“conversione” alluminio-carbonio

[shein]

esiste una regola empirica per dimensionare un tubo in carbonio il luogo di uno in alluminio? ovvero dato un profilo di alluminio di spessore X, mantenendo lo stesso profilo quante pelli di unidirezionale/tela ci vogliono per ottenere caratteristiche paragonabili?

[nape]

non credo sia possibile, ogni materiale ha le sue criticità e viene prima scelto e poi dimensionato a seconda del compito che deve svolgere. fai prima a fare un ragionamento assoluto sulla funzione che deve avere piuttosto che entrare in comparazioni.

[ZK]

nape ha ragione, non e' quello il modo di confrontarli, tanto meno a pelli e senza specificare la laminazione.
di tubi in barca non ce ne sono molti...quale tubo vuoi alleggerire?

[shein]

quello che cercavo di indagare era proprio una semplificazione per profili “generici”; ovviamente se fosse un albero, magari pure rastremato, è indisspensabile un piano di laminazione specifico. provo a ribaltare l’approccio: 1 metro di tubo di alluminio diametro 60mm spessore 2mm pesa 1kg scarso
se realizzo lo stesso tubo in quadriassiale o comunque in un mix equilibrato sui vari assi, questo peserà 800g scarsi (in base alla qualità della laminazione) quindi a parità di profilo ho risparmiato 200g
ho però idea che il tubo in carbonio, tolti gli ovvi limiti di fragilità all’impatto, sia meccanicamente superiore a quello in alluminio. ora...di quanto? e di riflesso, quanto potrei far sottile il tubo in carbonio perché sia equiparabile a quello in alluminio? questa è la parte complicata. non ci devo dimensionare un tubo in particolare, è solo una curiosità. vanno bene anche dei paragoni empirici tipo: ho 2 tangoni uguali, quello alu ha dimensioni e peso x, quello carbo y

[giulianotofani]

esiste una regola empirica per dimensionare un tubo in carbonio il luogo di uno in alluminio? i compositi proprio perché compositi non hanno delle caratteristiche fisse. Resistenza a trazione, a compressione, tipo di fibra, orientamento delle fibre, tipo di resina e sue caratteristiche, temperatura di post-cure...Certo che se dici siccome il carbonio "è meglio" dell'alluminio, se lo faccio spesso uguale tiene di più...Più o meno ci azzecchi, ma che spreco...

[cormax66]

buongiorno
il carbonio e l'alluminio sono sue materiali opposti dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche il carbonio ha un modulo elastico altissimo circa 200000 l'alluminio 70000 la resistenza a trazione il carbonio circa 300 kg mm2 l'alluminio circa 20 kg mm2 da qui puoi dedurre che a parità di sezione il carbonio regge oltre 100 volte il carico dell alluminio e si allunga praticamente di nulla. per contro in caso di una sollecitazione violenta l'alluminio assorbirà molto meglio il colpo. Per farti un esempio un albero in carbonio di un melges 25 è sottile come un foglio di cartoncino bristol leggerissimo quindi. lo puoi regolare perche è elastico ,ma la riserva di resistenza che ha quando lavora è minima, cioè lui lavora sempre al massimo delle sue performance, se le supera si rompe. il bello del carbonio rispetto all'alluminio è che tu puoi mettere il materiale esattamente dove hai la sollecitazione e quindi fare dei pezzi a spessore variabile in base alle esigenze .ottenendo un pezzo molto efficente dal punto di vista del peso/ prestazioni meccaniche la nota dolente è : il carbonio è cosi magnifico solo se lavorato in autoclave con forni a temperatura controllata e con provini che garantiscano quelle performance.
il carbonio lavorato in "casa " è molto meno performante per fatto che la lavorazione è meno precisa dal punto di vista della polimerizzazione, ciò nonostante è sempre un super materiale. quindi tornando al tuo tubo per farlo in carbonio potresti farlo il più sottile possibile e già supererebbe il tubo di alluminio. ti faccio una domanda , tu con un albero spesso 2 /10 di mm ci andresti in mare ? quello che fa pesare le cose è il nostro" coefficeinte di ignoranza "cioè quello che non sappiamo prevedere ci fa aumentare gli spessori. spero di averti dato un idea di quello che cercavi, non sono uno strutturista ,sicuramente nel forum ci sarà qualcuno in grado si spiegati meglio questi concetti .

