כישלונות חומריים בביצועים גבוהים ספורטיביים וגורמיםיהם המביעים

מבוא

מוצרים ספורט ביצועים גבוהים מנדסים לפעול בשולי הגבולות החומריים, המאפשרים לספורטאים להשיג זמנים מהירים יותר, קפיצות גבוהות יותר, ו סיבולת גדולה יותר. מפצלי טניס פחמן-פיבר לנעליים ריצה מכווצים, מוצרים אלה חייבים לעמוד בלחצים קיצוניים תוך שמירה על משקל ועמידה.אבל כישלונות חומריים נמשכים, לפעמים עם תוצאות הרסניות במהירות, מחוספס על אופניים מחוסנים על מסגרת כדורסל או מחוספסת, מדוע צורך במקרים של חומרים אלה, כדי להיכשל, כדי למנוע את ההשפעות קריטיות, כדי למנוע את ההשפעות של דיכאון, או להיכשל, כדי למנוע את הביצועים של חומר זה, או לחץ על רקע זה, אם זה, אם זה, כדי למנוע את זה, כדי למנוע את זה, כדי למנוע את זה, כדי למנוע את זה, לחץ על מנת למנוע תקלות קריטי, אבל נכשלים, אבל נכשלים, אבל נכשלים, אבל נכשלים, אבל נכשלים, אבל נכשלים, לעתים עם תופעות לוואי קריטי, לעתים עם תוצאות קריטי, אם זה, נכשלים, נכשלים, נכשלים, אבל נכשלים, לעתים עם תוצאות נוגדות, אבל נכשלים, לעתים עם תוצאות קריטי, לעתים עם תוצאות קריטיים, נכשלים, לעתים עם תוצאות נוגדות, אבל נכשלים, נכשלים

סוגים נפוצים של כישלונות חומריים

כשלים חומריים בתעשיית מוצרי הספורט נופלים בדרך כלל לחמש קטגוריות, כל אחת מהן עם מאפיינים והשלכות שונות של עיצוב המוצר.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מתרחשת כאשר מרכיב מפריד לשניים או יותר חתיכות עקב הלחץ מעל הכוח האולטימטיבי של החומר.בספורט סחורות, שברים לעתים קרובות תוצאה של אירוע עומס אחד - כדור בייסבול מכה כדור מהיר בנקודה חלשה, או טיפוס קנבינר טעון מעבר ליכולת הדירוג שלו.עוד סובסידי יותר הם סדקים עייפות, אשר יוזמים בפגמים מיקרוסקופיים ולהגדיל לאט לאט לאט תחת טעינה פתאומית, לדוגמה, עבור גולף זעירה, עד עיגולים עשוי להופיע על פני עיגולים של עיגולים זעירים, עד עיגולים של עיגולים.

Deformation (Plastic and Creep)

עיוות מתייחס לשינוי צורה קבוע תחת עומס.במרכיבים מתכתיים כמו מקלות הוקי אלומיניום או ברים הרמת משקולות פלדה, התשואות מתרחשת כאשר הלחץ עולה על כוח התשואות. Composites ופולימרים יכול גם deformform - פולמיס בנעליים לרוץ דחוסות בהדרגה, ירידה ריבאונד. Creep, עיוות תלוי זמן תחת לחץ קבוע, הוא נפוץ במרכיבים המבוססים על פולימרים (למשל, מסטיקה, לתקופות ארוכות).

חיסון

דלמינציה היא הפרדת שכבות במפרק מלוטש, כגון סיבים פחמן /פסי המשמשים במסגרות אופניים, מכוני טניס, וקאקים.זה לעתים קרובות יוזם בשוליים או נקודות של השפעה שבו מדגישה laminar את השיא. ברגע שהדלמנטון מתחיל, הוא יכול לגדול תחת טעינה מחזורית, צמצום קשיחות וכישלון יכול להיות שקט עד שהמבנה פתאום.

קורוזיה והערכה סביבתית

חשיפה ללחות, זיעה, מלח, קרינת UV, או כימיקלים יכולים להחליש חומרים לאורך זמן.סגסוגת אלומיניום corrode בסביבות ימיות (למשל, מורדים רוח); פלדה חלודות בציוד כושר סוודר; פולימרים הופכים לערעור מתקפת UV (למשל, מגרש משחקים) אפילו סיבי פחמן יכולים לסבול מקורטוז גליון גליוני כאשר במגע עם ממת מתכות.

