Hőaktuált alakváltó kompozitok fejlesztése
Napjainkban egyre több ipari szegmensben találkozhatunk szálerősítésű kompozit anyagokkal, köszönhetően a kiváló fajlagos mechanikai tulajdonságaiknak, amit az anizotrop (irányfüggő) viselkedésük kihasználásával lehet elérni. Felhasználásuknak főleg a tömegkritikus alkatrészeknél van jelentős szerepe (pl: járműipar, energetika). Az anizotropiának köszönhetően a rétegek megfelelő elhelyezésével elérhető a kompozitoknál nem konvencionális alaki viselkedés, mely kiváltható mechanikai terhelés hatására [1,2]. Ez az alakváltozás hő hatására is felléphet, ez azonban napjainkig még kihasználatlan a felmerülő gyártási nehézségek (vetemedés) miatt. A hő hatására fellépő alakváltozás kihasználható lenne olyan szerkezeti elemeknél, melyek nagy hőmérsékleti tartományban üzemelnek (pl: motorháztető, turbina burkolat). A dolgozatomban a hőaktuált alakváltozással, illetve a gyártási vetemedésük kiküszöbölésével foglalkozom.
Kutatásom analitikus úton történő rétegrend optimalizálással kezdtem, ahol megkerestem a hő hatására legnagyobb mértékben csavarodó (Kxy) kompozitot, mely alapjait a klasszikus lemezelmélet adta. A kapott eredmények alapján különböző vastagságú kompozit lemezek alakváltozása által vizsgáltam, hogy a hőmérséklet hatására mekkora tömeget milyen magasra képesek emelni. A próbatesteket autoklávos prepreg technológiával gyártottuk, minimalizálva az előállítási hibákat és biztosítva a kompozit lemezek reprodukálhatóságát.
Az aszimmetrikus rétegrendek a műszaki életben még nem terjedtek el, ugyanis a hő hatására való alakváltozás a gyártási folyamatok hatására is fellép nem kívánt vetemedés formájában. Numerikus úton, szimulációval sikeresen bizonyítottuk, hogy a gyártási vetemedés kiküszöbölhető ívelt szerszámlapos technológiával. Numerikus eredményeink igazolására a legyártott, vetemedett próbadarabok felületét 3D szkennerrel elemeztük, majd marásra alkalmas CAD modellekké alakítottuk. Az így kapott ívelt szerszámmal a valóságban is sikerült a gyártási vetemedést lényegesen redukálnunk, ami alapvető feltétele az alakváltó kompozitok valós felhasználhatóságának.
A munka során olyan eredményekhez jutottunk, ami a jövőben nagyban segítheti a hőaktuált alakváltó kompozitok tervezését és problémamentes gyártását. Univerzális, a tervezést elősegítő görbéket állítottunk fel, melyekkel több bemenő paraméter esetén is jól becsülhető a kompozit lemez hőközlés hatására történő tehermozgató képessége, mértéke, illetve bizonyítottuk, hogy az ívelt szerszámlapos vetemedés-kiküszöbölés jól működő módszer.
Irodalom:
[1] Vermes B., Czigány T.: Kompozitok alakváltásának lehetőségei. Gép, 69, 51–54 (2018).
[2] C. Kessler: Active rotor control for helicopters: individual blade control and swashplateless rotor designs. CEAS Aeronautical Journal, 1, 23-54 (2011).
szerző
-
Csvila Péter
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Vermes Brúnó
doktorandusz, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Czigány Tibor
egyetemi tanár, Polimertechnika Tanszék
