Optimalizace 

kompozitových konstrukčních dílů

· Hledání optimálních složek, optimální skladby, optimálního tvaru a rozměrů

 kompozitového dílu vzhledem k požadovaným mech. & fyz. vlastností, min. hmotnosti, ceně, atd.
· Respektování anizotropické teplotní a vlhkostní roztažnosti
· Respektování technologických omezení zpracovatele, daných jeho zpracovatelkými technikami a zařízením 

· Použitelné pro jakékoliv druhy výztužných vláken

· Použitelné pro všechny skladby včetně hybridních

Příklady optimalizovaných kompozitových konstrukčních dílů: 

• C/EP spinakrové pně s lokálním ochranným Ar/EP ovinem (viz příklady) proti nárazu, zhotovené firmou CompoTech Plus s.r.o., určené pro 24 jachet účastníků závodu kolem světa BT Global Challenge 2000, spinakrové pně byly optimalizovány pro nejnižší možnou hmotnost se stejnými nebo lepšími vlastnostmi než u osvědčeného hliníkového pně - bylo dosaženo hmotnosti rovné pouhých 42 % hmotnosti hliníkového pně stejné délky

• Výztuhy hlavní plachty ("spíry") (8 kusů = 1 sada), optimalizované pro nejnižší dosažitelnou hmotnost (dle zadaných tuhostí a odolností proti nárazu cizím tělesem - dosaženo hmotnosti rovné 39 % hmotnosti obvyklé sady E-Gl/EP výztuh

• C/EP nástavce vybrušovacího vřetena - dosaženo základní frekvence 2.7-krát vyšší  než má běžný nástavec zhotovený z WC/Co

• Hnací hřídele - typicky optimalizované pro max. základní frekvenci & max. přenositelný kroutící moment

• Tlakové nádoby (tlakové lahve) - typicky optimalizované pro nejvyšší dosažitelnou hodnotu parametru = tlak*objem/hmotnost

• desky/sandviče s/bez výztužných žeber různých profilů - typicky optimalizovány pro nejnižší cenu při zadané tuhosti

• konstrukční trubky např. s nulovou teplotní roztažností

• atd.

Optimalizační postup

Podstatná část optimalizačního procesu je prováděna speciálním počítačovým programem, založeném na:

• klasických mikromechanických modelech jednosměrných vrstev 

• klasické laminační teorii s roztažnostmi od změn teploty a vlhkosti včetně započítání vlivu předpětí vláken (u technologie navíjení)

• multiaxiálních kritérií pevnosti 

• analytických modulů chování součásti a anisotropního materiálu v kritických místech

Použití analytických modelů umožňuje velmi vysokou rychlost výpočtu. Výběr parametrů, které mají být optimalizovány, je přitom volitelný. Protože výsledky nelze vypočítat přímo (explicitně), počítač velmi rychle počítá metodou pokusu a chyby tak, že přezkoumává náhodně vygenerované konstrukční alternativy obsahující: 

            Volba počtu vrstev

            Volba materiálů vrstev (ze zkušenosti, podle přání, náhodně)

            Výpočet vlastností použitých monovrstev (miromechanickými modely nebo dle experimentů)

            Volba orientace vláken ve vrstvách (náhodně nebo podle zvlášního přání)

            Výrobní požadavky a omezení

            Výstavba laminátu => elastické vlastnosti laminátu

            Volba tvaru, charakteristických rozměrů a spojů v součásti (ze zkušenosti, podle přání, náhodně)

            Výstavba součásti => hmotnost, spotřeba materiálu, spotřeba energie, náklady, mechanické valstnosti

            Zatěžování součásti => chování součásti pod zatížením

            Kontrola chování součásti podle zvolených kritérií

            Kontrola chování materiálu v kritických místech podle zvolených kritérií

            Uschování alternativy vyhovující všem požadavkům

Konečné výsledné řešení, které lze považovat jako velmi blízké skutečnému optimu, je třeba vybrat ex-post z uschovaných dobrých řešení, vyhovujících všem předem zadaným požadavkům. Obvykle je možné prověřit desítky tisíc vygenerovaných návrhových alternativ a z nich vybrat několik dobrých řešení. 

                Vstupní údaje pro každou vrstvu:   - materiály složek (vlákna, pojivo) 

                                                                          - pramenec (pro navíjení)

                                                                          - rozteč pramenců (pro navíjení)

                                                                          - V_f (nebo počet pramenců)

                                                                          - předpětí pramence (pro navíjení)

                                                                           - orientace vláken

                                                                          - tloušťka vrstvy

                                                                           - měrná hmotnost vrstvy

                                                                          - měrná cena vrstvy

                Výsledky optimalizace:     - celkový počet vrstev

                                                            - tvar a chrakteristické rozměry  

                                                            - celková hmotnost  

                                                            - celková cena

                                                            - vytvrzovací teplota

                                                            - tuhost

                                                            - roztažnost (teplotní & vlhkostní)

                                                            - pevnost, výsledný koeficient bezpečnosti

                                                            - chování výrobku za podmínek služby

                                                            - chování materiálu v kritických místech

                                                            - dovolené podmínky služby 

                                                            - a další dle individuálního přání

Jako rozhodující kritéria optimalizace mohou sloužit libovolné kombinace pevnosti, deformace, průhybu, tuhosti, ztrázy elastické stability, frekvence vlastních kmitů, roztažnosti, hmotnosti, ceny, atd.

Optimalizace je prováděna dodavatelským způsobem jako služba, a je použitelná ve všech případech, kde platí laminační teorie.

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

co dokážou kompozity