Co dokážou kompozity

- mimořádná přizpůsobivost potřebám konstrukce

- vlastnosti zpravidla nedosažitelné klasickými materiály

- nízká až velmi vysoká tuhost

- vyoká pevnost

- velmi vysoká odolnost proti únavě

- nízká měrná hmotnost

- specifické vlastnosti často několikanásobně lepší než konvenční materiály

- vysoké mechanické tlumení

- velmi nízká až slabě záporná teplotní roztažnost

- odolnost proti korozi

- radiová transparence

Typické vláknové komposity s polymerní (epoxy) matricí a nejobvyklejšími skladbami mají měrné hmotnosti v intervalu <1.343; 2.09> Mg/m³, moduly <20; 557> GPa, meze pevnosti v tahu <140; 2580> MPa, výsledné měrné moduly <7; 309> GPa/Mg/m³ and měrné pevnosti v tahu <70; 1562> MPa/Mg/m³ jak je patrno z následujícího obrázku:

Klasické konstrukční materiály mají mnohem horší specifické vlastnosti:

Na druhé straně existuje jedna nepříjemná přirozená vlastnost kompozitů - větší rozptyl hodnot všech materiálových vlastností a jejich relativní neurčitost.

Protože každý kompozitový materiál vzniká až během zhotovování výrobku, skutečné materiálové vlastnosti, silně determinované použitými složkami, skladbou a procesem zpracování, mohou být stanoveny až ex-post, na hotovém výrobku. Tato primární neurčitost přináší obtíže do jakéhokoliv konstruování a pevnostního návrhu.

Úspěšně konstruovat z kompozitů tedy mohou jen odborníci, kteří jsou si vědomi všech souvislostí.

Dosažitelné vlastnosti výrobku

- nízká celková hmotnost dosahující jen 30 % až 60 % původní hmotnosti výrobku vyrobeného z tradičních materiálů

- jednoduchost konstrukce, redukovaný počet konstrukčních prvků, redukce obrábění

- minimální počet spojů

- optimální tvarování s minimem koncentrací napětí, maximální pevnost 

- nastavení vlastností výrobku přesně podle zadaných požadavků

- optimální struktura (skladba) pro dosažení max.pevnosti & požadované tuhosti při nejnižší hmotnosti

- velmi vysoká základní frekvence vlastních kmitů spolu s vysokým vnitřním tlumením

Kompozity: Logický trend v technickém vývoji

"Nihil novum sub sole" ("Nic nového pod sluncem"), říkávali staří Římané. 

Příroda vždycky konstruuje z kompozitů. Stromy, kosti, zuby, a další části živých organismů jsou vynikajícími příklady nejpokročilejších konstrukcí. A všechny přírodní konstrukce jsou přitom recyklovatelné a šetrné k životnímu prostředí! 

Také např. čluny jsou tradičně stavěny z kompozitů: Kláda, monoxylon, vor, rákosový vor, eskymácký kajak s dřevěnou kostrou potaženou kůží, indiánská kanoe se dřevěnou kostrou potaženou březovou kůrou, čluny a lodě z dřevěných nosníků a prken, čluny z překližky, lodě z armovaného betonu, ze skelných laminátů a sendvičů (často s balsovým jádrem), z uhlíkových laminátů, aramidových či hybridních laminátů. Od nepaměti bylo dřevo (příp. bambus) hlavním konstrukčním materiálem, hlavně kvůli jeho dostupnosti v kombinaci s jeho zpracovatelností, relativně dobrou tuhostí, pevností a nízké váze.

Široké použití kovů na konstrukce nastalo až během průmyslové revoluce, díky jejich vysoké pevnosti a houževnatosti, navzdory jejich velké měrné hmotnosti, obtížné výroby a nesnadné dostupnosti. Souběžně s masovou výrobou kovů se vyvíjely i klasické konstrukce. Vývoj postupoval od čistě empirického a intuitivního návrhu, přes jednoduché empirické výpočty s uvažováním jen statického zatížení, až k teoretické pružnosti a pevnosti isotropních materiálů, s postupným uvažováním vlivu času, teploty a prostředí, tzn. rázu, únavy, tečení, koroze a jejich kombinací.

