碳纖維車架結構檢測

碳纖維車架結構檢測

Ruckus Composites公司使用超音波測厚儀檢測自行車架

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Ruckus Composites(Ruckus複合材料)是一家位於美國俄勒岡州波特蘭市的碳纖維自行車檢測和專業維修店。Ruckus成立於2008年,迄今為止已經評估了13000多輛自行車,維修了6000多輛自行車。這家店是世界各地的專業賽車隊和自行車商店的合作夥伴。

公司的老闆Shawn Small擁有威斯康星大學密爾沃基分校的機械工程學位。他從事有關碳的研究和工作已經有十多年了。

大約在四年前,Shawn投資購買了一個奧林巴斯45MG超音波測厚儀,用於進行高科技碳纖維的檢測、調查和質量控制。在與他的交談中,我們了解到了他從事碳纖維自行車檢測的歷程。



使用超音波測厚儀檢測高科技自行車

Shawn出於對自行車技術的熱愛,將Ruckus Composites打造成一個專門研究混合自行車的科學、工程、藝術設計和碳纖維材料的實驗室。在檢測過程的開始,首先使用45MG測厚儀進行超音波掃描和損傷成像。非破壞儀器可以探測到材料內部的分層缺陷:無需對車架進行物理意義上的切割,就可以“看到”自行車車架的複合材料層的內部結構。


碳纖維自行車工藝複雜,質量也參差不齊。Ruckus使用航太等級碳纖維對車架進行維修。這家店使用3D列印機,製作出自己的模具,而且還製造了自己的編織或單向碳纖維材料,用於對車架的各種管進行維修,例如:平叉接片、五通和立叉。

Ruckus使用他們自己的材料有策略地對自行車進行加固,可使被修復自行車的堅固性增加約10%。完成了碳纖維修復之後,他們會再次使用奧林巴斯45MG測厚儀對車架進行檢測,以確保其安全性能,並做好質量控制。

在淡季,Ruckus通常會對他們自己的材料進行內部測試,方法是軋製自己的車架管,然後再將其反复破壞和修復。

Ruckus還把每一輛送來修復的自行車進行編目。有了這些數據,他們甚至可以自己進行統計建模。


Shawn在接受Fox 12 Oregon(俄勒岡州福克斯12頻道)的採訪時就自行車的檢測過程解釋說:“我們可以為某輛特定的自行車出具有關車型和年份的報告,然後會看看哪些地方出了問題。”

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檢測人員正在藉助45MG測厚儀勾畫出碳纖維車架上的損傷區域。




採用奧林巴斯45MG測厚儀的過程

由於碳纖維的裂縫通常隱藏在油漆的下面,因此很難發現碳纖維複合材料自行車車架中損壞的跡象。在使用45MG測厚儀到他們的檢測過程之前,Ruckus使用幾種傳統方法和其他非破壞檢測(NDT)技術對自行車車架進行檢測。他們使用的傳統檢測方法概述如下:


  • 肉眼觀察:自行車車架上的微小細節,如出現了油漆碎片,可能表明存在裂紋,因此,通過肉眼觀察,可以發現材料表面和邊緣的分層缺陷。
  • 敲擊檢測:也被稱為聽音辨識,這種方法是使用錘子或硬物輕輕敲擊材料,然後根據聽到的聲音找到出現分層的部位。如果在層壓複合材料中發出清晰的響聲,則表明材料的粘結狀態良好。相反,如果聲音較為沈悶,則表明存在分層缺陷(因為缺陷會減弱衝擊力)。
  • 滲透檢測:這是一種借助有色或熒光染料的滲出現象而發現表面斷裂缺陷的方法。熒光滲透劑需要在黑暗的條件下,使用紫外線黑光燈來塗抹。然後,要清除滲透劑。最後,還需要施用顯影劑。
無論是肉眼觀察,還是聽音辨識,都有可能出現人為錯誤,而且還取決於檢測人員的視覺或聽覺水平。在施用滲透劑之前必須要仔細清潔待測材料,否則滲透劑不會充分滲透到缺陷中。如果在使用顯影劑之前未完全擦除表面上的滲透劑,則會產生誤導性的指示。


這些方法都無法提供碳纖維自行車檢測和維修所需的準確性,因此Ruckus Composites轉向奧林巴斯公司,尋求新的解決方案。

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材料力學:碳纖維自行車的優缺點

碳纖維自行車車架或部件中未被發現的潛在裂紋可能會給騎行者帶來巨大的災難性後果。如果支撐您身體的結構在您的身體下面破碎成片,那麼根據物理學知識,您的身體也會隨之跌落,並對您造成潛在的傷害。


Ruckus Composites認為碳纖維車架是騎行者對自行車進行的最佳投資之一,因為這種車架似乎具有無限的疲勞壽命和可修復性。雖然這項投資較為昂貴,但是一旦購買,就可以擁有多年。一輛1萬美元的碳纖維自行車可以使用20年,而且可以在安全的情況下對它進行許多次結構性的改造。而金屬材質的自行車車架,由於所涉及的材料問題,維修成本可能會太高。


成本分析:超音波在自行車檢測的價值

通過對成千上萬輛自行車的檢測,Ruckus Composites不斷地認識到45MG超聲測厚儀的寶貴價值。

“我們充分利用了奧林巴斯45MG測厚儀的功能;這款設備已經證明了它的價值所在,” Shawn說道。“45MG已經成為我們日常商業服務的主打設備。”

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測厚儀可以顯示出人類肉眼看不見的結構完整性方面的問題,這是一種非常重要的優勢,有助於確保提供優質服務。我們需要使用45MG測厚儀來評估複合材料結構的完整性。這種評估助於我們準確地制定複合材料維修的流程。

這有助於確保維修服務的質量。例如對自行車未損壞的區域進行檢查,並將受損區域與未損壞區域進行比較,以確定修復層的厚度。然後根據這些數據通知技師需要在損壞區域塗抹多少材料。

Ruckus Composites檢測一個完整的車架和前叉收費250美元,如果客戶決定在檢測後修復車架,則會返還給客戶100美元。平均維修費用為500美元,其中包括油漆修復。

借助45MG測厚儀勾畫出受損區域,然後設計出錐形複合材料維修方案圖,接著使用機器清除掉所有損壞的碳纖維,然後再根據鋪層計劃塗上全新的碳纖維。最後用真空袋和烤箱對結構進行固化,然後會在店內修復車身上所有的油漆和圖案。