منبع تحقیق : دانلود پروژه رشته مکانیک درباره جنس هاي فريم دو چرخه – قسمت سوم

4- تقابل كربن با قطعات فلزي :

1- يكي از بزرگترين معايب فريم فلزي در اتصالات می باشد. تقريباً همه شكست فريم ها نزديك اتصالات رخ مي دهد كه معمولا به دلايل زير می باشد: ساخت اتصالات ميتواند لوله گذاري (tubing) فريم را ضعيف كند. (بخاطر افزايش دما) و يا طراحي اتصالات ميتواند تمركز تنشي كه حاصل آن شكست می باشد را پديد آورد.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

همچنان كه قبلا تصریح گردید استحكام يك زنجير تنها وابسته به ضعيف ترين حلقه آن مي باشد. روشهاي متداول و يا سنتي ساخت فريم كربني از لوله هاي كربني با دسته هاي (lug) آلومينيومي روشهايي بحث برانگيز مي باشند. آيا زنجير چسبنده استحكام كافي را خواهد داشت آيا بين فيبر كربن و آلومينيوم يك واكنش شيميايي وجود خواهد داشت آيا مواد در سرعتهاي مختلف هنگامي كه تحت الشعاع نوسان حرارتي باشد، منبسط خواهد گردید (انبساط حرارتي ) همچنين با جايگزيني ساده لوله سازه مواد از فلز به فيبر كربن ، دليلي براي مسائل ساده اتصالات وجود ندارد و به سادگي حذف خواهند گردید.

اتصالات به هم چسبيده در مناطق پرتنش قرار مي گيرد، به گونه ويژه ته قالب (دسته) سگدست (bracket cluster) و آغاز و انتهاي مفاصل لوله در يك فريم دوچرخه. ناپيوستگي مواد (وقتي كه دو ماده نامشابه به هم اتصال داده مي گردد) تنش هاي خيزان را به وجود مي آورد. (مناطق متمركز از تنش). درگير شدن با خوردگي گالوانيكي ، انبساط حرارتي، يا يك زنجير ناقص، اين مناطق مي توانند خطر جدي براي شكست باشند. شكست در بهترين حالت مي تواند براي يك دوچرخه در سرعتهاي بالا يك تجربه ناگوار و بيشتر از يك خراش ساده باشند.

3- شكست پيوندي (bonding failure) مي تواند از يك اقدام ساده براي نگه داري يك دوچرخه در وسيله نشأت بگيرد. زير يك تابش آرام و ملايم، قسمتهاي دروني به اساني ميتوانند به دماي بيشتر از ْ 180 فارنهايت دست پيدا كنند. به گونه مشابه انتقال يك دوچرخه در فضاي حمل بار يك هواپيما (كه مي تواند شديداً در ارتفاع زياد سرد گردد) مي تواند تأثيرات زيان آوري در ساختار كامل يك فريم داشته باشد. در اين دماها به ويژه اگر تكرار شونده باشند و با گرمايش، سرمايش متناوب ادامه پيدا كنند (شبيه آب پاشي hosing ) يك دوچرخه براي تميز كردن آن تغييرات القايي دمايي مي تواند در مواد مختلف فريم و اتصالات آن روي قطعات پديدار گردد. براي فريم هايي با موادي از ضرائب مختلف انبساط، اين مطالب مي تواند منجر به شكست گردد. شكست مي تواند در مناطقي محدود به لوله و اتصالات دسته (tube & lug joing) تا ته پوسته هاي سگدست (bracket) بوش هاي سرلوله، تعويض كننده (shifter) و مخازن اصلي آب (water bottle bosses) رخ دهد. دو روش براي هدف گيري اين مطلب يكي بهره گیری مواد با ضرائب مشابه انبساط حرارتي براي اتصال لوله هاي بدون پيوند و به كار بردن سيستم هاي نگه داري مكانيكي موازي همراه با اتصال bonding براي قسمت هاي الحاقي، اگر فلز بايد بكار برده گردد آن فلز تيتانيوم مي باشد. تيتانيوم بر خلاف فولاد و آلومينيوم مستعد به خوردگي نيست.

تيتانيوم به عنوان يك فلز، همچنين مشخصات انبساط حرارتي به گونه مساعد شبيه به فيبر كربني دارد اين در حاليست كه آلومينيوم و تيتانيوم كمي متفاوت هستند.

4- الحاق قطعات چالش ديگري در ساخت دوچرخه هاي كامپوزيتي مطرح مي كند. آلومينيوم به سهولت وقتي كه به فيبر كربني متصل مي گردد مي پوسد و اين در اقتضاي تفاوتهاي ذاتي در پتانسيل هاي خوردگي گالوانيكي دو ماده مي باشد. خوردگي نه تنها براي دسته هاي آلومينيومي پيوند داده شده به لوله هاي كربني بلكه در ديگر مناطق مثل ته پوسته هاي سگدست (bracket) ، دهنه و نشيمنگاه (head & seat tube sleeve) مطرح می باشد.

