 Γραφει η Βιβιάννα Μαρίνη Στις 18 Ιουνίου του 2023 η παγκόσμια ειδησεογραφία έστρεψε το βλέμμα της σε ένα δυστύχημα που έλαβε χώρα ανοιχτά του Καναδά σε βάθος τεσσάρων περίπου χιλιομέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας. Ο λόγος για το υποβρύχιο Titan της OpenGate Expeditions που μετέφερε πέντε επιβάτες με σκοπό να εξερευνήσουν το ναυάγιο του Τιτανικού. Η τουριστική αποστολή για τους Σαχζάντα Νταούντ, Σουλέμαν Νταούντ, Χάμις Χάρντιγκ, Πολ-Ανρί Ναρζολέ και Στόκτον Ρας -ο πιλότος του υποβρυχίου και CEO της OpenGate- ξεκίνησε στις 16 Ιουνίου από τη Νέα γη του Καναδά με το εξερευνητικό πλοίο polar Prince να μεταφέρει τους πέντε άνδρες στο σημείο της κατάδυσης. Η κατάδυση προς τα συντρίμμια του Τιτανικού αρχίζει στις 18 Ιουνίου και ώρα 12.00 UTC με το υποβρύχιο Titan να βρίσκεται σε επαφή με το Polar Prince κάθε 15 λεπτά για μιάμιση ώρα συνολικά. Οι ειδικοί γνώριζαν πως υπήρχε διαθεσιμότητα οξυγόνου για τους 5 επιβάτες για 96 ώρες και παρά τις αρχικές ανησυχίες για αποτυχία του εξοπλισμού επικοινωνίας με το υποβρύχιο, το χειρότερο σενάριο επιβεβαιώθηκε: το -κατασκευασμένο από ανθρακονήματα- κύτος του βαθυσκάφους είχε καταρρεύσει βίαια λόγω συμπίεσης.  Εικόνα 1. Οι επιβάτες του μοιραίου ταξιδιού. Το κύτος ενός υποβρυχίου αποτελείται από δύο κύρια στοιχεία, το ελαφρύ κύτος και το κύτος πίεσης. Το ελαφρύ κύτος (light hall) ενός υποβρυχίου είναι το εξωτερικό μη στεγανό τμήμα που παρέχει ένα υδροδυναμικά αποτελεσματικό σχήμα. Το κύτος πίεσης (pressure hall) είναι το εσωτερικό τμήμα ενός υποβρυχίου που διατηρεί τη δομική ακεραιότητα αντέχοντας δυνάμεις συμπίεσης που σχετίζονται με την υδροστατική πίεση. Οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν αργότερα δείχνουν ότι η κατάρρευση του σκάφους διήρκεσε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο, πιθανότατα μόνο δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου, πιο γρήγορα από ό,τι ο εγκέφαλος μπορεί να επεξεργαστεί πληροφορίες. Η κατασκευή του υποβρυχίου Titan Εξετάζοντας τα επακόλουθα της κατάρρευσης βαθυσκάφους Titan, ας δούμε τον μοναδικό σχεδιασμό και τα πρωτόκολλα ασφαλείας του, εμβαθύνοντας στις μηχανολογικές επιπλοκές που οδήγησαν στη μοιραία κατάληξη. Πολλοί κάνουν λόγο για έναν αντισυμβατικό σχεδιασμό μακριά από τα πρότυπα της βιομηχανίας που κόστισε τη ζωή των πέντε ανδρών. Ο Τιτάνας, παλαιότερα γνωστός ως Κύκλωπας 2 ήταν ένα υποβρύχιο σκάφος χωρητικότητας πέντε ατόμων που διαχειριζόταν η OceanGate Inc. Το σκάφος μήκους 6,7 μέτρων και μάζας 10.432 κιλών κατασκευάστηκε από ανθρακονήματα και τιτάνιο. Ολόκληρο το δοχείο πίεσης αποτελούνταν από δύο ημισφαίρια τιτανίου με ταιριαστούς