Resumo – Abstração

Qualquer estrutura de engenharia, independentemente da sua finalidade, deve ser feita de uma ou mais materiais. Mais frequentemente do que não é a escolha e o comportamento dos materiais quedeterminar o seu desempenho mecânico. A introdução de compósitos reforçados por fibraschassi foi um dos desenvolvimentos mais significativos na história do Grand Prix do motor corrida. Os avanços tecnológicos adquiridos através desses materiais avançados produziram carros que são mais leves, mais rápidos e mais seguros do que nunca. A fabricação de carros de Fórmula 1 é agoradominado por compósitos. Uma breve introdução à ciência dos materiais compósitos será ser seguido por um histórico de sua utilização e desenvolvimento dentro do esporte. Fabricação de Design e funcionamento das estruturas compostas são revistos. Também é feita referência às suas propriedades de absorção de energia que têm contribuído de modo significativo para a melhoria da segurança registro de Fórmula 1 e os mais especializados materiais compostos, como carbono-carbono, utilizado em freios e embreagens.

O design dos carros de fórmula 1

O regime geral de carros de corrida monoposto permaneceu a mesma desde o início de 1960. O componente central, que acomoda o motorista, célula de combustível e conjunto de suspensão dianteira, é o chassi (Fig. 1).Esta é uma estrutura de reservatório semi-monocoque, que é mais parecido com um cockpit de avião a jato de combate, tanto em termos de forma e construção,do que qualquer um esperaria encontrar na estrada. O motor, além de fornecer propulsão, é estrutural Membros que aderiram à frente e na traseira do chassi. Ele está ligado diretamente à parte traseira da unidade através de molas de metal de alta resistência(Fig. 2).A montagem é completada pela adição da caixa de velocidades e montagem da suspensão traseira (Fig. 3). A caixa de velocidades, além de realizar a transmissão é a seção traseira do chassi. estrutura primária do carro de chassis, motor e caixa de velocidades (Fig. 4) pode ser considerada como um acordo''com barra de torção "levar as cargas de inércia a reaçãopontos nos quatro cantos. As estruturas secundárias (carroçaria, undertray, configurações de asa e cooler dutos, etc) são dispostos ao redor efixado à estrutura principal em vários pontos (Fig. 5). Um carro de Fórmula 1 é conduzido''no limite ", ou seja, uma destina-se a dirigir o carro o mais próximo do ponto onde a longitudinal e está prestes a ser superado devido ao g lateral da curva (Fig. 6).O carro deve ser''set-up "para cada circuito, a fim de otimizar o desempenho. Alterações são feitas para a aerodinâmica dispositivos e os elementos de suspensão (molas, amortecedores bares, anti-roll e assim por diante) em uma tentativa de melhorar o seu tempo de volta.Alterações nos níveis de desempenho dos vários sub-componentes devem se

manifestar no equilíbrio do carro. É claro que estanão ocorrer se a estrutura de transmissão das cargas não é de rigidez adequada. Em comum com muitas outras disciplinas de engenharia, os projetistas de carros de Formula 1 são obrigados a cumprir um rigoroso conjunto de regras. As regras são impostaspela FIA, entidade que comanda o Sport. As restrições estão previstas na força, geometria e peso.Limites estritos são colocados sobre as dimensões globais dos carros e dimensionamento do envelope driver dentro do cockpit. Uma série de oficiaisregulamentações foram introduzidas ao longo dos anos que são constantemente atualizadas para melhorar a segurança. Por conseguinte, o chassi desenvolveu uma função secundária de uma célula de sobrevivência''"para proteger o piloto em caso de acidente. Uma série de testes deve ser realizado na presença de um funcionário antes de o carro estar certificada para uso do Grand Prix. O regulamento limita ao mínimopeso do carro e motorista para 605 kg, é de grande importância. Construir um carro para o limite de peso é uma tarefa vital, se é ser competitivo.

Estima-se que uma massa de 20 kg acima do limite de peso equivale a uma perda de 0,4 s em torno de um típico Grand Prix circuito. Menos de meio segundo não soa muito bem, mas durante uma distância de corrida cheia isso equivale a meia volta ou váriosposições no grid durante a sessão de qualificação. Com materiais modernos é relativamente fácil de construir um carro que satisfaça todas as requisitos legais sendo ao mesmo tempo bem abaixo do limite de peso mínimo. Como conseqüência a maioria dos carros são necessários à execução de lastro (geralmente na forma de um metal pesado como o tungstênio), a fim de compensar o déficit. Em primeiro vista, portanto, pode parecer inútil para melhorar continuamente a fim de reduzir a massa dos componentes apenas para aumentar a quantidade de lastro transportada. Diminuir o peso do quadro ainda é de benefício, todavia, quando se considera Fig. 7.

Um carro de F1 é sempre a acelerar, de forma positiva sob a influência do motor ou negativamente na travagem. Baixa massa permite que os engenheiros de alterar a posição do centro do carro de gravidade e, portanto, grande influência sobre suas características de manuseio. A busca do menor peso e melhor desempenho que os estimulou a introdução de novas tecnologias em design e construção. Os componentes estruturais do veículo deve ser dura, forte o suficiente para satisfazer a carga requisitos, tolerantes e resistentes a, danos por impacto e ter um peso mínimo. A solução para este problema é alcançado através da otimização da geometria, a qualidade de construção e utilizando os materiais mais adequados. A busca para máxima eficiência estrutural resultou em uma progressão de diferentes tecnologias em toda a história dos GrandesPrémios. Muito do desenvolvimento dentro de Fórmula 1 tem que tomar lugar sombreado na indústria aeroespacial. Este não é surpreendente quando se considera a similaridade de seus objetivos.

Materiais Compósitos

Os compostos são definidos como materiais''em que dois ou mais componentes foram reunidos para produzir um novo material constituído por pelo menos dois componentes quimicamente distintos, com propriedades resultantes significativamente diferentes daqueles dos componentes individuais ". Uma descrição mais completa também exige que os componentes devem estar presentes também em razoável proporções. Cinco por cento em peso, é arbitrariamente considerado como o mínimo. O material deverá ainda ser considerado''o homem fez ". Isso quer dizer que ele deve ser produzidas deliberadamente pela mistura íntima dos componentes. Uma liga que constitui uma fase distinta microestrutura dois como uma conseqüência do tratamento de solidificação ou de calor, não se afiguraria considerada como uma composição. Se, por outro lado, as fibras ou partículas de cerâmica foram para ser misturado com um metal para produzir um material constituída por uma dispersão da cerâmica dentro do metal, o que seria considerado como um composto.Em uma escala microscópica compósitos têm duas ou mais fases quimicamente distintas separadas por uma interface distinta. Este interface tem uma grande influência sobre as propriedades do composto. A fase contínua é conhecida como a matriz. Geralmenteas propriedades da matriz são muito melhorada, incorporando um outro componente para produzir um composto. Um composto pode ter um cerâmicos, metálicos ou matriz polimérica. A segunda fase é referida como o reforço, uma vez que aumenta a propriedades da matriz e na maioria dos casos, o reforço é mais duro, mais forte e mais dura do que a matriz [1].Os pontos fortes medidas de materiais são várias ordens de magnitude menor do que as calculadas teoricamente. Além disso, o stress a que nominalmente amostras idênticas não está sujeito a uma acentuada variabilidade. Isso ocorre por causa da presença de falhas inerentes dentro do material [2]. Há sempre uma distribuição de tamanho dos defeitos e falhas eminicia a carga maior destes. Griffith derivada uma expressão que relaciona a tensão de ruptura com o tamanho falha (a).(1)onde rf = tensão de ruptura, CCI é a tenacidade do material da fratura e ya geométrica constante.Como Eq. (1) mostra, maior o tamanho da falha, menor será a tensão de ruptura (Fig. 8).

