Шест для прыжков и другие приложения композитов в спорте
Пожалуй, первое, заметное широкой публике, упоминание о композитах (тогда их называли «армированные пластики») связано с Олимпиадой 1956-го года в Хельсинки, на которой американский атлет Боб Матиас (Robert Bruce Mathias) прыгал при помощи фиберглассового (fiber-glass) (а не традиционного бамбукового, алюминиевого или даже стального) шеста. Из-за различия в технике прыжка начались разговоры о запрете нового шеста, сводящего на нет (как казалось) усиленные тренировки спортсменов с обычными: бамбуковыми или алюминиевыми шестами. Но такие же запреты (не говоря уже о всевозможных препаратах медикаментозной поддержки, часть из которых объявлялась допингом, а часть – пока нет) пробовали вводить и в дальнейшем: на особые способы заточки коньков, на коньковый стиль бега на лыжах, на специальные плавательные комбинезоны с «дельфиновым» покрытием, etc. Часть этих запретов сохранилась, часть - отмерла за бессмысленностью, но стеклопластиковый шест (как и лук) прочно занял свою ведущую позицию в спорте. С 1961 года бамбуковые и алюминиевые шесты отошли в прошлое, уступив место стеклопластиковому. Изменилась и сама техника прыжка. Если металлический и бамбуковый шесты использовали в основном как опору, по которой можно было разве что не взбираться наверх, то стеклопластиковый шест (рис. 4.1.2, а) позволял накапливать энергию за счёт продольно-поперечного изгиба (см. разд. 4.3), создаваемого усилиями рук и весом спортсмена. Из всех известных конструкционных материалов, пожалуй, именно высокопрочный однонаправленный стеклопластик обладает наибольшей возможной накопленной упругой энергией на единицу массы. Картина оказывается сходной с первой частью анализа эффективности стеклопластика для лука. При ограниченном усилии (весе и силе рук) наибольшую энергию можно запасти в шесте, который под действием этого усилия испытает наибольший прогиб и не сломается при этом. Поэтому необходимо рациональное сочетание высокой прочности и низкого модуля упругости при максимальной допустимой линейно-упругой деформации. Именно такая рациональная комбинация присуща стеклопластику с высокопрочным и низкомодульным волокном: обе эти характеристики регулируются химическим составом и технологией производства волокон. Наглядный анализ рациональных отношений модуля к прочности проведен в разд. 3.2, но основной вывод можно понять из рис. 4.1.2, б. Запасённая энергия для данного усилия растет с ростом предельной упругой деформации (допустимого напряжения) и при снижении модуля упругости.
|
|
|
Спорт высших достижений стал ареной борьбы науки за рекорды и стимулом многих достижений композитных технологий. Возможно, здесь не место для подробного анализа, но упомянуть особо впечатляющие результаты - необходимо.
|
|
|
Началось, пожалуй, с лыжных палок из углепластика взамен бамбуковых. А потом - массовое производство телескопических (до 6 м) удочек. Бамбук, к сожалению, отдыхает и курит бамбук. Конечно - пластиковые лыжи, которые не сломаешь, и они в любую погоду не нуждаются в смазке. Каяки, яхты, байдарки, каноэ из стеклопластика - это стойкость к морской воде, малый вес, возможность изготовления в небольших мастерских без особых энергозатрат и сложного оборудования.
Теннисные ракетки – революция в теннисе. Сначала нельзя было с деревянной ракеткой сопротивляться противнику с металлической (алюминиевой, титановой) – другая сила удара, другие вибрации, отдача. А уж когда были разработаны ракетки из углепластика, боралюминия (с ценой за $ 10 000) вопрос о преимуществе композитов среди профессионалов не ставился, и учёным оставалось «только» тщательно исследовать и оптимизировать их управляемые (!) упругие свойства для наилучшей реакции на удар мяча в центр и по периферии сетки ракетки.
Далее последуют: клюшки – хоккейные и для гольфа, копья, защитные щитки и вратарские маски. Пожалуй, только ядро и штангу не додумались делать из лёгких композитов. И это только классическая «лёгкая» атлетика. А технические виды спорта!? Велосипеды весом в 2,5 кг с мембранными дисками из Кевлара вместо спиц (аэродинамика обтекания!). Гоночные автомобили, бобы из углепластика для исключения вибраций, флаттера за счет высокого отношения модуля упругости к плотности материала. Легкие самолеты для воздушной акробатики. Снегоходы, и особенно – подвеска для них в виде лёгких стеклопластиковых рессор.
|
|
|
Современный читатель легко дополнит и пояснит этот список путем обращения во всемогущий Интернет. Спорт, как и медицина (углерод-углеродные заменители костной ткани), потребовали новых совершенных материалов неметаллической группы, и именно в этих отраслях (как, разумеется, и в военной авиации, и в аэрокосмической технике) преимущества полимерных композитов оказались наиболее наглядными и впечатляющими.
| 
|
| а) | б) |
Рис. 4.1.2. Шест для прыжков из однонаправленного пултрузионного стеклопластика: схема нагружения –а и условная диаграмма деформирования для него – б (1 – сталь, 2 – стеклопластик, 3 – роль предварительного натяжения лука)
|
|
|
Рис. 4.1.3. Основные объекты и эффекты применения полимерных композитов. Обозначения, принятые на схеме:
Б - безоскольное разрушение, В - высокая живучесть, Д – долговечность,
Ж – жаропрочность, З - большая запасенная энергия, К - корозионная и химическая стойкость, Н – нехрупкость, П - простота получения сложной формы,
Р – радиопрозрачность, С - снижение веса и материалоемкости, Т - технологичность и безопасность, У – высокие удельная прочность и жесткость, Х – хладостойкость,
Ш - шумопоглощение виброизоляция, Э - низкая энергоемкость производства,
Я - экология
Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!