Напомню, что в легенде к графикам, число после названия образца - его вес в граммах.
На приведенных графиках хорошо видно, что “потолочка” обладает значительной анизотропией. Образцы, вырезанные поперек волокон, имеют жесткость и прочность почти в 2 раза меньше, чем образцы с продольным расположением волокон.
Также следует отметить, что свойства “потолочки” имеют значительный разброс характеристик как по листам из одной пачки, так и по положению на листе. Сравните графики 101 и 101’.
Обтяжка скотчем повышает жесткость, но практически не влияет на прочность. При достижении критической нагрузки образец просто складывается.
Более толстый образец из панели имеет большую жесткость, но прочность практически та же.
Обтяжка скотчем
Обтяжка скотчем повышает жесткость, но практически не влияет на прочность. Важно не путать эти два понятия!
Как видим из графиков - армированный скотч практически не увеличивает жесткость, а веса добавляет почти в 4 раза.
Пленка для ламинирования дает наилучшие результаты, но значительно повышает вес.
Прочел в форуме тему Прочный материал о обтяжке бумагой для факса на ПВА или “Титане”. Сделал образцы для проверки. Все разрушения образцов имеют одинаковый характер:
Немного не в тему, но, все же. Как видно на фото выше, очень наглядно получается фотографировать на фоне “миллиметровки”. Нужно принять это на вооружение.
Покрытия
Для проверки влияния покрытия поверхности покрыл образцы акриловым лаком; “Титаном”, разведенным спиртом.
Хочется, чтобы покрытие и улучшало механические характеристики, и не слишком увеличивало вес, и можно было бы покрасить модель.
Как видим, акриловый лак и краски не увеличивают жесткость и тяжелее, чем покрытия на основе спиртового раствора клея “Титан”.
Захотелось сделать “Титановую” краску. Получилось вот как.
Разводим краску для струйных принтеров в спирте. Затем добавляем клей “Титан” и перемешиваем. Получается краска, которая не расслаивается и неплохо покрывает “потолочку”.
Недостатком такой “Титановую” краски является ее прозрачность.
Усиление “бамбучиной”
А как же влияет вклеивание бамбуковой палочки для шашлыка (бамбучины) на механические характеристики? Проверим. Образцы (“бамбучина” вклеена на клее “Akfix PA 360”):
“потолочка” с вклеенной “бамбучиной”
“потолочка” с вклеенной “бамбучиной” + обтяжка скотчем
“потолочка” с вклеенной “бамбучиной” + покрытие “Титаном”, разведенным в спирте
Как видим из графиков - вклеивание “бамбучины” значительно (практически в 4 раза) увеличивает прочность и жесткость. Думаю, вклеивание углепластикового прутка даст еще более ощутимый эффект. Попробовал в образце со вклеенной “бамбучиной” вырезать окна облегчения. Выяснилось, что эти окна облегчения практически не влияют на механические характеристики. Также проверил как поведет себя “бамбучина”, склеенная на ус. Оказалось место склейки “бамбучины” имеет очень низкую прочность. Поэтому его нужно усиливать, ну и, по крайней мере, не располагать склеенный участок в месте максимальной нагрузки.
Не было бы счастья...
При испытаниях у меня один образец - обтяжка цветным скотчем дал результат, который выпал из общей картины. Жесткость и прочность значительно выше, чем у остальных образцов с обтяжкой скотчем. Сделал дубликат - он лег в общую картину образцов, обтянутых скотчем. Начал вспоминать, и вспомнил. При изготовлении двухслойных образцов зазевался и пересушил пластину, покрытую клеем “Титан” (я когда клею - всегда даю клею немного подсохнуть). Эту- то пластину я и использовал для изготовления образца, обтянутого цветным скотчем. Думал - да что там этот подсохший слой клея “Титан”. Но, оказалось, покрытие клеем “Титан” значительно увеличивает прочность! Слой клея “Титан” не дает сложиться “потолочке”. Графики для образцов, покрытых “Титаном” приведены ниже. Следует отметить, что несмотря на то, что клей “Титан” высыхает примерно за 8 часов, окончательное его отвердение происходит через несколько (2-3) суток!