Daí resulta que a resistência de um material pode ser reforçada por eliminar ou minimizar tais imperfeições.Rachaduras estava perpendicular à cargas aplicadas são as mais prejudiciais para a resistência. Materiais fibrosos ou filamentosos assim, apresentam elevada resistência e rigidez ao longo de seu comprimento, porque neste sentido as falhas grandes presentes no material a granel são minimizados. Fibras prontamente suportar cargas de tração, mas oferece quase nenhuma resistência e fivela sob compressão. Em Para ser diretamente utilizáveis em aplicações de engenharia que devem ser incorporados em materiais de matriz para formar compósitos fibrosos.A matriz serve para ligar as fibras junto, a transferência de cargas para as fibras e protegê-los contra danos e manipulação atentado ambiental.Compósitos podem ser divididos em duas classes: aqueles com fibras longas

(compósitos de fibras contínuas reforçadas) e os com fibras curtas (compósitos de fibras descontínuas reforçado). Em um composto de fibra descontínua, as propriedades do material são afetados pelo comprimento da fibra, enquanto que em um composto de fibra contínua presume-se que a carga é transferida diretamente às fibras e que as fibras na direção da carga aplicada é o principal constituinte de carga. Polimérico materiais são as matrizes mais comuns de fibras compósitos reforçados. Eles podem ser subdivididos em dois tipos distintos:termofixo e termoplástico. polímeros termorrígidos são resinas que possuem ligações cruzadas durante a cura em um sólido vítreo frágil, sendo exemplos poliésteres e epóxis. polímeros termoplásticos são de alto peso molecular, as moléculas de cadeia longa quepode ser temperatura (amorfo), tais como o policarbonato, ou parcialmente cristalina, tais como o nylon, na sala de emaranhados para proporcionar força e forma. Em comum com todas as aplicações estruturais de compósitos de matriz polimérica, a Fórmula 1 é dominada por aqueles à base de resinas termofixas, particularmente epóxi.A força motriz para a crescente substituição de ligas metálicas é demonstrada na Tabela 1.Contrariamente à crença generalizada de muitos, as composições não são''maravilha materiais ". Na verdade, as propriedades mecânicas são aproximadamente da mesma ordem como seus concorrentes metal. Além disso, eles apresentam extensões inferiores ao fracasso, em seguida, as ligas metálicas de força comparável. O que é importante porém é que eles possuem densidades muito menores. Os compósitos reforçados por fibras assim, apresentam melhorou bastante específicas propriedades de resistência e rigidez por unidade de massa, por exemplo.As propriedades mais específicas permitem a produção de componentes de menor peso. A redução de peso obtida na prática, não são tão grandes como uma mesa implica porque as fibras são extremamente anisotrópico, que deve ser contabilizado nos cálculos do projeto. Em adição módulo específico (E / q) e força (r / q) só são capazes de especificar o desempenho sob carga certos regimes. força específica e módulo são úteis quando se consideram os materiais para componentes sob carga de tração, tais como,por exemplo, pilares de sustentação da asa (Fig. 9).O mais leve componente que irá transportar uma carga de tração, sem exceder uma deflexão preestabelecida é definida pelo maior valor de E / P. Um membro de compressão como um tirante da suspensão, por outro lado é limitado por deformação tal que o melhor material é aquela que apresenta o maior valor de E1/2/q (fig. 10).Da mesma forma, um painel colocado na dobra como uma asa traseira (Fig. 11), produzirá deflexão mínima otimizando E1/3/q.No entanto, redução de peso de entre 30% e 50% são facilmente alcançados ao longo componentes de metal equivalente.Os projetistas de estruturas de peso sensíveis, tais como carros, aviões e corridas exigem materiais que combinam boas propriedades mecânicas propriedades com baixo peso. Aeronave empregada originalmente de madeira e tecido em sua construção, mas desde o final dos anos 1930 ligas de alumínio têm sido os materiais dominantes. Durante as últimas duas décadas materiais compósitos têm sido cada vez empregada para os membros salientaram nos

aviões. Estruturas compósitas são projetados para ter uma quantidade bem definidas de fibras no local correto e orientação com um mínimo de polímero para fornecer o suporte. A indústria de compósitos alcança essa precisão usando''prepreg "como um produto intermediário (fig. 12).Prepreg é uma fita larga de fibras alinhadas (unidirecional,''UD ") ou tecido, impregnadas de resina polimérica. Um composto estrutura é fabricada através do empilhamento de camadas sucessivas de prepreg e cura sob condições de temperatura e pressão. Muitos componentes consistem em construção em sanduíche''"; fino, peles de alta resistência composto são separadas por, e ligada à espessa, leve núcleos de favo de mel. O núcleo mais espesso, maior a rigidez ea resistência do componente, o peso mínimo ganho (fig. 13).

Desenvolvimento de estruturas em compósitos na Fórmula 1

Os primeiros usos documentados de construção composta em corridas de automóveis datam de volta para o final de 1920 e 1930, no início da forma de chassi de madeira e aço. Estes veículos cedo tendem a ser construídos em casa e correu de dados para que haja muito pouco documentados sobre o seu desempenho. É mais provável, porém, que a utilização da madeira como material de chassi foi devido em grande ao barateamento e conveniência ao invés de melhorar o desempenho. Até o início dos anos 1950 o método predominante de Fórmula 1: construção do chassis consistia em um quadro tubular de alumínio espaço cercado por mão trabalhou corpo de alumínio painéis. Nessa esteira de vidro tempo aleatório de orientação e resinas de poliéster (plástico reforçado vidro), desenvolvido em pesquisa de guerra tornou-se amplamente disponíveis. Esse material permitiu a produção relativamente barata de curvatura composto complexo carroçaria de alumínio, que substituiu. O uso de painéis de GRP continuou até ao nível do final de 1980.O primeiro chassi composto realmente foi construído no início dos anos 1960 por carros Cooper. A estrutura consistia em uma mão trabalhou pele exterior de alumínio, um núcleo de alumínio do favo de mel e uma pele GRP interior. A pele exterior única peça foi produzida a partir de um número de painéis para formar a superfície final aerodinâmica do carro. O núcleo do favo de mel de alumínio foi então ligada ao dentro da pele externa usando um adesivo de resina fenólica filme. A pele interior do GRP foi igualmente ligado à estrutura de uma operação separada. Embora nunca o carro realmente atingiu a pista, que era para se tornar a base do design de chassis da Fórmula1para as próximas duas décadas. Em meados de 1970 para o final o melhor método de construção de chassi composto de alumínio utilizado esfolados, material de alumínio do favo de mel fabricado usando o corte''e método "fold. As cubas foram formados a partir prebonded folhas, que foi encaminhado, dobrado e rebitadas na forma apropriada (fig. 14). As equipes envolvidas tarde pré-formados das peles antes da colagem ao núcleo através de um filme adesivo epóxi.Chassis de fibra de carbono compostas foram introduzidas pela primeira vez pela equipe McLaren, em 1980 [3]. Elas consistem em pseudo-monolítico arranjo previsto ao longo de um''homem "mofo ou mandril de fibra de carbono unidirecional (UD) prepreg fita (fig. 15). A mandril, feita de liga de alumínio fundido e usinado, foi desmontado para a remoção através da abertura do cockpit após um cura em autoclave, do composto. A cura de três estágios era

