Расслоение в рулевом колесе из углеродного волокна Формулы-1 не всегда является результатом прямого удара. В данном случае отказ возник из-за дефектного отверждения эпоксидной смолы, что привело к образованию зон с низкой передачей нагрузки между слоями. При приложении крутящего момента во время управления слои постепенно разделялись, снижая крутильную жесткость компонента до критической точки структурного отказа.
Симуляция отказа в Volume Graphics и HyperMesh 🛠️
С помощью Volume Graphics была проведена томографическая съемка дефектного рулевого колеса для выявления областей с чрезмерной пористостью и недостаточной пропиткой смолой. Данные были экспортированы в HyperMesh, где была создана конечно-элементная модель с ухудшенными ортотропными свойствами в пораженных зонах. Симуляция в Siemens NX показала, что при циклических нагрузках в 50 Нм межслойные напряжения превышали на 40% значения при оптимальном отверждении, что подтвердило начало расслоения на периферии обода и его радиальное распространение к центру.
Усталость как молчаливый судья в соревнованиях ⏳
Этот случай демонстрирует, что анализ усталости должен быть сосредоточен не только на сроке службы основного материала, но и на целостности соединения смола-волокно. Неполное отверждение превращает высокопроизводительный компонент в ловушку прогрессирующей жесткости. Для гоночных команд моделирование этих сценариев на этапе предпроизводства с помощью HyperMesh и валидация с Volume Graphics позволяет выявить критические зоны до того, как рулевое колесо выйдет из строя на трассе, обеспечивая как производительность, так и безопасность пилота.
Как можно с помощью конечно-элементного моделирования отличить, вызвано ли наблюдаемое расслоение в рулевом колесе F1 дефектным отверждением эпоксидной смолы или циклической механической перегрузкой?
(P.S.: Усталость материалов — как ваша после 10 часов симуляции.)