ללבוש ומוחש

אובדן חומרים על פני השטח באמצעות חיכוך חוזר מפחית את חיי הרכיב.דוגמאות כוללות כיתות של טיפוס מטיפוסיים, בסיסים סקי מוטבע, ושמיכות נעלות נפוחות. בעוד שלא קטסטרופליות בבידוד, ללבוש יכול להוביל לכשלים משניים, כגון חבל שבור לאחר נזק הית הכישוף חושף את הליבה.

המונחים: materialכישלונות

הבנת מדוע חומרים נכשלים דורש לבחון את יחסי ההדדיים של תכונות חומריות, תנאי טעינה, איכות הייצור וחשיפה סביבתית.

חומר Fatigue

עייפות היא הנזק המבני המתקדם, המקומי המתרחש כאשר חומר נתון לטעינה מחזורית - אפילו מתחת למחזורי התשואות שלו.בספורט סחורות, עייפות מתפשטת: צריח טניס חווה אלפי השפעות מיתרות, נעל של רץ עובר מיליוני התקפי הליל, ואופנועים לא יכולים לסבול אינספור שבץ.

בחירה חומרית

בחירת החומר הלא נכון ליישום היא טעות הנדסית קלאסית.לדוגמה, באמצעות סיבים פחמן גבוה אך רב עוצמה מורכב עבור רכיב כי חייב לספוג אנרגיה השפעה (כמו חבית בייסבול) יכול להוביל לנפץ ולא להשחית. בדומה, בחירת סגסוגת אלומיניום ללא התנגדות קורוזון נאותה עבור משטח מרופדת ריצוף יהיה לגרום לשחיקה מוקדמת וכשלים.

ייצור Defects

פלמות המוצגות במהלך הייצור הן גורם מוביל של כישלונות מוקדמים.אלה כוללים ריקנים (כיסים אוויריים) במתחרים ממושכים, אוריינטציה סיבים לא עקביים, אגורה גרועה בהצטרפות דבק, פגמים מולדים (פורוזיות, תחת רדיפה, חוסר היתוך) במפלס מתכת, ופלאש או מטביעה בפלסטיקים מזוקקים.

עיצוב פלאג

גם עם חומרים מושלמים ייצור, עיצוב גרוע יכול לגרום כישלונות עיצוב משותף כוללים פינות חדות (העלאת מתח), שינויים פתאומיים בפרשת צלב, לא מספיק מילוי רדיוי, ונתיבי עומס לא מספיקים. חור רצועה ממוקם קרוב מדי לקצה של מתכת כיס יכול לקרוע. מסגרת אופניים עם יחס נוקשה משקל יכול להיות כל כך נוקשה כי זה משדר רטטים מזיקים למתח, גורם למתחם איטי יותר, כמו גם לאפסת שומן.

גורמים סביבתיים

(ב) הסביבה שבה נעשה שימוש במוצר יכולה להאיץ באופן דרסטי את ההתדרדרות:0 (MoistureFeloph) ו-(MoistureFLT) ב-[[1924]], ולקדם את הקורטוזיות הגלקטית ב-FLT-comsite Junction (FLT:2Ultravio) קרינה LTF3, ו-Freshreic crucereic crutial) של חומצה פוליגרפיית (Feric) ל-Feric) ל-FericlyFericlyFureeric)

מחקרים ודוגמאות מפורטות

בחינת כישלונות בעולם האמיתי מספק שיעורים קונקרטיים עבור מעצבים וספורטאים. להלן הם מספר מקרים בולטים מענפי ספורט שונים.

פחמן פייבר אופניים בצורת דלקמינציה

בתחילת שנות ה-2000, כמה כישלונות גזע בעלי פרופיל גבוה התרחשו כאשר מסגרות סיבים פחמן מחוסנים במהלך סימני סיבולת.ספקציה גילתה כי אזור השרשרת (שם השרשרת משפשף את המסגרת) היה כיסוי משיכה ללא מספיק, המוביל להשפעה מהשרשרת גרימת הפרדה שכבתית.היצרנים הגיבו על ידי הוספת סיבים פחמן "לוחות" ושיפור בקרת איכות של עיצוב שרף תקין כולל גם הבטחתו כי ניתן לעמוד בשרשרת 1Factite תמיד עם ה-Factite).