گذشته از خوردگي گالوانيكي، مشخصات مختلف خستگي و سرعت هاي انبساط حرارتي دو ماده، احتمال رخ داد شكست را در قطعات ارتباط افزايش مي دهد.

5- اتصال (Bonding) به فيبر كربني هميشه براي سازندگان فريم كربني يك مسأله بوده می باشد. متغيرهاي زيادي درگير با اتصالات و پيوندهاي چسبنده هستند.
عمر طاقچه (shelf lifte) ، دقت اندازه گيري تركيب كردن مسائل در زمينه انتقال، خطاي انساني و … ). اطمينان از اين موضوع كه آيا يك واكنش شيميايي در حال اجراي كاركردهاي مورد نياز به صورت درست يا نادرست می باشد، بسيار مشكل می باشد. مسأله اساسي داشتن چنين اتصالات شامل شكست و منحرف شدن اعضاء ماداميكه در حركت ايست بوده كه ميتواند منجر به نتايج خطرناكي براي راننده ( و همراهان راننده) گردد، البته اگر آنها در حال افتادن به داخل پره هاي در حال چرخش يا زير يك چرخ باشند. اگر آلومينيوم بايد بهره گیری گردد بايد آنرا پیش روی كربن براي جلوگيري از خوردگي گالوانيكي عايق كاري كرد. بسياري از طراحان براي عايق كاري آلومينيوم به آندايزينگ (andaizing) اتكا مي كنند. در نهايت اين روش فقط براي چند سالي مفيد و جوابگوست ديگران به خود چسبندگي براي عايق كاري آلومينيوم دو برابر كردن اعتماد مي كنند. اين مطلب با شيشه اي مخصوص پر شده از چسبنده كه در قطعاتي كه در فيكسچرها پيوند خورده اند بهره گیری مي گردد قابل انجام بوده كه از تماس قطعات با يكديگر حين بهبود (curing) چسبنده جلوگيري مي كند.

6- يكي از تلاشها در جهت رفع معضلات اتصال (Bonding) سوراخ كاري در ساختار و پرچ كردن قطعه به ورق فيبر كردن و کوشش براي تقويت منطقه اطراف سوراخ پرچ شده با تعدادي صفحات نگه دار (backing plate) بوده می باشد.

7- بهترين راه حل خلق يك سيستم مي باشد كه اگر الحاق و اتصال اعضاي فلزي نيازمند باشد آنها ميتوانند با ماده اي كه خواص مشابهي به فيبر كربن از خود نشان مي دهند فرم بگيرند. يك نياز مهم بهره گیری از موادي می باشد كه بايد يك ضريب انبساط حرارتي شبيه به كربن داشته باشد. تيتانيوم پركاربردترين فلز در مواردي می باشد كه نيازمند الحاق يك فلز به كربن هستيم و اين خاطر مقاومت به خوردگي بالا و ضرائب انبساط حرارتي مشابه به كربن مي باشد. ضمناً در صورت نياز به اتصال يا باندينگ بايد با يك سيستم محافظ مكانيكي تركيب گردد. اعضاي محافظ مكانيكي اتكا به باندينگ تنها را كاهش يا محو مي كنند.

5- ثبات و استحكام در ساخت :

  • استحكام در ساخت با فيبر كربني مسئله اي می باشد كه مواجهه بسياري از سازندگان را در ادامه خواهد داشت هر روش چالش هاي ذاتي خود را خواهد داشت. با در نظر داشتن فريم هاي ريخته گري شده براي اندازه هر فريم نيازمند يك قالب هستيم.

فشار در داخل لوله ها جهت انبساط آنها به ديواره حفره قالب ها نياز مي باشد. اين فشار معمولا به وسيله محورهاي لاستيكي قابل انبساط (Mander) يا كيسه ها (Bladder) يا بوسيله فشار وارد كردن دو جانبه كامپوزيت يا يك هسته فوم ماند داخلي انجام مي گردد. اين پروسه بهبود بايد در دماهاي بالا اجرا گردد كه باعث مي گردد فوم مواد كامپوزيت را منبسط و منقبض كند. ماداميكه فريم هاي قالب ريزي شده بادكنكي (Bladder – Molded frame) با هوا يا گاز داخلشان پرفشار شده اند فوم در داخل لوله به عنوان يك عضو پايدار (دائمي) ساختار و اغلب مثل كيسه (Bladder) باقي محكم (سفت) جائيكه كيسه به پل (Bridge) در عرض شعاع متمايل مي گردد كاملا صادق می باشد.