δακτυλίους διεπαφής τιτανίου συνδεδεμένους με τον κύλινδρο με εσωτερική διάμετρο 142 εκατοστών και μήκος 2,4 μέτρων, ο οποίος ήταν κατασκευασμένος από ανθρακονήματα. Το ένα από τα ημισφαιρικά ακραία καλύμματα τιτανίου μπορούσε να αποσπαστεί λειτουργώντας ως καταπακτή και ήταν εξοπλισμένο με ένα ακρυλικό παράθυρο διαμέτρου 380 mm. Το 2020, ο Ρας δήλωσε ότι το κύτος, το οποίο αρχικά είχε σχεδιαστεί για να φτάσει σε βάθος 4.000 m κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, είχε υποβαθμιστεί σε βάθος αφού έδειξε σημάδια καταπόνησης. Ο Τιτάνας μπορούσε να κινηθεί με ταχύτητα έως και 5,6 km/h χρησιμοποιώντας τέσσερις ηλεκτρικούς προωθητήρες, τοποθετημένους σε δύο οριζόντιες και δύο κατακόρυφες διατάξεις. Τα χειριστήρια διεύθυνσής του αποτελούνταν από ένα ασύρματο χειριστήριο παιχνιδιών Logitech F710 με τροποποιημένους αναλογικούς μοχλούς. Η κατασκευή του υποβρύχιου Titan ενσωμάτωνε επίσης ένα μείγμα κράματος τιτανίου και πλαστικού ενισχυμένου με ίνες άνθρακα (CFRP) για άλλα ξεχωριστά εξαρτήματα.  Εικόνα 2. Η δομή του υποβρυχίου Titan πηγή: Titan [1] Γιατί χρησιμοποιήθηκαν ίνες άνθρακα; Οι ίνες άνθρακα ή ανθρακονήματα είναι γνωστές για την εξαιρετική αντοχή τους σε εφελκυσμό. Κατασκευάζονται από λεπτά νήματα πολύ-ακριλονιτριλίου (C₂H₃O₅N) που θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες ώστε να αποδομηθεί η πολυμερική δομή τους, να απομακρυθούν τα υπόλοιπα στοιχεία (H, O, N) και να παραμείνει μόνο το κρυσταλλικό πλέγμα ατόμων άνθρακα. Τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν μεταξύ τους έναν σφιχτό, αλυσιδωτό δεσμό. Η κρυσταλλική ευθυγράμμιση επιτρέπει στην ίνα να είναι εξαιρετικά ισχυρή από μόνη της. Όταν συνδυάζεται μαζί με άλλες ίνες άνθρακα, το υλικό γίνεται ακόμη ισχυρότερο. Το υψηλό μέτρο ελαστικότητας των ινών άνθρακα προέρχεται από την υψηλή δομική τάξη και την καλή ευθυγράμμιση των κρυστάλλων στη διεύθυνση της ίνας, ενώ η αντοχή των ινών άνθρακα επηρεάζεται κυρίως από τις ατέλειες και τις κρυσταλλικές μορφολογίες στις ίνες.  Είκονα 3. Ανθρακονήματα για βιομηχανική χρήση στο μικροσκόπιο (πηγή). Στη συνέχεια οι ίνες επαλείφονται με πολυμερική βάση (ρητίνη - polymeric matrix) ώστε να προστατευτούν από χτυπήματα και φθορά από εξωτερικούς παράγοντες. Επειδή ακριβώς οι ίνες είναι μονοδιευθυντικές, παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή και ακαμψία στη διεύθυνση 0ο εντούτοις είναι πολύ ευάλωτες στη διεύθυνση των 90ο. Έτσι ο ρόλος τους είναι να παραλαμβάνουν τα φορτία των διαμηκών τάσεων και του εφελκυσμού. Αντιθέτως, η πολυμερική βάση εμφανίζει αντοχή στη διεύθυνση των 90ο, δηλαδή στη διεύθυνση της διαστρωμάτωσης κι έτσι ο ρόλος