Prodhuesit duan të mburren me shtrimin e fibrave të karbonit, kështu që Çiklist vendosi të hetojë se çfarë do të thotë kjo dhe si ndikon në performancën
Një biçikletë, është e vetëkuptueshme, është dhurata më e mirë e Krishtlindjeve ndonjëherë, por me përjashtim të mundshëm të një qenush, është gjithashtu më e vështira për t'u mbështjellë. Ndaj keqardhje për projektuesin e dobët të kornizës, i cili duhet të mbështjellë dhe mbështillë karbonin rreth kthesave të tij komplekse në mënyrë që, kur të piqet dhe të përfundojë, korniza të japë ndjesinë e dëshiruar të udhëtimit. Ndërtimi i një kornize me fibër karboni është një enigmë komplekse 3D që eklipson Kubin e Rubikut.
Bukuria e karbonit është se, ndryshe nga metali, pjesë të shumta mund të shtresohen në shkallë të ndryshme kryqëzimi dhe mbivendosjeje për të dhënë kontroll shumë të ngushtë mbi atributet e performancës dhe forcën e kërkuar në çdo pikë të caktuar të kornizës së biçikletës. Ana negative është se karboni është anizotrop - është më i fortë në një drejtim se një tjetër në mënyrë të ngjashme me drurin - që do të thotë se forca varet nga drejtimi i fibrave. Që karboni të mbajë ngarkesa të konsiderueshme, forcat duhet të drejtohen përgjatë fibrave të tij, gjë që e bën drejtimin e fibrës absolutisht vendimtar. Seksionet përbërëse të kornizës së biçikletës përjetojnë forca në disa drejtime, që do të thotë se fibrat e karbonit duhet të lëvizin gjithashtu në disa drejtime. Kjo është arsyeja pse shtresa të ndryshme kanë fibrat e tyre në kënde të ndryshme, zakonisht 0° (në linjë), +45°, -45°, +90° dhe -90°, dhe në të vërtetë çdo kënd të zgjedhur nga projektuesit nëse do të krijojë atributet e dëshiruara..
Në thellësi
Kështu është për të gjitha kornizat e karbonit. Nën pjesët e jashtme të shkëlqyera ka shumë shtresa të pjesëve të fibrave të karbonit, ngurtësia, forcat, format, madhësitë, pozicionet dhe orientimet e të cilave janë planifikuar me kujdes, zakonisht nga një kombinim i paketave softuerike kompjuterike dhe ekspertizës së inxhinierëve. Ky njihet si orari i shtrimit, ose thjesht lay-up. Kur bashkimi i karbonit të përfundojë, biçikleta duhet të jetë e lehtë, e përgjegjshme, me kosto efektive dhe e aftë të përballojë forcat më ekstreme të çiklizmit.
Profesor Dan Adams, drejtor i laboratorit të mekanikës së përbërjeve në Universitetin e Utah-s në S alt Lake City, vetë një çiklist i mprehtë dhe i cili ishte i përfshirë në zhvillimin e kornizave të para të karbonit të Trek, thotë se ndërtimi i çdo gjëje nga karboni është gjithçka. në lidhje me orarin e saktë të shtrimit. "Ai specifikon orientimin e shtresave individuale ose shtresave të parapregatit të karbonit/epoksidit, të grumbulluara për të bërë trashësinë e pjesës përfundimtare," thotë ai. "Disa pjesë të kornizës janë më të lehta për t'u vendosur se të tjerat. Tubat janë relativisht të thjeshtë, por kryqëzimet ndërmjet tyre janë disa nga shtresat më komplekse që do të shihni në pjesët e prodhimit në çdo industri që përdor karbonin në mënyrë strukturore, duke përfshirë hapësirën ajrore dhe automobilat.'.
Natyra anizotropike e karbonit e bën gjithashtu vendimtare zgjedhjen e karbonit të duhur. Në mënyrën më të thjeshtë, ekzistojnë dy mënyra se si furnizohet karboni. Unidirectional (UD) ka të gjitha fibrat e karbonit që lëvizin në një drejtim, paralel me njëra-tjetrën. Alternativa për UD është një pëlhurë e endur, ose 'leckë'. Ai ka fibra që shkojnë në dy drejtime, duke shkuar poshtë dhe mbi njëra-tjetrën në kënde të drejta për të dhënë pamjen klasike të fibrës së karbonit. Në pëlhurën më të thjeshtë, të njohur si thurje e thjeshtë, fijet lidhen poshtë dhe sipër në çdo kryqëzim (të quajtur "1/1") për të prodhuar një model si rrjetë. Ka shumë modele të tjera të mundshme të endjes. Twill (2/2) është pak më i lirshëm, aq më i lehtë për t'u veshur dhe lehtësisht i dallueshëm nga modeli i tij diagonal, i cili duket si chevron.