در غياب فشار كافي تراكم بي قاعده و خلل و فرج هاي احتمالي (حباب هوا) نتيجه مي گردد كه مي تواند نتيجه تورق لايه هاي مواد كامپوزيتي را در بر داشته باشد.

3- ضمناً درزها معمولا در مناطقي كه كربن اتصال داده يا لب به لب (over lapp) شده می باشد به وجود مي آيد. اين درزهاي برجسته نيازمند سنگ زني وسيع و دقيق و يا سوهان كاري سرتاسري قسمت اعظم فريم براي اطمينان از پرداخت صيقلي مي باشد. سنگ زني يا سوهان كاري زياد مي تواند باعث جداشدن يا انفصال فيبرها و ضعيف سازي محدوده مربوطه گردد. اين مسأله مي تواند چند جزئي گردد اگر تكه هاي كربن قبل از به هم پيوستن بيشتر از لب به لبگي مناسب ، چروكيده يا گير كرده شوند. جدا از مشكلات تضمين كيفيت پايدار، فريم هاي ساخته شده دوچرخه به وسيله اين پروسه عموماً خيلي گران و براي توليد در اندازه ها و شكل هاي هندسي مختلف سخت و مشكل مي باشد. سازندگان فريم هاي قالب ريزي شده علاقمند به كار با قطعات و اشكال ساده شده اند مثل (fork) و (seatstay) . با اين وجود اشكال پيچيده تر مثل فريم يك دوچرخه پتانسيل بيشتري براي بي ثباتي را ايجاد مي كند.قطعات كمتر براي كنترل پروسه، بهتر می باشد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

5- ثبات (هماهنگي) عموماً در ساخت لوله هاي سازه اي شكل گرفته در اطراف مرغك (mandrel) خيلي مفيد می باشد لوله ها ميتواند در طي يك و يا بيشتر از يك پروسه ساخته شوند : جمع آوري دستي (hand by – up) ، نوردكاري غلتان يا پيچشي
(roll – wrapping) يا نودركاري مسطح (table rolling) ، بافتن (braiding) ، پيچش يا انحناگذاري ميله اي (filament winding) . از اين روشها انحناگذاري ميله اي و بافتن مزيت هاي بنيادي بيشتري نسبت به جمع آوري دستي و روشهاي نور مسطح دارد. انحناگذاري ميله اي انتقال بار در ساختار كامپوزيت را بيشينه كرده و اين از زماني می باشد كه فيبرها معمولا تحت كشش قرار گرفتند. (روشي كه فيبر كربني بيشترين انتقال بار را انجام ميدهد). سيستم پيچي فيبرها تحت كشش به فيبر اجازه پذيرش فوري بار را بعد از استعمال داده و اين اتفاق قبل از تنش گذاري ماده ماتريكس به حدود يغمايي اش مي باشد. از كاركردهاي اوليه مواد ماتريكس، شكل دهي به ساختار و موقعيت دهي به فيبرها بوده كه بار اعمال شده بتواند به گونه مؤثري به فيبرها انتقال يابد.

وقتي كه فيبر در ساختار تحت بار،‌ چروكيده يا ناهموار گردد احتمال شكست ماتريكس بالا ميرود. زیرا استحكام رزين به گونه قابل توجهي كمتر از مقاومت فيبر می باشد . اين رزين درهم شكسته مي گردد. اگر چه اغلب به گونه تدريجي می باشد ولي كاهش عمر كاركرد سازه كامپوزيتي را در برخواهد داشت. بخاطر اينكه فيبرهاي داخل سازه به گونه هموار (مسطح) بارگذاري نمي شوند و نتيجتاً بعضي فيبرها قبل از اينكه همه فيبرهاي ساختار با يكديگر آغاز به كار كنند پاره خواهند گردید. اين دو هم ‌تدريجي ماتريكس و فيبر مي تواند منجر به عمر خستگي كميته اعضاي سازه گردد.

6- كارآيي (راندمان) سازه بيشتر و كم بيشينه خستگي در سازه هاي لوله اي پيچ خورده (filament wound tubular structure) ميله اي بيشتر بهينه سازي شده و اين از زماني می باشد كه درزهاي مواد يا لب به لب شدگي ها در لايه هاي مواد ديگر وجود ندارند. توجه مناسب به موقعيت درزهاي لايه ها يا لب به لب شدگي ها در نورد مسطح يا سازه هاي لوله اي جمع شده (lay – up tubular structure) براي نگهداري خواص طراحي بار ايستايي ضروري می باشد.