Как видим из графиков - покрытие клеем “Титан” увеличивает прочность и жесткость, но в меньшей степени, чем вклеивание “бамбучины”.
Здесь также привожу графики испытаний образцов, которые оклеены бумагой. Действительно бумага повышает жесткость и прочность, но в меньшей степени, чем усиление “бамбучиной”.
Двухслойные образцы.
Как видим из графиков - двухслойные образцы почти в 3 раза прочнее, чем один слой “потолочки”, но менее прочные, чем однослойные с вклеенной “бамбучиной”. Клей “Титан” более легкий и более жесткий, чем клей “Akfix PA 360”.
Дедушка Мороз принес мне под елочку термопистолет для термоклея. Решил попробовать склеить двухслойный образец и им. Прочность и жесткость выше, но вес образца почти в два раза выше. Попробовал вырезать окна облегчения. Вес снизился, но и механические характеристики упали, хотя выше, чем у однослойных образцов, обтянутых скотчем. Следует отметить, что по весу образцы с окнами облегчения легче, чем образцы, обтянутые скотчем.
Характер разрушений двухслойного образца с окнами облегчения
Двухслойные образцы с обтяжкой
Как мы помним, на однослойных образцах обтяжка скотчем или пленко повышала жесткость отразцов, но мало повышала их прочность. В случае двухслойных образцов также происходит повышение жесткости. Повышение прочности выше, чем у однослойных образцов, но прочность ниже, чем у образцов с усилением бамбучиной.
Двухслойные образцы с “бамбучиной”.
Хороший результат получился при вклеивании “бамбучины” в один слой “потолочки”. Попробуем, как поведет себя усиление “бамбучиной” двухслойного образца. Но вклеивать “бамбучину” в середину - занятие достаточно “бессмысленное”. Как помним еще из сопромата, при изгибе максимальная нагрузка на поверхности образца. Классический пример - двутавровая балка. Поэтому вклеил две “бамбучины” в пазы с обеих сторон образца (лицевая и изнанка). Как видим из графиков такая конструкция имеет значительную прочность и жесткость.
Трехслойные образцы.
Трехслойные образцы имеют хорошую прочность и жесткость. Думаю в них тоже можно выполнять окна облегчения. При разрушении трехслойных образцов уже происходит разрыв верхнего слоя “потолочки”
Образцы лонжеронов.
При испытании образцов, имитирующих лонжерон за отправную точку берем лонжерон из одного слоя “потолочки”. Далее идут образцы различных вариантов. Очередные “Грабли”. При испытании обнаружилось, что под сосредоточенной нагрузкой, которую создают опоры стенда, образец сминается.
В реальном крыле на плоскости нагрузка распределенная, что не приведет к такому сминанию. А вот в месте крепления крыла к фюзеляжу наступает как раз такой случай. В этом месте без продольного набора (нервюры) не обойтись. Нужно “поймать” нагрузку от изгибающего момента в крыле и передать ее на фюзеляж.
Подробнее о распределении нагрузки на крыло можно почитать например здесь:
Т.е. в месте крепления крыла к фюзеляжу в конструкции крыла обязательно должны быть поперечные силовые элементы - нервюры. Если таких поперечных элементов нет - крыло в полете может сложится, о чем неоднократно писалось на форуме.
В связи с этим, для испытаний, из линейки нарезал вставочки, которые вклеиваю на термоклее в местах приложения нагрузки (6 штук на образец). После проведения испытаний эти вставочки можно вырезать и использовать повторно.
Сравним поведение образцов при испытании без вставок и со вставками Жесткость образца практически та же, а вот прочность со вставками более чем в 2 раза выше!
Еще одна интересная особенность. Если при склейке двухслойных образцов клей “Титан” показал лучшие результаты, чем клей “Akfix PA 360”, то в образцах лонжеронов наоборот. Скорее всего это связано с тем, что шов клея "Титан" более жесткий и при значительных нагрузках он уже начинает разрушаться. Шов клея “Akfix PA 360” менее жесткий и позволяет более равномерно распределить нагрузку. Не зря же в авиации применяют заклепки - они позволяют равномерно передать нагрузку.