[Giosep66]

Inoltre non in tutte le sollecitazioni il carbonio è super. Esempio, il carbonio non ha una buona resistenza a compressione, se si dovesse fare un tangone, che lavora molto in compressione, a parità di resistenza alla compressione forse non ci guadagni nulla in peso.

[ZK]

@cormax come tutti quelli che poi le cose le fanno descrive bene la condizione tecnica e "psicologica" di chi si mette a costruire in carbonio...il disagio di lavorare con un materiale non isotropico e sopratutto per il quale la lavorazione conta piu del materiale stesso. A compressione il composito di carbonio e' un supermateriale ma.. si scontra con la fisica del carico di punta e con la sezione di inerzia, specie quando costruisci per laminazione di pelli. Nel reale la differenza di peso (nulla a che vedere col dato teorico) e' insignificante fino a dimensioni importanti, e anche allora si ragiona di differenze a livello di decimali. altro farci le sartie, altro usarlo per pezzi che lavorino a flessione, dove la sua resistenza a trazione si fa carico delle sbavature di produzione. per polemizzare un po mi verrebbe di dire che il modo tubolare e' quello meno intelligente e piu critico di usare...eppure e' anche il piu usato perche il suo pregio maggiore e' di essere facile da laminare, nulla a che vedere col kevlar che non sai mai se l' hai impregnato bene che col vetro (che come modulo senza star li a tirarsela tanto siamo li) un estruso di alluminio e' perfettamente ripetibile, testabile, calcolabile al centesimo, con i compositi per avvicinarsi coi calcoli alla realta c'e' la poltrusione ed il winding filament, con il modo "pelli" il rischio di rotture impreviste e' altissimo, non basta metterlo in autoclave, ci vuole una precisione nella lavorazione che non e' "umana".

[shein]

su una barca con un albero spesso 2/10 di mm non salirei nemmeno all’ormeggio vedo comunque che tu sei fiducioso sulla corrispondenza tra dati teorici e pratici, a cui aggiungere poi un coefficiente di incertezza. zk lo sento abbastanza pessimista.
io sinceramente nel mio piccolo, ho notato differenze di peso importanti anche su manufatti piccoli pur con caratteristiche meccaniche superiori. uno su tutti: boma in alluminio, il vang lo flette e pesa 3kg abbondanti; analogo in carbonio non presenta flessioni apprezzabili e pesa 2kg poi credo che qualsiasi prodiere di barche sopra i 30 piedi possa testimoniare che tra tangone in carbonio e in alluminio la differenza si senta. Cormax, tu nel realizzare l’albero come ti sei regolato?

[cormax66]

ho copiato stratifiche di altri e ho fatto qualche calcolo con i momenti di inerzia ,sicuramente avrei potuto farlo più leggero ma non ci devo fare le reagate e qualche kg di troppo me lo tengo comunque l'estruso di 12 metri senza attacchi pesa 36 kg non mi sembra nemmeno troppo pesante ,con gli attacchi vari non l'ho pesato ancora scusa vedi il boma in carbonio come è fatto e fallo uguale e provalo rimmarrai sbalordito della differenza mi sembre che il contender usi una sezione tonda

[ecotango]

Questa tabellina secondo me è esaustiva leghe di alluminio carichi di rottura da 50 a 520 MPA Composito in carbonio 4000 MPA