با اين وجود درزها و لب به لب شدگي عدم تأثير مثبت خود را در وزن سازه هاي پيچ خورده‌ي لوله اي در بر خواهند داشت.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

6- مقاومت به آسيب :

1- شبيه دمپ كردن، مقاومت به ضربه در هر كامپوزيتي يافت نمي گردد اما ميتوان آنرا اعمال (طراحي) كرد. فريم دوچرخه به گونه سنتي هدف تنش هايي مثل درهم شكستن هاي كوچك سقوط و نگهداري نا استاندارد و انتقال نادرست قرار گرفته می باشد. چنين مسائلي مثل تأثيرات جمع شونده سايش هاي بيشمار، (تكيه دوچرخه به پاركومتر يا ديوار) يا يك رويداد فاجعه آميز مثل انسداد يا فشردگي يك زنجير بين يك لوله فريم و حلقه هاي زنجير در حال چرخش باعث نگراني سازندگان كربن می باشد. بعضي از سازندگان از يك هسته آلومينيومي در لوله قاب خورده يا پيچيده شده با فيبر كربن و كولار (kerlar) بهره گیری مي كند. اين هسته فلزي تضمين در موارد مختلف سايشي به خوبي حذف مسائل با همكاري پيوند نامشابه فراهم مي كند،‌اگر چه اين روشها به طرز محسوسي لوله هاي سنگين تري توليد مي‌كند. ساخت لوله هايي با حاشيه اي از استحكام كه قسمتي از سايش هاي كوچك را تحمل خواهد كرد با وجود اتلاف تعداد از فيبرها بايد آسان باشد. به مقصود جلوگيري از سايش هاي كوچك روشهاي مقابل قابليت گزينش دارند : بهره گیری از پوشش لعاب اورتان (urethane) بهره گیری از يك لايه فدا شونده بيروني، يا بهره گیری از يك لايه بيروني از كولار يا بورن (boron) در لوله ها قرار دارند. فريم هاي كيسه اي (Bladder) قالب ريزي شده به خاطر تراكم فشار كمتر و ناهمگوني و در ضخامت هاي ديواره به گونه عمومي در معرض آسيب ضربه بيشتري قرار دارند. با هر نوع لوله سازي حداقل ضخامت ديواره مناسب بايد با قطر لوله مناسب (نسبت قطر / ضخامت ديواره) بالانش شده و اين براي تضمين اين مطلب می باشد كه يك دوچرخه با مشخصه هاي رانندگي مطلوب را با مقاومت به آسيب تركيب كند.

7 – پرداخت :

دانلود فایل تحقیق : دانلود پروژه رشته مکانیک درباره جنس هاي فريم دو چرخه – قسمت دوم

چه مي گردید اگر صلبيت هر لوله، در خلال فرآيندهاي شكل دهي و يا فرزكاري از يك سطح خمشي تا ديگري يا از انتهاي يكي تا بعدي تغيير كند. فريم براي بارهاي جانبي ناشي از پدال زدن مي توانست صلب ساخته گردد. اما براي تحمل تكان هاي مسير، در سطح عمود تنظيم مي گردید. شكل دهي يا براده برداري يك فريم به اين روش تقريباً غير ممكن مي‌باشد. اما كامپوزيت ها به سادگي مي توانند به عضوهاي ساختاري و اصلي با مقاطع عرضي پيچپديه قالب ريزي شوند.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

5- تصوير 1 نشان دهنده‌ي سفتي ويژه 4 ماده اصلي بهره گیری شده در فريم دوچرخه می باشد. سفتي ويژه در قالب مدول كشي شامل چگالي يا به گونه ساده تر، نسبت سفتي به وزن ، تعريف مي گردد. ممكن می باشد پرسيده گردد كه اگر فيبر كربن داراي چنان نسبت سفتي به وزن بالايي می باشد، چرا از حالت فعلي سبكتر نيستند جواب اين می باشد كه فيبر كربن داراي جنس عظيمي در كشش می باشد اما در اقدام هدايت تمامي تنش هاي تحميلي بر روي يك ساختار مشكل می باشد. اين بستگي به طراح دارد كه چقدر آن را مورد توجه قرار مي دهد و حداكثر تلاشش را براي بارگذاري فيبرها در كشش انجام دهد.

6- كامپوزيت ها مي توانند به عضوهايي ساختاري و اصلي با مقاطع عرضي پيچيده و با سهولتي نسبي قالب ريزي شوند. همچنين داراي بعضي خواص مكانيكي بسيار مؤثر مي باشد. آلومينيوم 6061 و سري 7000 كه در فريم هاي دوچرخه بهره گیری مي گردد تقريبا يك سوم سنگيني فولاد، يك سوم سفتي آن و در بهترين شرايط حدود 80% استحكام آلياژ crmp 4130 بهره گیری شده در بيشتر فريم هاي دوچرخه را داراست. تيتانيوم تقريباً دو سوم وزن فولاد ، نيمي از سفتي آن و حدود 60% استحكام فولاد را داراست. كامپوزيت فيبر كربن كه بيشتر توسط سازندگان دوچرخه بهره گیری مي گردد كمتر از يك چهارم وزن فولاد را دارد و در ارتباط با سفتي حدود چهاربرابر سفت تر (بر پايه وزن به وزن) و تقريباً چهار برابر مستحكم تر در كشش مي باشد. فيبركربن همچنين عمر خستگي بيشتر از فولاد، تيتانيوم و يا آلومينيوم دارد و رزين معمول كه براي مقيد كردن رشته ها بهره گیری مي گردد هم خاصيت ميرا كردن ارتعاشات خوبي دارد.