Současná technika se nalézá v období přechodu od používání jen několika málo tradičních osvědčených konstrukčních materiálů (např. dřeva, oceli a lehkých kovů) k používání velmi individuálních materiálů, šitých namíru přesně pro dané individuální případy. Výběrem vhodných materiálů složek, spolu se správným tvarováním a dimenzováním součástí a konstrukce, lze výrobek přesně  přizpůsobit předem zadaným požadavkům. Lze tak docílit úžasně širokého spektra mechanických, fyzikálních a ostatních výsledných vlastností. 

Dobrý, spolehlivý a efektivní návrh z kompozitu se proto významně odlišuje od obvyklého konstruování z klasických materiálů. Základní rozdíly spočívají v těchto klíčových bodech:

- materiál a součást jsou při návrhu uvažovány současně a vyráběny též ve stejný okamžik

- nejvýhodnější vlastnosti materiálu existují jen v podélném směru (podél výztužných vláken), takže lokální orientace vláken musí souhlasit se směrem namáhání v daném místě

Konstruování z kompozitů vyžaduje důkladné porozumění anizotropii struktury použitého materiálu, včetně všech možností jejího uspořádání. Konstruování konstrukcí pro různá prostředí vyžaduje navíc znalost vlivu těchto prostředí na vlastnosti materiálu a namáhání dané konstrukce, včetně vlivu na její odezvu.

Správně navržená kompozitová součást vykazuje:

 - žádné náhlé změny tvaru, rozměrů a struktury (obecné diskontinuity), tzn. žádné koncentrátory napětí

 - tenké vrstvy

 - přímé zavádění sil do vláken

 - co nejmenší množství volných okrajů

 - kompenzaci (alespoň částečnou) napětí od vnějšího zatížení vnitřními napětími od teplotní a vlhkostní roztažnosti

Konstrukční koncepce

Při klasické koncepci návrhu se výrobek sestává z jednoduše namáhaných (nejlépe jednoose) elementů, takže chování každého elementu lze poměrně jednoduše popsat a spočítat. Specifické namáhání výrobku je nízké, výpočetní součinitel bezpečnosti je vysoký. Každý z elementů má jen jednu funkci. Návrh je relativně jednoduchý. Materiály, dimenzování, tvar, a technologické zpracování jsou uvažovány odděleně. Funkčnost, spolehlivost, bezpečnost & životnost jsou kontrolovány až následně a separátně. Výrobek je navrhován jen pro dobu služby (příp. záruky). 

Takto navržený výrobek vychází komplikovaný a těžký, s množstvím spojů a mnohými koncentrátory napětí. 

Při moderní pokročilé koncepci návrhu je zapotřebí multidisciplinární přístup. Musí se brát v úvahu většina interakcí mezi výrobkem a prostředím služby v průběhu celého života výrobku. 

Konstrukční elementy z individuálně navržených materiálů jsou namáhány komplexně a jsou vícefunkční. Specifické namáhání výrobku je vysoké, součinitel bezpečnosti je nižší. Obsahuje minimum spojů (často lepených) a minimum koncentrátorů napětí. Konstrukční návrh je proto obtížný, vyžaduje vysokou odbornost a je uskutečnitelný jen pomocí pokročilých matematických nástrojů, moderní výpočetní techniky a náročných experimentů. Materiál, dimenzování, tvarování, technologické zpracování, funkčnost, životnost a bezpečnost jsou uvažovány společně jako nedílné aspekty jediné záležitosti.

Takto navržený výrobek vychází lehký, s vysokou účinností a spolehlivostí. 

Home - kontakty - o firmě - služby - optimalizace - klienti - příklady