necessária: uma para a pele interna composta, de um segundo para curar a filme adesivo de epóxi, que acompanha o núcleo do favo de mel e um terceiro por uma camada adesiva e ainda a sua estrutura externa pele. O projeto básico eo processo de fabricação se mantiveram praticamente inalterados durante vários anos e ainda era o base da construção do chassi na McLaren até a temporada 1992.Há algum debate sobre qual equipe foi a primeira a produzir uma fibra composta chassis reforçado desde que a equipe Lotus foi a realização de pesquisas semelhantes em paralelo com a McLaren. Ao contrário da antiga, o chassis Lotus seguido do corte anterior''e metodologia "prega a simples substituição do pré-ligado revestimento de alumínio com um composto híbrido de carbono e Kevlar reforçado epóxi. Como tal, pode ser considerada como tendo seguiu um''tecnológico cul-de-sac "e chassis McLaren deve ser reconhecido como o precursor dos usados hoje.Em 1980, a reputação dos compósitos com relação ao impacto da carga era muito pobre, como resultado dos problemas vividos em componentes de motores aeronáuticos no início de 1970 e algumas falhas dramáticas em serviço de componentes para automóveis início de corrida. Na verdade muitos designers de renome manifestaram sérias dúvidas quanto à adequação de tais materiais frágeis no que é altamente estressado pedido. Apesar das reservas de muitos dos seus concorrentes, o McLaren MP4 / 1, a primeira corrida de carbono monocoque de fibra carro (Fig. 16) provou ser tão bem sucedido que foi logo copiado, de uma forma ou de outra, por qualquer outra equipe.A temporada de 1981 se tornou uma espécie de''guerra de atrito "para a McLaren com um número de carros que estão sendo acidentalmente caiu várias vezes durante os testes e corridas. Tornou-se claro que, além de melhores propriedades mecânicas e menorpeso do chassi composto, os danos causados por acidentes foi constrangido na localidade do impacto. Reparos podemser executada de forma rápida e eficaz com pouca ou nenhuma perda no desempenho. A capacidade de sustentar e submetidos à correção de pequenas dano é muito bom, mas o que mais causa dos designers foi a capacidade de resistir a uma grande colisão. Em 1981 Grande Prêmio da Itália, John Watson perdeu o controle de sua McLaren e bateu violentamente contra as barreiras. Ele era capaz de andar longe dos escombros incólumes (fig. 17). Este incidente foi um longo caminho para afastar as dúvidas nas mentes daqueles convencidos da segurança dos compósitos de fibra de carbono sob carga elevada velocidade de deformação. A absorção de energia propriedades de compósitos que posteriormente fez uma grande contribuição para o registro de segurança do esporte.O próximo grande avanço na construção do chassi ocorreu em 1983, uma das equipas mais pequenas. A equipe alemã ATS desenvolveu uma banheira fabricada dentro de ferramentas composto feminino. As duas metades da estrutura foram feitos a partir de tecidos prepreg reforçada e juntou-se na linha central (Fig. 18). moldagem Feminino faz uso muito mais eficiente do disponível aerodinâmico envelope dado apenas um mínimo de carroçaria secundário é necessário para cobri-lo. Ela também fornece uma oportunidade para otimizar a geometria e, assim, melhorar a sua eficiência estrutural. A ATS BMW nunca foi alimentado um dos principais, mas geralmente considerado um dos chassis mais rígido e mais forte do circuito. Este método de fabricação tem, no entanto

necessitam de uma junção no reservatório principal e um grande grau de habilidade laminador para produzir um componente, consistente e repetitivo.A evolução da análise aerodinâmica que dá forma, estrutura e técnicas de laminação contínua asseguraram desenvolvimento do chassi e outros elementos de composição.Durante o desenho do MP4 / 1, a McLaren usou compostos de carbono, onde quer que oferecia vantagens nas propriedades mecânicas ou uma redução na complexidade do projeto. Desde essa altura tem havido um processo contínuo de substituição de metais dentro o esporte. No início de 1990, Savage e Leaper da McLaren desenvolveu membros suspensão composto [4]. Composto componentes da suspensão são utilizados por todas as equipes (fig. 19).Além da óbvia redução de peso, hastes compostas e triângulos têm durabilidade quase infinita e fadiga isso pode ser feito muito mais rentável do que as peças de aço que foram substituídos. A mais recente inovação foi a introdução de uma caixa composta pelas equipes Arrows e Stewart, em 1998, embora o verdadeiro potencial destas estruturas só foi totalmente realizado a partir de 2004 pela equipe BAR-Honda [5]. caixas Composite (Fig. 20) são significativamente mais leves que liga tradicionaiscaixas de até 25% mais rígida, podem ser operados em temperaturas mais elevadas e são fáceis de modificar e reparar. O design e logística, etc não são tão insignificante que até hoje eles não são universalmente utilizados no grid da Fórmula 1.compósitos de fibra de carbono agora compõem quase 85% do volume de um contemporâneo de contabilidade Fórmula 1, enquanto o carro para menos de 30% de sua massa. Além do chassi há carroçaria composta, condutas de arrefecimento dos radiadores e freios, dianteiro, traseiro e estruturas colisão lateral, suspensão, caixa de velocidades eo volante e coluna.Além dos materiais estruturais, uma série de especialidades''"compósitos também são utilizados. Estas incluem carbono-carbono freios e embreagens, e ablativase em torno do escape.

Selecção de Materiais

As fibras de carbono podem ser produzidos a partir de três matérias-primas de precursor; poliacrilonitrila, rayon e arremesso. No mercado lugar aqueles produzidos a partir de precursores de acrílico realizar um domínio esmagador. Como regra geral o módulo dos aumentos de fibra de carbono com o aumento da temperatura de tratamento térmico (HTT) e da aplicação de tensão durante o tratamento.Isso ocorre porque a morfologia fibresâ € ™ se aproxima de uma estrutura cristalina mais grafite, preferencialmente alinhados ao longo do eixo da fibra com o aumento do HTT. Teoricamente, a sua força e maleabilidade também deveria melhorar pelo mesmo princípio.Na prática, porém a força da poliacrilonitrila (PAN), fibras de carbono com base tende a atingir um pico em 1500 HTT C (E11 270 GPa) e depois começa a cair. A razão para esse fenômeno é a existência de falhas na superfície das fibras conhecido como â € ~ â € ~ € ™ Reynoldsâ afiada € cracksâ que se desenvolvem a partir da morfologia da superfície das fibras de polímero original quando girassem em solução. mecânica da fratura Fundamentais sugere que a

remoção dos defeitos ou, pelo menos, minimizar seus efeitos, será resultar em aumento da força. Fiação de fibras no ar, em vez de solvente remove muitos desses defeitos resultando em um suave, em vez de superfície crenulada. Isto levou ao desenvolvimento de uma nova classe de â € ~ â € ~ € fibras ultra-alta strengthâ por os grandes fabricantes.Há literalmente centenas de carbono PAN-base diferentes tipos de fibras disponíveis comercialmente. É possível, no entanto, simplificar essa enorme gama de produtos em termos de quatro grupos distintos de acordo com suas módulo. A inter-relaçãoentre as propriedades da fibra e temperatura de tratamento térmico é ilustrado esquematicamente na fig. 21 e numericamente na Tabela 2 usando exemplos comerciais. De longe, o grupo mais amplamente utilizado dos produtos são aqueles que são tratados termicamente no regime 1000-1400 C?. Estas fibras têm um diâmetro de aproximadamente 7 lm e são conhecidos como''padrão de módulo ". O grupo, que inclui o mercado T300 líderes de Toray e AS4 de Hexcel, é usado em estruturas de aeronaves, transportes terrestres, marítimos, e um anfitrião inteiro de outras aplicações. Na Fórmula 1, compósitos reforçados com essas fibras não são geralmente usadas em aplicações estruturais. Ao contrário, eles tendem a ser empregada no trabalho de corpo, como''plano de ações "para fazer inserções ou como pré-impregnados de ferramentas.O regime de HTT entre? 1400 e 1800? C produz alta resistência (? Diâmetro de 5 lm)''módulo intermediário "das fibras.compósitos IM são relativamente novas e estão apenas começando a alcançar destaque na indústria aeroespacial devido aos tempos longos de qualificação e aumento de custos. Estes grupos de produtos são amplamente utilizados em estruturas primárias de toda ao grid da Fórmula 1. Em particular, este inclui T800 e IM7 de Toray e Hexcel, respectivamente.O tratamento térmico das fibras além de 1800 º C leva a''alta "e''ultra-high" módulo de fibras, com diâmetros de fibras cerca de 4,4 lm. Comercialmente este tipo de material tende a ser utilizado em carga leve, rigidez aplicações críticas tais como satélites e esportes de alta qualidade das mercadorias (tacos de golfe, varas de pesca, etc.) As principais desvantagens destes produtos, que incluem M46J Toray's, M55 e M60, e UHMS de Hexcel, são de alto custo e aumentando dramaticamente a fragilidade com módulo. ''Ultra-alta fibras "são uma força recentemente desenvolvidos sub-divisão do agrupamento módulo intermediário que submetidos a um romance pré-tratamento das fibras precursoras PAN. Isso resulta em um diâmetro de fibra de 4,5 lm ao invés do 5 lm mais comum para a classe IM normal. Nessa faixa Hexcel produzir IM9 e Toray uma fibra equivalente conhecido como T1000. Ambos apresentam Fibras uma cepa de falha de 2%. O efeito do uso de fibras de aumentar a força ea ductilidade manifestar-se como propriedades de impacto melhoradas, nomeadamente a resistência ao e da tolerância de dano. Resistência a danos descreve a capacidade de um material para sustentar um evento''", sem resultar em danos. tolerância Danos alude à capacidade do estrutura para manter o desempenho com a presença de danos. Este é um aspecto particularmente importante com relação ao driver segurança. Um carro

