Proiect de diplomă [617632]

Proiect de diplomă
11

CUPRINS

REZUMAT
SUMMARY

1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 13
2. Aspecte generale privind sistemele de canalizare urbană ………………………….. …………………. 15
2.1. Istoria canalizării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 15
2.2. Structu ra rețelei de canalizare ………………………….. ………………………….. ……………………….. 16
2.3. Rolul funcțional al reperelor capac e pentru cămine de vizitare ………………………….. ………… 18
2.4. Tipuri de capace pentru cămine de vizitare . Clasificare . ………………………….. …………………. 19
3. Materiale utilizate în construcția reperelor instalații de canalizare ………………………….. …… 21
3.1. Materiale metalice feroase. Compoziția chimică. Proprietăți fizico -mecanice. ………………… 21
3.2. Mase plastice. Clasificare. Proprietăți. Procedee de prelucrare. ………………………….. ……….. 24
3.2.1. Mase plas tice. Clasificare. Proprietăți. ………………………….. ………………………….. …… 24
3.2.2. Mase plastice. Procedee de prelucrare. ………………………….. ………………………….. …… 26
4. Aspecte privind analiza cu element e finite ………………………….. ………………………….. ………….. 31
4.1. Istoricul analizei cu element e finite ………………………….. ………………………….. ………………… 31
4.2. Obiectivul a nalizei cu element e finite………………………….. ………………………….. ……………… 31
4.3. Metode aplicate în analiza cu element e finite ………………………….. ………………………….. …… 33
4.3.1. Metoda deplasărilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 33
4.3.2. Metoda rigidităților ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 33
4.4. Aplicații/programe de analiză cu element e finite ………………………….. ………………………….. . 34
4.4.1. Programul CAD/CAM/CAE Solid Works ………………………….. ………………………….. .. 34
4.4.2. Programul CAD/CAM/CAE Catia V5 ………………………….. ………………………….. …… 36
5. Prezentarea reperului capac pentru cămine de vizitare tip IV ………………………….. ………….. 37
5.1. Standardul SR EN 124:2015 ………………………….. ………………………….. …………………………. 37
5.2. Prezentarea standardului STAS 2308 -81 ………………………….. ………………………….. …………. 38
5.3. Construcția reperului capac pentru cămine de vizitare tip IV ………………………….. …………… 39
5.4. Caracteristicile dimensionale și fizico -mecanice ale reper ului capac pentru
cămine de vizitare tip IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 40

Proiect de diplomă
12
5.5. Justificarea temei ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 42
6. Alegerea mater ialului plastic pentru reperul capac pentru cămine de vizitare tip
IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 43
6.1. Analiza materialelor plastice posibile ………………………….. ………………………….. ……………… 43
6.2. Alegerea materialului plastic pentru reperul capac pentru cămine de vizitare tip
IV. Justificare .. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 49
6.3. Proprietățile materialului Docamid (PA – Poliamidă) ………………………….. …………………….. 49
7. Programul de proiectare Catia V5 ………………………….. ………………………….. …………………….. 51
7.1. Prezentarea programului Catia V5 ………………………….. ………………………….. ………………….. 51
7.2. Prezentarea modulului Catia Generativ Structural Analysis. Etapele modelării.
Posibilități. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 52
8. Analiza cu element e finite a capacului pentru cămine de vizitare tip IV folosind
programul Catia V5 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 53
8.1. Modelarea reperului capac pentru cămine de vizitare tip IV ………………………….. …………….. 53
8.2. Introducerea proprietăților materialului Docamid (PA – Poliamid ă) ………………………….. …. 56
8.3. Aplicarea încărcării și constrângerilor ………………………….. ………………………….. …………….. 56
8.4. Discretizarea structurii ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 58
8.5. Vizualizarea și interpretarea rezultatelor ………………………….. ………………………….. ………….. 59
8.6. Modificarea capacului pentru cămine de vizitare tip IV și realizare a analizei cu
elemente finite ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 61
9. Contribuții personale. Concluzii. Perspective. ………………………….. ………………………….. ……. 63
9.1. Contribuții personale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 63
9.2. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 64
9.3. Perspective ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 64
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 65
Parte a grafică

Proiect de diplomă
13

1. INTRODUCERE

Lucrarea de diplomă prezintă analiza cu element e finite a comportării reperului capac
pentru cămine de vizitare tip IV din docamid – poliamidă PA, care să înlocuiască clasicele
capace pentru cămine de vizitare metalice utilizate în prezent.
În al doilea capitol se face o scurtă prezentare a istoriei canalizării, urmată de structura
rețelei de canalizare, rolul funcțional a l capacelor pentru căminele de vizitare și tipurile acestora.
După aceea lucrarea se concentrează pe materialele utilizate în construcția reperelor pentru
rețeaua de canalizare, iar în finalul capitolului se prezintă masele plastice și procedeele prin care
acestea se pot prelucra.
Pe baza cerinței de a analiza comportarea unui capac pentru căminele de vizitare s-a avut
în vedere găsirea unui model de capac pentru cămine de vizitare, pentru acest lucru s -a folosit
STAS 2308 -81, urmând a se face documentarea cu privire la materialele din care se execută
acestea și s -a caut un material plastic înlocuitor pentru a putea răspunde cerințelor impuse de
materialul metalic prezent , referitoare la proprietățile fizico -mecanice.
Pentru a se realiza analiza cu elemente finite a fost nevoie de un model 3D al capacului
pentru cămine de vizitare ales , pentru realizarea modelului s -a folosit programul Catia V5 .
Acestuia i s -au atribuit pe rând, proprietățile materialelor, fontă cenușie, r espectiv docamid –
poliamidă PA, după care s -a realizat analiza propriu -zisă.
După vizualizarea primelor rezultate ale analizei cu elemente finite ale capa cului pentru
cămine de vizitare din fontă, respectiv docamid – poliamidă PA, s-a constatat că materialul
plastic propus rezistă și din pun ct de vedere al tensiunilor, cât și din punct de vedere al
deformațiilor pe care le înregistrează, în urma acestora s-au adus modificări de structură
capacului, simplificându -l, pentru a răspunde mai ușor posibilităților de realizare tehnologică
prin forma re la cald sau așchiere, urmând o analiză a capacului simplificat din docamid –
poliamidă PA pentru a vedea dacă acesta rezistă solicitărilor impuse.
În final s -au centralizat datele rezultate în urma analizelor cu elemente finite într -un tabel
și s-a cons tatat că materialul docamid – poliamidă PA poate fi un bun înlocuitor în construcția
capacelor pentru cămine de vizitare.

Proiect de diplomă
14

Proiect de diplomă
15

2. ASPECTE GENERALE PRIVIND SISTEMELE DE CANALIZARE
URBANĂ

2.1 Istoria canalizării

Din cele mai vechi timpuri popoarele au fost preocupate de alimentarea cu apă și
canalizarea așezărilor omenești. Astfel, la Ninive și Babylon s -au construit canale și șanțuri care
aveau ca scop îndepărtarea deșeurilor lichide și solide; în Egipt, cu circa 4500 ani în urmă, s -au
construit canale deschise folosite pentru evacuarea apelor uzate. Grecii și romanii au construit
rețele de canalizare care deserveau suprafețe mari. La Roma, în anul 514 î.e.n., s -a construit
primul canal colector sub numele de „Clo aca Maxima”; rețeaua de canalizare s -a dezvoltat apoi
sub îndemnul împăraților Servius Tullius și Agripa. [6, pag. 3]
Evul mediu a reprezentat perioada cea mai puțin propice dezvoltării în acest domeniu;
puținele canale existente sunt distruse, deșeurile s unt aruncate pe străzi, contribuind deseori la
îmbolnăvirea populației. [6, pag. 3]
Odată cu începutul industrializării și dezvoltării orașelor, necesitatea de a construi canale
devine din ce în ce mai acută. Astfel, în Anglia, în anul 1531, în timpul lui Henric al VIII -lea, s -a
elaborat prima legislație privind evacuarea apelor meteorice și menajere. La Paris, în secolul al
XVII -lea, s -au construit canale în lungime de 3 km; în jurul anului 1850 lungimea acestora
atingea circa 100 km. [6, pag. 3]
În aceeaș i perioadă, se înființează în Anglia „Consiliul de sănătate publică” cu scopul de
a studia legile de asanare a orașelor. În anul 1866 apare „Sanitary Act”, lege care stabilește
principiile privind canalizările și normele pentru menține rea în stare curată a râurilor.
La noi în țară construcția canalelor a început în anul 1828, în orașul București. Primul
canal a fost construit pe actuala stradă Smârdan; canalul evacua apele uzate din ulițele „Colței”,
„Batiștei” și „Biserica Enei” în râul Dâmbovița. [6, pag. 3]

Proiect de diplomă
16
2.2 Structu ra rețelei de canalizare

Canalizările sunt un ansamblu de construcții inginerești care în mod organizat colectează,
transportă, epurează și evacuează apele de canalizare în mediul n atural, în condițiile admise de
normele sanitare. [1, pag. 15]
Canalizările se întind adeseori pe suprafețe de zeci de kilometri pătrați și impun volume
de lucrări importante. [1, pag . 15]
Caracteristic pentru canalizări este – de asemenea – faptul că pentru partea cea mai
importantă a lucrărilor care le comp un, elementele de construcții se repetă de un mare număr de
ori. Astfel, pentru rețeaua de canalizare se utilizează un număr relativ redus de tuburi și lucrări
accesorii diferite, însă tuburi de aceeași dimensiune se pot repeta de zeci de mii de ori, iar
cămine de vizitare – de mii de ori, la o anumită localitate. [1, pag . 15]
Rețeaua de canalizare este alcătuită din:
 colectoarele care asi gură transportul apei colectate;
 construcțiile accesorii care asig ură buna funcționare a rețelei;
 racorduri;
 cămine de vizitare ;
 guri de scurgere;
 deversoare;
 stații de pompare;
 bazine de retenție;
 sisteme de control a calității apei și de măsurare a debitului de apă transportată .[8]
Lucrările accesorii au rolul de a adăposti piesele de legătură, armăturile și aparatele de
măsură sau de a rezolva probleme specifice dificile. Pe conductele de aducțiune se amplasează,
de la caz la caz, următoarele lucrări: cămine de vizitare pentru vizit area și întreținerea canalelor
închise sau pentru gurile de acces în conducte cu diametrul de cel puțin 600 mm, cămine pentru
armături, camere de rupere sau de limitare a presiunii, traversări de râuri și de văi, traversări de
căi ferate și de drumuri, tra versări de linii de tramvai și masive de ancoraj. Stațiile de epurare
necesită, fiecare în parte, un număr redus de obiecte, însă pe ansamblul economiei naționale se
execută în general, tipuri asemănătoare. [11]
Construcțiile pentru vărsarea apelor uzate ș i pentru evacuarea nămolurilor își găsesc – de
asemenea – rezolvări asemănătoare în foarte multe cazuri. [1, pag . 15]
Marele număr de elemente asemenea ale canalizărilor creează probleme economice, care

Proiect de diplomă
17
pentru alte construcții și -au găsit de mult rezolvar ea prin tipizarea elementelor acestora.
Construcțiile pentru canalizare sunt însă relativ puțin tipizate și această acțiune se referă
îndeosebi la tuburi și unele lucrări accesorii. De aceea în numeroase proiecte de rețele de
canalizare se acordă atenție m ult mai mare calculelor hidraulice – prin care se justifică adoptarea
unor elemente de construcție tipizate – decât calculelor și soluțiilor constructive pentru care nu
sunt prevăzute norme sau dimensiuni limită și pentru care se adoptă dimensiuni denumite
„cons tructive”, adică nejustificate. [1, pag . 15]

Fig. 2 .1 Structura rețelei de canalizare simplificată [12]
1 – dispozitiv de acoperire și de închidere pentru cămine de vizitare și guri de scurgere în zone
carosabile și pietonale; 2 – cămin de vizitare; 3 – tub; 4 – racord.