تصوير 2

7- دمپ ارزش و تكان ، دو فاكتور مهم می باشد كه دوچرخه سواري را متأثر مي كند. با اين وجود اين دو از موضوعاتي همبسته كه در علم مواد كمتر فهميده شده و به آن توجه شده می باشد كه متغيرهاي زيادي در آن دخيل هستند مثل : چگونگي جذب و پخشاندن انرژي لرزشي توسط اتمها، چگونگي ساخت ساختار، نوع رنگ كاري و پوشش دهي سطح اعمال شده؛ كه پيش بيني چگونگي واكنش ساختار به لرزش وارد آمده مشكل می باشد جذب ارتعاش كامپوزيت ها ممتاز در بين انواع فلزات می باشد كه دليل ترجيح انتخاب اين ماده براي فنرهاي اتومبيل مسابقه و هواپيماهاي پيشرفته همين می باشد. كيفيت راندن روان از اولين نكاتي می باشد كه مردم در مورد فريم هاي دوچرخه مورد توجه قرار مي دهند.

4- برنامه هاي تحليلي پيچيده «المان محدود» و تئوري سطح لايه لايه شده (Laminate – plate theory) براي تعريف خواص ساختار كامپوزيت ها كمك كننده هسته تفاوت ذاتي بين كامپوزيت ها و فلزات اين می باشد كه توليد كامپوزيت ها به صورت ورقه اي يا لايه اي و به گونه جهتي مي باشد. اتصال دو رويه و قدرت لايه لايه شدن (delamination) يا انفكاك (separation) در برابر بارهاي فشاري و برشي از مواردي می باشد كه هنگام طراحي كامپوزيت پيشرفته بايد مورد توجه قرار گيرد. اطلاعات براي نماياندن احتياجات گوناگون دوچرخه ضروري می باشد. كامپوزيت ها متفاوت با فلزات هستند بدين صورت كه بارهاي مساوي را در تمام جهات تحمل نمي كنند. اما در تحمل بار كششي ممتاز هستند. كامپوزيت چيزي شبيه بسته اي از رشته ها ، غوطه ور در لايه اي از چسب يا رزين می باشد. اين بسته تحمل وزن بيشتر، خمش كمتر، را در صورتي كه از دو سر كشيده گردد يا به صورت تخته دايو (تخت، شيرجه) خم گردد نسبت به بارگذاري فشاري يا معكوس دارا مي باشد. تغيير حالت بسته اتفاق مي افتد زيرا استحكام واقعي بسته به خاطر رشته هاست نه رزين. اولين كاركرد رزين تثبيت و استقرار الياف در محل انتقال بارها در ميان الياف، محافظت از الياف در برابر نيروهاي محيطي و اعطاي مقاومت به ضربه به ساختار می باشد. قدرت تحمل بار سمتي طبيعي الياف، قوانين طراحي ساختاري را تغيير داده می باشد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

مقايسه مواد بهره گیری شده در دوچرخه ها

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

تاريخچه فريم هاي فيبر كربن

خواص چشمگير كامپوزيت ها راه خود را به صنعت دوچرخه سازي هموار نمود. فريم هاي فيبر كربن اولين بار در اواسط دهه 1970 ظهور كرد در دهه 1980 در قالب فريم هاي فيبر كربن و تعداد كمي از قطعات بر تعداد آنها افزوده گردید و وارد بازار معاملات پيشرفته و كاتالوگ هاي قطعات گردید. اما اين تلاشها اكثراً تقلاهايي محدود براي صرفه جويي در وزن بوده و اغلب دچار فقدان مهندسي دقيق و تعهد سازندگان مي شدند آخرين ذهنيت اغلب توليدات فيبر كربني به صورت غير قابل قبول، انعطاف پذير ترد وخيلي گران بود.

در پنجاه سال گذشته فريم هاي فيبر كربني ابتكاري زيادي وارد بازار شده می باشد. اين فريم ها به گونه موفقيت آميزي در انواع فلزي مشابه را در دو زمينه به چالش گرفتند، يكي وزن و ديگري راحتي سواري. اما حتي بعضي نسخه هاي قبلي تعدادي از بدنه داراي پيشينه صنعتي در قابليت اعتماد بودند.

3- با اين دلايل قشر وسيعي از صنعت گران بزرگ بررسي فيبر كربن را به عنوان يك پديده نوظهور ادامه داند.