Moduli (një masë e elasticitetit) e fibrës është gjithashtu thelbësore për një shtrirje të caktuar. Moduli përcakton se sa e ngurtë është një fibër. Një fibër standarde e modulit, e vlerësuar në 265 gigapascals (GPa) është më pak e ngurtë se një fibër moduli i ndërmjetëm i vlerësuar në 320 GPa. Kërkohet më pak karbon me modul më të lartë për të bërë komponentë me të njëjtën ngurtësi, gjë që rezulton në një produkt më të lehtë. Prandaj, fijet me modul më të lartë mund të duken si zgjedhja e preferuar, por ka një kapje. Një analogji mund të bëhet me një brez gome kundrejt një cope spageti. Shiriti i gomës është shumë elastik (ka një modul të ulët) dhe mund të përkulet me shumë pak forcë të aplikuar, por nuk do të thyhet, plus do të kthehet në formën e tij origjinale pas përkuljes. Spageti, nga ana tjetër, është shumë i ngurtë (moduli i lartë) kështu që do t'i rezistojë deformimit deri në një pikë, dhe më pas thjesht thyhet. Departamentet e marketingut shpesh mburren me përfshirjen e një moduli të caktuar të fibrave në modelin më të fundit të kornizës, por në shumicën e rasteve një kornizë biçikletë është një ekuilibër i kujdesshëm i disa llojeve të modulit brenda shtrirjes për të ofruar një kombinim të dëshirueshëm të ngurtësisë, qëndrueshmërisë dhe fleksibilitetit..
Ka një variabël tjetër për t'u marrë parasysh. Një fije e vetme e fibrave të karbonit është jashtëzakonisht e hollë – shumë më e hollë se një fije floku e njeriut, kështu që ato bashkohen së bashku për të formuar atë që quhet "tërheqje". Për biçikletat, një tërheqje mund të përmbajë çdo gjë nga 1,000 deri në 12,000 fije, megjithëse 3,000 (të shkruara si 3K) janë më të zakonshmet.
Fibra kjo, fibra ajo
Këto janë bazat, por krijimi i një shtrimi bëhet i ndërlikuar. "Nga pikëpamja e pastër e forcës dhe ngurtësisë, kompoziti ideal do të kishte përqindjen më të lartë të fibrës me rrëshirën e mundshme dhe më pak përkulje në fibër," thotë Dr Peter Giddings, një inxhinier kërkimor në Qendrën Kombëtare të Kompoziteve, Bristol, i cili ka punoi me biçikleta dhe i vrapoi ato për shumë vite. 'Fibrat me një drejtim, të paktën teorikisht, janë zgjidhja më e mirë për këtë. Materialet UD kanë një raport të rritur të ngurtësisë ndaj peshës në drejtimin e fibrave. Fatkeqësisht, përbërjet UD janë më të ndjeshme ndaj dëmtimit dhe, pasi të dëmtohen, kanë më shumë gjasa të dështojnë sesa pëlhurat e endura.'.
Ndërtimi i një kornize ekskluzivisht nga shtresat e karbonit UD do të krijonte një biçikletë që ishte jashtëzakonisht e brishtë, për të mos përmendur tepër të shtrenjtë për shkak të kostos së materialit dhe orës së punës. Prandaj karboni i endur dominon dhe është zgjedhja e dukshme për çdo zonë ku ka kthesa të ngushta dhe forma komplekse nyjesh. Për më tepër, njerëzve u pëlqen pamja e saj. “Estetikisht, materialet e endura konsiderohen të duken më mirë se materialet me një drejtim dhe perceptimi i publikut për një përbërje është një pëlhurë e endur,” thotë Giddings. “Në fakt, shumë prodhues pikturojnë [prandaj duke fshehur] zonat ku konstruksioni i kornizës parandalon një pamje të lëmuar dhe të endur.'.