בייסבול אלומיניום בקריפט

עטלפים בייסבול אלומיניום נועדו להיות מאופקים עבור אפקט חשמלית.עם זאת, השפעות כדור חוזרות על מהירויות גבוהות יכול לגרום עייפות סדק ליד קצה הטיפול או החבית. A 2009 מחקר על ידי אוניברסיטת מסצ'וסטס Amherst מצא כי עטלפים עם חביות גדולות יותר (וקירות דקים) היו עכשיו עייפות קצרה יותר. כמה יצרנים משתמשים עכשיו סגסוגת אלומיניום 7055 (כוח גבוה) וחיזוק הטיפול עם עקיצות עם דחוסים כדי להרחיב את החיים - מכווץ עכשיו.

נעלי נעלי מדרש: Shutfall

קצף נעליים (EVA, פוליאורטן או PEBA מבוסס) מאבד חוסן לאחר 300-500 קילומטרים בשל דחיסה סט ועייפות קיר תאים.אבל כישלון מוקדם יכול להתרחש אם הקצף נחשף לחות (למשל, ריצה בגשם) או טמפרטורה גבוהה (נעליים מחוספסים בגזע מכונית) אבל מבנה תא סגור של קצף יכול להיות ניזוק, המוביל לתחתית של 180 מעלות צלזיוס) כמו נעלי בדיקה 1FSTX (אורד) אבל עדיין פחות טוב יותר) אבל רק לאחר מכן (אורד) יותר טוב יותר מאשר אחסון).

קידוד Pre-Releases

מחייבי סקי לשחרר כאשר נופל חל על מומנט מסוכן, אבל הם לא צריכים לשחרר מוקדם במהלך סקי אגרסיבי.חומרים בכישלונות המחייבים - כגון דיור באביב מפונק או חתיכה שבורה - יכול לגרום לפני שחרור בלתי צפוי. ניתוח דוחות צרכנים 2018 מצא כי כמה מודלים מחייב באמצעות הנדסה ממוחזרת של מטבעות דיגיטליים היה שיעור כישלונ גבוה יותר עקב סדקים.מודרניים להשתמש זכוכית- inforceed ו- 100,000 זריקות מתכתיבית.

הטניס הטניסיבי Racket Delamination

rackets טניס גבוה עשוי סיבי פחמן Kevlar יכול להשחית על להיטים מחוץ למרכז, במיוחד כאשר הכדור מכה את המסגרת ליד הגרון.זה בשל העומסים הגבוהים ביותר של וילסון, ראש, ובבולט משלב עכשיו סיבים מצופים ואפקטים עמידים על מערכות epoxy. a מחקר על ידי איגוד הטניס האמריקאי מצא כי דלמנט הוא הנפוץ ביותר ב כישלונות 12 חודשים לאחר מכן הם רואים השפעה תחרותית על ידי כל אחד מהם "מפלקסים" אם הם רואים השפעה על כל אחד משוחררת" לאחר 12 חודשים.

תפקיד הייצור ב-Action Prevention

איכות הייצור היא הגשר בין תכנון לבין ביצועים בפועל.אפילו העיצוב הטוב ביותר נכשל ללא בקרת תהליכים זהירה.

המונחים: Autoclave Curing

בתעשיית מוצרי פחמן, רצף השכבות ומחזור הריפוי הם קריטיים. אי-פרופוקום שקיות יכול לעזוב את הנפיחות (חללים >2% על ידי נפח), צמצום כוח הרהר בין-laminar עד 40%.הקללה אוטומטית לרפא ב-120 מעלות צלזיוס ו-90 psi מספקת חלקים ללא-חלו-מחל, באמצעות לחץ בלבד, הם נפוצים יותר עבור יצרני טמפרטורה מדויקת יותר:

המונחים: weld Lines

חלקים משונים (למשל, קליפות קסדה, חוליות מרופדות) יכולים להיות קווים נדושים שבהם שתי חזיתות זרימה נפגשות - אלה נקודות חלשות אם לא מאוורר כראוי.עיצוב ישן חייב למקם קווים מרוחקים מאזורים בעלי מתח גבוה, כמו כן, קצב קירור משפיע על גבישי בתרמופלסטיקה; קירור מהיר מוביל לערעור, תוצאות איטיות מדי בעמוד השדרה של ציוד מטבולי מתכתי (F) אך מצמצם את הטמפרטורות קשות (DLCC) אך ממרחק של כדור הארץ (pate) מצמצם את הטמפרטורות מתוחכמות לחץ דם (Ric) אך ממרחק של חום (DLCC) אך ממרחק של חום (DFDF) ממרחק של 1FDfcate) מצמצם את המשקל של חום (Ricial) ממרחק של חום-DIRDIRDFDFDIRDIRFDFDIRFate (RIRD) מטבוליות בטמפרטורות מתוחכמות של חום (R.

