Ekstremalias sąlygas – itin didelį greitį, kliūtis lenktynių ruože – atlaikančių specializuotų konstrukcijų, pagamintų iš šiuolaikinių kompozitinių medžiagų, kokybė turi būti nepriekaištinga. Neseniai Bahreine vykusiose „Formulės-1“ lenktynėse komandos „Haas“ vairuotojo gyvybę išgelbėjo italų įmonės „Dallara Automobili“ suprojektuotas specializuotas anglies pluošto kompozito kėbulas. Prie šių konstrukcijų tikrinimo metodų kūrimo bei taikymo prisideda ir KTU Prof. K. Baršausko ultragarso mokslo instituto mokslininkai.
Anglies pluoštas pasižymi dviem unikaliomis savybėmis: lengvumu bei tvirtumu. Pasak Kauno technologijos universiteto (KTU) profesoriaus Renaldo Raišučio, šios savybės yra labai svarbios lenktyniniuose automobiliuose bei orlaiviuose.
„Anglies pluoštas atlaiko dideles statines bei dinamines apkrovas, o tai pasitarnauja ekstremaliose situacijose. Būtent dėl šios priežasties jis yra plačiai naudojamos specialios paskirties rėmų, sijų ir dengiančių panelių konstrukcijoms sutvirtinti“, – teigia KTU Prof. K. Baršausko Ultragarso mokslo instituto vyriausias mokslo darbuotojas R. Raišutis.
Lenktyniniuose automobiliuose anglies pluoštas keičia plieną
Nuo 2015 m. „Dallara Automobili“ „Haas” komandai konstruoja specializuotą, iš anglies pluošto kompozito, gaminamą kėbulą. Ši įmonė yra įžymi pasaulyje dėl superautomobilio „Bugatti Chiron“ kėbulo, kuriuo 2019 m. buvo pasiektas to meto pasaulio greičio rekordas – 490 km/h. Šio automobilio kėbulas taip pat buvo pagamintas iš anglies pluošto kompozito.
Lenktyninių automobilių kėbulų gamyboje įprastai naudojamą plieną vis dažniau keičia anglies pluoštas, pasižymintis lengvumu ir tvirtumu. F-1 bolidas turi atvirą kėbulą – kapsulę, kurioje sėdi lenktynininkas. Po starto Bahreine vykusiose lenktynėse „Haas F1“ vairuotojas Romainas Grosjeanas 225 km/h greičiu rėžėsi į trasos atitvarą. Nuo smūgio atsiskyrė vairuotoją apsauganti kapsulės dalis.
Pasak R. Raišučio, ši kapsulės dalis yra sudaryta iš anglies pluoštu sutvirtinto kompozito ir padengta aramido pluoštu, skirtu apsaugoti vairuotoją esant įvairaus stiprumo smūgiams, kurie įvyksta atsitrenkiant į kitus automobilius ar įvairias kliūtis lenktynių trasoje.
„Smūgis buvo toks stiprus, kad nutrūko šeši varžtai, jungiantys vairuotoją apsaugančią kapsulę ir galinę automobilio dalį su varikliu, ir galine pakaba. Svarbu paminėti tai, kad prie šios vairuotojo kūną apsaugančios kapsulės, siekiant apsaugoti lenktynininko galvą susidūrime su įvairiomis kliūtimis, pritvirtinta ir speciali iš dviejų segmentų sudaryto titaninio lanko ir trijų atramų sistema“, – pasakoja KTU profesorius R. Raišutis.
Netinkama kėbulo kokybė gali kainuoti gyvybę
Specializuotų mechaninių konstrukcijų – gaminamų iš šiuolaikinių kompozitinių medžiagų – kokybė turi būti nepriekaištinga, nes tokios konstrukcijos turi atlaikyti ekstremalias lenktynių sąlygas.
„Konstrukcijos turi būti tikrinamos atitinkamais neardomųjų bandymų ir būsenos stebėsenos metodais, siekiant išvengti pavojingų vidinių defektų. Jeigu jose yra vidinių defektų, eksploatacijos ar patirtų smūgių metu konstrukcija gali neatlaikyti ir sulūžti, ir dėl to gali žūti žmonės“, – sako mokslininkas.
Konstrukcijų vidinės struktūros tyrimai atliekami neardomųjų bandymų metodais: ultragarsiniais ir Rentgeno.
„Šie vienas kitą papildantys metodai suteikia galimybes mechaniškai nesuardant tiriamojo objekto „pažvelgti“ į jo vidų. Rezultate aptinkami klijuotų kompozicinių konstrukcijų vidiniai defektai, pavyzdžiui, oro burbulai, nesusiklijavimai, atsisluoksniavimai. Taip pat metalinių objektų vidiniai įtrūkimai ir suvirinimo siūlių defektai bei 3D spausdintų plastikinių ir metalinių objektų vidiniai defektai“, – teigia R. Raišutis.
Profesorius pažymi, kad tyrimo laikas priklauso nuo tikrinamo objekto tipo ir jo gabaritų, pačios konstrukcijos sudėtingumo ir jos vientisumui kritiškai svarbių tikrinamų vietų skaičiaus. Taip pat nuo konstrukciją sudarančios medžiagos savybių ar naudojamų medžiagų rinkinio.
„Prie šių metodų kūrimo ir taikymo uždavinių sprendimo, savo ilgamete patirtimi, sukaupta taikant neardomųjų bandymų metodus atsinaujinančių energijos šaltinių jėgainių komponentų, aviaciniame ir transporto sektoriuose naudojamoms kompozitinėms konstrukcijoms tirti, aktyviai prisideda KTU Prof. K. Baršausko ultragarso mokslo instituto mokslininkai“, – sako R. Raišutis.
Bendradarbiaujant su pramoniniais partneriais, tokiais kaip „Airbus“, „Shell“, „Safran“ bei „Dallara Automobili“, KTU Prof. K. Baršausko ultragarso mokslo institutas vykdo 4 metų trukmės projektą. Projekto tikslas – pirmą kartą apjungti efektyvius ultragarso bangų sklidimo įvairiose konstrukcijose modeliavimo ir signalų apdorojimo metodus bei įvertinti šių konstrukcijų būsenos stebėsenos sistemų patikimumą.
Projektas „Nukreiptosios bangos struktūrų būsenos stebėsenai (GW4SHM)“ yra finansuojamas Europos Komisijos Horizon 2020 Marie Sklodowska-Curie Actions Innovative Training Networks (MSCA-ITN) programos.