Многие рекомендуют в качестве лонжерона вклеивать полосу, вырезанную из ученической линейки. Сделал и такие образцы. Такие образцы выдерживают нагрузку до 25 - 30 кг. Вроде бы отлично, если бы не одно но.... Как показали испытания такой лонжерон имеет слишком большую жесткость. И при значительных нагрузках линейка начинает “рубить” “потолочку”.
Поэтому просто линейку вклеивать в конструкцию нет смысла. Нужно вклеивать небольшие полосы, которые будут иметь прочность и жесткость соизмеримую с жесткостью и прочностью остальной конструкции. Для примера я испытал образцы лонжерона, полки которого - полоски линейки шириной 6 мм
Выводы
Однослойные образцы
Для однослойных образцов невозможно добиться хороших результатов без вклеивания усиливающих элементов (“бамбучина”, углепластик). Причем думаю, что при вклеивании углепластика стержни нужно вклеивать небольшого диаметра. Так и вес будет меньше, и, что более важно, можно избежать эффекта, что и в случае вклеивания полосы от линейки в качестве лонжерона. Как и в случае с образцами лонжеронов слишком жесткая и прочная углепластиковая вставка порвет остальную конструкцию при нагрузках.
Двух и трех слойные образцы.
Склеивание нескольких слоев “потолочки” дает мало ощутимый эффект. Однако, при усилении конструкции, можно получить очень хорошие результаты. В многослойных образцах можно вырезать окна облегчения и таким образом уменьшить вес конструкции.
Образцы лонжеронов
О пагубности вклеивания в качестве лонжерона линейки я уже писал. Также, по моему мнению, вклеивание в качестве лонжерона “потолочки” в 2 и более слоя также не лучшее решение. Лучше уже вклеить узкие полки лонжерона из той же “потолочки”, а стенку сделать однослойной. Нужно будет провести испытания, чтобы это проверить.
Ниже привожу сводные графики наиболее характерных плоских образцов.
Заключение
В общем получился достаточно простой инструмент для анализа прочности. На нем можно проверять свои идеи по усилению конструкции. Глупые идеи отбросить, хорошие сложить в копилку.
Была еще мысль повести испытания фрагментов фюзеляжа. Но в связи с тем, что выяснилась необходимость для проведения испытания вклеивать усиления (как на лонжеронах) получается не все так просто. Если для образцов лонжеронов усиливающие вставочки можно вклеить уже после взвешивания образца, то в случае с фрагментом фюзеляжа так просто не получится. Контур образца замкнутый. И вклеить что-то после взвешивания внутрь проблематично. Нужно продумать как это обойти.
Хочется также провести сравнительный анализ образцов типа хвостовая балка. За основу взять деревянную рейку, как это сделано в “Метроиде”. И попробовать изготовить наборные образцы.
Я, при изготовлении основания стедна, сделал вырез. Есть задумка провести испытания на кручение. Сзади основания в районе этого отверстия крепится образец перпендикулярно плоскости основания.
Неподвижные опоры заменяются на ролики, через которые проброшен шнур. На торце образца крепится круглая траверса. Концы шнура ложатся на боковую цилиндрическую поверхность траверсы с обеих сторон и закрепляются. Таким образом мы создаем в образце только крутящий момент. Но это пока эскизная задумка.
Можно будет также испытать образцы заделки “кабанчиков” в рулевые поверхности. Образец также крепим перпендикулярно плоскости основания стенда, как и в предыдущем случае. Но и второй конец образца также закрепляем. Образец устанавливаем так, чтобы отверстия в “кабанчике” были на оси весов.
Если у кого есть какие пожелания по проведению дополнительных испытаний, идеи по конструкции - пишите в форум, я с удовольствием попробую проверить ваши идеи.
Вы также можете изготовить образец/образцы и прислать их мне по почте (думаю пройдет и в обычном конверте). Я с удовольствием его поломаю .
.