טיפול בבישול וחום של מתכת

רכיבים אלומיניום מבוזרים (למשל, טיפוס carabiners, ראשי מועדון גולף) לקבל צורה קרובה לאינטרנט עם זרימה משופרת של גרגר. Improper לטמפרטורה יכול לגרום צמיחה דגנים או ללחיצת דגנים - עצירות כי להפוך להעלות מתח. Post-forging חום יש לשלוט בדיוק: over-inating over-inating כוח, תחת עלות עלים מתקפלים של ירידה במשקל 2016 בשל מחסור בטמפרטורות כבדות, לאחר ירידה במשקל עקב ירידה במשקל עקב ירידה במשקל כבד.

בקרת איכות ובדיקה לא הרסנית

(ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גורמי מתח סביבתיים בפירוט

מעבר לעומס פיזי מיידי, מוצרי ספורט מתמודדים עם מגוון רחב של התקפות סביבתיות שיכולות להאיץ את הכישלון.

תמימות ו Humidity

חומרים Hygroscopic - במיוחד ניילון ו-epoxy resinsins - לחות אבסטורב, אשר מפלסטיק את הממטריקס, מוריד את טמפרטורת המעבר זכוכית (TreaFLT:0gigigtureFLT:1), ומקדם השפלה הידרוליטית. A פחמן כריית סיבים שנשארו במוסך רטוב עשוי לאבד עד 15% של קשיחות מעל עונה.

קרינה אולטרה סגול

קרינת UV-B ו-UV-A פורצת אג"ח קוהנדסי בפולימרים, מה שגורם לנפיחות בשרשרת, צהובה ואובדן כוח רב-עוצמה של סניליים. A ניילון מטפס על חבלים חשופים לשמש ישיר במשך שנה אחת יכול לאבד 30-50% מכוחה פורץ. ייצובים (שחור פחמן, מעכב ייצוב אור amine) מתווספים, אך יעילותם יורדת לאורך זמן.

טמפרטורה Cycling

ציוד ספורט לעתים קרובות עובר שינויים טמפרטורה מהירה: סקי מ לשכן חם עד 20 מעלות צלזיוס שלג, או מסגרת אופניים פחמן מקרון חם (60 ° C) לירידה קרה (5 ° C) התרחבות תרמית שונה בין חומרים שונים בין חומרים שונים (למשל, אלומיניום להוסיף פחמן מורכב פחמן) יכול לייצר מתח פנימי הגורם microcracking. כמה יצרנים סקי להשתמש eomeric כדי להתאים שכבות תרמיות.

חשיפה כימית

הזיעה ( המכיל מלחים וחומצה גלקטית) היא קורוזית לאלומיניום ויכול לגרום לעומס corrosion סדק בסגסוגת אלומיניום גבוהה סטרנגית.נוסחאות sunscreen המכילות oxybenzone יכול לרכך וחלקים צהובים פוליקרבונט.

אסטרטגיות למניעת תקלות חומריות

גישה שיטתית למניעת כשלונות כרוכה בעיצוב, מדע חומרי, ייצור והנחיות שימוש.

חומרים מתקדמים ואדריכלות היברידית

(ב) שימוש בתרכובות של ⁇ (ב) (למשל, פחמן / קרבר תערובת להשפעה קשיחות) יכול להפחית את הסיכון לחיסון:2Self-healing חומרים healing חומרים veFLT 3 המכיל microcapsules של סוכן הריפוי הם מתעוררים בהילוך מגן גבוה (למשל, ⁇ ) ⁇ ⁇ ;

אופטימיזציה עיצובית עם FEA

ניתוח אלמנט Finite (FEA) מאפשר למהנדסים לזהות ריכוזי מתח ואופטימיזציה גיאומטריה לפני ההסתברות ל- FEA המודרנית יכול לדמות חיי עייפות (למשל, באמצעות שיטות חיים מתוחים או חיים מתח), אירועים המשפיעים ואפילו השפלה סביבתית.לדוגמה, תוכנת ANSYS משמשת על ידי יצרני מסגרת אופניים כדי לחזות מיקומים כשל תחת עומסים מעודכנים.עיצוב כולל שמירה על מתחים גבוהים מתחת למגבלת הסיבולת החומרית (אם) ולהוסיף שינויים חדים (אם) כדי למנוע שינויים חדים).