construído no todo ou em parte, de compósitos tolerantes a danos será inerentemente mais seguro, pois é essa propriedade que contribui muito para a integridade da célula de sobrevivência. O gabinete deve ser capaz de sustentar os danos de impacto e proteger o ocupante, ao invés de se desintegrar como é o caso quando o módulo elevado, fibras de baixa resistência são utilizados [6,7]. Os tratamentos térmicos diversos utilizados no fabrico de fibras de carbono são extremamente complexos e os de produtos diferentes grupos tendem a se sobrepor. A este respeito, é sensato para definir as bandas não em termos de HTT ou produtos individuais, mas sim em termos de módulo de elasticidade. Assim, podemos definir qualquer fibra de carbono como segue:

fibras Pitch base diferem daquelas feitas a partir de PAN em que tanto a força e aumentar o módulo com HTT em todo o intervalo. No entanto, o módulo aumenta a uma taxa muito mais elevada tal ductilidade que é significativamente reduzido à medida que aumenta a rigidez.Pitch fibras passam por uma fase de cristal líquido durante a pirólise (conhecido como''mesofase ") que ajuda cristalográficas alinhamento. Como resultado, eles podem conseguir módulo muito maior. Eles são, porém, extremamente caro, muito frágil e difícil de manusear.Três tipos de fibras poliméricas encontraram o uso em corridas de construção de automóveis, estes aramidas''ser ",''Zylon" e altamente orientado filamentos de polietileno. fibras de aramida, conhecido pelo seu nome comercial''"Kevlar, assemelham-se fibras inorgânicas (carbono e vidro) em termos de propriedades elásticas, mas têm muito menor resistência à compressão, densidade mais baixa e consideravelmente maior tenacidade. Eles podem ser formados em materiais compósitos da mesma forma como o carbono (hand lay up, enrolamento filamentar, prepreg, etc)e têm sido tradicionalmente utilizados para explorar o seu impacto no desempenho (principalmente estrangeiros danos objeto das pedras, etc) e resistência à abrasão. O desenvolvimento de uma maior resistência das fibras de carbono módulo intermediário acoplado com termoplástico epóxis temperado,''reforço do fundo "e pranchas de madeira''" no chão dos carros causou compósitos Kevlar para se tornar largamente obsoleto dentro de Fórmula 1. O uso de Kevlar é obrigatório dentro da estrutura da asa dianteira placas finais e outros apêndices aerodinâmicos na parte da frente do carro. Isto é feito com o objetivo de reduzir a probabilidade de danos ao pneu a partir de fragmentos afiados de componentes compostos danificado em impactos. Uma pesquisa recente mostrou fibras de polipropileno a ser superior do presente pedido por isso é provável que eles vão substituir Kevlar. Outra fibra de aramida em uso generalizado é a menos material de fibra orientada curto conhecido como''Nomex ", que é empregado em material do núcleo hexagonal. Zylon é extremamente forte fibra composta por moléculas haste rígida cadeia de poli (p-fenileno-2 ,6-benzobisoxazole) (PBO). Um epóxi / Zylon armadura appliqué painel deve ser montado para a célula de sobrevivência de cada um monocoque, a fim de impedir a penetração e proteger o condutor força-sharp lesões (Fig. 22) [8].

''Dyneema "e''Spectra" são os nomes comerciais de filamentos contínuos de polietileno altamente orientada. Sua alta força e de muito baixa densidade (0,97 g cm? 3) dar-lhe propriedades específicas muito superior à maioria das outras fibras estruturais. Contudo as fibras não podem ser utilizados em altas temperaturas. Eles derretem a 133-136 º C e há uma perda progressiva de alinhamento preferencial, a partir da qual as propriedades vantajosas são derivadas, acima? 90 ° C. Além disso, a superfície oleosa terminar associados com poliolefinas geralmente resulta em má aderência entre fibras e matriz em compósitos. Estes são usados em carros de F1tempos em tempos na forma de híbridos de co-tecido com fibras de carbono para uso em estruturas de impacto legal. O objetivo é explorar sua força de alta elasticidade para manter a integridade dos componentes durante o evento e, assim, otimizar o controle desintegração do carbono e do favo de mel que facilita a absorção de energia. Um carbono / Kevlar híbrido seria realizar uma função similar, mas menos peso ser eficiente.As propriedades mecânicas dos compósitos primária (rigidez, força e tensão de falha) são regidas em sua maior parte por as propriedades das fibras, a fração de volume, orientação para o estresse aplicado, e sua arquitetura''"dentro da estrutura.fitas UD oferecer a melhor tradução das propriedades das fibras, pois as fibras não são prensados ou distorcido, como impregnados de tecido. Além disso, o conteúdo de resina é necessariamente maior nos tecidos impregnados, reduzindo assim as propriedades mecânicas devido a uma menor fração de volume de fibras (Vf).Em geral, há três razões para o emprego de produtos tecidos em estruturas compostas: sua facilidade de conformidadepara geometrias complexas (drapability) reduziu o tempo de produção e resistência ao dano melhorado. Unidirecionalfitas de fibras têm a força desprezível na direção normal às fibras. Qualquer tentativa de alongá-los nesse sentido paraconformidade com dupla curvatura de ferramentas, portanto, levar à separação da fita. A resposta para esse problema é escolher um tecidoproduto com cortina''suficiente "para se conformar à superfície de contorno. Tecidos impregnados são significativamente mais amplo do quefitas UD. Assim, é possível estabelecer-se áreas maiores, sem costuras. Se o tecido está perto de ser equilibrado, um tecido de camada únicavai substituir duas camadas de fita ortogonais, reduzindo assim a quantidade de lay-up tempo.Um grande número de variações nas propriedades de compósitos de tecido é possível através da combinação de fios diferentes e tece, permitindo ao projetista uma ampla gama de propriedades laminado. O padrão de tecido, ou na construção, é um x-y coordenar do sistema. O eixo y representa o eixo do rolo de tecido e é conhecido como a direcção da teia. O eixo x da largura do roll é conhecido como o preenchimento ou a direção da trama. A trama é descrita como''equilibrado ", se o mesmo fio e peso são usados em ambos os direcções. Existem basicamente três cores de tecido utilizado na indústria de compósitos. Eles são a sarja, pura e cetim tece. O tafetá é composto por fios da urdidura e trama vai sobre e sob um outro, resultando em um montante igualde cada um de cada lado da tela. A curvatura, ou deformação, que surgem como resultado da tecelagem é conhecida como friso. A aplicação de uma