Lehtësia e fabrikimit gjithashtu duhet të përfshihet në një plan të caktuar për të marrë parasysh kostot e punës. Për fuga dhe forma komplekse do të duhet shumë më tepër kohë për të krijuar shtrimin ideal me fibra UD. Është një arsye tjetër pse pëlhurat e endura janë zgjedhja e preferuar e shumicës së prodhuesve të biçikletave me karbon. "Pëlhura e endur është më e lehtë për t'u punuar me të sesa UD dhe kërkon më pak aftësi për ta përshtatur atë në një formë të kërkuar," thotë Giddings. "UD ka një tendencë për t'u ndarë ose përthyer rreth formave komplekse. Pëlhurat e endura lirshëm përshtaten më lehtë dhe forca e përgjithshme e strukturës ndikohet më pak nga defektet e vogla të prodhimit.'
Prodhuesit ka të ngjarë të zgjedhin një shtrojë me karbon të endur në zonat më komplekse, të tilla si kllapa e poshtme dhe kryqëzimet e tubit të kokës, por gjithsesi nuk është aq e thjeshtë sa duket sepse ka një faktor tjetër për t'u marrë parasysh. “Ju dëshironi të mbani vazhdimësinë e orientimit të fibrave jo vetëm rreth kryqëzimeve, por përmes dhe përtej tyre”, thotë Paul Remy, një inxhinier biçikletash në Scott Sports. “Mund të ketë lakime komplekse në një kryqëzim, si p.sh. kllapa e poshtme, kështu që ju duhet të mendoni për një mënyrë për të vazhduar orientimin e fibrave, për të transferuar ngarkesën nëpër to.”
Është këtu që inxhinierët e kornizës si Remy janë mirënjohës për ndihmën e shkencës kompjuterike. Në të kaluarën e vetmja mënyrë për të ditur se si ndryshimet e ndryshme të orarit të vendosjes mund të ndikojnë në rezultatin përfundimtar ishte ndërtimi dhe testimi i prototipave të shumtë, por tani një orar vendosjeje mund të testohet me një shkallë shumë të lartë saktësie nga kompjuterët përpara një fije e vetme e fibrës është prekur në një kallëp kornizë.
"Më parë ishte vërtet e vështirë të dije se çfarë efekti do të kishte ndryshimi i vetëm një pjese të lay-up në performancën e kornizës," thotë Remy.
Bob Parlee, themeluesi i Parlee Cycles me bazë në Masaçusets, kujton ato ditë të vjetra përpara se kompjuterët t'i bënin të gjithë numrat me shumë mall: 'Nëse i kuptoni ngarkesat në një strukturë kornize, si p.sh. një kornizë, vendosjet janë të thjeshta, kështu që fillimisht mund t'i përpunoja ato vetë në kokën time.' Parlee që atëherë ka pranuar se analiza e elementeve të fundme kompjuterike (FEA) ka vendin e saj. "Fillimisht nuk do të vendosja vrima në tubat e kornizës [për pikat hyrëse të kabllove ose montimet e kafazit të shisheve] sepse ato ishin pika të dobëta të mundshme, por tani FEA na tregon se çfarë të bëjmë për të përforcuar atë vrimë," thotë ai.
Rritja e fuqisë kompjuterike së bashku me softuerin gjithnjë e më të sofistikuar po i lejon inxhinierët të analizojnë shumë modele virtuale në një kohë të shkurtër dhe të shtyjnë kufijtë e dizajnit dhe materialeve. Sipas inxhinierit të specializuar të dizajnit Chris Meertens, 'Iteration është emri i lojës. Mjetet FEA krijojnë një model përfaqësues të kornizës dhe qëllimi është që të merret parasysh çdo fibër. Softueri më lejon të dizajnoj secilën shtresë, bazuar në një model optimizimi për 17 rastet e ngarkesës që kemi për një kornizë modeli.'
Çfarë do të thotë kjo është se softueri udhëzon Meertens se sa karbon duhet të jetë në secilën zonë të kornizës dhe orientimin optimal për fibrat. Sidoqoftë, aftësia është të dish se çfarë është dhe çfarë nuk është e mundur me vendosjen e karbonit. Ndonjëherë kompjuteri nxjerr ideale që janë larg idealit. “Shumicën e kohës e shikoj dhe them, “Nuk ka asnjë mënyrë që ta bëjmë këtë”, thotë Meertens. 'Pra, atëherë jam i zënë me softuerin e petëzimit për të prerë shtresat virtuale dhe për t'i mbështjellë ato në një mandrel virtual, duke e bazuar atë në fizibilitetin e prodhimit dhe optimizimet e petëzimit.'.
