Analisi ingegneristica dei tubi a torzione in fibra di carbonio per applicazioni ad alta torsione

Analisi ingegneristica dei tubi a torzione in fibra di carbonio per applicazioni ad alta torsione

Parliamo dei tubi a torsione in fibra di carbonio

Se si vuole trasmettere una forza rotazionale senza aggiungere un eccesso di peso al prodotto finito, la fibra di carbonio è la soluzione ideale. Essa svolge il compito che di solito spetta all’acciaio o all’alluminio, ma senza comportare quel peso aggiuntivo fastidioso.

Come ottenere la giusta rigidità

Il segreto per costruire questi tubi sta nel modo in cui vengono disposte le fibre. Se le fibre fossero disposte in linea retta lungo la lunghezza del tubo, sarebbe utile per applicare forze di trazione, ma il tubo si spezzerebbe non appena si cercasse di torcerlo. Per evitare questo problema, le fibre vengono disposte ad angoli di ±45 gradi. In questo modo, la resistenza del materiale è concentrata proprio nei punti in cui si genera lo sforzo quando il tubo inizia a ruotare. Un altro consiglio riguarda le dimensioni: è meglio scegliere un diametro maggiore ma con pareti più sottili. In questo modo si ottiene una rigidità molto maggiore rispetto a un tubo solido e sottile, anche se i loro pesi sono uguali.

I limiti (perché ci sono sempre dei limiti)

Bisogna ricordare che la fibra di carbonio non segue le stesse leggi del metallo. L’acciaio, ad esempio, è più flessibile: si piega o si deforma per avvisarci prima di rompersi. La fibra di carbonio, invece, mantiene perfettamente la sua forma fino al momento in cui raggiunge il suo limite massimo, dopodiché si spezza. Inoltre, bisogna fare attenzione al calore: la maggior parte dei nostri tubi utilizza resine epoxiche, ma se la temperatura supera i 120°C, queste resine iniziano a ammorbidirsi. A quel punto, gli strati della fibra di carbonio possono separarsi e il tubo si rompe. Se lavorate in un ambiente ad alta temperatura, fatcelo sapere: possiamo sostituire l’epossiidica con resine a base di cianato o poliammide per mantenere la stabilità del tubo.

Assemblaggio del tubo

L’installazione di questi tubi richiede delicatezza. La fibra di carbonio è sorprendentemente abrasiva e non tollera pressioni eccessive. Se si premono troppo i bordi del tubo, le fibre si distruggono e si creano dei punti deboli che potrebbero causare delle crepe. Per evitare questo, utilizziamo inserti metallici o guarnizioni alle estremità del tubo. Indipendentemente dal metodo utilizzato, l’obiettivo è sempre lo stesso: far sì che il carico venga distribuito uniformemente su tutto il tubo. Se si procede correttamente, il tubo rimane solido; altrimenti, si rischia semplicemente che si rompa.