carga de tensão no plano da tela tende a endireitar a cápsula, manifestando-se como uma redução naresistência e rigidez, quando comparada a uma fita unidirecional do mesmo material. Uma forma óbvia de aumentar a tela do rigidez é reduzir a quantidade de friso tendo as fibras tão reta quanto possível. tecer Twill é uma variação da planície tecem em que a urdidura e fios de trama estão emparelhados, de dois e dois para baixo (ou até quatro e quatro para baixo). tece cetim são um família de construções com um mínimo de entrelaçamento. Nestes tece a trama de fios da urdidura periodicamente pular váriasfios. O comprimento do fio entre as interseções frisado é conhecido como float. O valor numérico que precede o SH''" descritor é sempre maior do que o número de fios da urdidura sobre a qual o fio de trama passa antes no âmbito de um friso único fio de urdidura. O tece obviamente um aspecto diferente, dependendo de qual lado é visto. Ao colocar-los em laminados é necessário fazer uma descrição completa de incluir se cada camada é colocada urdidura ou trama face para cima. Um esquema diagrama de algumas das tramas mais comumente usado é dado na fig. 23.Grande cuidado deve ser tomado para assegurar que as estruturas compostas são definidas de tal forma a equilibrar o laminado tão próximo quanto possível sobre seu eixo neutro para evitar pré-esforçado. Isto é particularmente verdadeiro de laminados empregando materiais UD quer em todo ou em parte. estruturas de favo de mel devem ser concebidas de tal forma que as peles se estão equilibrados, além de toda a estrutura ser simétrica em relação ao núcleo. Apesar de sua ampla utilização, a mecânica de tecidos é muito mal compreendido, independentemente do estilo de tecer. As peças de tafetá o maior grau de estabilidade em relação aos fios derrapagem e distorção de tecido. tece aproveitar alta de cetim, por outro lado possuem melhores propriedades mecânicas como consequência de haver menos distorções de fibra em pontos cross-over. Além disso, desde o movimento das fibras é menos restrito, cetim tece mais dobráveis, mas à custa da absorção de energia reduzido e estabilidade da tela. Isso ocorre porque quanto maior a numberof cross-over pontos, maior será a transferência de energia para as fibras adjacentes. aproveitar Alto tecidos de cetim (ou seja, maiorde 5) só pode ser produzido usando 1 e 3 reboques de fibra K (fios) ou seja, 1000 e 3000 fibras por feixe. fibras de IM só são produzidos em 6 e 12 reboques K, restringindo assim os estilos de tecido em que eles podem ser tecidos. Como uma generalização razoável, o 2? 2 sarja oferece o melhor compromisso entre os vários fatores conflitantes que regem a escolha do tecido.A fase de matriz de resina serve para ligar as fibras da estrutura e protegê-los de mecânica e ambiental danos. As propriedades mecânicas primárias são dominadas pelo reforço (fibras), enquanto a matriz contribui significativamente às propriedades secundárias. Estruturas laminadas são caracterizadas por tirar os pobres da performance avião. Como resultado, eles são particularmente sensível a danos causados por impactos. sistemas de resina temperado têm sido desenvolvidas a fim de aumentar o trabalho de fratura na região interply. Isto é conseguido usando uma mistura de resinas que se traduzam em melhoria do processo de fratura zona. Essencialmente dura polímeros termoplásticos e oligômeros são usados para diminuir e desviar as rachaduras de propagação na interply região. Endurecimento da baixa temperatura (120 º

C) resinas de cura é relativamente simples que o reforço de 180? C resina de cura sistemas é extremamente difícil, sem afetar negativamente as propriedades mecânicas e / ou processamento. 120 º C a cura de resinas são mais baratos e mais fáceis de processar do que o 180? C sistemas de cura que são usados para permitir altas temperaturas de funcionamento do componente em virtude do seu aumento de temperatura de transição vítrea (Tg). Recentemente, um número de fornecedores tem desenvolvido prepreg135? Impregnados C cura que combinam a facilidade de processamento dos 120 º C com sistemas de cura mais do que suficiente desempenho da temperatura e, portanto, ideal para usar a Fórmula 1.Na produção dos carros de corrida da aimis para manter o número de materiais compósitos a um mínimo. Isso permite um mais apertado controle sobre a logística e controle de qualidade, e permite uma compreensão mais completa da sua selecção é properties.Materials definidos por uma especificação''rolando ". O incumbente em cada classe de materiais é usada para definir os requisitos de propriedade. Se um novo material mostrou superior, na sequência de extensos testes e ensaios, ele simplesmente irá substituir o antigo. O objectivo é que a maior rigidez possível e manter a força enquanto um valor mínimo aceitável de propriedades de impacto relacionado (cepa ao fracasso, tolerância ao dano, a dureza da matriz, etc), conforme definido por meio de testes e experiências. Anisotropia de compositesmeans fibra que a completa caracterização estrutural de uma compositematerial requer farmore propriedade definitionand coleta de dados (Tabela 3) Thanis formetalsandalloys necessário. reinforcedcomposites Thepropertiesoffibre são alsostatisticallycomplexsuchthatonemeasures uma distribuição de propriedades, em vez de um valor discreto. Ao contrário dos metais, a produção de compósitos requer a realização de um complexchemical reação, o cure.Thesuccessfulexecutionof a cura é vital indetermining as propriedades de thecomposite. Finalmente as propriedades do compósito são particularmente sensíveis à fibra de alinhamento.

Processo de design

Os meios de comunicação referem-se frequentemente o designer''"do carro como se fosse o produto de um único indivíduo. Na realidade, é mais provável que o resultado dos esforços combinados de 30 ou mais pessoas, cada pessoa que tenha responsabilidade para uma especialização particular.Aerodinâmica são muitas vezes apontados porque a forma externa do carro é sua característica mais óbvia. Provavelmente o A tarefa mais difícil é aquela exercida pelo técnico da equipe o diretor, que deve liderar a equipe de design para o melhor compromisso o que são muitas vezes requisitos conflitantes. O projeto de um carro novo começa com estudos conceito. Hoje em dia isso é um processo dinâmico e interativo envolvendo testes em túnel de vento constante. A fase de definição do projeto ocorre geralmente durante os final do verão e envolve a finalização da configuração geral dos componentes principais do carro. Desenho Assistido por Computador (CAD)instalações são utilizadas para gerar o mestre''eletrônica "da geometria externa, otimizar a dinâmica de suspensão e organizar a embalagem interna do layout. Computer Aided Manufacturing (CAM) software usa esse banco de dados de geometria produzir informações sobre o caminho de corte para a

usinagem de componentes metálicos e produção dos padrões de mestre para o compósito peças. Quando eles estão completos, os moldes são tomadas a partir dos padrões pronto para o início da produção de componentes. Enquanto essas atividades estão em andamento, projeto detalhado da estrutura e carroçaria vai continuar.A concepção do monocoque é extremamente complexa, como consequência da multiplicidade de forças que atuam sobre ela. À medida que o elemento central do carro todas as estruturas outro rolamento de carga estão diretamente ligadas a ele. As forças são transmitidos através da suspensão dianteira como o carro responde às perturbações do circuito e as manobras de condução; cargas são igualmente transmitidos atravéso motor e caixa de velocidades / traseira conjuntos de suspensão. cargas aerodinâmicas são alimentado através das asas e no chão e há mesmo forças de dentro devido ao g-forças do driver no seu assento e apoios cinto de segurança. O carro deve resistir a várias forças efetivamente se for para contribuir para o desempenho geral do carro. É necessário, portanto, suficiente para projetar rigidez no chassis para minimizar a deflexão sob carga. O pré-requisito é a rigidez torcional para resistir a cargas de torção[3]. Ao mesmo tempo há uma exigência para a rigidez da viga de resistir a cargas laterais ou longitudinais de flexão e reforço local nos pontos onde o carregamento feeds diretamente (suspensão de pick-ups, etc.) Uma obrigação é o design ainda mais impactoresistência. O chassis tem de ser forte o suficiente para proteger o condutor em caso de acidente, e deve ser provada de modo passando por testes oficiais da FIA de segurança [7].A complexidade da sua geometria e os materiais utilizados resultar na estrutura do chassi a ser difíceis de analisar. O presente projetos estão combinação semi-quantitativa de experiência e evolução com Análise de Elementos Finitos (FEA). Quebrarestabelece a estrutura em um número finito de elementos em um computador permite a análise de seu comportamento sob a influência de uma ampla gama de regimes de carga. Após uma análise foi concluída, os resultados são exibidos em forma gráfica, comvalores de cor coordenada para ajudar na interpretação (Fig. 24). As deformações de um componente sob carga podem ser representadas em tal forma que os movimentos são extremamente pequenas artificialmente exagerada, tornando mais fácil identificar as áreas onde o reforço é necessária. Contudo, a análise do sofisticado computador no entanto, o software faz uma série de pressupostos e estimativas sobre o verdadeiro comportamento da estrutura e do comportamento dos materiais. É fundamental, portanto, que a FEA é realizado em paralelo com a realização de ensaios mecânicos de cupons representante e componentes para verificar os resultados antes de cometerao final estabelecer-se [9].A carga em um carro de Fórmula 1 é agora a compreender melhor do que nunca. De dados a bordo equipamentos ligados à exploração madeireira transdutores fornecem uma base sólida para os dados a serem utilizados na concepção da estrutura. Estes, juntamente com o teste da FIA cargas definir os requisitos básicos para a força e rigidez. Além disso, é sempre necessário o desenho para o mais alto força da situação. Uma certeza no automobilismo é

