مبانی ساندویچ پانل های کامپوزیت
چکیده:
این تمرین آزمایشگاهی جنبه های اصولی طراحی ساندویچ پانل های کامپوزیت را بررسی می کند. ساندویچ پانل های کامپوزیتی در مواردی مورد استفاده قرار می گیرند که نیازمند وزن سبک و ساختار با استحکام بالا می باشد. کاربردهای رایج ساندویچ پانل ها که احتمالا دانش آموزان با آن آشنا هستند عبارتند از تخته های موج سواری، تخته های اسکی روی آب و کارتن های راه راه. ساندویچ پانل ها اغلب در کاربردهای هوا فضا، مانند فلپ بال ها، کف هواپیما و کابین های بار بالای سر مسافرین استفاده می شود. دانش آموزان با استفاده از مواد قابل دسترس ساندویچ پانل های کامپوزیت می سازند، استحکام و سختی آنها را نیز آزمایش و تحلیل می کنند.
اهداف:
آموزش کارآموزان در خصوص اصول و مبانی دخیل در طراحی ساندویچ پانل های کامپوزیتی و همچنین اینکه چرا این پانل ها قوی و سبک هستند. این آزمایش دارای دو عامل مهم است که بر استحکام و سفتی اثر گذارند – طراحی نهایی و مواد لازم در ساخت. ساخت و آزمایش پل های ساده با استفاده از مواد معمولی موجود مانند روکش چوب (تکه های نازک چوب)، فوم عایق و نوار چسب دو طرفه انجام می شود. دانش آموزان ساندویچ پانل های کامپوزیتی با هندسه های مختلف (ضخامت چوب و فوم) می سازند. تفاوت های دیگر شامل نوع نوار چسب دو طرفه، جهت گیری دانه های چوبی، نوع فوم، اندازه پانل ها و / یا جداسازی نگهدارنده ها است. پانل ها سپس توزین شده و با قرار دادن یک ظرف بر روی پل و اضافه کردن سکه ها به آن، آزمایش می شوند تا مشخص شود که کدام هندسه بهترین نسبت استحکام به وزن را دارد. حالت های مختلف شکست پانل ها با توجه به هندسه پانل و خواص مواد تشکیل دهنده آن بررسی می شود.
سطح آزمایش برای مقاطع مختلف تحصیلی:
این فعالیت انعطاف پذیری کافی برای جذب دانش آموزان کلاس چهارم تا دوازدهم را دارد. سطح آزمایشات را می توان با مقدار فیزیک و مباحث تئوری معرفی شده و درجه تجزیه و تحلیل تنظیم کرد.
زمان مورد نیاز:
زمان بستگی به تعداد متغیرها (تعداد ساندویچ پانل های ساخته شده و آزمایش شده) موجود در آزمایش بستگی دارد که به راحتی می تواند از 1 تا 3 ساعت متغیر باشد.
شایستگی های اصلی مورد اشاره در MatEd در تولید ساندویچ پانل
0.B آماده سازی آزمایش و تجزیه و تحلیل داده ها
1.A انجام اندازه گیری ابعاد و پدیده های فیزیکی
7.C توصیف ماهیت کلی کامپوزیت ها
7.J نمایش چگونگی استفاده از خواص مواد در طراحی مهندسی
8.A برنامه ریزی و نمایش اجرای آزمایش های مواد
8.F انجام آزمایش های مناسب بر روی پلاستیک ها و کامپوزیت ها
11.A تشریح ساختار و مزایای استفاده از مواد کامپوزیت
11.B توصیف فرایندهای اولیه فراوری کامپوزیت ها
16.A توضیح اثرات تغییرات در روش های فراوری و ساخت بر خواص مواد
تجهیزات و مواد لوازم:
- ترازو (مقیاس) ظرفیت اسمی 5 کیلوگرم، با دقت 1 گرم
- دستگاه بارگذاری (ظرف حاوی سکه ها یا غیره برای افزایش وزن). تقریبا 2 کیلوگرم (1000 پنی)
- نگهدارنده ها: 2 قطعه از چوب یا لوله با ارتفاع تقریبی 2 اینچ یا قطر 3.4 اینچ
- روکش چوبی. نوار های با حدودا 2 اینچ عرض و 24 اینچ طول. ضخامت متغیر اما کمتر از 0.1 اینچ
اگر روکش چوب در دسترس نباشد، دیگر مواد نازک نیز قابل جایگزینی هستند. استحکام و سفتی مواد جایگزین باید بیشتر از فوم باشد. به عنوان مثال مانند ورق فلزی، پلاستیک تقویت شده فیبر (یا اصطلاحا همان فایبر گلاس) و یا حتی نوار های فیبر شیشه ای (نوار تسمه تقویت شده).
- فوم سفت، مانند فوم های عایق ورقه ای موجود در فروشگاه های Home Depot، Lowes و غیره. همچنین می توان از فوم های پلی استایرن نیز استفاده نمود، اما در ممکن است مشکلاتی در چسباندن آنها وجود داشته باشد. عرض و طول فوم باید با نوار روکش چوبی به یک اندازه باشد. ضخامت ها می تواند بین 0.5 و 2.0 اینچ متغیر باشد.
- یک حلقه نوار چسب فرش دو طرفه تقریبا به عرض 2 اینچ. توجه داشته باشید که پانلهای قوی را می توان در صورت استفاده از چسب مناسب به جای نوار چسب دو طرفه تولید کرد. البته این فرایند زمان لازم برای تولید را افزایش می دهد، زیرا چسب باید زمان برای خشک شدن داشته باشد. چسب اپوکسی 5 دقیقه ای اغلب انتخاب مناسبی است. اگر چسب استفاده شود، بستن مناسب یا وزن پانل عملکرد را بهبود می بخشد.