της είναι να προλαμβάνει τη συμπίεση και την εγκάρσια τάση στο υλικό. Τα ανθρακονήματα μπορούν να πλεχτούν μεταξύ τους για να δημιουργήσουν φύλλα ανθρακονημάτων που έχουν τεράστια αντοχή αλλά μόνο στο επίπεδο πλέξης τους και δεν μπορούν από μόνα τους να σχηματίσουν στερεά αντικείμενα. Τα ανθρακονήματα δηλαδή έχουν τεράστια αντοχή στη διεύθυνση του νήματος αλλά σχεδόν μηδενική στις 2 διευθύνσεις κάθετες σε αυτό. Για να μπορέσουν τα φύλλα ανθρακονημάτων να δημιουργήσουν άκαμπτες επιφάνειες χρειάζεται να αποτελέσουν τον οπλισμό ενός άλλου ρητινούχου υγρού υλικού, ακριβώς όπως ο χαλύβδινος οπλισμός λειτουργεί σε συνδυασμό με το μπετό. Πρέπει λοιπόν να συγχωνευτούν με μια ακόμα ρητίνη που οπλισμένη με ίνες με σωστό προσανατολισμό, αποκτά επίσης μεγάλες μηχανικές αντοχές ενώ συγχρόνως τις κρατά στη θέση τους και τις προστατεύει από διάβρωση. Η ρητίνη που στο εσωτερικό της έχει ενισχυθεί με προσανατολισμένες ίνες άνθρακα αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες ένα νέο βιομηχανικό υλικό με πολλές επιθυμητές ιδιότητες. Τα σύνθετα αυτά υλικά παραμένουν εξαιρετικά ελαφριά κι έτσι η κατασκευή δεν καταπονείται από επιπλέον φορτία εξαιτίας του ίδιου βάρους της ενώ παράλληλα η ακαμψία τους στη διεύθυνση αντοχής τους, είναι διπλάσια από αυτή του χάλυβα!  Εικόνα 4. Πλέξεις ανθρακονημάτων για τη δημιουργία υλικού με αντοχή σε επίπεδο (διευθύνσεις χ, ψ). (πηγή) Όπως είναι λοιπόν κατανοητό, η χρήση σύνθετου υλικού με ανθρακονήματα σε υποβρύχιες εφαρμογές προσφέρει αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα που απορρέουν από τις προσαρμόσιμες μηχανικές ιδιότητες και την ελαφριά φύση του. Αυτό συνεπάγεται δύο ξεχωριστά οφέλη: αυξημένη χωρητικότητα ωφέλιμου φορτίου, που φιλοξενεί περισσότερους επιβάτες, και ενισχυμένη φυσική άνωση, μειώνοντας έτσι την εξάρτηση από συμπληρωματικά υλικά ή συστήματα. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεταλλικές κατασκευές, τα σύνθετα υλικά όμως, όπως εξηγήσαμε, παρουσιάζουν ανισοτροπικά χαρακτηριστικά – ανομοιόμορφη δηλαδή κατανομή των ιδιοτήτων σε όλους τους άξονες. Η αντοχή και η ακαμψία είναι σημαντικά υψηλότερες κατά μήκος του προσανατολισμού των ινών και αυτό απαιτεί σχολαστικό προσανατολισμό των επιμέρους στρώσεων για να εξασφαλιστούν βέλτιστα μηχανικά χαρακτηριστικά σε διάφορες κατευθύνσεις. Ωστόσο, αυτή η ανισοτροπική ιδιότητα δίνει και τη δυνατότητα στους μηχανικούς να προσαρμόζουν το υλικό στα φορτία σχεδιασμού, με τρόπο που να κατευθύνουν τις όποιες βλάβες ή αστοχίες, σε μέρη της κατασκευής που επιθυμούν. Τιτάνιο vs Ανθρακονήματα Επειδή οι ίνες άνθρακα έχουν συγκρίσιμη ακαμψία και αντίσταση στην παραμόρφωση με