 |
|
| Thesis topic proposal |
| |
Description of the research topic:
a.) Előzmények
A szálerősített polimer kompozitok (FRP) használata széleskörűen elterjedt az ipar szinte minden területén, mint például a repülőgépiparban, az autóiparban, az űriparban, illetve számos más iparágazatban, és a mai napig egyre nagyobb teret hódítanak az ipari alkalmazásokban. Elterjedésük oka a rendkívül kedvező tulajdonságaikban rejlik: nagy fajlagos szilárdság, jó fáradási tulajdonságok és jó korrozióállóság. Mindemellett ezen anyagok gyártástechnológiája is magas szintre fejlődött az elmúlt évtizedekben, és ennek köszönhetően egyetlen műveletben szinte végleges formára készülnek az alkatrészek. Azonban legtöbbször még így is szükség van utólagos megmunkálásra ahhoz, hogy az előírt tűréseknek eleget tegyünk. Ezen utólagos megmunkálás általában valamilyen forgácsoló eljárással valósul meg, amely során nem, vagy csak részben támaszkodhatunk a fémek esetében felhalmozott évszázados tapasztalatainkra és felállított modelljeinkre. Így számos nehézséggel kell szembenéznünk a kompozit anyagok anizotrop és inhomogén tulajdonságai, továbbá az erősítőszálak jellemzően abrazív koptató hatása miatt. A forgácsolás során az anyagban nehezen előre jelezhető geometriai hibák keletkezhetnek: visszamaradó vágatlan szálak, durva felületi érdesség és delamináció. A delamináció közvetlenül befolyásolja a kompozitok eredő szilárdságát, így kialakulási kockázatának csökkentése kardinális feladat. A delamináció mérésére alkalmazott roncsolásos és roncsolásmentes alkalmazások jelenleg csak korlátozottan alkalmazhatók a kompozit összetételének sajátosságai és/vagy költségvonzatai miatt.
b.) A kutatás célja:
A kutatás fő célja a forgácsolásindukált delamináció mérési módszertanának kidolgozása és kialakulási kockázatának minimalizálása, mely fő cél az alábbi három alcélban konkretizálható. (i) Szálerősítésű kompozitok forgácsolásindukált delaminációjának vizsgálata, törvényszerűségek megállapítása, főként hagyományos és speciális fúrási műveletek alkalmazásával. (ii) Egy olyan digitális képfeldolgozáson alapuló delamináció mérési módszer kifejlesztése, amely a megmunkálás előtti és utáni állapotok differenciálásán alapul. (iii) Olyan technológiai adatok, szerszámpályák, anyagleválasztási stratégiák kialakítása a másodlagos cél, amelyekkel ez a káros jelenség szabályozott módon kezelhető.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye:
• Szakirodalmi áttekintés. Szakirodalmi adatok feldolgozása, különös tekintettel a polimerek és szálerősítésű kompozitjaik forgácsolásának nemzetközi tapasztalataira, különös figyelemmel a forgácsolásindukált delaminációra. (időigény: kb. 6 hónap).
• Anyagfejlesztés. Teszt munkadarabok készítése, eltérő szálelrendezéssel. (kb. 6 hónap).
• Forgácsolási kísérletek tervezése (időigény: kb. 2 hónap).
• Kísérletek előkészítése: műszerek telepítése, kalibrálás, CNC programozás, készülékezés stb. (időigény: kb. 2 hónap)
• Kísérletek elvégzése, mérési adatok gyűjtése, korrekciós számítások elvégzése (időigény: kb. 8 hónap)
• Mérési módszertan kidolgozása digitális képfeldolgozási eszközök alkalmazásával. Szükség esetén gépi tanulással támogatott hibrid algoritmus fejlesztése. (időigény: kb. 12 hónap)
• Mérési módszertan alkalmazhatóságának vizsgálata meglévő módszerekkel való összehasonlítással. (időigény: kb. 2 hónap)
• Validáló kísérletek elvégzése a mérési módszertan alkalmazhatóságára, delamináció-képződési modell fejlesztése, visszaellenőrzés, fejlesztés és kitekintés (időigény: kb. 10 hónap)
d.) A szükséges berendezések:
A szükséges berendezések (3D marógép, Digitális mikroszkóp, Optikai mikroszkóp, Autoclav, digitális mikroszkóp, erőmérő cella, hőkamera, szerszámok, készülékek) a BME GPK Gyártástudomány és -technológia Tanszéken, a BME GPK karon ill. külföldi kooperációs partnereknél rendelkezésre állnak. A kutatómunkához szükséges polimer-technológiai háttérrel a BME GPK Polimertechnika Tanszéke rendelkezik. A kísérleti anyag előállítása az ő segítségükkel történik.
e.) Várható tudományos eredmények:
Új matematikai modellek és mérési módszertanok, melyekkel a forgácsolásindukált delamináció mértéke FRP anyagokban mérhető, becsülhető, elemezhető, tervezhető és optimalizálható.
f.) Irodalom:
[1] V. Schulze és C. Becke, „Analysis of machining strategies for fiber reinforced plastics with regard to process force direction”, Procedia Engineering, köt. 19, o. 312–317, 2011.
[2] V. Schulze, C. Becke, K. Weidenmann, és S. Dietrich, „Machining strategies for hole making in composites with minimal workpiece damage by directing the process forces inwards”, Journal of Materials Processing Technology, köt. 211, sz. 3, o. 329–338, márc. 2011.
[3] J. P. Davim és P. Reis, „Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using design experiments”, Composite Structures, köt. 59, sz. 4, o. 481–487, márc. 2003.
[4] N. Geier és T. Szalay, „Optimisation of process parameters for the orbital and conventional drilling of uni-directional carbon fibre-reinforced polymers (UD-CFRP)”, Measurement, köt. 110, o. 319–334, 2017.
[5] N. Geier, T. Szalay, és M. Takács, „Analysis of thrust force and characteristics of uncut fibres at non- conventional oriented drilling of unidirectional carbon fibre-reinforced plastic (UD-CFRP) composite laminates”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 100, sz. 9, o. 3139–3154, febr. 2019.
[6] Q. Wang, Y. Wu, T. Bitou, M. Nomura, és T. Fujii, „Proposal of a tilted helical milling technique for high quality hole drilling of CFRP: kinetic analysis of hole formation and material removal”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 94, sz. 9, o. 4221–4235, febr. 2018.
[7] Q. Wang, Y. Wu, Y. Li, D. Lu, és T. Bitoh, „Proposal of a tilted helical milling technique for high quality hole drilling of CFRP: analysis of hole surface finish”, Int J Adv Manuf Technol, köt. 101, sz. 1, o. 1041–1049, márc. 2019.
Number of students who can be accepted: 1
Deadline for application: 2022-10-15 |
|
|
|
|
Login