بعضي از سازندگان با استاندارد قديم راضي شده بودند‌: دوچرخه بدون فلز. ديگران هم نه تحريك شدند و نه شايد قادر به صرف زمان، انرژي و پول براي يادگيري تكنولوژي كامپوزيت ها و توسعه تكنيك هاي ساخت كامپوزيت ها بودند شركتهاي مختلفي در كامپوزيت ها با اتصال لوله هاي كربني (اكثراً در محدوده زيرزمين) فريم هاي آلومينيومي و تيتانيومي به نوعي سرسري كاري انجام دادند. تا زماني كه مقدار كمي بهبود در دمپ ارتعاش اين نوع فريم ها حاصل گردید هم اين شركتها حاضر به بهره گیری از مزاياي يك فريم تمام كربن نشدند.

4- به هر حال كامپوزيت ها از اواسط دهه 1980 پيشرفت هاي زيادي كردند. رزين ها،‌اليافها و اپوكسي ها قوي تر شدند چيزي كه اهميت بيشتري داشت، تفهيم چگونگي بهره گیری از اين مواد كه به گونه شگفت انگيزي افزايش يافته بودند در قالب قطعات براي توسعه برنامه هاي تحليلي پيچيده بود. كامپوزيت ها بيش از يك تكنولوژي پيشرفته براي صرفه جويي در وزن مي باشد اينها مواد ساختاري ممتازي هستند كه طرز ساخت دوچرخه را دگرگون ساختند. يك ست فريم كامپوزيتي عملكردي بهتر از نوع فلزي دارد. بعد از طي مراحلي آزمايشي يك ماده ماندگار در اين صنعت تبديل گشت. تعداد كمي از سازندگان مراحل مورد نياز را گذرانده و تسلطي نسبتاً استوار بر توانايي، پتانسيل ها، و محدوديت هاي كامپوزيت يافته اند. يكي از اصلي ترين عوامل محرك در پيشرفت كامپوزيت ها با دوچرخه سواري، بهره گیری دوچرخه هاي كربني توسط اشخاص حرفه اي و با تجربه می باشد. برنده 3 دوره مسابقات تور دوفرانس و قهرمان حرفه اي مسابقات جهاني، گرگ لموند (greg lemond) در جستجوي مداوم خود براي عملكردهاي بالاتر ، با بهره گیری از پيشرفته ترين تكنولوژي هاي موجود كمك شاياني را پيش از هر دوچرخه سوار به اين موضوع كرده می باشد جستجوي وي شامل بهره گیری از دوچرخه هاي كربني در اكثر مسابقات حرفه اي پراعتبار جهاني مي گرديد. گرگ در براب بهره گیری از فيبر كربن ها با درجه بالاتر كه فيبر مدول بالا خوانده مي گردد بسيار مفيد بود. وي همچنين كارهاي نامعمولي از قبيل حمايت دوچرخه ها براي تيم خودش را انجام مي داد بطوريكه معمولا سوراندها مجبور به راندن هر آن چیز که كه اسپانسير يا حامي برايشان فراهم كرد بودند. البته تبليغات حامي كه اين جمله بود حقيقتاً واقعيت داشت:

“so and so selected our product”

 

 

 

تكنولوژي هر چه بالاتر :

فيبر مدول بالا به سادگي همان فيبر كربني می باشد كه بيشتر تصفيه شده. واژه مدول همان مدول يانگ يا معياري براي سفتي (stiffness) می باشد. هر چقدر عدد آن بالاتر، الياف قوي‌تر. پروسه ساخت فيبر مدول بالا شامل برهنه سازي لايه بيروني الياف به صورت تكي و باقي گذرادن هسته مستحكم تر. شركتهاي نادري در حال بهره گیری از مقداري محدودي از الياف مدول بالا مي باشند. گران بوده و مصرف آن ناچيز. بيشتر فريم هاي پيشرفته دوچرخه كه در اين مقاله نام برده شدند از كربن مدول بالا كه با الياف بور (Boron) آميخته شده ساخته شده‌اند.

الياف بور جالب توجه می باشد زیرا سفتي فوق العاده اي در فشار از خود نشان مي دهد. كه اگر با كربن فوق سفت در كشش تركيب گردد يك اثر هم افزا بدست می آیدكه سفتي كلي و نهايي لوله بيشتر از مقدار پيش بيني شده توسط خواص الياف به صورت انفرادي مي‌باشد. فيبر بور فوق چقرمه همچنين از الياف كربن مدول بالا كه شكنندگي و تردي بيشتري دارد محافظت مي كند. اين خواص پيشرفته كم كم راه خود را به چرخ دنده فرود جت هاي جنگنده همانند فريم هاي مدرن دوچرخه به خوبي پيدا كرد.