Edhe duke përdorur softuer kompjuterik mund të duhen ditë për t'u deshifruar, dhe ka ende shumë rrugë për të bërë përpara se të përcaktohet përfundimisht lay-up. Një aspekt ku elementi njerëzor është thelbësor është të siguroheni që klasa e duhur e fibrave të përdoret në vendin e duhur. Meertens thotë, 'fibra 0° është shumë e ngurtë, por nuk ka forcë të mirë ndikimi, kështu që, për të mbajtur tolerantin e dëmtimit të përbërë, duhet të shmangim vendosjen e tepërt në vende si fundi i një tubi poshtë. Unë do të di në këtë fazë se cilat forma fije më duhen, por tani dua të di sa nga secila fije. Kështu që unë drejtoj një program tjetër optimizimi që më tregon se sa të trasha duhet t'i bëj ato - në thelb numrin e shtresave. Ai do të analizojë diku nga 30 deri në 50 kombinime të shtresave. Ne do ta kalojmë ciklin e mbulesës virtuale dhe optimizimit katër ose pesë herë, duke rregulluar hollësisht shtresat pak më shumë çdo herë. Por në një moment ne duhet të shtypim "Shko" dhe ta dërgojmë atë.'
Udhëzues definitiv
Orari i vendosjes është si një hartë 3D, duke detajuar secilën pjesë të karbonit në formë në secilën shtresë. “Korniza është e ndarë në nëntë zona: dy ndenjëse, dy zinxhirë, kllapa e poshtme, sedilje, sipër, tubat e kokës dhe poshtë”, thotë Meertens.'Ne specifikojmë të dhënat, e cila është një bosht, për secilën zonë. Orientimi i çdo pjese të karbonit në një zonë lidhet më pas me atë të dhënë. Një tub poshtë mund të ketë plisa në 45°, 30° dhe 0° në lidhje me bazën lokale. Në përgjithësi, materiali me forcë më të lartë përdoret jashtë boshtit, në një kënd. Materialin me modul më të lartë ne përdorim në mënyrë boshtore, në 0°.'
Skedari që rezulton mund të jetë deri në 100 Mb në madhësi dhe përfundimisht kalohet në dyshemenë e fabrikës. Çdo punëtor në fabrikë merr vetëm pjesën që lidhet me pjesën e kornizës që ata janë përgjegjës për krijimin. Kjo nuk është ende ecuria përfundimtare e prodhimit. Korniza e ndërtuar është një prototip në këtë fazë dhe duhet të testohet për të siguruar që vendosja e dizajnuar në mënyrë dixhitale të rezultojë në një kornizë që funksionon në praktikë. Ekografia, inspektimi me rreze X dhe diseksioni fizik zbulojnë trashësinë e petëzuar. Diku tjetër, matrica e rrëshirës do të digjet për të ekspozuar cilësinë e petëzimit dhe nëse materiali ose fibrat kanë migruar. Testet e përkuljes duhet të tregojnë të njëjtat rezultate si analiza FEA. Në fund, megjithatë, është një njeri që e nxjerr atë në rrugë.
"Të ngasësh biçikletën është e vetmja mënyrë se si mund ta përcaktojmë me të vërtetë atë," thotë Bob Parlee. 'Ne mund të bëjmë testet e përkuljes dhe ngarkesës, por duhet të dalim dhe ta ngasim për të parë nëse funksionon ashtu siç duam.' Kur modeli e kalon grupin, prodhimit më në fund i jepet drita jeshile.
Shumica e prodhimit të biçikletave ndodhin në Lindjen e Largët, dhe kjo i jep rëndësi edhe më të madhe orarit të shtrimit. Plani i hollësishëm, nëse ndiqet me shkronjën, duhet të sigurojë që produktet që dalin nga ato fabrika të mëdha të jenë binjake identike me ato të testuara dhe të kaluara në fazën përfundimtare të prototipit. Sigurisht, shumica e markave testojnë dhe ritestojnë vazhdimisht kornizat e prodhimit për të siguruar qëndrueshmëri në mënyrë që biçikletat që arrijnë në dyqane të përmbushin pritshmëritë e klientëve. Në shumicën e rasteve, prodhuesit gjithashtu mund të gjurmojnë të gjithë udhëtimin e një kornize, menjëherë në origjinën e fijeve të para të fibrave. Kjo është diçka për të menduar herën tjetër kur do të qëndroni në këmbë dhe do të admironi krenarinë dhe gëzimin tuaj.
