Vliv materiálového složení a tvaru na vybrané fyzikální vlastnosti sendvičových konstrukcí

Abstract

Sendvičové kompozity jsou známé již řadu let a své místo mezi konstrukčními materiály si zasloužily zejména díky velmi dobrým mechanickým vlastnostem vztaženým k jejich nízké hmotnosti. Tyto materiály již byly předmětem mnoha výzkumů, avšak jen velmi málo z nich se věnovalo popisu chování sendvičových konstrukcí v ohybu s ohledem na jejich specifický tvar (zakřivení). V technické praxi se dílce vytvořené z těchto kombinovaných materiálů nachází v řadě exteriérových a interiérových aplikacích, kde jsou zformovány do tvarů daných designem celé sestavy. S rostoucím množstvím stále nově vyvíjených materiálů a z nich vyplývajících, možných materiálových kombinací, je potřeba charakterizovat vlastnosti připravených struktur a také posoudit vliv tvaru na chování sendvičových konstrukcí s ohledem právě na jejich materiálové složení. Tato disertační práce se věnuje výzkumu rovinných a zakřivených sendvičových konstrukcí, které svým materiálovým složením odpovídají těm, používaným v hromadné a kolejové dopravě. Pro potřeby experimentu byla navržena a vyrobena laminátová forma umožňující výrobu dvou typů zakřivených sendvičových panelů. Z panelů připravené sendvičové nosníky byly testovány v trojbodovém a čtyřbodovém ohybu v různých variantách jejich uložení. Samotné měření bylo provedeno při třech různých provozních teplotách a to za záporné, pokojové a zvýšené teploty. Konkrétně byl ve všech experimentech posuzován vliv zakřivení a případných dalších vlivů na hodnoty efektivního modulu pružnosti a ohybovou únosnost. V úvodu popisu hlavních výsledků jsou mezi sebou srovnány jednotlivé typy připravených rovinných struktur s ohledem na rozměry (tloušťku) jádra a také dle různých provozních teplot. Vliv tvaru, konkrétně zakřivení, byl posuzován pro jednotlivá materiálová složení samostatně dle tloušťky jádra. Dle experimentálního testování bylo zjištěno, že zejména silné zakřivení u konkávně uložených nosníků snižuje hodnoty efektivního modulu pružnosti. Ohybová únosnost konstrukcí byla značně ovlivněna zakřivením, avšak míra ovlivnění u konkávně a konvexně uložených sendvičových nosníků se lišila dle materiálu jádra. Hodnoty obou testovaných parametrů, získaných při jednotlivých konfiguracích ohybového testu, se mezi sebou lišily, avšak trendy poklesů či růstů zůstávaly téměř neměnné. Rozdíly byly identifikovány pouze u konstrukcí s voštinovým jádrem. Výzkum vlivu teploty na chování zakřivených sendvičových struktur přinesl zajímavé výsledky zejména u silně zakřivených nosníků s jádry tloušťky 10 mm při zvýšené teplotě, kdy se vliv tvaru pozitivně projevil zvýšením únosnosti v porovnání s rovinnými u všech testovaných sérií. U všech experimentálních měření byly také pozorovány jednotlivé ohybové poruchy. V rámci mechanického testování byly pro charakterizaci soudržnosti jednotlivých částí sendvičové struktury provedeny taktéž zkoušky odlupu. Z dalších byla provedena také DMA analýza za účelem charakterizace vlivu teploty na vlastnosti jednotlivých materiálů tvořících sendvičové konstrukce. V závěru práce jsou dále uvedeny diagramy modelové závislosti efektivního ohybového modulu, ohybové tuhosti a únosnosti výsledné sendvičové struktury v závislosti na modulu pružnosti jádra. Diagramy jsou modelově vytvořeny pro různé počty vrstev prepregů v potahu a dále je také vytvořeno srovnání výsledků z FEM modelu, analytických výpočtů a experimentálně získaných dat.