ساخت فريم يا كربن :

يك مسري كه دوچرخه هاي فيبر كربني پيموده اند تقليدي می باشد از گونه هاي لوله فلزي سنتي. اينها ضرورتاً شبيه دوچرخه هاي آلومينيومي مقيد شده بوده فقط لوله هاي فيبر كربني جانشين يك جزء يا تمام لوله هاي آلومينيومي شده اند. ايده‌ي اتصال لوله ها با ساختاري 3 گوش نوعي آشنا از اين گونه هاست كه براي شروع يك طراح، انتخابي منطقي می باشد كه تعداد مجهولات را كاهش مي دهد زیرا اجازه مي دهد فريم فيبر كربن بعداز يك طراحي موفق، قالب ريزي گردد. همچنين امكان توليد اندازه هاي مختلف و زواياي گوناگون را به سادگي با ميله هاي جديد (lug) براي اتصال به لوله هاي فيبر كربني فراهم مي كند. رانندگان سنتي اين خط مشي به خوبي هستند. مادامي كه به اجبار با بيگانگي فيبر كربن سر و كار داشتند از ايشان براي قبول ايده جديد به گونه كامل درخواست نشد. با اين وجود گنجاندن صلبيت و راحتي راندن در فريم هاي فلزي نوري مشكل هميشه نتيجه اي توافقي داشت.

فريم نوري شكل (Diamond) نوعي ساختار 3 گوش می باشد كه استحكام عمودي در بر دارد. اين در حالي می باشد كه کوشش ها براي استحكام دهي جانبي مي باشد. در هر صورتي كه فيبر كربن بهره گیری گردد اين خواص در خلال طراحي خوب قابل شناخت می باشد زیرا اين خواص جزء ذات ماده فيبر كرن می باشد. سؤال اينست كه تا چه درجه اي اين خواص شناخته شده اند.

رويكردهاي مختلف ديگري كه كمتر سنتي هستند براي ساخت فريم از فيبر كربن هست.

فوم هسته (Foam – cary) و فريم قالب بادكنكي (bladder – Molded frame) بعضا به ساختارهاي قالب ريزي شده “‌يك تكه ” مشهورند. يك تكه يعني فريم به صورت يك واحد كامل تكي قالب ريزي گردد. بعضي هم اگر به صورت چند تكه قالب ريزي شوند به هم چسبانده مي شوند و ظاهري يك تكه خواهند داشت. اين فرآيندها مي تواند پيچيده باشد اما عموماً به مهندسين آزادي مي دهد كه ميتوانند فيبر كربن را هر جا كه بخواهند قرار دهند. درزهاي پهناور كه نتيجه لب به لب شدن مواد مورد نياز توسط فرايند قالب ريزي می باشد ميتوانند بعضا مناطقي ضعيف تر را در فريم به وجود آورند. توجه فوق العاده قوي بايد صرف طراحي و ساخت اين فريم ها گردد تا اطمينان از كنترل كيفيت شايسته حاصل گردد.

روش ديگري می باشد هست كه بهره گیری از فرآيند پرفشار تورق يا لايه لايه شدن (Lamination) نام دارد. اين جا يك فريم كم ميله (lug-less) ساخته شده كه اعضاي بنيادين شكل دهنده فريم لوله هاي فيبر كربن هستند كه توسط اپوكسي بارور شده با فيبر كربن به هم متصل (Melding) شده اند. مرغك يا پشبند (Gussets) به صورت كامل به گونه همزمان با اتصال لوله ها فرم دهي مي گردد. همراه با افزايش آزادي، حذف وابستگي به ميله (Lug) ، ضعف ذاتي ديده شده در لوله و اتصالات ميله ديگر طرح ها نيز حذف گرديد. در عوض ميزان سازي مشخصه هاي رانندگي فريم انجام گرديده و اين به خاطر بهره گیری از ماده مشابه در لوله ها در قسمتهاي بحراني لوله می باشد. رواني فيبرها بين لوله ها مداوم می باشد كه پراكنش يا واپاچش تنش گردان در فريم را حاصل مي گردد كه نتيجتاً حذف مجازي پديده هاي خستگي را در بر دارد.

اهميت طراحي قابل قبول :

خواص مفيد كامپوزيت ها به عنوان ماده اي در ساخت فريم،‌استثنايي هستند و تنها در صورتي می باشد كه با مشخصه هاي ويژه كربن طراحي شوند. با يك طراحي مناسب يك دوچرخه با لوله هاي فيبر كربن مي تواند مستحكم تر،‌سبك تر، سفت تر، مقاوم تر در برابر خستگي و راحت تر از دوچرخه هاي لوله فولادي با آلومينيومي يا تيتانيومي می باشد.

البته اين مزيت ها قابل توجه هستند. اين ويژگي ها در خلال يك طراحي خوب تحقق يافتني هستند زيرا جزء ذاتي ماده فيبر كربني هستند. با اين وجود توسعه دوچرخه هاي كربني با يك سري چالش ها مواجه گشت.

