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Les pièces en forme de fibre de carbone sont-elles adaptées à une utilisation dans les zones de concentration de contrainte dynamique dans les équipements sportifs?

1. Avantages de performance de Équipement sportif Pièces en forme de fibre de carbone

1.1 Caractéristiques légères et à haute résistance
Sa résistance spécifique et son module spécifique dépassent de loin ceux des matériaux métalliques traditionnels, tels que les alliages en aluminium et l'acier. Une résistance spécifique fait référence au rapport de la résistance d'un matériau à sa densité, tandis que le module spécifique fait référence au rapport du module élastique à sa densité. Cela signifie que dans les mêmes exigences de résistance structurelle, l'utilisation de matériaux en fibre de carbone peut réduire considérablement le poids de l'équipement. Pour les équipements sportifs, la réduction du poids est d'une importance vitale. Prenant l'exemple des vélos, le cadre est le composant central du vélo. L'utilisation de pièces en forme de fibre de carbone pour fabriquer le cadre peut réduire considérablement le poids de l'ensemble du véhicule tout en garantissant une résistance structurelle. Les vélos plus légers permettent aux athlètes d'accélérer, de grimper et de contrôler plus facilement pendant la conduite, améliorant considérablement la flexibilité opérationnelle et le confort. Lorsque les athlètes roulent longtemps, ils ne se sentiront pas trop fatigués en raison du cadre lourd, afin qu'ils puissent mieux fonctionner à leur niveau de compétition.

1.2 Capacités de conception de forme complexe
Les pièces en forme de fibre de carbone peuvent obtenir des formes géométriques complexes grâce à la conception des moisissures. Les équipements sportifs doivent souvent être personnalisés et conçus fonctionnellement en fonction de différentes exigences sportives et d'utilisation. Dans la conception des skis, la forme des skis doit être soigneusement conçue pour s'adapter à différentes qualités de neige et styles de ski. Équipement de sport en fibre de carbone Les pièces de forme spéciale peuvent facilement réaliser des courbes complexes sur les bords des skis et des structures concaves et convexes spécifiques sur la surface du tableau pour répondre aux différents besoins des skieurs lors de la tournure, de l'accélération et de la décélération. Dans la conception des sièges de course, les pièces de forme spéciale en fibre de carbone peuvent être personnalisées en fonction des courbes du corps du conducteur pour fournir un meilleur soutien et un meilleur emballage, et améliorer le confort et la sécurité du conducteur pendant la conduite à grande vitesse et intense.

1.3 Propriétés anti-fatie
Les composites en fibre de carbone présentent de bonnes propriétés anti-confatie sous des charges dynamiques. L'équipement sportif sera soumis à diverses charges dynamiques pendant l'utilisation, telles que les bosses des vélos pendant la conduite et l'impact des skis sur la neige. Ces charges dynamiques entraîneront de minuscules dommages et une concentration de contraintes à l'intérieur du matériau, et l'accumulation à long terme peut provoquer une fatigue du matériau, une expansion de fissure et même une fracture. Les composites de fibres de carbone peuvent résister efficacement à ces dommages à la fatigue en raison de l'armature de leurs fibres et de l'effet de liaison de la matrice de résine. Dans la fabrication de raquettes de tennis, l'application de pièces de forme spéciale de l'équipement de sport en fibre de carbone permet aux raquettes de tennis de maintenir de bonnes performances pendant la frappe fréquente, prolongeant la durée de vie des raquettes de tennis.

1.4 Caractéristiques d'amortissement
Les matériaux composites en fibre de carbone ont d'excellentes caractéristiques d'amortissement et peuvent absorber efficacement l'énergie des vibrations. Pendant l'exercice, la vibration de l'équipement affectera les performances et le confort des athlètes. Pendant la conduite d'une voiture, la vibration du corps de la voiture affectera le contrôle et la vision du conducteur. Dongli Nouveaux matériaux en fibre de carbone Parties de forme spéciale peut réduire l'amplitude des vibrations de l'équipement et réduire l'inconfort des athlètes pendant l'exercice en absorbant et en dispersant l'énergie des vibrations. Dans la fabrication de raquettes de badminton, l'application de pièces de forme spéciale en fibre de carbone permet aux raquettes de badminton de réduire les vibrations lors de la frappe du ballon et d'améliorer la précision et la stabilité de frapper le ballon.