το τιτάνιο σε ένα κλάσμα του βάρους, είναι ένα προτιμώμενο υλικό όταν ένα προϊόν πρέπει να είναι ισχυρό και ελαφρύ. Για παράδειγμα, οι ίνες άνθρακα έχουν αντικαταστήσει τα μεταλλικά κράματα σε πολλές αεροδιαστημικές εφαρμογές, επιτρέποντας αεροπλάνα και διαστημόπλοια με μικρότερη μάζα και πιο αποδοτικά ως προς την κατανάλωση καυσίμων. Η αντοχή των ινών άνθρακα εξαρτάται από τις συνθήκες επεξεργασίας κατά τη διάρκεια της κατασκευής όπως είναι ο εφελκυσμός ίνας και οι θερμοκρασίες, και την παρουσία ατελειών και ελαττωμάτων. Ατέλειες στην μικροδομή των ανθρακονημάτων περιλαμβάνουν εσωτερικές κοιλότητες, εγκλείσματα, εξωτερικές αυλακώσεις γρατζουνιές, κολλημένα υπολείμματα από νήματα όπως και ραβδώσεις. Στον παρακάτω πίνακα, φαίνονται συγκριτικά κάποιες από τις μηχανικές ιδιότητες των ανθρακονημάτων και του τιτανίου που εξηγεί γιατί σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές το πρώτο υλικό αντικατέστησε το δεύτερο.  Πίνακας 1. Σύγκριση χαρακτηριστικών μεγεθών αντοχής τιτανίου και ανθρακονημάτων. Η ειδική αντοχή (strength/density) και το ειδικό μέτρο ελαστικότητας (modulus/density) των σύνθετων υλικών υψηλής αντοχής, ιδίως του άνθρακα, είναι υψηλότερες από άλλα συγκρίσιμα αεροδιαστημικά μεταλλικά κράματα. Αυτό μεταφράζεται σε μεγαλύτερη εξοικονόμηση βάρους µε αποτέλεσμα βελτιωμένες επιδόσεις, μεγαλύτερα ωφέλιμα φορτία, μεγαλύτερο βεληνεκές και εξοικονόμηση καυσίμων. Τα σύνθετα υλικά δεν διαβρώνονται και η αντοχή τους στην κόπωση είναι εξαιρετική. Η διάβρωση των κραμάτων αλουμινίου αποτελεί σημαντικό κόστος και συνεχές πρόβλημα συντήρησης τόσο για τα εμπορικά όσο και για τα στρατιωτικά αεροσκάφη. Η αντίσταση στη διάβρωση των σύνθετων υλικών µπορεί να οδηγήσει σε µεγάλη εξοικονόμηση κόστους συντήρησης. Η ανώτερη αντοχή των σύνθετων υλικών στην κόπωση, σε σύγκριση µε τα μέταλλα υψηλής αντοχής, φαίνεται στους ακόλουθους πίνακες.
Πίνακας 2 και 3. Αντοχή των σύνθετων υλικών στην κόπωση, σε σύγκριση µε τα μέταλλα υψηλής αντοχής. (πηγή) Η γεωμετρία της συμπίεσης Το κύτος πίεσης είναι η δομή που παρέχει στους επιβαίνοντες ενός υποβρύχιου σκάφους ένα στεγνό, ανθεκτικό στην πίεση περιβάλλον. Πώς όμως μεταβάλλεται η παραμόρφωσή του και η επίδραση των πιέσεων που δέχεται ανάλογα με το σχήμα του;