Denominazione lega densità carico di rottura carico di snervamento modulo elastico note
2024-T3 2.780 kg/m3 483 MPa 345 MPa 73,1 GPa buone proprietà meccaniche, buona resistenza a fatica
7075-T6 2.810 kg/m3 572 MPa 503 MPa 71,7 GPa elevate proprietà meccaniche, suscettibile a tensocorrosione
7175-T66 2.800 kg/m3 590 MPa 520 MPa 72 GPa miglior controllo sul tenore delle impurità rispetto alla 7075, aumentano le proprietà meccaniche e i costi
2090-T3 2.590 kg/m3 320 MPa 210 MPa 76 GPa 1,9-2,6% di Li, elevata rigidezza e bassa densità, costi elevati
6061-O 2.700 kg/m3 124 MPa 55,2 MPa 68,9 GPa basse proprietà meccaniche, buona saldabilità
La tabella seguente invece riporta, a titolo comparativo, le proprietà tipiche approssimative di alcuni acciai e leghe di titanio:

Denominazione lega densità carico di rottura carico di snervamento modulo elastico note
Acciaio maraging tipico 8.000 kg/m3 1.200 MPa 800 MPa 200 GPa acciaio "martensitic aging" ad alta resistenza
acciaio a basso tenore di carbonio 7.850 kg/m3 700 MPa 400 MPa 200 GPa può essere ulteriormente trattato per migliorarne le proprietà
acciaio ad alto carbonio, temprato e rinvenuto 7.800 kg/m3 1.700 MPa 1.500 MPa 205 GPa acciaio ad altissima resistenza, ma molto fragile
Titanio Ti-6Al-4Va 4.400 kg/m3 1.200 MPa 1.100 MPa 114 GPa il titanio più usato per applicazioni strutturali
composito in fibra di carbonio 1.500 kg/m3 fino a 4.000 MPa

[ZK]

io sono pessimista per le cose home made fatte da me. ho provato roba fatta da professionisti che fa paura per quanto e' leggera e per quanto sia tosta. bastano poche bolle d' aria o una cattiva laminazione per mandare a zero i risultati. le cose che faccio io le testo sempre sotto carico, c'ho messo piu a farmi il aboratorio per i test che a fare i pezzi...fa impressione vedere come pezzi apparentemente identici abbiano deformazioni e rotture con sollecitazioni cosi diverse. il carbonio poi e' cosi rigido che e' in grado di assorbire l' energia di un urto.. ti lascano il tangone per vedere se lo prendi in testa, ti mancano e lui tocca la coperta e si frantuma.. non sarebbe la prima volta...dacci un occhio..il cono delle varee e' sempre "giallino", non e' una verniciatura.

[shein]

il boma in carbonio lo ho già, il mio è tondo ma ogni produttore lo fa diverso. a volte si rompono...quando qualcuno ci cade sopra cadendo da trapezio. mi pare di capire comunque che tolti gli strutturisti (ma forse anche loro) si vada molto a sentimento e/o per tentativi (esperienza) in realtà ho più di mezza idea di farmi un nuovo boma ma ho in mente una realizzazione un po’ particolare: lo voglio fare a sezione rettangolare moooolto sottile, in sandwich con anima in nomex per limitarne la torsione ed avere una chances che non esploda alla prima scuffia violenta. prevalenza di unidirezionale. spannometricamente dovrei riuscire a rimanere sotto il kg e mezzo.
ripeto, non è una necessità, il boma lo ho già: Sarebbe solo un esercizio di stile, se si spacca pazienza.

[ZK]

il boma del contender? so fulminato o ha un vang importante? a me gli esercizi di stile mi sono sempre piaciuti pero... se il vang e' come me lo immagino due conti ce li devi fare..