que os carros em algum acidente de tempo. O uso da FEA permite uma redução no peso dos diversos componentes, reduzindo a margem de erro necessários no processo de design. Além disso, o estresse concentrações que pode resultar em falha estrutural pode ser identificado e eliminado. Ele não pode ser enfatizada excessivamente No entanto, enquanto que a análise de tensões computador é uma ferramenta muito útil, seus resultados devem ser apoiadas por um programa de teste de confiança para superar qualquer uma das deficiências da técnica (fig. 25). As falhas são geralmente baixo para pequenos aspectos de pormenor concepção e selecção de materiais, em vez de inadequações no conceito global.Há um potencial conflito entre a necessidade de rigidez ea exigência de resistência ao choque já que quanto maior a rigidez das fibras utilizadas menos resistência que eles têm. Esse conflito é resolvido usando uma combinação de tipos de fibras e,sempre que possível, a definição de uma forma que flui suavemente evitando cantos vivos e joggles que agem como concentrações de tensão. A contradição potencial adicional surge porque as considerações aerodinâmicas desempenhar um papel-chave na definição da forma de muitos dos componentes dos carros, para comprometer um projeto deve ser alcançado. peles interior e exterior do chassi "tipicamente consistem de um número de lonas em geral''"orientado a ± 45? proporcionar rigidez à torção. Em regiões onde a maior resistência ou a rigidez são necessários pode haver muito mais material com fibras orientadas, de modo a reagir de forma mais eficiente as cargas. O lay-up da área diretamente ao redor do condutor é obrigado a pagar proteção contra a penetração''força-flecha ". Como tal, deve corresponder ao lay-up de um painel de controle que passou um teste oficial [8].O arranjo estrutural do chassi é de tal forma que a camada externa é reduzida a um número mínimo de peças. Geralmente este é constituído por duas partes: uma parte superior e inferior. Anteparas são posicionados de modo a suspensão do ponto de alimentação de cargas no estrutura e juntar a baía cockpit. pernos de fixação do motor caber em pastilhas sólidas aglomeradas dentro da casca do favo de mel.A caixa de câmbio pode ser considerado como a''parte traseira do chassi "de tal forma que as mesmas considerações do projeto quanto para o monocoque aplicar (exceptopara a exigência de anti-penetração). Composto caixas são geralmente finas escudos monolítico ou composto metálicoanteparas transversais que dão rigidez e transportar as peças''de trabalho ". componentes da carroceria, a tampa do motore lateral-pods, e os dutos de refrigeração, exigir boa, precisa superfícies aerodinâmicas, rigidez moderada e massa mínima.Sandwich e materiais de construção de baixa densidade, tais como compostos de carbono fornecem uma solução ideal para estas peças. A piso apresenta um desafio maior projeto em que é necessário para cumprir uma série de tarefas diferentes. Faz parte inferior obrigatória do veículo entre as rodas ao mesmo tempo atuando como um dispositivo aerodinâmico gerar quantidades consideráveis de downforce. O impacto é também um critério óbvio que é a tolerância a vibração. Em comum com o chassis, estruturas asa necessidade de explorar a rigidez e características específicas da força de laminados de carbono / epóxi, deflexão sob carga mínima a ser exigidae tolerância de um elevado grau de vibração. A precisão de um perfil de asa é crucial para seu

desempenho. Prepreg técnicas de moldagem fazer isso muito bem. Componentes de suspensão sofrem carga em direções predeterminadas e assim são ideais para explorar a anisotropia dos compósitos.Ligando design e produção Ao projetar um componente de materiais compósitos, nunca é suficiente para considerar o item terminar sozinho. É sempre necessário a pensar em como ele vai ser fabricado em termos de lay-up durante o estágio de projeto do molde e para trás até a configuração do modelo mestre. É muitas vezes necessário procurar um compromisso entre a maneira mais simples de produzir uma parte ea configuração de design mais elegante. Os componentes são formados por empilhamento de camadas de pré-impregnado orientado em uma molde antes da cura sob calor e pressão em autoclave (Fig. 26). Os compostos são particularmente exigentes no que diz respeitoa otimização e controle de processo, pois há tantas variáveis possíveis. Parâmetros como a espessura da dobra, do tipo de fibra, orientação dobra, materiais de matriz eo número de folhas presentes equipas de F1 com uma variedade quase infinita de combinações possíveis para atingir uma ampla gama de desempenho mecânico.Uma das tarefas mais difíceis do engenheiro de design de compósitos é a criação de documentação de projeto precisos para permitir a conversão de folhas planas de matéria-prima em um componente complexa curvatura dupla. Isso se torna ainda mais desafiador como as mudanças são feitas para o projeto. Uma tendência recente tem sido a utilização de ferramentas de software de otimização que aumentam o CADsoftware para fornecer uma conexão direta com o modelo CAD 3D para o chão de fábrica. Composites software de aplicação é capaz de gerar automaticamente tabelas material, gráficos seqüência, dobra estabelecer-se protocolos e lay-up diagramas. Como as mudanças sãofeitas ao projeto, a documentação pode ser atualizado automaticamente para acomodar essas mudanças, encurtando os prazos e prevenir erros. O objectivo global é o de simplificar a produção de componentes essencialmente fornecer um simples conjunto de instruções semelhantes às usadas para montar um kit do modelo do passatempo, a fim de garantir a continuidade e reprodutibilidade de fabricação.O software permite a tradução direta de curvas compostas em padrões lisos e é capaz de conduzir de corte CNC máquinas que produzem um kit de peças prontas para montagem (fig. 27). Ele também é capaz de fornecer alertas de fabricação''"durante a fase de projeto. Os potenciais problemas que podem surgir incluem regiões deformação do material onde vai causar rugas ou dobras exceder a largura de material disponível, etc feedback práticas, tais durante o projeto suporta uma metodologia de engenharia simultânea e permite uma rápida e eficiente re-design muito antes da produção fase. Uma ajuda é particularmente benéfico o uso do que é conhecido como''dobras livros ". construções complexas são quebradas se em camadas simples passos dobras apresentados, como o nome sugere, em formato de livro. Cada página do livro representa uma única

dobra no lay up e contém todas as informações necessárias (materiais, detalhes, forma de início e término pontos, etc) para permitir a uma montagem eficiente seqüencial. Um exemplo de página de um livro de folhas para a fabricação de uma caixa de ar do motor é composto mostrado na figura. 28. Originalmente, esses livros foram produzidos por uma operação separada, uma vez o projeto foi concluído. Atualmente eles tendem a ser produzidos (e atualizados automaticamente quando necessário) pelo pacote de software de otimização. Uma inovação recente na indústria aeronáutica, utiliza equipamentos de projeção a laser para indicar visualmente a posição de cada dobra ou inserir nasuperfície da ferramenta de molde (Fig. 29).