2. Caractéristiques et défis des zones de concentration de stress dynamique

2.1 Caractéristiques régionales
Les zones de concentration de stress dynamique apparaissent généralement aux pièces de connexion, aux virages ou à la force complexe des équipements sportifs. Le dossier inférieur d'un cadre de vélo est une partie importante qui relie le plateau, l'essieu du milieu et le cadre. Il est soumis à de grands couples et à des forces de flexion pendant la conduite. Le triangle arrière est la pièce qui relie la roue arrière et le cadre. Il est soumis à des charges dynamiques complexes pendant l'accélération, la décélération et le tournage. Le bord de la planche de ski contacte la surface de la neige pendant le ski et est soumis à des forces de friction et d'impact, qui sont sujettes à la concentration de stress.

2.2 Défis
Ces zones sont soumises à des charges dynamiques périodiques pendant l'exercice, ce qui peut facilement entraîner une concentration de stress, ce qui à son tour provoque une fatigue matérielle, une propagation des fissures et même une fracture. Les matériaux utilisés dans ces zones doivent avoir une forte résistance et une forte ténacité. La haute résistance peut résister à de grandes charges dynamiques sans dommages, et une ténacité élevée peut absorber l'énergie lorsque le matériau est affecté pour empêcher l'expansion rapide des fissures. Le matériau doit également avoir une bonne résistance à la fatigue et maintenir des performances stables sous des charges dynamiques à long terme. Les matériaux utilisés dans le support de moteur d'une voiture de course doivent pouvoir travailler de manière stable pendant une longue période sous la vibration et l'impact du moteur. De plus, une excellente tolérance aux dommages est également nécessaire. Même si les microfissures se produisent, le matériau peut maintenir une certaine capacité de charge pour éviter les accidents causés par une fracture soudaine. De plus, la transformation et la contrôlabilité des coûts sont également des facteurs qui doivent être pris en compte, ce qui est pratique pour le moulage des structures complexes, et le coût se situe dans une plage acceptable.

3. Analyse d'application des pièces de forme spéciale en fibre de carbone dans les zones de concentration de stress dynamique

3.1 Conception d'optimisation structurelle
En termes de conception d'optimisation structurelle, l'optimisation topologique, la conception bionique et d'autres moyens peuvent être utilisées pour faire en sorte que les pièces de forme spéciale en fibre de carbone obtiennent une distribution uniforme des contraintes dans les zones clés et réduisent la concentration de contrainte. L'optimisation topologique est une méthode mathématique qui optimise la distribution des matériaux dans une zone de conception donnée basée sur des conditions de charge, des contraintes et des indicateurs de performance donnés. Grâce à l'optimisation topologique, la disposition optimale du matériau peut être trouvée pour rendre la distribution de contrainte des pièces de forme spéciale en fibre de carbone plus uniformes lorsqu'ils sont soumis à des charges dynamiques. La conception variable de la section transversale dans la zone à cinq voies du cadre du vélo, combinée à l'optimisation de l'angle de pli de fibre de carbone, peut améliorer considérablement la résistance structurelle. La conception de la section transversale variable peut ajuster la forme et la taille de la coupe transversale du cadre en fonction des conditions de contrainte de la zone à cinq voies, de sorte que le matériau est plus épais dans les pièces avec une contrainte plus importante et relativement plus mince dans les pièces avec moins de contrainte, améliorant ainsi le taux d'utilisation du matériau. L'optimisation de l'angle de pli de fibre de carbone est d'ajuster l'angle de pose de la fibre de carbone en fonction de la direction de force du cadre, de sorte que la direction d'armature de la fibre de carbone est cohérente avec la direction de la force, améliorant ainsi la résistance et la rigidité du cadre.