H κατάρρευση του κύτους πίεσης μπορεί να συμβεί ακόμη και πριν το υλικό του τοιχώματος φτάσει στο όριο ελαστικότητάς του, δηλαδή τη μέγιστη τάση που το δοκίμιο μπορεί να δεχθεί πριν παραμορφωθεί μόνιμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κατάρρευση αφορά το συνολικό σχήμα/ γεωμετρία της κατασκευής, όχι μόνο την αντοχή του ίδιου του υλικού. Φανταστείτε έναν μακρύ, λεπτό σωλήνα από χαρτόνι. Μπορεί να είναι κατασκευασμένος από ισχυρό χαρτόνι (υψηλό όριο ελαστικότητας), αλλά αν πιέσετε τις πλευρές του, ολόκληρος ο σωλήνας μπορεί να λυγίσει προς τα μέσα και να καταρρεύσει εύκολα. Αυτό είναι παρόμοιο με το πώς ένα κύτος πίεσης μπορεί να αστοχήσει, ακόμη και αν το ίδιο το υλικό του τοιχώματος εξακολουθεί να είναι τεχνικά ισχυρό. Η παρακάτω εξίσωση περιγράφει την οριακή ελαστική πίεση κάμψης για σχεδόν ιδανικά σφαιρικά κελύφη ύστερα από πειραματικές διορθώσεις :  Όπου, Ρe το μέτρο ελαστικότητας του υλικού (117 GPa για το Ti-6A1-4V) που αντιπροσωπεύει τη σχετική δυσκαμψία του υλικού εντός της ελαστικής περιοχής και μπορεί να προσδιοριστεί από μια καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης υπολογίζοντας το λόγο της τάσης προς την παραμόρφωση, t το πάχος του σφαιρικού κελύφους r η ακτίνα μέχρι τη μέση επιφάνεια του κελύφους. Βαθυσκάφη στον αέρα Ο Τόμας Έντισον προσπάθησε να χρησιμοποιήσει ίνες άνθρακα σε λαμπτήρες το 1879. Δεν λειτούργησε. Τα ανθρακονήματα, βρήκαν χρήση στην αεροδιαστημική και η Rolls Royce χρησιμοποίησε ίνες άνθρακα για τα πτερύγια των ανεμιστήρων στους κινητήρες των τζετ όταν εισήλθε στην αγορά των ΗΠΑ. Έκτοτε, έχει βρει χρήση στο στρατό, σε αγωνιστικά αυτοκίνητα και διάφορα καταναλωτικά αγαθά. Τα ελαφρύτερα αγωνιστικά ποδήλατα και τα ακριβότερα καλάμια για ψάρεμα κάνουν χρήση ανθρακονημάτων. Το πώς τα εξαρτήματα από ανθρακονήματα μπορούν να αποδίδουν θαυμάσια πάνω από την επιφάνεια και να αποτυγχάνουν καταστροφικά χιλιάδες μέτρα κάτω από αυτήν, χρήζει εξήγησης. Οι ίνες άνθρακα προσφέρουν ελαφριές κατασκευές. Το βάρος στην αεροδιαστημική παίζει σημαντικό ρόλο στην κατανάλωση καυσίμων. Όσο ελαφρύτερο είναι ένα αεροπλάνο, ένα ελικόπτερο ή ένα διαστημικό λεωφορείο, τόσο λιγότερα καύσιμα απαιτούνται για να φτάσει στον προορισμό του. Αυτό σημαίνει λιγότερες στάσεις ανεφοδιασμού, μικρότερο κόστος καυσίμων και μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.  Εικόνα 6: Υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενός Boeing 787, πηγή: Boeing 787 Τα ανθρακονήματα είναι επίσης ανθεκτικά στη διάβρωση όταν έρχονται σε επαφή με τον εαυτό τους ή άλλα μέταλλα συμβάλλοντας έτσι στη μακροζωία του εξοπλισμού. Παρουσιάζουν ακόμα μικρότερη διαστολή και συστολή από τα κοινά μέταλλα κατά την προσγείωση και απογείωση του αεροσκάφους όπου και παρατηρούνται απότομες αλλαγές στη θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος. Στο πλαίσιο της κατασκευής τους, οι ίνες άνθρακα μορφοποιούνται και στερεώνονται με ρητίνη. Η δυνατότητα να χυτεύονται οι ίνες άνθρακα σε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα σημαίνει