Căminele de vizitare sunt construcții care se execută din beton, din beton armat, din
prefabricate sau din zidărie de cărămidă. Forma căminului va fi, de obicei, rectangulară cu
dimensiunile minime de 0,8×1,0 m, sau circular ă, cu diametrul minim de 1,0 m. [11]
Pentru construcția conductelor sub presiune se folosesc tuburi din fontă de presiune, oțel,
azbociment, beton armat, material plastic, lemn, sticlă, plumb sau aluminiu. [11]
Tuburile din fontă de presiune se execută pri n turnare sau prin centrifugare. Se fabrică
tuburi cu mufă (STAS 1674 -74 și 7021 -74, simbol TM) și tuburi cu flanșe (STAS 1675 -74 și
7022 -74, simbol TF) cu diametre de 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700,
800, 900, 1.000 mm. Tuburile cu mufă au lungimea de 4 -6 m, iar cele cu flanșe au lungimea de
3-4 m. [11]

Proiect de diplomă
18
Tuburile din oțel se execută prin laminare sau prin sudare pe generatoare sau în spirală.
Țevile din oțel, fără sudură laminate la cald sunt date de STAS 404/1 -87; cele fără sudură trase
sau laminate la rece sunt date de STAS 530/1 – 87; Aceste țevi au diametrul exterior de 6 – 1.600
mm și lungimea de 0,5 -16,0 m. [11]
Tuburile din azbociment se fabrică prin rularea și presarea, în prezența apei, a unui
amestec intim și omogen ce conți ne 75 …80  ciment portland și 20 …25  fibre de azbest,
acesta având proprietatea importantă de a se lega cu cimentul și de a prelua eforturile de
tensiune. [11]
Tuburile din material plastic se confecționează din policlorură de vinil neplastifiată,
polieti lenă sau poliesteri armați cu fibre de sticlă. Tuburile din policlorură de vinil au greutate
relativ mică, nu necesită acoperire sau protecție catodică, prezintă ușurință și ec onomie la pozare
(când au lungi mi mari), prezintă o bună izolare termică, au rugozitate relativ mică , rezistență la
factori chimici, prezintă o elasticitate ridicată și rețin în slabă măsură depuneri prin aderență. [11]

2.3 Rolul funcțional al reperului capac pentru cămine de vizitare

La interfața dintre carosabil și sistemele de rețele subterane, capacele și grătarele stradale
trebuie să satisfacă performanțele și criteriile de calitate impuse de operatorii acestor sisteme,
privind:
• rezistență la condițiile de trafic (siguranță, stabilitate, lipsă zgomot );
• protecție împotriva vandalis mului și a intruziunii ( sisteme antifurt și anti -intruziune );
• acces și intervenție facilă l a sistemele de rețele subterane (manevrare simplă, rapidă,
caracteristici ergonomice, capacitate maximă de colectare a debitului de apă și filtrarea mate riilor
solide );
• instalare simplă (instalare sigură în orice condiții de amplasament ). [13]

Capacele, grătarele și ramele sunt fabricate din fontă sau fonta ductilă prin procese de
turnare în matrițe. [14]
Capacele, grătarele și ramele sunt utilizate pe ntru protecția și închiderea căminelor de
vizitare, căminelor de inspecție, gurilor de scurgere, căminelor pentru apometre din instalațiile de
canalizare și alimentare cu apă, căminelor de racord din rețele de canalizare, gaz, electricitate,
telecomunicați i, pentru accesul la vane, hidranți etc. [14]
Ansamblul este format din elementul fix (cadru sau ramă) și unul sau mai multe elemente
mobile numite capace sau grătar, utilizate pentru acoperirea și/sau închiderea căminelor de

Proiect de diplomă
19
vizitare și gurilor de scurger e. [14]
Cadrul (rama) este fix și are un rol de suprafața de reazem pentru capacele și grătarele
utilizate. [14]
Locul de amplasare și grupa de încărcare a dispozitivelor de acoperire se va realiza
conform SR EN 124 din 2015. Conform acestui standard capacele si grătarele se împart in
următoarele clase : F900, E600, D400, C250, B125 și A15. [14]

2.4 Tipuri de capace pentru cămine de vizitare . Clasificare

SR EN 124:2015 este un standard aprobat de CEN (Comitetul European pentru
Standardizare) la Bruxelles privind capacele stradale, care a fost adoptat în toate țările europene.
Conform acestuia, certificarea obligatorie trebuie efectuată de către o terță instituție. Atât
capacul/grătarul cât și rama trebuie marcate cu s igla normei. Marca de calitat e, capacele și
grătarele stradale din fontă ductilă purtând marca îndeplinesc specificațiile standardului SR EN
124:2015 , cât și criterii de calitate suplimentare și atestă că metoda de fabricare a fost examinată
de către AMT DER WIENER LANDESREGIERUNG – Certificare produse de construcții Viena
– Austria. [13]
Standardul SR EN 124 :2015 împarte capacele de canal în grupe de nivel minim și clase în
funcție de locul de instalare:
• Grupa 6 (clasa F 900): Suprafețe ce impun în mod particular încărcări ridicate, cum ar fi
piste de avion, etc.
• Grupa 5 (clasa E 600): Suprafețe ce impun încărcări ridicate, cum ar fi docuri, suprafețe
portuare, piste de avion, platforme industriale, etc.
• Grupa 4 (clasa D 400): Suprafețe carosabile – incluzând străzi cu trafic in tens, drumuri
pietonale, parcări, precum și alte tipuri de drumuri pentru vehicule.
• Grupa 3 (clasa C 250): Pentru guri de scurgere instalate în zona bordurilor străzilor,
atunci când distanța măsurată de la marginea bordurii, ajunge la maxim 0,50 m în z ona
carosabilă și la maxim 0,20 m în zona trotuarului.
• Grupa 2 (clasa B125): Trotuare, suprafețe pietonale și suprafețe similare, parcări pentru
autoturisme. [13]
Anumite capace pentru cămine sunt capabile să treacă un test de încărcări superior
cerințelor specifice clasei. Altele sunt echipate cu ramă ranforsată pentru asigurarea stabilității în
condiții severe de trafic, în conformitate cu condițiile de instalare specificate de standard. [13]

Proiect de diplomă
20

Fig. 2 .2 Tipuri de capace pentru cămine de vizitare [13].
A – Capac pentru cămine de vizitare rotund ; B – capac pentru cămine de vizitare pătrat .

A B

Proiect de diplomă
21

3. MATERIALE UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚIA REPERELOR
INSTALAȚII DE CANALIZARE

3.1 Materiale metalice feroase. Compoziție chimică. Proprietăți fizico -mecanice.

Majorita tea metalelor se găsesc în scoarța terestră sub forma unor minereuri. Din
minereuri se obțin materiale metalice: metale ș i aliaje metalice. [15]
Materialele metalice feroase s unt c ele mai răspândite materiale ce se folosesc în
construcția de mașini având la bază eleme ntul chimic fier. Ele reprezintă aliajele fierului cu
diverse elemente de aliere, cele mai importante fiind aliajele Fe -C. În funcție de concentrația î n
carbon, aliajele f ier-carbon se î mpart î n:
 oțeluri % C < 2,11% C ;
 fonte 2,11% C < 6,67% C . [15]

A. Oțeluri. P roprietăți, simbolizare, utilizări.

Oțelul (aliaj al fierului cu carbonul, cu concentrația în carbon mai mică de 2,11% și cu
constituenți naturali Si, Mn, S, P, O, N sau introdu și ca Ni, Cr, W, Mo, V etc.) este materialul
metalic cel mai utilizat în actualul stadiu de dezvoltare al societății umane. Elaborarea oțelului
este un proces fizico -chimic complex care utilizează ca materie primă fie fonta (reducere
indirectă), fie minere ul de fier (reducerea directă). [5, pag . 57, 58 ]
În funcție de procedeul de elaborare, oțelurile tehnice mai con țin 0,05…0,35% Si;
0,05… 0,80% Mn; 0,01…0,06 S și 0,01… 0,06% P. Principiul simbolizării oțelurilor este strâns
legat de clasificarea acestora după mai multe criterii:
a) În funcție de compoziția chimică, oțelurile se clasifică în oțeluri nealiate (numite și
oțeluri carbon), care conțin numai fier, carbon și elemente însoțitoare în conținuturi obișnui te și
oțeluri aliate, care, pe lângă fier, carbon și elemente însoțitoare, conțin și elemente adă ugate în
mod special, numite elemente de aliere (Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, V, Ti, Nb, Al etc.).
b) În funcție de destinație, oțelurile se clasifică în oțeluri pentru construcții, destinate
construcț iilor metalic e (poduri, vase, vagoane etc.) și construcțiilor de mașini (arbori, roț i etc.);

Proiect de diplomă
22
oțeluri pentru scule și oțeluri cu destinație specială (arcuri, rulmenți, pile, oțeluri inoxidabile ș i
anticorosive).
c) În funcție de starea de livrare, oț elurile se clas ifică în oțeluri laminate la cald, oțeluri
forjate (deformate plastic la cald) și o țeluri turnate în piese. [17]