در كنار شكست معمول براي بهينه كردن كيفيت رانندگي، بيشتر طرح ها آلوده قابليت اعتمادي بي ثبات گردید كه شامل شكست خمشي لوله و ميله ها (tube & lug) ، تركهاي خطوط جدايش، اتصال اجزاي لق، لايه لايه شدن (delaminating botton brocket) و بوشهاي لوله نوك يا دماغه مي باشند.

قسمت بعدي بعضي از ملاحظات اوليه در ارتباط با طراحي را بحث مي كند، اعظم مواردي كه به هم وابسته بوده و بايد در ساخت دوچرخه كربني توجه گردد.

تجربه آزمايشات مطابق واقعيت :

طبقه بندي متغيرها براي ارضاي اهداف متقابل فريم دوچرخه بر دوش مهندسان كامپوزيت افتاده می باشد. بهره گیری از دانش گسترده كامپوزيت ها و كامپيوترها، باعث بكارگيري تحليل هاي پيچيده و پيشرفته فريم دوچرخه با بهره گیری از برنامه هاي تحليلي المان محدود شده می باشد. به هر صورت، تجارب در خلال آزمون و خطا بدست آمده و آزمايشات گسترده رانندگي بهترين مسير براي تنظيم كيفيت هاي رانش يك وسيله نقليه می باشد. تكنيك هاي تحليلي پيچيده اي كامپوزيتي مي تواند سكوي پرتابي در فرآيند طراحي قلمداد گردد اما از آزمون و خطا نمي توان چشم پوشيد. مهمترين آزمايش قضاوت راننده می باشد.

4- بيشينه كردن مزاياي فيبر كربن در دوچرخه نيازمند دانشي گسترده در كامپوزيت هاست. كه بايد با دانش چگونگي به كارگيري اين مطلب در دوچرخه سواري واقعي تركيب گردد. سازندگان تنها متمايل به تأكيد بر روي يكي از اين موضوعات بوده چنانكه ديگر موارد را فراموش كنند. تست محصول گسترده تحت شرايط طاقت فرسا احتياج به تابعيت از نكات اصلاحي طراحي كه بر پايه تجربه هاست داشته و فرآيند نيازمند پيشرفت می باشد تمام المان هاي طراحي مثل قدرت كنترل دوچرخه، اندازه ، راحتي، سفتي، دوام، مكان استقرار قطعات جانبي، راحتي نگهداري، يا غيره همه مسائلي هستند كه تنها به وسيله كامپيوتر نمي توان آموخت.

 

2- كيفيت راندن : مهندسان راههاي جديدي را براي كاهش وزن بدون از دست دادن صلبيت جستجو كردند. بعضي از مدل هاي پيش تر، ظاهري بيش از حد منعطف و داراي نوعي لقي يا شلي كه تا حد زيادي در فريم هاي امروزي اصلاح شده اند، داشتند. با اين وجود ديگران اين خاصيت را به منتهي اليه ديگر برده فريم ها را به گونه عمود و از پهلو فوق العاده سفت (stiff) ساختند و به نوعي به آنها يك حس خشك و مرده (deal feel) دادند.

2- بعضي از اين مسائل به گونه نامناسبي باعث بدنامي سازندگان مي گشت. به صورتي بهره گیری از ابعاد لوله سازي قبلي يا دوچرخه هايي از آلومينيوم و استيل (استاندارد و بيش اندازه) و جايگزيني آنها با اندازه هاي مشابه لوله هاي فيبر كربني. اگر چه مشخصه‌هاي خود دمپ ارتعاش در بيشتر كامپوزيت هاي پيشرفته، ذاتي هستند. اما اين مشخصه ها بايد با طراحيشان در ساختار ويژه فريم بهينه شوند. چالش اصلي در توليد لوله هايي می باشد كه سفتي رانشي مناسبي به گونه افقي عرضه كرده، مطلوبيت نگهداري عمودي (a forgiring ride) داشته باشد ماداميكه به گونه همزمان تحمل سختي ها و بهره گیری بد روزانه در رانندگي، مسابقات و مسافرت با دوچرخه را داشته باشد.

3- ريشه ديگر مسائل كيفيت رانندگي در اجزاي مفصل شده می باشد. جايي كه خواص دو نوع ماده غير شبيه (مثل كربن و آلومينيوم) با هم تركيب بشوند يك محدوده از ناپيوستگي ماده تشكيل مي گردد. تنش ها به ناچار قادر نيستند كه جريان رواني در طول فريم داشته باشند كه نتيجه آن تمركز تنش در آن نواحي مي باشد. در كنار احتمال بيشتر شكست در اين نواحي، دوچرخه قادر به جذب لرزه ها و تكان هاي مسير به نحو مطلوب نخواهد بود.