[cormax66]

se vuoi che regga torsione devi usare del bi assiale oltre l'unidirezionale , puoi farlo anche in sanwich di airex o pet espanso 300 gr a strato minimo

[ZK]

se c'e' il vang oltre che a torsione lavora a pressoflessione.. e la sollecitazione sul vang se la scotta lo usa come paranco e' importante.
anche secondo me sarebbe un errore usareun unidirezionale, fosse altro per che e' molto piu difficile farci un oggetto che sia bello da vedersi.
una pelle da 300 grammi per le mie capacita e' ingestibile pero come e' costruita conta molto.
il triassiale ti mette al riparo dai carichi di taglio non valutati (tanto sono quelli che te lo fanno rompere) ed e' piu "morbido" da fargli seguire l' anima.
il legno.. e' un altro supermateriale.. non lo snobbare tanto, una volta resinato un cedro rosso diventa una roba esagerata... non e' un caso che in molti ci facciano gli alberi alari dei cat.

[ADL]

capito quello che vuoi fare.

1) devi conoscere il concetto di momento d'inerzia, altrimenti ti si rompe. ah, e ti serve una calcolatrice.
2)se mantieni la trozza tonda, NON lavori a torsione, ma solo a compressione+flessione. il quanto è un interessante esercizio di calcolo...ah, ti serve un velaio, con la calcolatrice.
3)posto che deve avere una dimensione tale da essere inscritto nel famoso cerchio da 120mm, se lo vuoi fare rettangolare e sottile sarà intrisecamente meno rigido rispetto al tondone tipo il tuo/mio a parità di spessore della parete. stacce. motivi: vedi punto 1)
4)più il manufatto è piccolo, più c'è rischio che ti venga bene. più è grande meno tieni sotto controllo il processo. il boma minuscolo non è...ZK ha ragione, devi essere bravobravissimo per fare le cosine per bene.
5) tagliato con l'accetta un manufatto composito CabonioHM + epoxy ha una E di circa 200GPa. come l'acciaio, ma pesa mooolto meno. tre volte più rigido l'alluminio. a occhio 2 volte più resistente di un alluminio aeronautico. a pari spessore, teorico, ti basterebbe un terzo dell'originale in alluminio per avere la stessa deformazione tuttavia la nostra 'gnuranza è talment epastorale sull'argomento che se vuoi dormire tranquillo lo raddoppi e comunque devi stare attento alla stechiometria fibra/matrice (lo so, stechiometria è per le soluzioni, ma ti fa capire meglio il concetto...). considera le pelli a pacchetti da 8 se usi i bidirezionali, sfasate di 45° ad ogni strato. se lamini casalingo forse più pelli da grammatura minore ti aiutano della stesura, perchè sono più modellabili, considera che un rettangolo ha gli angoli stretti.
6) il versari che la calcolatrice ce l'ha, la leva del vang l'ha fatta in alluminio...pensace.
7)poi mi fai vedere come ti è venuto? :-)

[ZK]

rispetto a me sei molto avanti..a me il contender mi mette soggezione solo a vederlo in foto.
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e il suo boma col vang che fa da paranco per la scotta che...non gli arriva neanche a meta..forse pure di meno io per tagliare la testa al "modulo di inerzia" me lo calcolerei come se fosse una struttura reticolare, solo trazione e compressione che il carbonio e' cosi rigido che di fatto flessione non ne "fa", almeno ragionando in termini di lavoro virtuale.
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[robertobaffigo]

Sono d’accordo con ZK, oltretutto ti conviene mettere unidirezionale lugo i bordi superiore ed inferiore e biax sulle facce... praticamente un traliccio
Per fare l’attaco del vang stratifichi attorno ad un tubicino, cormax ha postato delle foto....

[ZK]

@robertobaffigo

mi verrebbe da aggiungere, cosi tanto per strafare che potresti anche partire da dei tubi winngs made gia fatti dopo averli montati a traliccio laminarci addosso. tra i tubi ci potresti anche mettere il nomex per laminare "meglio" otterresti delle belle forme stondate e ti semplificheresti forse il lavoro.
1,5 kg? pare tanto poco ma non starei li a crucciarmi coi grammi.. la soddisfazione te la da l' averlo fatto da solo.. se poi paghi qualche centesimo di secondo al primo che ti importa?