ότι οι κατασκευαστές αεροσκαφών μπορούν να ενσωματώσουν περισσότερα εξαρτήματα σε ένα μόνο καλούπι. Εκεί που θα έπρεπε να συναρμολογηθούν πολλά εξαρτήματα αλουμινίου, οι ίνες άνθρακα προσφέρουν μια συγκεντρωτική λύση. Αυτό όχι μόνο μειώνει το κόστος κατασκευής για τις εταιρείες αεροδιαστημικής αλλά μπορεί να μειώσει και τον χρόνο συναρμολόγησης. Η υγρή περιέλιξη ινών άνθρακα γύρω από ένα στρογγυλό πυρήνα αποτελεί βέλτιστη πρακτική στην αεροδιαστημική για τη δημιουργία άκαμπτων, ισχυρών και ελαφρών ατράκτων. Η κύρια δομική διαφορά μεταξύ ενός δοχείου πίεσης, όπως η άτρακτος ενός αεροσκάφους, και ενός υποβρύχιου είναι η εξωτερική έναντι της εσωτερικής πίεσης. Η εσωτερική πίεση κάνει το δοχείο αερίου του να θέλει να επεκταθεί. Σκεφτείτε ένα μπαλόνι. Οι σφιχτά τυλιγμένες ίνες άνθρακα γύρω από μια άτρακτο αντιστέκονται εξαιρετικά στη διαστολή. Η αντοχή σε εφελκυσμό των ινών άνθρακα (έως και 5,7 Gpa) είναι 4 φορές καλύτερη από το χαλύβδινο σύρμα (1,77 Gpa). Προσφέρουν επίσης και μια φυσική άνωση αφού είναι ελαφρύτερες από την αντίστοιχη χαλύβδινη κατασκευή. Ένας σχεδιασμός που καθιστά τις ίνες άνθρακα σε εφελκυσμό, με εσωτερική πίεση της τάξης του 1 ατμόσφαιρας, όπως συμβαίνει με ένα αεροσκάφος, είναι πολύ διαφορετικός από το να επιβάλεις τις ίνες άνθρακα σε κατάσταση συμπίεσης με εξωτερικές πιέσεις δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερες, όπως συμβαίνει στο βάθος του Τιτανικού. Η εξωτερική πίεση στο υποβρύχιο οδήγησε τις ίνες άνθρακα σε καμπτική καταπόνηση. Η προσδοκία ότι οι ίνες άνθρακα θα παραμείνουν στρογγυλές και δεν θα τσαλακωθούν είναι δουλειά του εποξειδικού στρώματος που περιβάλλει κάθε ίνα. Παρόλα αυτά, οι ίνες άνθρακα που υποβάλλονται σε συμπίεση έχουν το λιγότερο το 30% και το περισσότερο, 60%, της αντοχής τους σε εφελκυσμό. Σενάρια καταστροφής του Titan #1 (Λάθος) Τοποθέτηση προϊόντος Η ουρά του υποβρυχίου παρέμεινε άθικτη παρά τη σφοδρότητα της έκρηξης. Βρισκόταν εκτός της ζώνης σύνθλιψης και έτσι γλίτωσε, αλλά τα καλύμματα αποκολλήθηκαν και το κύτος κατέρρευσε. Το ακρυλικό παράθυρο ήταν το μεγαλύτερο που στάλθηκε ποτέ σε τέτοιο βάθος. Η επίδραση της δύναμης στο παράθυρο και μόνο ήταν ανάλογη με 450 ελέφαντες να χοροπηδούν σε αυτό. Οι ίνες άνθρακα υπερτερούν των περισσότερων χαλύβων, καθώς έχουν μεγαλύτερη αντοχή στην κόπωση. Ωστόσο, η αξιοποίηση αυτής της αξιοσημείωτης αντοχής δεν γίνεται εύκολα και απαιτεί σχολαστική ακρίβεια στη διαδικασία τοποθέτησης. Η Titan πέρασε από 2 εκδόσεις σύνθετων ατράκτων. Τα νήματα τοποθετήθηκαν σε εναλλασσόμενα στρώματα κυκλικά και αξονικά. Δεν υπήρξε πολυδιευθυντική τοποθέτηση ωστόσο, όπως προτείνεται για τέτοια