בקרת איכות מוגברת ובדיקה

מעבר ל-NDT,0. [החלים] חיים נבדקים של ההרחבה: מוצרים הם הכרחיים לעומסי אופניים בלחצים גבוהים או בסביבות אגרסיביות (למשל, תאי תרסיס מלח) להעריך את חיי השירות. Standards from ASTM ו- ISO (למשל, ASTM F2814 עבור מפצלי טניס, ISO10 לאופניים) לספק פרוטוקולים רבים כיום: 3.

חינוך ותחזוקה

ספורטאים יכולים להאריך את חיי הציוד על ידי הוראות טיפול: אחסון ציוד הרחק מ-UV, חום ולחות; בדיקת הנזק; והחלפת רכיבים במרווחים המומלצים.לדוגמה, טיפוס חבלים חייב להיות פרש לאחר נפילה קשה או אם הם מראים חשיפה הליבה.

שיתוף פעולה בתעשייה ושיקום

קונסורציונל תעשייתי כמו FLT:0 (ספורט של חברות ייצור) איגוד (SGMA) MPEGFLT:1 ופדרציות ספורט ספציפיות (למשל, FIFA עבור נעלי כדורגל, UCI עבור רכיבה על אופניים) פועלים על סטנדרטים עבור עמידות חומרית.הזכר האחרון של כמה דגמי קוטק עבור מנעולים הוביל לסטנדרט חדש של ASTM עבור נעילה של מנגנונים בין ספקים, OEM, וגרסאות של כישלונות זיהוי.

כיוונים עתידיים: חומרים חכמים ועיצוב נתונים-Driven

הגבול הבא למניעת תקלות חומריות כרוך ב-FLT:0 חיישנים משונים 1:1 כי צג מתח, השפעה וטמפרטורה בזמן אמת. נעליים חכמות עם חיישנים אדזואלקטריים יכול לעקוב אחר מחזורי טעינה וספורטאים התראה כאשר cushioning כבר דהרד. גלגלים עם meMS accelerometers יכול לזהות סדקים על ידי מדידה גבוהה של רטטים אלה מאפשר חיזוי נתונים ותחזוקתיים ישירות בין מעצבי נתונים, לבין שיפור ישיר בין מעצבי נתונים.

ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) הוא גם מאפשר גיאוגרפית מורכבת הממזערת ריכוזי מתח. Lattice מבנים בחציולי הנעל ריצה, למשל, יכול להיות מותאם להפיץ עומסים אפילו ולהציע ירידה במשקל.עם זאת, את התכונות של פולימרים מודפסים (למשל, TPU) עדיין lag מאחורי עמיתים מעוצבים, מקשה לאחר עיבוד כמו אנתחילה.

אלגוריתמי למידת מכונות המוכשרים על נתונים היסטוריים של כישלונות מאלפי מוצרים יכולים לחזות אילו עיצובים נוטים להיכשל לפני שהם פגעו בשוק.חברות כמו FLT:0 AnsysofLT:1 מציעים כעת תוכנת סימולציה המשלבת חיזוי עייפות עם סימולציות תהליכים (למשל, מתחים עובש).

מסקנה

כישלונות חומריים בסחורות ספורט ביצועים גבוהים הם לעתים נדירות בגלל סיבה אחת; הם תוצאה של אינטראקציה מורכבת של טעינה, עיצוב, איכות ייצור וסביבה. על ידי הבנת מכניקה של שבר, עייפות, עיוות והשפלה - ועל ידי יישום קפדני עיצוב ובדיקה פרוטוקולים - מרואיינים יכולים לדחוף גבולות ביצועים תוך שמירה על בטיחות ואמינות.

(ב) לקריאה נוספת על תקני בדיקות חומרים, בקר ב-FLT:0ASTMRE InternationalFLT:1 עבור תובנות על התנהגות עייפות מורכבת, ראה את FLT:2Composite Fatigue HandbookFLT 3 (Elsevier) עבור ניהול מחקרים ארוכי טווח של נעלי ריצה, מתייחס ל-FLT:4 Runner's WorldFLT:5 and for Current in Smartחיישנים חכמים, the SportsSFenser.