Oțelurile carbon constituie cea mai importantă grupă de materiale folosită în construcția
de mașini. Conținutul de carbon deter mină structura acestor oțeluri ș i în foarte mare măsură
proprietățile lor. Astfel, o dată cu creșterea conț inutului de car bon, diferite grupe de proprietăți
sunt influențate după cum urmează :
a) Proprietățile fizice:
– densitatea oț elurilor scade;
– căldura specifică creș te;
– conductivitatea termică ș i coeficientul de dilatare liniară scad.
b) Proprietăț ile me canice :
– cresc proprietățile de rezistență (duritatea HB, limita de rupere R m și limita de curgere
Rpo2);
– scade plasticitatea (A) și tenacitatea (Z, KCU).
c) Proprietăț ile tehnologice:
– turnarea pieselor cu pereți subțiri devine dificilă datorită fuzibilității înalte și fluidității
relativ reduse;
– forjabilitatea este bună, dar scade o dată cu creșterea conț inutului de carbon (inte rvalul
de forjare este 1150 -850°C);
– prelucrabilitatea prin așchiere variază astfel: oțelurile moi se așchiază greu, cele dure
(au în structură perlită) se așchiază ușor, iar cele extradure se așchiază bine dar neeconomic
datorită uzurii sculei aș chietoare;
– sudabilitatea este bună la conț inuturi mici de carbon (sub 0,25%C); oțelurile dure ș i
extradure cu 1,40% C, practic nu se sudează . [17]
Utilizări: la turnarea de roți, arbori, pistoane, cilindri etc. [17]

B. Fonte. P roprietăți, simbolizare, utiliză ri.

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, concentrația în carbon vari ind între
2,11…6,67%. Pe lângă Fe și C fonta mai conține și alte elemente (Si, Mn, S, P etc.) limitate
procentual, numite impurități normale.

Proiect de diplomă
23
Principial, elaborarea fontei se bazează pe carburarea fierului și transformarea parțială a
acestuia în cementită (Fe 3C). Cum însă în natură majoritatea absolută a fierului se găsește sub
formă de compuși chimici în minereul de fier, fonta se poate elabora carburând fierul redus din
acesta. O altă cale posibilă de elaborare a fontei (practic foarte puțin utilizată) este cea prin
carbur area fierului din oțel. [5, pag . 49, 50 ]
În funcție de conținutul elementelor însoțitoare și de condiț iile de solidificare, fontele
turnate în piese sunt: fonte albe, fonte pestrițe și fonte cenușii. [17]
Fontele albe cât și cele pestriț e au carbonul legat de fier sub formă de cementită care
imprimă acestora următoarele proprietăț i:
– sunt dure (400 – 600 HB), fragile, nedeformabile ș i neprelucrabile prin așchiere. [17]
Datorită acestor proprietăți, fontele albe cât și cele pestrițe au utiliză ri restrânse: cilindri
de laminor, duze pentru sablaj, piese pentru mașini de sfărâmat și mă cinat. [17]
Fontele cenuș ii au carbonul în întregime sau în cea mai mare pa rte sub formă de grafit
(lamelar sau nodular), ceea ce le determină în spărtură culoarea cenuș ie. După structura masei de
bază, fontele cenuș ii pot fi: feritice, ferito -perlitice și perlitice . [17]
Proprietățile fizice ale fontelor cenușii sunt determinate de structura masei de bază și de
distribuția grafitului. [16]
Astfel grafitul:
– reduce densitatea masei de bază (fiind foarte ușor);
– reduce coeficientul de dilatare liniară a fontelor cenușii;
– reduce conductibilitatea electrică a fontelor;
– măre ște conductibilitatea termică a fontelor;
– mărește rezistența electrică a acestor materiale. [17]
Proprietățile mecanice depind de microstructura masei de bază, de forma și distribuția
grafitului. Cea mai bună rezistență mecanică o au fontele perlitice, iar cea mai scăzută, fontele
feritice. Grafitul acționează ca o incluziune nemetalică: reduce considerabil plasticitatea și
reziliența masei de bază. [17]

Proprietățile tehnologice ale fontelor cenușii sunt:
• fluiditate și fuzibilitate foarte bune, per mițând turnarea lor în piese cu pereți subțiri;
• prelucrabilitate prin așchiere foarte bună deoarece grafitul ușurează ruperea așchiilor;
• sudabilitatea este bună numai în condiții speciale, la cald;
• forjabilitatea este practic nulă (sunt neforjabile, adică nu se deformează plastic la cald).
Fontele cenușii sunt notate cu simbolul format din literele Fc (fontă cenușie) urmat de un

Proiect de diplomă
24
grup de cifre care indică rezistența m inimă la tracțiune Rm, în N/mm2 . [17]
Exemple: Fc 100; Fc 150; Fc 200; Fc 300.
Fontele cu grafit nodular sunt notate cu simbolul Fgn. Exemplu: Fgn 400 -10 (fontă cu
grafit nodular cu Rm ≥ 400 N/mm2 ; A5 ≥ 10%; KCU = 17 J/cm2 ). [17]
Datorită proprietăților lor, fontele cenușii au utilități diverse: în executarea de batiuri ale
mașinilor unelte, chiuloase de motoare, rotoare de pompe de apă, cilindri pentru mașinile cu abur
și motoare cu ardere internă, în construcția de autovehicule (arbori cotiți, axe cu came), în
construcția de mașini grele și de utilaj metalurgic (ciocane pen tru forjare, traverse pentru prese,
cilindri de laminor) etc. [17]

3.2 Mase plastice. Clasificare. Proprietăți. Procedee de prelucrare.

Masele plastice sunt materiale obținute din rășini naturale sau artificiale în amestec cu
alte substanțe, utilizate în industrie datorită plasticității ridicate (au mare capacitate de modelare),
precum și pentru proprietățile favorabile pe care le au piesele prelucrate. [8, pag . 590 ]
Masele plastice sunt materiale nemetalice amorfe compuse din următorii constituenți:
rășina, compus macromolecular, are rol de liant și determină proprietățile fizice, mecanice,
electrice etc. ale masei plastice; materialul de constituție (de umplutură), formează scheletul
mecanic al maselor plastice, influențându -i proprietățile fizico -mecani ce și poate fi natural (făină
de lemn, fire de bumbac, praf de oase, fire de lână, praf de marmură, mică, țesătură de azbest
etc.) și sau sintetic (țesătură de sticlă, de mase plastice etc.), trebuie să prezinte omogenitate,
rezistență la umiditate, capaci tate de impregnare cu rășină, să fie ieftine; plastifiantul are rolul de
a mări elasticitatea și fluiditatea masei plastice, deci prelucrabilitatea acesteia, folosindu -se
pentru aceasta esterii acidului fosforic sau polimeri (butadienă etc.); coloranții ca re trebuie să fie
cât mai uniform distribuiți, să aibă rezistență la lumină și temperaturi ridicate; substanțe
lubrifiante (acid oleic, stearină etc.) introduse pentru a împiedica lipirea masei plastice de scule,
și materialele auxiliare (oxid de magneziu, de calciu sau de alte materiale) folosite pentru a
îmbunătăți unele proprietăți sau pentru alte scopuri. [8, pag . 590, 591 ]

3.2.1. Mase pl astice. Clasificare. Proprietăți.
Proprietățile maselor plastice sunt determinate de proprietățile individuale ale rășinilor
care le compun. Rășinile pot să fie naturale sau sintetice, cele naturale (chihlimbarul, șelacul,
colofoniu etc.), fiind mai puțin utilizate în industria maselor plastice datorită costului ridicat și a
cantității limitate. [8, pag . 591 ]

Proiect de diplomă
25
Rășinile sintetice se clasifică după reacția de obținere a lor în: rășini de polimerizare care
au la bază un monomer și de policondensare (polimeri), iar după comportarea la încălzire în:
rășini term oplaste (prezintă proprietatea de a se înmuia la încălzire, fără a suferi transformări
chimice) și termorigide (prin încălzire devin suficient de plastice, dar la răcire se întăresc
ireversibil datorită reacțiilor chimice care se produc). [8, pag . 591 ]

Clasificarea maselor plastice
Masele plastice se pot clasifica după mai multe criterii și anume: după compoziția
chimică, după utilizare, după procedeul de prelucrare, după diverse proprietăți. [8, pag . 591 ]
În continuare se arată clasificarea maselor plastice după rășina de bază și structură.
a) Materiale plastice pe bază de rășini policondensate.
Policondensarea însumează reacțiile produse între monomeri diferiți, la anumită
temperatură și presiune, cu formarea unui compus macromo lecular cu anumite proprietăți.
Materialele plastice policondensat e sunt folosite în industrie ca materiale antifricțiune,
izolatori electrici cu rezistență mecanică bună și greutate specifică mică.
Cele mai utilizate mase plastice policondensate sunt: masele plastice de bază de rășini
fenolaldehidice (policondensarea fenolilor cu aldehide); termorigide, din care se prelucrează,
prin presare la cald, diferite piese de rezistență medie, cleiuri insolubile, materiale pentru
acoperiri anticorozive și termoplastice (novalacuri), utilizate ca materiale de p rotecție prin
acoperire; mase plastice pe bază de rășini carbamidice (policondensarea ureeii cu formaldehidă)
în general termorigide, rezistente la lumină, transparente sau colorate, utilizate pentru
confecționarea butoanelor, a manetelor, panourilor etc.; mase plastice melaminice
(policondensarea melaninei cu formaldehidă), termorigide, utilizate pentru izolarea pieselor
electrice și pentru piesă de rezistență mare; mase plastice anilinice (policondensarea anilinei cu
formaldehidă), slab termoplastice, rez istențe la umiditate, bune izolatoare electrice; mase plastice
alchidice utilizate pentru fabricarea lacurilor și vopselurilor; mase plastice siliconice, în rășina de
bază elementele constituente fiind siliciul și oxigenul, cu proprietăți superioare. [8, pag. 592 ]
b) Mase plastice pe bază de rășini obținute prin polimerizare.
Polimerizarea însumează reacțiile produse între monomerii aceleași substanțe, la anumită
temperatură și presiune, cu formarea compusului macromolecular, rășina. [8, pag . 592 ]
Cele mai răspândite mase plastice pe bază de rășini polimerizate sunt: masele plastice
vinilice, policlorura de vinil utilizată frecvent sub formă de plăci, foi, tuburi, profile etc., sau cu
diferite adaosuri speciale, rezistent la coroziune, impermeabil; polimeta crilatul de metil
(plexiglas), obținut prin polimerizarea esterului de metil și acid metacrilic, este transparent,

Proiect de diplomă
26
rezistent la apă și temperaturi scăzute, are rezistență mecanică bună și este ușor de prelucrat;
polistirenul, obținut prin polimerizarea sti renului, este bun izolator electric, rezistent la apă și
lumină, are duritate mare și se întrebuințează în radiotehnică, în construcții de automobile și la
lacuri de protecție. [8, pag . 592, 593 ]
c) Materialele plastice pe bază de celuloză.
Din această gr upă fac parte: celuloidul, pe bază de nitroceluloză și camfor ca plastifiant,
are proprietăți tehnice scăzute, este inflamabil, se utilizează la fabricarea sticlei triplex;
acetilceluloza obținută din ester de celuloză și acid acetic, este rezistentă la lu mină,
neinflamabilă, utilizându -se pentru filme de cinematograf; eticeluloza o masă plastică utilizată
pentru acoperiri de protecție. [8, pag . 593 ]
Rășina, component principal al mesei plastice, determină modul de comportare a acesteia
la acțiunea căldurii . Din acest punct de vedere masele plastice pot să fie termoplaste sau
termorigide. Curba termomecanică a masei plastice termoplaste are trei zone caracteristice:
I – zona stării sticloase ; II – zona stării înalt elastice; III – zona stării viscoelastice .

