Проблемы и перспективы применения КМ в машиностроении
Кроме спорта высших достижений новые волокнистые композиты – армированные пластики – доказали свою высокую эффективность и незаменимость для ряда отраслей. Очевидно, что в отличие от авиационной и аэрокосмической техники, где главным является снижение веса, для автомобилей, например, - это недостаточное условие эффективности замены металлов на новые дорогостоящие композиты типа стекло-, угле-, боро-, органо-, базальто- пластиков. Но часто в качестве преимуществ полимерных композитов отмечают только высокие удельные прочностные характеристики, которые не столь важны для массового наземного транспорта.
Проблемы, сдерживающие широкое применение конструкционных композитов, образуют некий порочный круг (рис. 4.1.4): низкий объем производства обусловливает высокую цену, которая в свою очередь не стимулирует спрос на новые материалы и, следовательно, рост производства. Причина и следствие меняются местами, и так до тех пор, пока круг не замкнётся.
Кстати, в своих основаниях логики Аристотель, считавшийся почти 600 лет непререкаемым научным авторитетом (что тоже является логической ошибкой), относил «порочный круг» к одной из четырёх основных логических ошибок, присущих рассуждениям человека. Среди них: апелляция к авторитету (например: «ещё К. Маркс утверждал…»), апелляция к толпе («товарищи, все мы знаем, что сталь лучший материал…»), правило недостаточного обоснования (необратимость силлогизмов: «каждая селёдка рыба, значит – каждая рыба селёдка»).
|
|
|
К порочному кругу таких проблем относятся: малый опыт работы с композитными материалами (КМ), неразвитость технологий, сложности проектирования композитных деталей и их сопряжений с металлическими конструкциями, отсутствие справочной и учебной литературы, недостаток специалистов. Чтобы разорвать этот порочный круг, необходимо начинать с производства тех изделий из КМ, которые давали бы наибольший эффект по сравнению с металлическими аналогами не просто за счет снижения веса, а в результате решения некоторой принципиальной технической задачи, нереализуемой в металлическом исполнении. Анализ основных эффектов от применения КМ позволяет выбрать те силовые объекты, где особые свойства КМ обеспечивают эффективность их применения даже с учетом высокой цены при малосерийном производстве (рис. 4.1.3).
Рис. 4.1.4. Порочный круг проблем, сдерживающий широкое применений угле-, стекло-, органо-пластиков
Из широкого разнообразия конструкционных композитов мы выделяем здесь наиболее распространенный и перспективный класс полимерных композитных материалов ПКМ (FRP – Fiber Reinforced Plastics – GFRP , CFRP , BFRP , К FRP): стекло-, угле-, боро-, органопластики.
|
|
|
Полимерные композитные материалы (ПКМ), армированные углеродными, стеклянными, арамидными и др. волокнами, широко и эффективно применяются в авиационной промышленности и в аэрокосмической технике, благодаря своим уникально высоким удельным (отнесенным к удельному весу) прочности и жесткости. В военной авиации снижение массы покупается практически любой ценой, но и в гражданском самолетостроении тенденция перехода от легких сплавов к ПКМ стала определяющей. Достаточно сказать, что в проекте Boeing – 787 до 70% конструкции планера предполагалось выполнить из углепластика. Эта программа фирмы Boeing привела к глубокой перестройке практически всей промышленности США, охватив в качестве соисполнителей десятки стран мира.
Однако высокая цена углепластиков сдерживает их широкое применение, и она может быть снижена только путем расширения областей применения и роста объема производства. Поэтому необходимо обосновать, какие эффекты использования композитов позволят расширить круг объектов их внедрения в машиностроение, строительство, судостроение и др. Для массовых отраслей гражданского машиностроения критерии эффективности волокнистых композитов оказываются совершенно другими, чем для авиации: не снижение веса, а возможность решить некоторую принципиальную техническую задачу (упрощение конструкции, снижение габаритов упругого элемента, нехрупкость изделия, безоскольное разрушение и т. п.), нереализуемую с применением обычных сплавов.
|
|
|
Особое место среди отраслей машиностроения, в которых целесообразно расширять применение композитов, занимает автомобилестроение. Это связано с массовостью самой отрасли и с разнообразными требованиями, предъявляемыми к различным транспортным средствам (гоночные автомобили – малая масса и борьба с вибрациями; легковые автомобили – дизайн, коррозионная стойкость, безопасность при краш-тестах; вездеходы – высокая нагруженность при большом ходе подвески; грузовой транспорт – легкие контейнеры и т. д.). Важна также мобильность отрасли, быстрая смена моделей, восприимчивость к новым техническим решениям и к новым материалам. Интерес к вездеходам с уникальной проходимостью возникает в нашей стране в связи с необходимостью освоения труднодоступных территорий Сибири и Крайнего Севера. И для таких уникальных объектов применение материалов с низким удельным весом, не подверженных коррозии, ремонтопригодных в условиях отсутствия сварки, нехрупких при низких температурах, обладающих оптимальными упруго-прочностными свойствами для изготовления элементов подвески, представляется чрезвычайно перспективным.
|
|
|
Прямого снижения массы для обеспечения эффективности в автомобилестроении оказывается недостаточно, и применение ПКМ становится экономически эффективным лишь, когда новые материалы позволяют решить некую принципиальную техническую задачу, невозможную в металлическом исполнении. Поэтому цель анализа состоит в выборе объектов, в которых наиболее явно могут быть реализованы особые эффекты применения ПКМ. На рис. 4.1.3 приведена наглядная схема такого анализа: обозначены основные эффекты, определяемые особыми механо-физическими и служебными свойствами композитов, и области машиностроения, где эти эффекты наиболее важны.
Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 306; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!