3.2 Synergie entre les matériaux et les processus
La synergie entre les matériaux et les processus est également cruciale. Dongli New Materials utilise la capacité de contrôle complète du processus, du tissage, le préreg aux moulures d'autoclave, pour obtenir une production de haute qualité de pièces de forme spéciale en fibre de carbone. Pendant le processus de tissage, l'uniformité et la résistance du tissu sont assurées en contrôlant avec précision la disposition et la densité des fibres de carbone. Le préprég est un matériau qui pré-impression la fibre de carbone avec une matrice de résine, et sa qualité affecte directement les performances du produit final. Dongli New Materials utilise une technologie de préparation préimprégnée avancée pour garantir que la matrice de résine est uniformément infiltrée dans la fibre de carbone et améliore la résistance à la liaison du matériau. La technologie de moulage d'autoclave est un processus de moulage composite en fibre de carbone couramment utilisé. En guérissant la matrice de résine à haute température et à haute pression, la fibre de carbone et la matrice de résine sont étroitement combinées pour former une pièce de forme spéciale en fibre de carbone avec d'excellentes performances. La technologie de moulage d'autoclave peut garantir que les pièces de forme spéciale en fibre de carbone ont des propriétés mécaniques cohérentes et une qualité de surface dans la zone de concentration de contrainte dynamique.

3.3 Vérification et test des performances
La vérification des performances et les tests sont des liens nécessaires avant l'application. Des tests de performances mécaniques complets sont nécessaires, notamment la traction statique, les tests de flexion et les tests de fatigue dynamique. Les tests de traction statiques peuvent mesurer la résistance à la traction, le module élastique et d'autres indicateurs de performance des profils en fibre de carbone et évaluer leur capacité de charge sous des charges statiques. Les tests de flexion peuvent mesurer la résistance à la flexion et le module de flexion des matériaux pour comprendre la déformation et les dommages des matériaux sous les charges de flexion. Les tests de fatigue dynamique simulent les charges dynamiques dans l'utilisation réelle, chargent et déchargent à plusieurs reprises les profils de fibres de carbone et observent la durée de vie de la fatigue et les changements de performances des matériaux. Grâce à ces tests, la fiabilité des profils de fibres de carbone dans une utilisation réelle peut être assurée. Dongli New Materials utilise le système de contrôle des tensions et les métiers à tisser intelligents développés indépendamment pour assurer l'uniformité et la densité du tissu, fournissant une base de vérification des performances. Le système de contrôle des tensions peut contrôler avec précision la tension de la fibre de carbone pendant le processus de tissage pour éviter la déformation et la dégradation des performances du tissu en raison d'une tension inégale. Des métiers à tisser intelligents peuvent réaliser l'automatisation et l'intelligence du processus de tissage et améliorer la qualité et l'efficacité de la production du tissu.

3.4 Technologie de connexion
Dans la zone de concentration de contrainte dynamique, la technologie de connexion entre les profils en fibre de carbone et d'autres composants est également essentielle. En raison de la particularité des matériaux en fibre de carbone, les méthodes traditionnelles de connexion métallique peuvent ne pas répondre aux exigences. À l'heure actuelle, les méthodes de connexion couramment utilisées incluent le collage, la connexion mécanique et la connexion hybride. Le collage est l'utilisation d'adhésifs pour lier des pièces de forme spéciale en fibre de carbone à d'autres pièces. Il présente les avantages d'une résistance à la connexion élevée et d'une répartition des contraintes uniformes, mais les performances des adhésifs seront affectées par les facteurs environnementaux. La connexion mécanique est de connecter les pièces ensemble via des pièces mécaniques telles que les boulons et les rivets. Il présente les avantages d'une connexion fiable et d'un démontage facile, mais il entraînera une concentration de contrainte sur le site de connexion. La connexion hybride combine le collage et la connexion mécanique pour donner un jeu complet aux avantages des deux méthodes de connexion et améliorer la fiabilité et la durabilité de la connexion.