Fig. 3 .1 Curba termomecanică tipică a unui polimer amorf [18].
Tv – temperatura de vitrifiere ; Tc – temperatura de topire .

3.2.2. Mase plastice. Procedee de prelucrare .
Prelucrarea pieselor din mase plastice
În vederea prelucrării de piese, masele plastice sunt supuse unor operații de preparare
care constau din dozarea constituenților, amestecarea prin malaxare și omogenizarea prin
vălțuire. [8, pag . 594 ]
Procedeele cele mai răspândite pentru prelucrarea produselor din mase plastice sunt:
presarea; turnarea sub presiune; extruziunea continuă; calandrarea; turnarea; tragerea în fire;
prelucrarea prin așchiere; sudarea. [8, pag . 594 ]
Presarea se poate face direct în matriță la rece pentru sudarea materialelor termoplastice
și la cald pentru materiale t ermorigide sau prin procedeul numit presare prin turnare.

Proiect de diplomă
27
Forța necesară presării este dezvoltată de prese hidraulice. Presarea directă la cald se
aplică materialelor plastice termorigide (aminoplaste, fenoplaste etc.), care se introduc în matriță,
se presează la 100 -500 daN/cm2, și se încălzesc , sub presiune, la 430 -460 K pentru producerea
reacției de întărire. [8, pag . 594 ]

Fig. 3.2 Schemă p resare în matriță [5, pag . 496 ]
1 – matriță ; 2 – poanson ; 3 – piesă presată ; 4 – aruncător5 – ghidaje ; 6 – element de încălzire ;
7 – bavură ; F – forța de presare .

Din cauza conductivității termice reduse, la presarea la cald a pieselor cu pereți groși, din
mase plastice termorigide, nu se poate asigura încălzirea uniformă în masa produsului, rezultând
neomogenitate a proprietăților. Inconvenientul se elimină prin aplicarea procedeului de presare
prin turnare. [8, pag . 594 ]
Turnarea sub presiune (prin injecție) se aplică la prelucrarea pieselor di n mase plastice
termoplaste. [8, pag . 594 ]
Procedeul este foarte răspândit în producția de serie mare și de masă, putându -se folosi
matrițe simple(cu o cavitate) sau multiple. Masa plastică dozată trece în camera de lucru, unde
prin încălzirea la 450 -550 K este adusă în stare de topire vâscoasă. Matrița are temperatura
relativ scăzută menținută prin circulația continuă a apei de răcire prin canale practicate în plăci,
pentru solidificarea în timp scurt a masei plastice. [8, pag . 594 ]
Calitatea pieselor turn ate depinde de temperatura matriței, și a masei topite, de presiunea
de injecție, de durata de menținere sub presiune etc. [8, pag . 594 ]
Extruziunea continuă se asemănă în principiu cu procedeul prelucrării prin injectare, cu
deosebirea că locul matriței este luat de un cap de extrudare (filieră) care permite desfășurarea
continuă a procesului de fabricație. Prin acest procedeu se pot fabrica produse cu profiluri
variate, de lungimi nelimitate (bare, țevi, benzi, corniere etc.) . [8, pag . 595 ]

Proiect de diplomă
28

Fig. 3 .3 Schemă p roces de extrudare [5, pag . 499 ]
1 – pâlnie de alimentare ; 2 – melc transportor ; 3 – cap de extrudare ; 4 – dorn pentru diametru
interior ; 5 – orificiu pentru aer ; 6 – tub extru dat; 7 – bandă rulantă .

Calandrarea se aplică pentru prelucrarea foliilor din mase plastice și pentru impregnarea
diferitelor țesuturi. Masa plastică încălzită este trecută printre mai multe perechi de cilindri
încălziți, împreună cu țesăt ura în care se impregnează. [8, pag . 595 ]

Fig. 3 .4 Schema procesului de calandrare [5, pag . 499 ]
1 – rolă cu material textile ; 2 – masă suport ; 3 – masă plastic ; 4 – cilindrii de presare reglabili ;
5 – camere cu diferite temperaturi ; 6 – role pentru debitare ; 7 – role cu material plastic pe suport textil .

Turnarea constă în introducerea masei plastice lichide parțial polimerizate în formă, unde
se definitivează procesele de polimerizare. Procedeul este avantajos deoarece nu se mai produc
defecte de contracție , de încălzire neuniforme etc. [8, pag . 595 ]
Sudarea este procede ul de fabricare a pieselor din mase plastice termoplaste prin
aducerea locală în stare de topire, cu sau fără material de adaos. [8, pag . 595 ]
Sistemele de sudare pot fi cu aplicare de căldură și fără. Sudarea termică a materialelor
plastice se poate reali za prin următoarele metode principale: cu frecvență înaltă, prin impuls de
căldură, prin ultrasunete, prin inducție și electromagnetică. [8, pag . 595 ]

Proiect de diplomă
29

Fig. 3 .5 Procedee de sudare a maselor plastice [5, pag . 500 ]
a – cu material de adaos ; b – fără material de adaos ; R1 R’
1 – role calde ; R2 R’2 – role reci ;
v – viteză de înaintare a maselor plastice ; c – cu fir incandescent ; 1 – mase plastice;
2 – sisteme de presare ; 3 – sârmă de rezistență electrică .

Strunjirea materialelor plastice, nu se deosebește în principiu de cea a metalelor, diferă
numai mărimea forței de așchiere și regimurile de lucru specifice fiecărui tip de material. Pentru
strunjirea materialelor plastice se utilizează cuțite din materiale dure: oțel rapid , diamant și
carbură . [7, pag . 103, 104 ]

Fig. 3.6 Scheme de așchiere la prelucrările prin strunjire [2]
a – strunjire longitudinală ; b – strunjire transversală .

Frezarea se face după aceleași reguli generale ca și la strunjire, putându -se folosi atât
utilajele cu care se fre zează lemnul, cât și cele de frezare a metalelor. Frezele trebuie să aibă
părțile așchietoare de dimensiuni mici și executate din materiale dure sau diamant. [7, pag . 105 ]

Proiect de diplomă
30

Fig. 3.7 Scheme de așchiere la prelucrările prin frezării [2]
a – frezare cilindrică ; b – frezare cilindro -frontală .

Rabotarea este utilizată în special la executarea pieselor din materiale stratificate
termoreactive, însă ea poate fi folosită și în cazul materialelor termoplastice. Parametrii cuțitului
au următoarele valori: unghiul de tăiere 15o și unghiul de degajare 10o. [7, pag . 106 ]

Fig. 3.8 Schema de rabotare transversală și longitudinală [31]
Ca – cursă activă ; Cg – cursă în gol .

Găurirea materialelor plastice se face cu ajutorul burghielor care nu sunt foarte ascuțite,
deoarece acestea nu trebuie să detașeze așchii, ci să le zdrobească. Folosirea burghielor prea
ascuțite produce fisurarea sau ruperea piesei, atât la intrare, cât și la ieșirea din piesă. [7, pag .
107]

Fig. 3.9 Schema prelucrării prin burghiere [2]
t – turație burghiu ; S – avansul longitudinal .

Proiect de diplomă
31

4. ASPECTE PRIVIND ANALIZA CU ELEMENT E FINIT E

4.1 Istoricul analizei cu element e finite

Ideea reprezentării unui domeniu dat prin elemente discrete a apărut înaintea metodei
elementelor finite. În antichitate, matematicienii au estimat valoarea numărului Pi(π) aproximând
circumferința unui cerc prin perimetrul unui poligon regulat înscris în cerc. Recent, ideea a găsit
aplicații în analiza structurii avioanelor, unde aripile și fuselajele sunt trata te ca ansambluri de
longeroane, lise, panouri, nervuri și elemente de rigidizare. Aproximarea unei funcții
necunoscute printr -o funcție continuă definită diferit pe subdomenii a fost utilizată încă din 1943
de Courant în studiul problemei torsiunii (Saint -Venant), împărțind secțiunea unei bare în
elemente triunghiulare mici și folosind principiul minimului energiei potențiale totale. Motivul
pentru care articolul lui Courant nu a atras atenția poate fi atribuit apariției acestuia într -un
moment nepotrivit. La începutul anilor 1940 nu existau calculatoare capabile să rezolve sisteme
mari de ecuații, astfel că metoda a apărut a fi nepractică. Baza teoretică a analizei cu element
finit o reprezintă metodele energetice din Mecanica structurilor și metodele aprox imative de
calcul. Primele teoreme energetice au fost formulate de Maxwell (1864) și Castigliano (1875).
Metodele aproximative au fost dezvoltate de Rayleigh (1877), Ritz (1908) și Galerkin (1915).
Prima carte despre metoda deformațiilor a fost publicată d e Ostenfeld (1926). [19]
Prezentarea formală a metodei elementelor finite este atribuită lui Turner, Clough, Martin
și Topp (1956), care în perioada 1952 -1953 au reușit să calculeze direct rigiditatea unui panou
triunghiular la Boeing. Termenul “element fi nit” a fost utilizat pentru prima dată de Clough
(1960). [19]

4.2 Obiectivul analizei cu element e finite

Obiect ivul analizei cu element e finite este înlocuirea sistemului cu număr infinit de grade
de libertate întâlnit în aplicațiile referitoare la conti nuum printr -un sistem finit care posedă
aceeași bază într -o analiză discretă. [19]
Scopul este găsirea unei soluții aproximative la o problemă cu condiții la limită bilocale

