstechnika, a szélenergia és újabban az autóipar fejlődésének. A szélesedő felhasználási körnek köszönhetően egyre több információ áll rendelkezésre, amely tudás segítségével, illetve a különböző modellező, méretező programok alkalmazásával kifinomultabb szerkezetek alkothatók.
Ma már nemcsak merev, a statikus terhelésnek megfelelő alkatrészeket terveznek a mérnökök, hanem olyanokat is, amelyek különböző terhelés hatására változtatni tudják az alakjukat. Például a szélturbina lapátjai működés közben a terheléssel arányosan deformálódnak, viszont túl nagy szélnyomás vagy viharos széllökések hatására a lapátok el is törhetnek. A baleset elkerülése végett a turbinák üzemeltetői különböző modellek alapján kiszámítják a várható maximális szélsebességet, majd e számítás alapján döntenek a berendezés esetleges leállításáról [1.].
A kompozit rendszereknél a fenti példán túl is, nem várt terhelés vagy behatás következményeként kritikus deformáció léphet fel, amely roncsolhatja az anyag épségét: túl nagy lehajlás vagy csavarodás delaminációt, mátrix- vagy szálrepedést okozhat, ezáltal csökken a terhelt keresztmetszet. Ismétlődő terhelések miatt a repedés tovább nő, a gyengített szerkezet pedig könnyebben eltörik.
A bemutatott példákból látható, ha ismert egy kompozit szerkezet deformációja, azzal megelőzhető a tönkremenetele, vagy hatékonyabban használható a teherviselő képessége. Intelligens, azaz a környezet vagy a szerkezet változását érzékelni képes anyagok lehetőséget kínálnak a tervező számára rendszer szintű, komplexebb gondolkodásra. Szenzorozott vagy önérzékelő anyagokat például kompozit járműbe építve egyrészt folyamatosan ellenőrizhető az önhordó karosszéria épsége, másrészt ezen túlmutató, hasznos információ gyűjthető. Dinamikus terhelésből, például egy kátyún való áthaladásból származó hirtelen változás adatait a jármű feldolgozni és tárolni tudja, több intelligens jármű összekapcsolásával pedig olyan hálózat hozható létre, amelyben a megszerzett információ megosztásával egy sofőr, vagy akár egy autonóm autó számára ismeretlen úton is biztonságosabb közlekedés érhető el.
Dolgozatomban olyan eljárást mutatok be, amely képes a kompozit alkatrészek deformációjának folyamatos, akár üzem közbeni mérésére. A technológia alapja az erősítőszálként alkalmazott szénszál elektromos vezetőképessége: üvegszál erősítésű kompozit próbatestbe építve deformáció hatására változik a szénszál ellenállása. Megfelelő kalibrálás után tehát az ellenállás változásából következtetni lehet a próbatest alakváltozására, így ez a mérési módszer hozzájárulhat az intelligens szerkezetek tovább fejlesztéséhez.
Irodalom:
[1.] Hure N., Vašak M., Jelević M., Perić N.: Wind turbine overspeed protection based on polytopic robustly invariant sets. Wind Energy, 19, 1713-1731 (2016).
szerző
-
Forintos Norbert
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Czigány Tibor
egyetemi tanár, Polimertechnika Tanszék