Fabrico de componentes

Antes que os componentes podem ser produzidos, um padrão de tamanho completo devem ser produzidos para cada parte. Os padrões são utilizados parafazer moldes em que o composto lonas são definidos acima. O método mais comum para a produção dos padrões começacom os dados apropriados do sistema CAD sendo alimentada em uma máquina de 5 eixos CNC. A fresadora corta opadrões de um bloco de material de ferramentas (geralmente uma resina epóxi sólida contendo micro-esferas de vidro) (fig. 30).Como fornecido as lajes de ferramentas materiais são apenas 50 mm de profundidade para que os padrões maiores devem ser feitos através do empilhamento e colagemlajes de várias juntas. Quando o processo de corte é completo os padrões são friccionados para baixo com a mão usando''molhado ou seco de silício "carboneto de lixa. Esta operação, conhecida como a modelagem, garante que as interfaces entre os padrões adjacentes sãomisturadas e remove qualquer usinagem marcas deixadas pela fábrica. Uma demão de tinta epóxi é aplicada ao moldesuperfícies de vedação e protegê-los (Fig. 31). Finalmente, os padrões são verificados quanto à precisão usando uma máquina de digitalização de 3 eixos.Os moldes de que os componentes do composto são feitas, que são produzidos por um epóxi carbono''prepreg ferramentas " sobre os padrões para formar uma imagem refletida na parte final (Fig. 32). O processo de laminação seguiu para os moldes é idêntico para que o empregado ao fazer os componentes, exceto que eles são sempre ao contrário de muitos skins única das peças feitas a partir deles que são frequentemente estruturas de favo de mel. O pré-impregnados de ferramentas contêm uma resina epóxi especialmente formulado que cura a uma temperatura relativamente baixa de 60 º C ou menos. Isso é feito a fim de melhorar a precisão da reprodução, evitando expansão do calor e da distorção dos padrões. Os moldes são convencionalmente feito 10 folhas de espessura. As peles exteriores e interiores (ou seja,a superfície do molde) são feitas de um gm 200? 2 2? 2 sarja tecer (fibras T300), enquanto a maior parte do molde (8 lonas)

é feito de um m 650 g? 2 2? 2 sarja tecer. moldes maiores, como os de chassis e carroçaria, requerem reforços e deve ser apoiado em suportes metálicos para evitar que eles distorcem sob a sua própria massa. Na sequência a cura, os moldes são pós-curado em um forno programável para aumentar a temperatura de transição vítrea da resina. Aciclo de cura típico post que envolvem o aquecimento do molde de ambiente para 200 º C a uma taxa de 20 h C? 1 seguido por 15 min habitar. O forno é então resfriado a 190 º C eo molde mantida a essa temperatura por 8 h. É, então, permitiu a cura de voltaao ambiente, a uma taxa de 3 h C? um máximo.É importante observar, neste ponto, uma das vantagens mais significativas de fabricação compostas; a ferramenta é extremamente rápida para produzir (3 dias ou menos, se as escalas de tempo estão apertados) e, mais frequentemente do que não,é menos caro do que uma única unidade de peças feitas a partir dele. Isto é particularmente vantajoso quando o ciclo de produção é de pequeno porte. Em certas aplicações moldes em alumínio usinado CNC são utilizadas por conveniência ou de um componente único podem ser tomadas diretamente de ferramentas de bloco, mas os moldes são compostas geralmente preferido devido a sua resistência à distorção e expansão durante o ciclo de cura produz um componente mais precisos.Prepreg lay-up das peças em material compósito é feito à mão e segue as práticas aceites e procedimentos. Plies estão laminado com as orientações especificadas em um molde devidamente configurado, um saco de vácuo é aplicado e cura ocorre em uma autoclave para o ciclo recomendado. A operação de laminação é realizado em um ambiente controlado, sob limpa condições da sala. A colocação acima do pré-impregnados dentro dos moldes é um processo meticuloso, em que os altamente qualificados e experientes Os operadores devem acompanhar de perto a documentação fornecida pelo engenheiro de projeto. A natureza trabalho intensivo dos processo de estratificação é uma das principais desvantagens dos materiais compósitos. Grandes painéis de aeronaves, de geometria relativamente simples, muitas vezes são definidos automaticamente usando máquinas CNC de fita que, embora pequenas, intrincadas peças F1 só pode ser feito à mão. É essencial, ao colocar o prepreg, que o material obedece aos contornos do molde e não preencher quaisquer dos cantos ou características de superfície. Para isso, às vezes é necessário para o laminador a quente a pré-impregnado com o cabelo Secadores para diminuir a viscosidade da resina e melhorar a sua drapability. Além de secadores de cabelo, as ferramentas do "laminadoras comércio incluem bisturis cirúrgicos e espátulas para trabalhar os materiais e em torno das características do bloco de molde ou ferramentas, tendo o cuidado de minimizar o ar preso entre as folhas. partes adjacentes do prepreg são sobrepostos para criar um completamente estrutura integrada. O kit de pré-impregnado peças fornecidas à laminadores geralmente é cortado ligeiramente maior para que eles possam ser cortada para criar exatamente a quantidade correta de se sobrepor.

Após os primeiros dois ou três folhas do componente ter sido posta no molde, são tomadas medidas para assegurar que eles são compactado em conjunto e que seguem os contornos do molde. Esse processo, conhecido como consolidação e de-bulking é realizado pela aplicação de um saco de vácuo cuidadosamente adaptados e sujeitando a parte do trabalho a uma combinação de vácuo e um aumento de temperatura moderada em autoclave. Uma camada de tecido de poliéster, com uma consistência um pouco como o algodão, a conhecida como respiro é imprensada entre a camada exterior do prepreg eo saco para permitir a remoção controlada do preso do ar. Um filme anti-aderente conhecida como camada de liberação é colocado entre o respirador eo prepreg para impedir os dois de degola juntos. O processo é repetido várias vezes como o laminado é construída, com um final de massa realizadas sob pressão antes da cura. Uma placa de alumínio, conhecido como um prato omento, é algumas vezes usado para trazer uma pressão mais direta e uniforme para os leigos, apesar de que isto é opcional.Quando todas as folhas tenham sido estabelecidas para cima e para a pressão final de bulk-concluído, o conjunto é envolto em um novo saco de vácuo e voltou para a autoclave para a cura. Uma representação esquemática das várias camadas na montagem''cura " é mostrado na figura. 33.Hollow seccionados componentes, tais como asas e peças de suspensão são consolidadas através da técnica do saco de pressão interna. sacos de pressão também envolvem o uso de vácuo, mas são mais complexas, aplicando uma pressão adicional para a assembleia através de um saco de elastoméricos. A bolsa está aberta para o gás autoclave garantindo uma pressão isostática na ferramenta de molde. Uma variaçãosobre este tema envolve a utilização de um mandril sólidos metálicos ou elastoméricos. Consolidação pressão é gerada pela térmica expansão do mandril contra o molde e laminado. Grande cuidado deve ser tomado com este método, pois a pressãogerado não é o mesmo que o gás autoclave. É muito fácil fazer o mandril muito pequeno e tem consolidação pobres, ou muito grande a criação de uma enorme pressão que pode danificar o molde. componentes individuais da pele são curadas em 7 bar de pressão notemperatura recomendada por 1-2 h. Sanduíche construções são curados em dois ou três etapas, a primeira pele a cura em completo (7 bar) de pressão da autoclave e os adesivos de filmes posteriores, o núcleo do favo de mel, pastilhas e pele interna curada, a uma pressão seguro para o núcleo (tipicamente 3,5 bar) (fig. 34).Pontos onde parafusos e outros passam através do núcleo do favo de mel são reforçados localmente através das inserções. As inserções são pedaços sólidos de composto ou metálicos que são fornecidos ao laminators pré-cortados e estão posicionados em recortes predeterminado no núcleo do favo de mel. As pastilhas servem para difundir o ponto de carga sobre uma maior superfície do compósito, reduzindo assim a concentração de tensões. Eles também impedem os parafusos, etc de mover-se sob a carga que esmagam o núcleo do favo de mel e, finalmente, fratura da pele composta. A camada de

alumínio ou de aramida material do favo de mel (''Nomex ") imprensado entre as duas peles varia de espessura, dependendo do projeto estrutural. Um filme adesivo é aplicado entre as peles e as núcleo criando um vínculo forte quando curado.A maioria das estruturas são montadas por colagem adesiva um número de peças em conjunto. A união adesiva é um particular método eficaz de montagem de estruturas complexas, especialmente aquelas feitas de materiais diferentes. Desde que as conjunta é bem desenhado, o vínculo adesivo deve ser um dos aspectos mais importantes da estrutura e certamente deve não ser a vida como fator limitante. Isto, obviamente, pressupõe que o conjunto foi executado corretamente. Os principais fatores que determinam a integridade de uma ligação adesiva são a seleção do adesivo mais adequado, o projeto conjunto, a preparação da superfícies de colagem e rigoroso controle de qualidade na produção e no monitoramento de condições de serviço. Adesivos tornaram-se cada vez mais importante na montagem de muitas das estruturas multi-material que compõem uma corrida de Fórmula 1 contemporânea carro [10]. Antes do chassi principal é''fechado "pela união da parte superior e inferior, as duas divisórias internas são coladas em colar com um adesivo epóxi. Um deles é o encosto do banco''", um painel de sanduíche esculpida localizado atrás do banco do motorista,formando uma divisória entre a célula de combustível e de cabine, eo outro é o traço''"anteparo posicionado ligeiramente à frente da abertura da cabine, por meio do qual as pernas do motorista passar (fig. 35). Acabamento dos componentes geralmente envolve furação e rosqueamento, etc os buracos utilizados para vários anexos. Os furos são feitos em uma máquina de 5 eixos CNC utilizando dados fornecidas pelo modelo CAD e são utilizados, no caso do monocoque, por exemplo, para a instalação de suspensão e pick-ups carroçaria, etc.