Proiect de diplomă
32
sau cu parametri inițiali prin împărțirea domeniului sistemului în mai multe subdomenii de
dimensiuni finite, interconectate între ele, având dimensiuni și forme diferite, și prin definirea
variabilelor de stare necunoscute, printr -o combinație liniară de funcții de aproximare. [19]
Subdomeniile se numesc elemente finite, totalitatea elementelor finite formează o rețea
(mesh ) iar funcțiile de aproximare se numesc funcții de interpolare. Impunând compatibilitatea
funcțiilor definite individual pe fiecare subdomeniu în anumite puncte numite noduri, funcția
necunoscută este aproximată pe întregul domeniu. [19]
Principala diferen ță între analiza cu element finit și alte metode aproximative pentru
rezolvarea problemelor cu condiții la limită (diferențe finite, reziduuri ponderate, Rayleigh -Ritz,
Galerkin) constă în faptul că în A.E.F. aproximarea se face pe subdomenii relativ mici. Analiza
cu element finit este o versiune localizată a metodei Rayleigh -Ritz. În loc să se găsească o
funcție admisibilă care să satisfacă condițiile la limită pe întregul domeniu, ceea ce adesea este
dificil, dacă nu imposibil, în analiza cu element finit funcțiile admisibile (numite funcții de
formă) se definesc pe domeniul unor elemente cu geometrie simplă și nu țin cont de
complicațiile de la frontiere. Deoarece întregul domeniu este divizat în mai multe elemente și
funcția este aproximată prin (în func ție de) valorile ei la nodurile elementelor, evaluarea unei
astfel de funcții necesită rezolvarea unor ecuații algebrice simultane. Acest lucru este posibil
doar cu ajutorul calculatoarelor. Succesul incontestabil al metodei elementelor finite trebuie
atribuit în mare măsură apariției acesteia la momentul potrivit. Dezvoltarea metodei elementelor
finite s -a făcut în paralel cu cea a calculatoarelor numerice de mare capacitate, ceea ce a condus
la automatizare. Calculatoarele sunt capabile nu numai să rezolv e ecuațiile de echilibru
discretizate, ci și să ajute la formularea ecuațiilor, prin decizii privind rafinarea rețelei de
discretizare, și la asamblarea matricilor de rigiditate. Dar cel mai important este că metoda
elementelor finite poate fi aplicată uno r sisteme cu geometrie complexă și distribuții complicate
ale parametrilor. Larga utilizare a metodei clasice Rayleigh -Ritz a fost limitată de imposibilitatea
generării unor funcții admisibile adecvate pentru un mare număr de probleme practice. Într –
adevăr , sistemele cu condiții la limită complexe sau cu geometrie complicată nu pot fi descrise
adecvat prin funcții admisibile globale, definite pe întregul domeniu, care tind să aibă expresii
complicate, dificil de utilizat în mod sistematic. În schimb, în analiza cu element finit se
construiește o soluție aproximativă pe baza unor funcții admisibile locale, definite pe subdomenii
mici ale structurii. Pentru a descrie un contur neregulat sau o distribuție neuniformă a unor
parametri, analiza cu element finit poate modifica nu numai dimensiunea elementelor finite ci și
forma acestora. Această versatilitate extremă, combinată cu dezvoltarea unor programe de
calculator performante bazate pe această metodă, unele distribuite gratuit ca sursă deschisă (open

Proiect de diplomă
33
source), au făcut ca analiza cu element finit să fie adoptată ca metoda preferată pentru analiza
structurilor. [19]
Analiza cu elemente finite a modelului unei structuri de rezistență este de fapt un calcul
numeric de verificare. Astfel, pentru o anumită geometrie definită dimensional, pentru o
încărcare dată și condiții de rezemare bine pr ecizate (restricții), se obțin valorile deplasărilor,
tensiunilor, reacțiunilor în reazeme, frecvențelor proprii etc. [19]

4.3 Metode aplicate în analiza cu element e finite

4.3.1. Metoda deplasărilor
La rezolvarea problemelor static nedeterminate trebuie utilizate patru tipuri de relații:
ecuații de echilibru, relații între deformații specifice și deplasări, relații între tensiuni și
deformații specifice, și condiții la limit ă. Pentru a ilustra metoda analitică uzuală, se va utiliza un
sistem de trei bare articulate. Variabilele care intervin în calcule sunt reacțiunile și forțele
interioare din bare, deplasările capetelor barelor și alungirile acestora. Dacă se elimină forțel e și
alungirile, și primele variabile calculate sunt deplasările articulațiilor, atunci procedeul este
denumit metoda deplasărilor. El este aplicabil dacă structura este static determinată sau nu. După
determinarea deplasărilor, acestea sunt înlocuite în e cuațiile de compatibilitate pentru a obține
alungirile, deci deformațiile specifice, apoi se calculează tensiunile din relațiile între tensiuni și
deformații specifice. [19]

4.3.2. Metoda rigidităților
Metoda elementelor finite (M.E.F.) s -a dezvoltat ca o extensie a metodei rigidităților sau
a metodei deplasărilor. În metoda rigidităților aplicată structurilor din bare, se consideră că
elementele structurii sunt interconectate prin elemente de asamblare discrete. Relațiile între
forțele și deplasările cape telor elementelor se exprimă printr -o matrice de rigiditate a
elementului. Se poate imagina că structura este realizată adăugând elementele unul câte unul,
fiecare element fiind plasat într -o poziție predeterminată. Pe măsură ce elementele sunt adăugate
structurii, se mărește capacitatea acesteia de a prelua sarcinile exterio are, deci se adaugă ceva
matric ii de rigiditate a structurii, care exprimă legătura între forțele la capetele elementelor și
deplasările acestora. Dacă elementele structurii sunt bare a rticulate la capete, acestea sunt
componente distincte care nu necesită nici o aproximare. Ele sunt elemente finite naturale. În
acest caz, interesează în primul rând asamblarea matricilor de rigiditate ale elementelor și
rezolvarea ecuațiilor de echilibru în funcție de deplasări. Pornind de la grinzi din bare articulate

Proiect de diplomă
34
la capete, se poate explica ușor procesul de asamblare și prezenta o introducere în metoda
rigidităților în formulare matricială. În continuare se prezintă etapele principale ale Metodei
directe a rigidităților, utilizând o grindă cu zăbrele plană. [19]

4.4 Aplicații/programe de analiză cu element e finite

Analiza cu elemente finite este o metodă de analiză computerizată care evidențiază modul
în care un produs fabricat v a reacționa în lume a fizică. Aceasta examinează comportarea
produsului în contact cu forțe, căldură, vibrații, curgere de fluid și alte condiții fizice. Analiza cu
elemente finite analizează probabilitatea ca produsul să se rupă, să se uzeze sau modul în
care acesta se va co mporta în condiții reale. Pentru a obține rezultatele dorite, obiectul este
modelat, supus la efort și analizat în diferite condiții similare cu cele reale. [20]
Pentru a realiza toate acestea este nevoie de un program computerizat, cu o putere de
procesare de nivel mediu spre ridicat, rezultatele analizei fiind cât mai aproape de cele realizate
în condiții reale. [21]

4.4.1. Programul CAD/CAM /CAE Solid Works
Unul dintre programele în care se poate realiza analiza cu element e finite este
Solid Works, acesta având modulul „Simulation”.
Solid Works Simulation este un program ce conține instrumente de proiectare, testare și
simulare în timp real (produsul este supus la aceleași condiții pe care le va suporta în viața reală),
fapt ce conduce la accelerarea procesului de proiectare, creșterea calității produselor proiectate și
productivității, în același timp cu scăderea costurilor cu testarea prototipurilor înainte de a t rece
la procesul de fabricație. [21]
Principalele caracteristici:
 Crearea de medii virtuale asemănătoare cu cele din lumea reală;
 Testarea unor parametri ai produsului:
 durabilitate;
 răspunsul static și dinamic;
 mișcarea ansamblului;
 transferul termic;
 dinamica fluidelor și turnarea prin injectare a maselor plastice .
 Analiza tensiunii liniare ;
 Analiza cu elemente finite ;

Proiect de diplomă
35
 Oboseala materialelor ;
 Analiza nonlineară;
 Analiza structurală termică ;
 Analiza frecvenț ei;
 Analiza componentelor din plastic ș i cauciuc ;
 Analiza dinamică;
 Optimizarea materialelor ;
 Vizualizarea ansamblului ;
 Optimizarea structurală;
 Factori de confort termic ;
 Analiza vibraț iilor;
 Analiza la oboseala ;
 Analiza mișcă rii;
 Optimizarea structurilor ; etc. [21]

Fig. 4.1 Interfața modulului Simulation

Proiect de diplomă
36
4.4.2. Programul CAD/CAM /CAE Catia V5
Un alt program în care se poate realiza analiza cu element e finite este Catia V5, având
modulul Generative Structural Analysis .
Analizele efectuate prin acest modul sunt, azi indispensabile în toate activitățile
inginerești de înaltă performanță.
Pentru a rezolva problemele complexe de analiză a pieselor și ansamblurilor, inginerul
proiectant trebuie să aibă toate informațiile care să -i permită formu larea probleme în mod
numeric. Dacă sunt date numai condițiile calitative, fără informațiile cantitative, este de așteptat
să se obțină o soluție nesatisfăcătoare, chiar și numai din unele puncte de vedere.
Scopul principal al unei astfel de abo rdări este obținerea celei mai b une soluții pentru un
ansamblu de condiții impuse. Astfel, inginerul va proiecta un sistem virtual și îi va studia
comportamentul.
În general, în inginerie și, în special în domeniul construcțiilor de mașini, de echipamente
și instal ații, c omponenta de bază a unui sistem analizat prin analiza cu element e finite este
structura de rezistență, definită c a un ansamblu mecanic având o funcționalitate foarte clar
stabilită, precum: pre luarea unor încărcă ri, asigu rarea unei anumite funcționalități sau mișcă ri
între unele subansambluri, asigurarea unei stabilități statice și/sau dinamice, garantarea unei
rigidităț i impuse de proiectant etc.
Rezistența, stabilitatea, durabilitatea fac toate parte din caracteristicile cerute al e unei
piese sau ale unui ansamblu, c ompus la rândul sau din c omponente sau subansamble.
Calculele realizate prin analiza cu element e finite reprezintă o etapă foarte importantă a
proiectării, dar pot fi realizate, în general, numai după clarificarea altor aspecte , precum:
cerințele beneficiarului, c osturi impuse, term ene de livrare, materialele și tehnologiile
disponibile, durabilitatea produsului, volumul producției, cerințe ecologice etc.
Astfel, pentru un anumit produs se pot lua în considerare unele restricți i: numărul ș i
valoarea maximă a încărcărilor statice și/sau dinamice, valorile maxime ale deformațiilor, diferiți
coeficienți de siguranță (la rupere sau la oboseală ), frecvențele de vibrații, viteza de deformare în
curgere a plastic ă staționară, durata de viață a produsului, greutatea, materialul și momentele sale
de inerț ie, rigiditatea la diferite solicitări, stabilitate statică și/sau dinamică, comportament la
diferite încărcă ri simultane etc.
De asemenea, vor fi luate în c onsider are și unele proble me, precum: diferitele moduri de
rupere, suprasarcinile apă rute la transport, la montaj sau în exploatar e, ale că ror valori,
frecvenț e și natură nu sunt cunoscute dinainte . [3, pag . 341 ]