υλικά. "Θα τυλίγαμε ένα στρώμα και στη συνέχεια θα κάναμε μια διαμήκη τοποθέτηση ινών άνθρακα prepreg στην κορυφή και θα το χτίζαμε σε πάχος 5 ιντσών”, αναφέρει ο Ρας. Τι δεν πήγαινε καλά στην άτρακτο; Οι ίνες άνθρακα είχαν την απαραίτητη αντοχή για αυτή την εφαρμογή, οπότε υπάρχουν υποψίες για αδυναμία στη διαδικασία τοποθέτησης. Εν ριπή οφθαλμού, το πλέγμα ανθρακονημάτων αποτυγχάνει και το κύτος καταρρέει σαν τσαλακωμένο κουτάκι αναψυκτικού. #2 Κατάδυση 24 Το 1ο κύτος είχε τις αξονικές ίνες του τοποθετημένες με το χέρι ενώ στη δεύτερη έκδοση περιέλυξαν τις ίνες με ένα ρομπότ που ήταν καλύτερο αλλά η άτρακτος επαναχρησιμοποιήθηκε με αποτέλεσμα επιπλέον καταπόνηση. Μόνο μια άτρακτος με στρογγυλεμένα άκρα θα μπορούσε να εξασφαλίσει τις ευθείες ίνες σε όλη την έκταση, αλλά αυτό θα απαιτούσε μια νέα άτρακτο. Τα 3/4 της πίεσης του νερού ασκούνταν στην επιφάνεια του κυλίνδρου. Η τάση συμπίεσης εκεί φαίνεται να έφτασε τα 2,5 MPa. Η φέρουσα ικανότητα ινών άνθρακα να χειριστεί τέτοιο φορτίο υπερβαίνει αυτή την τάση κατά δύο τάξεις μεγέθους. Το 1/4 της πίεσης στο κυλινδρικό τμήμα του βαθυσκάφους προερχόταν από την πίεση στους ακραίους θόλους που τους συμπίεζε και οι αξονικές ίνες έφεραν αυτό το φορτίο. Αυτό κατά πάσα πιθανότητα ήταν το πρόβλημα. Αξονική τάση φαίνεται να έφτασε τα 130MPa (!), μέγεθος συγκρίσιμο με την αντοχή των ανθρακονημάτων σε συμπίεση. Ενδεχομένως οι στραβές διαμήκεις ίνες απέτυχαν σταδιακά κατά τη διάρκεια των 23 βαθιών προηγούμενων καταδύσεων [4] δημιουργώντας επικίνδυνες ταλαντώσεις και ρήγματα στις ίνες του κυλίνδρου. Επίλογος Τo σίγουρο είναι ότι ο ωκεανός ευνοεί εκείνους που εμπιστεύονται την επιστήμη και τη μηχανική μπροστά στην καινοτομία της οικονομίας. Αναφορές
[1] Georgia Karousatou, "Effect of a combination of triggering and defect mechanism on the destructive stress of axial compression of cylindrical composite material", NTUA Athens 2011, pp. 4-68 [2] Ali, Zulfiqar, et al. “Preparation, Properties and Mechanisms of Carbon Fiber/Polymer Composites for Thermal Management Applications.” Polymers, vol. 13, no. 1, 5 Jan. 2021, p. 169, www.mdpi.com/2073-4360/13/1/169/pdf, https://doi.org/10.3390/polym13010169. [3] SMITeam. “The Role of Carbon Fiber in Aerospace Materials.” SMI Composites, 30 June 2021, www.smicomposites.com/the-role-of-carbon-fiber-in-aerospace-materials/. [4] Tara, Roopinder. “The Titan Tragedy—a Deep Dive into Carbon Fiber, Used for the First Time in a Submersible.” Engineering.com, 30 June 2023, www.engineering.com/story/the-titan-tragedy-a-deep-dive-into-carbon-fiber-used-for-the-first-time-in-a-submersible. Comments are closed.
|
RSS Feed