고급 복합 재료 제조:빔 굽힘 기본 사항

ATL/을 사용하여 생산된 부품의 강도를 결정하는 재료 및 설정으로 이동하기 전에/ AFP 및 복합 재료의 경우 강도에 영향을 미치는 다양한 측면 이면의 물리학 및 이론을 이해하는 것이 중요합니다. 이 섹션에서는 강력한 ATL/AFP 부품의 토대를 마련하는 3가지 개념을 다룹니다.

빔 굽힘 기본 사항

ATL/AFP 부품은 100% 탄소 섬유가 거의 없기 때문에 가장 많은 힘을 받는 부분만 보강하는 것이 비용 및 재료 절약에 유리합니다. 이것이 대부분의 복합 부품이 샌드위치처럼 구성되는 이유입니다. 가장 바깥쪽 섹션은 복합 재료이고 내부 구조는 코어입니다.

코어의 주요 목적은 값비싼 탄소 섬유로 구성하지 않고 원하는 두께로 부품을 늘리는 것입니다. 그렇다면 쉘 두께나 코어 밀도가 부품 강도에 더 많은 영향을 줍니까? 답은 단순한 빔 굽힘 이론에서 비롯됩니다.

보 굽힘 이론의 핵심은 보의 상단 및 하단 표면이 구부러질 때 가장 큰 힘을 받는다는 것입니다. 우리는 이러한 극단에 재료를 추가하기만 하면 무게 대비 보의 강도를 최적화할 수 있습니다. 그리고 가능한 한 적은 재료를 사용합니다.

다음 다이어그램과 같이 양쪽에서 지지되는 다리와 같은 단순한 빔이 있고 무게가 끝 지지대 사이의 중앙에 있다고 가정합니다.

이미지 1:중앙에 가중치가 있는 두 지점에서 지지되는 빔의 기본 하중 사례

우리는 이 모델을 빔 경험의 3점으로 추상화할 수 있습니다. 지원합니다. 이렇게 하면 접점이 정점이 되는 삼각형이 형성됩니다.

이미지 2:접점을 단순화하면 힘이 적용될 삼각형이 생성됩니다.

가중치가 이 빔에 힘을 가할 때 힘이 이 삼각형 구조와 함께 분포한다고 상상해 보십시오. 두 개의 각진 세그먼트가 압축되고 수평 세그먼트에 장력이 가해집니다.

이미지 3:힘은 삼각형의 길이를 따라 분산됩니다.

힘은 삼각형의 길이를 따라 분산됩니다. 수평력의 크기는 궁극적으로 빔의 두께에 따라 달라집니다. 하중이 일정하게 유지되는 동안 빔이 두꺼워지면 삼각형의 기본 각도가 증가하여 결과적으로 빔에 가해지는 수평 힘이 감소합니다. 이와 같이 빔을 늘리면 지지대에 가해지는 힘의 각도가 더 수직이 되는 것을 볼 수 있습니다.

이미지 4:빔이 두꺼워질수록 삼각형이 커집니다. 따라서 힘 분포가 변경됩니다.

이 각도가 증가하면 결과적인 인장력이 감소합니다. 이것은 더 두꺼운 빔이 더 얇은 빔보다 훨씬 쉽게 무게의 굽힘 인장력에 저항할 수 있음을 의미합니다. 두꺼운 빔이 얇은 빔보다 더 많은 무게를 지탱할 수 있다는 것은 상식이며 이 이론이 그 이유를 설명합니다.

빔 굽힘 이론과 관련된 측면은 굽힘 빔에 가장 큰 하중이 극단에 가해지는 것으로 설명합니다. 빔에 가해지는 굽힘력은 하중이 가해지지 않는 빔의 평면인 "중립축"의 양쪽에서 인장 및 압축력으로 해결됩니다.

이 경우 중립 축 아래의 재료는 장력이 가해지고 중립 축 위의 재료는 압축이 가해집니다.

이미지 5:중립 축에서 멀어질수록 결과적인 힘은 더 커집니다.

이 정보는 강도와 무게에 대해 빔을 최적화하는 경우 재료가 빔의 상단 및 하단 표면에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 나타냅니다. 중간 부분은 상대적으로 작은 전단력을 견뎌냅니다.

특히 ATL/AFP에서 인장 하중은 압축 하중보다 더 중요하고 최적화하기 쉽습니다. 섬유의 각 층이 가닥처럼 작용하기 때문입니다(자세한 내용은 나중에 설명).

이는 원형 및 상자 튜빙, I-빔 및 T-빔이 건설에서 매우 일반적인 이유를 설명합니다. 가장 높은 응력이 발생하는 곳에만 재료를 추가하여 무게를 줄입니다. 원형 튜브는 힘이 가해지는 위치에 관계없이 극단에 두 개의 "표면"이 있기 때문에 모든 측면에서 하중을 처리할 수 있습니다.

상자는 하중이 가해지는 면이 장력을 경험할 준비가 된 반대쪽이 있기 때문에 네 면에서 하중을 처리할 수 있습니다. 그러나 I형 빔은 양쪽에서 오는 극한의 힘만 처리할 수 있고 마찬가지로 T형 빔은 한쪽에서 하중을 받을 때만 효율적입니다.

이미지 6:구조 보의 다양한 단면

서로 다른 유형의 빔은 예상 하중에 따라 다른 영역에서 재료를 절단합니다. 따라서 굽힘 부품에 대해 생각할 때 다음 두 가지를 기억하십시오.

• 더 두꺼운 빔은 더 얇은 빔보다 강합니다.

• p-<굽힘의 빔은 면에 가장 높은 하중을 받습니다.

이제 빔 벤딩의 기본 사항에 대해 논의했으므로 이 이론은 항공기 날개, 선박 마스트 및 자동차 섀시와 같은 중요한 구성 요소를 설계함으로써 더 발전할 수 있습니다. 일단 확고한 이해가 확립되면 합성물의 가능성은 거의 무한합니다!

Addcomposites 정보

복합체 추가 AFP(Automated Fiber Placement) 시스템 제공업체입니다. AFP 시스템은 열경화성 수지, 열가소성 수지, 건식 섬유 배치 또는 3d 프린터와 함께 작업하기 위해 월 단위로 대여할 수 있습니다.