Proiect de diplomă
37

5. PREZENTAREA REPERULUI CAPAC PENTRU CĂMINE DE
VIZITARE TIP IV

5.1 Standardul EN 124:2015

Acest document (EN 124 -1:2015) a fost elaborat de Comitetul tehnic CEN/TC 165
"Ingineria apelor uzate", secretariatul acestuia fiind deținut de DIN.
Acest standard european trebuie să aibă statutul de standard național, fie prin publicarea
unui text identic, fie prin aprobare, cel târziu până în decembrie 2015, iar standardele naționale
conflictuale vor fi retrase cel târziu până în martie 2017.
Împreună cu EN 124 -2: 2015, EN 124 -3: 2015, EN 124 -4: 2015, EN 124 -5: 2015 și EN
124-6: 2015, acest document înlocuiește EN 124: 1994.
Acest document a fost elaborat în baza unui mandat acordat CEN de către Comisia
Europeană și Asociația Europeană a Liberului Schimb.
EN 124, vârfurile și blaturile de vizitare pentru zonele de circulație și pietoni, constă din
următoarele părți:
– partea 1: Definiții, clasificare, principii generale de proiectare, cerințe de performanță și
metode de încercare;
– partea 2: V ârfuri de vagon și vârfuri de guri de vizitare din fontă;
– partea 3: V ârfuri de vagon și capace de orificiu din oțel sau aliaje de aluminiu;
– partea 4: V ârfuri de vagon și capace de vizitare din beton armat din oțel;
– partea 5: V ârfuri de vagonete și blaturi de vizitare din materiale compozite;
– partea 6: V ârfuri de vagon și capace de vi zitare din polipropilenă (PP), polietilenă (PE)
sau policlorură de vinil neplasticizată (PVC -U).
EN 124 -1 nu este un standard armonizat, ci un standard de sprijin pentru standardele
armonizate EN 124 -2, EN 124 -3, EN 124 -4, EN 124 -5 și EN 124 -6.
Principalele modificări referitoare la ediția anterioară sunt prezentate mai jos:
a) standardul a fost împărțit în 6 părți, unde partea 1 conține cerințe de proiectare
generală și performanță și cerințe de performanță pentru părțile 2 până la 6 ale cerințe lor de
performanță pentru vârfurile gurilor de vizitare și gurile de vapori realizate din materiale

Proiect de diplomă
38
specifice;
b) definiția pentru "caracteristica de securizare" adăugată;
c) se adaugă definiția pentru "accesoriu de blocare";
d) testul de rezistență la înc linare adăugat;
e) testul de înclinare adăugat;
f) încercarea de fixare a capacelor / grătarelor în cadrul adăugat;
g) evaluarea conformității modificată la AVCP;
h) au fost adăugate recomandări pentru instalare. [34]

5.2 Prezentarea standardului STAS 2308-81

Acest document a fost elaborat de C onsiliul Național pentru Știință și Tehnologie și
Institutul Român de Standardizare în anul 1981, înlocuind vechiul STAS 2308 -74.
Prezentul standard se referă la capacele și ramele din fontă și din fontă și beton, folosite
pentru acoperirea căminelor de vizitare ale rețelelor de alimentări cu apă și canalizări.
Ansamblul capac -ramă în funcție de forța minimă de rupere, se execută în patru tipuri cu
variante constructive conform fig. 4.1. [35]

Fig. 5 .1 Tipul ansamblu capac -ramă [35]

Proiect de diplomă
39
Acest STAS nu mai este în vigoare, dar l -am folosit drept ghid pentru a-mi alege un
anume model de capac și pentru a folosi dimensiunile capacului ales pentru modelare.

5.3 Construcția reperului capac pentru cămine de vizitare t ip IV

Pentru a putea modela reperul, a trebuit să analizez tipurile ansamblului capac -ramă în
funcție de forța minimă de rupere kN și variantele de capac, cu orificii de aerisire sau fără orificii
de aerisire.
Ansamblului adoptat este de tip IV, deoarece are forța minimă de rupere de 250 kN, iar
felul capacului este carosabil, având ca indicații de utilizare folosința lui pentru străzi cu trafic
mediu, intens și foarte intens.
Pentru construcția reperului am folosit desenul de execuție din STAS 2308 -81 sub
denumirea de ansamblu capac -ramă tip IV – 250 kN.

Fig. 5 .2 Ansamblu capac -ramă tip IV [35]
1 – capac ; 2 – ramă .

Proiect de diplomă
40
5.4 Caracteristici dimensionale și fizico -mecanice ale reperului capac pentru cămine de
vizitare tip IV

Suprafețele inelare de sprijin dintre capac și ramă, trebuie să asigure contactul pe toată
circumferința; se admit abateri în limite precizate pentru tipul IV de maximum 0,7 mm.
Abaterile limită de dimensiuni și masă sunt conform STAS 1592/1 -74 clasa a IV -a de
precizie. La grosimea calo tei de fontă a capacului se admite numai abatere pozitivă.
Abaterea de la planeitate a suprafețelor inelare de sprijin, prelucrate prin așchiere, va fi de
maxim 0,2 mm.
Ansamblul capac -ramă de tip IV trebuie să reziste la forța minimă de rupere de 250 kN.
Ramele și capacele se execută din fontă cenușie, calitatea Fc 150 STAS 568 -75.
Ramele și capacele trebuie să nu prezinte defectele prevăzute în STAS 782 -64 ca de
exemplu: defecte de suprafață și de structuri, goluri, crăpături, incluziuni, care să influen țeze
rezistența produsului. [35]

Fig. 5.3 Caracteristici dimensionale pentru c apac canal [35]

Proiect de diplomă
41

Fig. 5 .4 Caracteristici dimensionale pentru ramă canal [35]

Ansamblul capac -ramă de tip IV este fabricat în totalitate din fontă cenușie Fc 150.

Fig. 5.5 Masa aproximativă capac -ramă [35]

Proiect de diplomă
42
5.5 Justificarea temei

Prezenta lucrare d e diplomă își propune analiza cu element e finite a reperului capac
pentru cămine de vizitare tip IV din fontă și material plastic.
Motivul care a stat la baza alegerii temei a fost analizarea comportării capacul pentru
cămine de vizitare dintr -un material plastic și să văd dacă acesta ar rezista în condiții de trafic.
Pe baza acestei idei s-a căutat un model de capac pentru cămine de vizitare, s -a făcut
documentarea cu privire la materialele din c are se execută acestea și s -a căutat un material plastic
înlocuitor pentru a putea răspunde cerințelor impuse de materialul existent, referitoare la
proprie tățile fizico -mecanice.
Pentru a se realiza analiza cu elemente finite a fost nevoie de un model 3D al capacului
pentru cămine de vizitare ales din STAS 2308 -81. Acestuia i s -au atribuit pe rând, proprietățile
materialelor, fontă cenușie, respectiv docamid – poliamidă PA.

Proiect de diplomă
43

6. ALEGEREA MATERIALULU I PLASTIC PENTRU REPERUL CAPAC
PENTRU CĂMINE DE VIZITARE TIP IV

6.1 Analiza materialelor plastice posibile

Materialele posibile care se pot folosi pentru realiza rea reperul ales sunt:
a) Docamid (PA – Poliamidă) ;
b) Docacetal (POM – Poliacetal) ;
c) Docapet (PET – Polietilentereftalat) ;
d) Docalene (UHMW PE – Polietilenă) .

a) Docamid (PA – Poliamidă)

PA (poliamida) este un polimer semicristalin de obicei de culoarea alb lăptoasă sau
gălbuie, care face parte din grupa de mase plastice tehnice cu rigiditate si rezistenta ridicata.
În funcție de numă rul de monomeri sau de metodele de polimerizare se disting câteva
tipuri de poliamide: PA 6 (poliami da extrudata), PA 6G (poliamida turnata), PA 12, PA 66 . [22]
Caracteristici principale :
 rezistență mecanică mare: min. 70 – 110 MPa, (la curgere, la rupere, la compresiune);
 tenacitate (Charpy): 12 kJ/m² – nu se rupe;
 proprietăți bune de alunecare: μ = 0,15 – 0,5 (alunecare uscată pe oțel rectificat);
 interval larg de temperatură de utilizare: – 40șC până la +140șC;
 duritate mare (Rockwell): M85 – M98;
 rezistență bună la oboseală și capacitate de amortizare mecanică convenabilă;
 rezistență bună la uzare;
 sarcina maximă la o deformare de 1%: 18 -26 MPa;
 densitate: 1,15 – 1,16 kg/dm³. [23]

Proiect de diplomă
44
Domenii de utilizare
Bucșe pentru lagăre de alunecare, ghidaje, role de susținere, de întindere, de ghidare și de
transport, scripeți, roți dințate, cremaliere, roți m elcate, roți de lanț, plăci de tăiere, elemente
izolatoare, elemente de etanșare, șuruburi, piulițe, șaibe, flanșe, elemente de legătură, cilindri,
discuri, etc. [23]
Produse extrudate din docamid ( PA – Poliamidă ):
PA 6 E (PA 6 E) ; PA 6 MO (PA 6 E + MoS 2); PA 6 -GF30 (PA 6 GF30) ;
PA 66 E (PA 66 E) ; PA 66 MO (PA 66 E + MoS 2); PA 66 -GF30 (PA 66 GF30)
PA 12 (PA 12) ; PA 12 MO (PA 12 + MoS 2); PA 12 GF30 (PA 12 + fibră de sticlă)
PA 4.6 E (PA 4.6) . [23]