Recursos de design e produção

Ao longo dos anos as equipes aumentaram de tamanho como um reflexo da maior quantidade de engenharia alimentar o projeto. A equipe competitiva emprega um total de cerca de 500-600 equipe para cobrir todos os aspectos da construção do carro concepção e funcionamento, com à excepção dos motores e outros itens comprados. A força de trabalho envolvida na concepção e produção de compósitos ascende a cerca de 140. espaço de chão de fábrica entregue aos compósitos é da ordem dos 1100 m2 enquanto as instalações incluem a cura três autoclaves e cinco de ar circulante fornos. No passado, o carro foi projetado por um pequeno número de pessoas em um curto período de tempo e, por necessidade, as decisões eram tomadas mais por instinto do que a investigação analítica demorada. Escalas de tempo permanecem o mesmo, mas o maior número de pessoas envolvidas indica a extensão aumentada para que a ciência constitui a base da design. Peças se tornaram mais complexos e de maior qualidade. Como conseqüência o volume de trabalho, tanto na concepção e produção tem crescido em volume. O período

de tempo desde a definição do projeto para a primeira corrida do veículo completo está em torno de 5 meses e requer mais de 100.000 horas-homem de tempo de design. A necessidade de uma boa gestão do projecto é, portanto, auto-explicativo. A quantidade de peças produzidas varia de acordo com a taxa prevista de atrito para componentes individuais seja através da obsolescência como o carro desenvolve ou danos. Fora do período''pânico inicial ", levando até a primeiracorrida, o objetivo é produzir um fluxo constante de peças como e quando eles são necessários. Dito isto, a equipe de produção precisa ser extremamente flexíveis em sua capacidade de reagir a acontecimentos imprevisíveis. Embora o Grand Prix do calendário e programa de teste do circuito impor uma periodicidade sobre o desenvolvimento e produção, os acidentes imprevistos a qualquer um poderia resultar na necessidade para organizar um programa muito rápido de reparação e substituição [11].

Segurança e continuidade

A área de segurança queda nos permite explodir outro dos mitos que cercam a materiais compósitos, que têm mau impacto no desempenho. Os mecanismos que ocorrem durante a destruição de um chassis metálico carro de corrida pode ser ilustrado considerando-se o colapso axial de um tubo de metal de parede fina sob impacto. Após um pico de carga inicial, que se inicia o processo energético, serão absorvidos, como resultado do trabalho realizado na formação de rótulas plásticas que se desenvolvemprogressivamente ao longo do tubo (Fig. 36). Isso pode ser demonstrada simplesmente por estampagem em cima de uma refrigerantes pode e, em seguida, tentando imaginar o que seria como estar nele ao mesmo tempo!Em contraste com o fracasso de um chassi composto não envolve deformação plástica. A rigidez imensa de uma fibra de carbono monocoque é tal que o seu limite elástico não será ultrapassado. Esta alta rigidez serve para transmitir a carga do ponto de impacto adicional na estrutura de modo que cargas maiores possam ser absorvidas sem danos permanentes. Uma vez que o carga na localidade do impacto superou a força absoluta do laminado, o fracasso nessa área é total, como o compósito progressivamente lágrimas se aos pedaços (fig. 37).As propriedades de absorção de energia dos materiais compósitos pode ser descrita em termos de trabalho''de fratura ", que surge dos mecanismos que ocorrem durante a falha. A fragilidade inerente dos compósitos garante que eles não sejam objecto dea característica processo de produção de metais dúcteis, mas, sobre a aplicação da carga, deformar elasticamente até o ponto de fratura.Uma série de modos de deformação estão disponíveis para multifásicos complexos materiais compósitos.Os mecanismos de absorção de energia primária em fibra de plásticos reforçados são os seguintes:

1. Rachaduras e fratura das fibras. 2. Matriz de fratura. 3. Descolagem (pull out) de fibras da matriz. 4. Delaminação das camadas que compõem a estrutura. Um corpo composto, portanto, se desintegra na estrutura e microscopicamente durante um evento de impacto. O material do núcleo em colméia de alumínio tubulares estruturas sanduíche também contribui para o mecanismo de absorção de energia. Referindo-se à nossa original analogia, favos de metal pode ser considerada como uma grande variedade de pequenas latas de refrigerantes que squash e absorver a energia com o impacto. Uma vez que os mecanismos pelos quais os compostos de dissipar a energia ter sido detectada, as medidas podem ser tomadas para engenheiro a estrutura para melhorar a sobrevivência do driver. As propriedades de absorção de energia de automóveis composta melhoraram dramaticamente nível de segurança da Fórmula. Agora, é bastante comum ver motoristas sobreviver falhas que anteriormente quase certamente têm reclamado a sua vida. Os acidentes fatais da temporada de 1994 mostraram, porém, que o esporte não pode ser feito 100% segura. A fim de minimizar o risco para pilotos e espectadores, a FIA exige que cada carro construído pelas equipes devem passar por um rigoroso conjunto de testes de segurança. Os testes são atualizados a cada ano como o conhecimento do projeto estrutural e melhora investigação de sobrevivência após realizada pela equipe médica do órgão regulador. Os testes consistem em uma série de estática cargas aplicadas à célula de sobrevivência para verificar sua integridade, e testes de impacto frontal obrigatório (nariz caixa) de impacto laterais e traseiras estruturas (Fig. 38). Os testes devem ser realizados na presença de um oficial da FIA. Não deve haver nenhum dano para a sobrevivência célula e, no caso dos testes de impacto, a magnitude da desaceleração devem estar dentro dos limites estabelecidos pelos peritos médicos sendo de sobrevivência. Driver sobrevivência depende do chassi se comportar como uma célula de sobrevivência (essencialmente um terno de armadura) protegendo o driver do impacto, enquanto as estruturas de absorção de energia se dissipar a energia cinética e limitar a carga transmitida no monococque e condutor [7].

Resumo

Desde o início, as equipes de automobilismo têm se esforçado para explorar a tecnologia de ponta em sua busca pela vitória. Fórmula 1está no apogeu do esporte em termos de financiamento, popularidade e tecnologia. Nas últimas três décadas o esportetornou-se um negócio multibilionário comandando uma cobertura global imenso. Os times grandes, agora, operam em orçamentos da ordem de várias dezenas de milhões de dólares que se preparam para''fazer "de batalha, através da mídia global, testemunhado por um percentagem significativa da população do mundo. Uma porcentagem crescente dos orçamentos das

equipes são investidos em novas tecnologias.A extensão deste investimento tem sido tão grande que os observadores cínicos chamaram o esporte''a procura da injusta vantagem ". Brincadeira à parte, a aura de estado-da-arte da ciência e da engenharia acrescenta muito para o fascínio e aumentandorecurso das raças. A introdução dos chassis reforçado com fibra composta foi um dos desenvolvimentos mais significativos na história do automobilismo Grand Prix. Os avanços tecnológicos adquiridos através desses materiais avançados produziram carrosque são mais leves, mais rápidos e mais seguros do que nunca. Os materiais compósitos só pode ser explorado em todo seu potencial se compreende o processo completo de matérias-primas até os componentes são retirados de serviço. A chave do sucesso é a capacidade de obter a melhor solução para o pacote de projectos-piloto, a inovação do motor, pneus, aerodinâmica, técnicas e confiabilidade. Composites ciência dos materiais e engenharia teve um papel significativo, muitas vezes fundamental, no desenvolvimento da Fórmula 1.