Produse turnate din docamid ( PA – Poliamidă ):
PA 6G -H (PA 6); PA 6G (PA 6) ; PA 6GMO (PA 6 + MoS2 + grafit) ;
PA 6GM (PA 6 + MoS2 ); PA 6GOL (PA 6 + ulei) ;
PA 6GLU (PA 6 + lubrifiant solid și lichid) ; PA 6 + PE ; PA 6 + PE + armătură ;
PA 6 + PE + elastomer ; PA 6GHI (PA 6 + elastomer ); PA 6GIC (PA 6 + elastomer );
PA 6 + elastomer ; PA 6GLL (PA 6 + copolimer ); PA 6GGK (PA 6 + fibră de sticlă );
PA 6G -plus (PA 6 + materiale minerale ); PA 6G HS (PA 6) . [23]

Fig. 6 .1 Bare din poliamidă [24]

Proiect de diplomă
45

Fig. 6 .2 Plăci din poliamidă [25]

b) Docacetal (POM – Poliacetal)

POM ( poliacetal) este un polimer cu un nivel ridicat de cr istalinitate de culoare naturală
alb lăptoasă, clasificându -se printre cele mai dure ș i mai rigide mase plastice tehnice.
Comparat iv cu poliamida PA, poliacetalii nu absorb umezeală aproape deloc, avâ nd astfel
o stabilitate dimensională superioară .
În general este oferit în două ipostaze: copolimer POM C și homopolimer POM H. Din
punct de vedere al proprietăț ilor, importanța economică are î n mod practic numai copolimerul
POM C. [26]
Caracteristici princip ale:
 rezistență mecanică mare: min. 70 – 80 MPa, (la curgere, la rupere) ;
 tenacitate (Charpy): 8 kJ/m² – nu se rupe;
 proprietăți bune de alunecare: μ = 0,25 – 0,45 (alunec are uscată pe oțel rectificat);
 interval larg de temperatură de u tilizare: – 50șC până la +120șC;
 duritate mare (Rockwell): M86 – M90;
 rezistență bună la oboseală și capacitate de a mortizare mecanică convenabilă;
 la acțiunea umezelii nu se dilată, varianta POM C se poate utiliza și în imers ie până la
temperaturi de 80șC;
 prelucrabilitate foarte bună prin așchiere, inclusiv pe mașinile automate;
 densitate: 1,4 kg/dm³. [27]

Proiect de diplomă
46
Domenii de utilizare
Piese de precizie cu stabilitate dimensională, roți dințate cu modul mic, scaune de supape,
arcuri, elemente de alunecare, came de comandă, piese electroizolatoare în industria
electrotehnică, organe de mașini în contact permanent cu apa, role, organe de asamblare,
elemente de etanșare, elemente elastice, etc. [27]

Produse din docacetal (POM – Poliacetal) :
POM C; POM H; POM H AF; POM C-TF (POM C + PTFE) ;
POM C GF25 (POM C + fibră de sticlă); POM C AS (POM C antistatic) ;
POM C ELS (POM C conducător electric) . [27]

Fig. 6.3 Produse din p oliacetal [27]

c) Docapet (PET – Polietilentereftalat)

Polietilena tereftalat (uneori scrisă poli (etilen tereftalat)), PET prescurtată , PETE sau
PETP învechită sau PET -P este cea mai obișnuită rășină polimerică termoplastică din familia de
poliester și este utilizată în fibre pentru îmbrăcăminte, containere pentru lichide și alim ente,
termoformare pentru fabricare și în combinație cu fibră de sticlă pentru rășini mecanice. [28]

Caracteristici principale :
 rezistență mecanică mare: 78 – 90 MPa (la curgere, la rupere);
 tenacitate ( Charpy): 3,5 kJ/m2 – 50 kJ/m2;
 proprietăți bune de alunecare: μ = 0,1 – 0,3 (alunecare uscată pe oț el rectificat);

Proiect de diplomă
47
 sarcina maximă la o deformare de 1%: 24 – 26 MPa;
 interval de temperatură de u tilizare: – 20șC până la +115șC;
 duritate foarte mare (Rockwell): M94 – M96;
 rezistență bună la oboseală și cap acitate de amortizare mecanică convenabilă ;
 la acțiunea umezelii practic nu se dilată ;
 este neutru fiziologic, poate fi în contact cu alimente și cu medicamente;
 rezistență bună la uzare în comparație cu PA și POM, în condiț ii neabrazive;
 densitate: 1,4 kg/dm³. [28]

Domenii de utilizare
Ghidaje puternic solicitate, lagăre de alunecare, organe de mașini cu stabilitate
dimensională mare pentru mecanică fină, jgheaburi, plunjere de distribuție, elemente de pompe,
elemente izolatoare în industria electrotehnică, role, roți dințate, came, scaune de supape,
elemente de etanșare, etc. [28]

Produse din Docapet (PET – Polietilentereftalat) :
PET; PET TF (PET + lubrifiant solid) . [28]

Fig. 6.4 Polietilenterftalat [28]

Proiect de diplomă
48
d) Docalene (UHMW PE – Polietilenă)

Polietilena este un polimer termoplastic cu o structură cristalină variabilă și o gamă
extrem de largă de aplicații practice în diferite domenii de activitate. De altfel, polietilena este
materialul plastic produs în cea mai mare cantitate la nivel mondial, cu zeci de milioane de tone
produse anual. [29]

Caracteristici principale :
 rezistență mecanică: 20 – 24 MPa (la curgere) ;
 tenacitate mare (Charpy): nu se rupe;
 propr ietăți bune de alunecare: μ = 0,2 – 0,3 (alunecare uscată pe oțel rectificat);
 prelucrabilitate bună, rezistent la intemperii;
 interval de temperatură de utilizare: – 80șC până la +110șC;
 duritate (Shore): D60 – D65;
 capacitate bună de amortizare mecanică ;
 la acțiunea umezelii nu se dilată, rezistență bună la agenți chimici;
 este neutru fiziologic, poate fi în contact cu alimente și cu medicamente;
 materialul HD 1000: rezistență bună la uzare abrazivă în comparație cu PA, POM și PET;
 densitate: 0,96 kg/ dm³. [30]

Domenii de utilizare
Lagăre de alunecare, jgheaburi, mese de tranșat (industria alimentară si pielărie),
căptușeli pentru tobogane și pentru depozitare de materiale granulare, role, roți dințate cu sarcini
reduse, elemente izolatoare, elemente d e etanșare, căptușirea silozurilor, transportoarelor,
cupelor, benelor, utilaje din industria celulozei și hârtiei, instalații de îmbuteliere, epurare,
pompare, vane de electroliză, pentru ecranare în industria electrotehnică și nucleară, etc. [30]

Produse din Docalene (UHMW PE – Polietilenă) :

PE HD 300/500 ; PE HD 500 R; PE HD 1000; PE HD 1000 R; PE ASTL (antistatic) . [30]

Proiect de diplomă
49

Fig. 6 .5 Produse din polietilenă [30]

6.2 Alegerea materialului pl astic pentru reperul capac pentru cămine de vizitare tip IV.
Justificare .

În urma documentării am ajuns la concluzia că materialul plastic pentru reperul capac
pentru cămine de vizitare tip IV să fie Docamid (PA – Poliamidă) , deoarece acesta prezintă
caracteristici foarte bune, iar prelucrarea acestui material se realizează normal, fără regimuri de
așchiere pretențioase.

6.3 Proprietățile materialului Docamid (PA – Poliamidă)

Printre cele mai importante proprietăți ale materialului ales sunt:

Densitate a (ρ) – 1400 Kg/m3;
Modulul de elasticitate longitudinal (E) – 4.000÷19.000 MPa ;
Modulul de forfecare (G) – 1.100 MPa ;
Coeficientul lui Poisson (υ) – 0,35;
Limita de curgere (σc) – 70 MPa ;
Alungirea la rupere (A) – 1 %;
Coeficientul de dilatare termică (α) – 8×10-5 oC-1;
Conductivitatea termică la 20oC (λ) – 0,2 W/m * oC;
Capacitatea termică masică (c) – 1.000 J/kg * oC ;
Temperatura limită de utilizare (Tmax) – 250÷300 oC. [4 , pag. 55 ]

Proiect de diplomă
50
Specificații Docamid (PA – Poliamidă) :
 Rezistență la rupere ș i imp act ridicată ;
 Rezistență foarte mare la uzură ș i abraziune ;
 Proprietăț i foarte bune de amortizare a vibrațiilor și de absorbț ie a sunetelor ;
 Prelucrabilitate buna ;
 Poate înlocui cu succes bronzul și aluminiu în diferite aplicaț ii;
 Grad ridicat de absorbț ie al apei (3%) ;
 Gradul ridicat de absorbție al apei îmbunătățește rezistența la impact . [33]

Proiect de diplomă
51

7. PROGRAMUL DE PROIECTARE CATIA V5

7.1 Prezentarea programului Catia V5

CATIA V5 ( Computer Aided Three dimensional Interactive Applications ), produs al
companiei Dassault Systemes este, în prezent, unul dintre cele mai utilizate sisteme integrate
CAD/CAM/CAE pe plan mondial, cu aplicații în domenii diverse, de la industria construcțiilor
de mașini, la cea aeronautică și de automobile. Versiunea a 5 -a este disponibilă încă din anul
1999, la fiecare nouă reactualizare fiind introduse noi module și funcționalități suplimentare, în
paralel cu îmbunătățirea celor existente. [31]
Programul CATIA V5 furnizează o varietate largă de soluții integrate pentru a satisface
toate aspectele legate de design și fabricație. Acesta are numeroase funcționalități de bază cum ar
fi:
– concepția avansată a pieselor mecanice;
– realizarea interactivă a ansamblurilor;
– obținerea automată a proiecțiilor piesei sau ansamblului curent;
– posibilitatea de a proiecta în mod parametrizat;
– conceperea pieselor și ansamblurilor direct în trei dimensiuni, fără a desena întâi
planșele în reprezentare bidimensională;
– testarea rezistenței modelului la diverse solicitări;
– verificarea dacă un ansamblu este sau nu demontabil;
– asigură că mobilitatea componentelor, unele față de altele, nu generează coliziuni etc.
CATIA are o structură modulară, ceea ce asigură o mare versatilitate, trecerea de la un
modul la altul se face rapid, cu posibilita te de editare continuă a entității aflate în lucru, fără
pierdere de informație și fără a fi necesară transformarea explicită, de către utilizator, a
formatului de fișier, specific fiecărui modul. [30]
Deși numărul modulelor implementate în CATIA este foar te mare, câteva dintre acestea
pot fi considerate ca fiind de bază, permițând realizarea aproape a oricărui tip de piesă sau
ansamblu din domeniu l construcțiilor de mașini:

Proiect de diplomă
52
1. CATIA Sketcher – creează schița unui profil în două dimensiuni, fiind un punct de
plecare obligatoriu în procesul de obținere a unui obiect tridimensional;
2. CATIA Part Design – se utilizează la concepția pieselor mecanice în trei dimensiuni.
Se recomandă utilizarea acestui modul împreună cu CATIA Sketcher;
3. CATIA Assembly Design – permite generarea unui ansamblu de piese, utilizând
diverse constrângeri mecanice pentru poziționarea acestora și stabilirea contactelor de suprafețe;
4. CATIA Drafting – posedă instrumentele necesare pentru a obține desenele de execuție
ale pieselor și ansamblurilor create.
5. CATIA Knowledge Advisor – sprijină utilizatorul în proiectarea parametrizată,
utilizând instrumente specifice, precum: formule, parametri, reguli și reacții, activate numai în
urma îndeplinirii unei condiții stabilite în prealabil .
Catia Generativ Structural Analysis – acest modul permite realizarea analizei cu ajutorul
elementelor finite. [31]
Datorită modului modern de abordare a tehnicilor de proiectare asistată, prin interfața sa
intuitivă și ușurința în utilizare, programul CA TIA V5 deschide noi orizonturi de performanță și
flexibilitate inginerilor proiectanți, creatorilor de modele și produse. [31]

7.2 Prezentarea modulului Catia Generativ Structural Analysis. Etapele modelării.
Posibilități.

Pentru realizarea unei analize cu element e finite trebuie să se aibă în vedere următorii
pași:
1) accesarea modulului Generativ Structural Analysis din meniul Start;
2) alegerea tipului de analiză dorit din meniul Insert;
3) verificarea dacă modelului pregătit pentru inserarea în analiză i s -a specificat materialul și
proprietățile corespunzătoare rolului funcțional;
4) stabilirea setului de restricții, încărcări și mase;
5) definirea rețelei de noduri și elemente;
6) alegerea din numeroasele bare de instrumente pe care programul le pune la dispoziția
utilizatorului, acele bare de instrumente care fac obiectul analizei;
7) analizarea și vizualizarea datelor rezultate. [9]

Proiect de diplomă
53

8. ANALIZA CU ELEMENT E FINIT E A CAPACULUI DE CANAL
FOLOSIND PROGRAMUL CATIA V5

În cadrul analizei cu element e finite se vor parcurg e următorii pași:
1) Prezentarea reperului modelat 3D;
2) Adăugarea materialului Docamid (Poliamidă – PA) în baza de date a softului și aplicarea
pe model ;
3) Definirea constr ângerilor (reazemelor ) și a forțelor;
4) Calcularea tensiunilor și deformațiilor pe baza metodei cu elemente finite ;
5) Analiza și vizualizarea datelor rezultate.

8.1 Modelarea reperului capac canal

Pentru modelarea reperului capac canal am utilizat modulul Part Design din programul
Catia V5, iar pentru identificarea dimensiunilor capa cului de canal am folosit STAS 2308 -81.
Pentru realizarea reperului capac canal am desenat în Sketch jumătate de capac,
înjumătățind astfel dimensiunile acestuia, iar după am folosit comanda Shaft pentru a realiza
reperul în întregime. Acest lucru mi -a ușu rat realizarea modelului 3D.

Fig. 8 .1 Sketch capac pentru cămine de vizitare

Proiect de diplomă
54
Pentru realizarea completă a capacului a trebuit să fie desenate orificiile de aerisire și
unele nervuri care nu au putut fi reprezenta te în primul Sketch.

Fig. 8.2 Sketch orificiu de aerisire

Fig. 8 .3 Sketch nervură

După ce s-au realizat orificiile de aerisire și nervurile au fost multiplicat e de 6 ori pe toată
circumferința capacului pentru cămine de vizitare, conform STAS 2308 -81.

În figu rile 8.4 și 8 .5 sunt prezentate cele două vederi, cea de sus, respectiv de jos ale
capacului pentru cămine de vizitare tip IV modelat.

Proiect de diplomă
55

Fig. 8.4 Vederea de sus a capacului modelat

Fig. 8 .5 Vederea de jos a capacului modelat

Proiect de diplomă
56
8.2 Introducerea proprietăților materialului poliamidă

Când capacul pentru cămine de vizitare tip IV a fost modelat, am adăugat materialul ales,
împreună cu proprietățile fizice ale acestuia:
 Modulul Young 4*109 N/m2;
 Coeficientul Poisson 0,35;
 Densitatea 1.400 kg/m3;
 Coeficientul de dilatare termică 8 *10-5 Kdeg;
 Limită de curgere 7*107 N/m2.

Fig. 8 .6 Proprietăți docamid – poliamidă – PA

8.3 Aplicarea încărcării și constrângerilor

Pentru a putea realiza analiza cu element e finite a fost nevoie să aplic un reazem pe
suprafața de pe spatele capacului și forțe pe suprafața capacului (cea care se vede pe carosabil).
Suprafața aleasă pentru reazem a fost suprafața care intră în contact direct cu rama
capacului de canal. Acest l ucru est e evidențiat în figura 8 .7.
Suprafața aleasă pentru aplicarea forțelor a fost pe un diametru de Φ300 , având valoare
de 250kN conform STAS 2308 -81, aplicarea aces teia este prezentată în figura 8 .8.

Proiect de diplomă
57

Fig. 8 .7 Aplicare a constrângerilor

Fig. 8 .8 Aplicarea forțelor

Proiect de diplomă
58
8.4 Discretizare a structurii

Primul demers care trebuie întreprins când se elaborează un model cu elemente finite
(EF) este cel al discretizării structur ii, adică trecerea de la conținutu l fizic al materialului din care
este executată structu ra, la modelul convenț ional – geometric, discret, pentru care se va face
analiza cu elemente finite (FEA). Pentru aceasta structura se “acoperă” cu o rețea de linii și
suprafețe la intersecț iile cărora se obțin nodurile mod elului, acest ansamblu fiind reț eaua de
discretizare. [32]
După aplicarea reazemului și a forțelor capacul este gata pentru a putea fi analiza.
Ca primă fază am realizat cu ajutorul programului Catia V5 discretizarea structurii
capacului pentru cămine de vizitare tip IV , conform figurii 8 .9.

Fig. 8 .9 Discretizarea reperului analizat

Pentru a putea face o diferență clară între capacul realizat din fontă și cel realizat din
docamid – poliamidă PA, am realizat ambele analize cu element e finite pentru a putea compara
rezultatele.
Proprietățile materialul fontă cenușie le-am luat din biblioteca programului Catia V5,
deoarece acesta avea acest material adăugat.

Proiect de diplomă
59
8.5 Vizualizarea și interpretarea rezultatelor

a) Capacul pentru cămine de vizitare tip IV din f ontă cenușie Fc 150 .
În figura 8 .10 și 8.11 se regăsesc rezultatele obținute în urma analizei cu elemente finite a
capacului pentru cămine de vizitare tip IV din f ontă cenușie Fc 150, cea cu tensiunile Von Mises,
respectiv deformațiile în urma solicitării. Valoarea maximă a tens iunii Von Mises este de
3,81*107 care se află în punctul ilustrat în figura 8 .10, iar deformația maximă în figura 8 .11,
având valoarea de 0,04 mm.

Fig. 8.10 Tensiunile Von Mises stress pentru reperul din fontă Fc 150 analizat

Fig. 8 .11 Deformați ile în urma solicitării

Proiect de diplomă
60
b) Capacul pentru cămine de vizitare tip IV din d ocamid –poliamidă PA .
În figura 8.12 și 8 .13 se regăsesc rezultatele obținute în urma analizei cu elemente finite a
capacului pentru cămine de vizitare tip IV din docamid – poliamidă PA, cea cu tensiunile Von
Mises, respectiv deformațiile în urma solicitării. Valoarea maximă a tensiunii Von Mises este de
3,59*107 care se află în punctul ilustrat în figura 8 .12, i ar deformația maximă în figura 8 .13,
având valoarea de 1,21 mm.

Fig. 8.12 Tensiunile Von Mises stress pentru reperul din docamid – poliamidă PA analizat

Fig. 8.13 Deformați ile în urma solicitării

Proiect de diplomă
61
8.6 Modificarea capacului pentru cămine de vizitare tip IV și realizarea analizei cu
elemente finite

Modificările aduse capaculu i pentru cămine de vizitare ti p IV au fost legate de grosime și
de eliminarea nervurilor pentru ai simplifica procesul tehnologic , iar coeficientul de utilizare al
materialului să fie cât mai mare pentru a se utiliza mai eficient.
Am efectuat analiza cu elemente finite pe capacul pentru cămine de vizitare tip IV ,
eliminându -i nervurile și am mo delat capacul la o grosime de 45 mm.
Analiza a avut rezultate pozitive, deoarece din figura 8.14 și 8 .15 reiese că reperul rezistă
la încărcătura de 250 kN, tensiunile Von Mises nu depășesc limita admisibilă, iar deformațiile
sunt mai mici de 3 mm.

Fig. 8.14 Tensiunile Von Mises stress pentru reperul modificat

Fig. 8 .15 Deformațiile în urma solicitării reperului modificat

Proiect de diplomă
62
În urma analizelor cu elemente finite realizate cu ajutorul programului Catia V5 , am
centralizat rezultatele obținute în tabelul următor pentru a putea interpreta rezultatele.

Tabelul 8 .1. Rezultatele obținute în urma analizei cu elemente finite

Tensiunea
admisibilă
[N/m2] Tensiunea
Von Mises
[N/m2] Deformarea în
urma solicitării
[mm]
Capac pentru cămine de
vizitare tip IV din fontă 3,1*108 3,81*107 0,04
Capac pentru cămine de
vizitare tip IV din
docamid – Poliamidă PA 7*107 3,59*107 1,21
Capac pentru cămine de
vizitare modificat din
docamid Poliamidă PA 7*107 1,42*107 1,43

După vizualizarea rezultatelor reiese că reperul „capac pentru cămine de vizitare tip IV”
din docamid – poliamidă PA rezistă la o încărcătură de 250 kN, tensiunea maximă Von Mises
având valoare de 3,59 *107 N/m2, iar deformația maximă 1,21 mm.
Pentru capacul pentru cămine de vizitare tip IV din docamid – poliamidă PA modificat
rezultatele sunt pozitive, acesta rezistând la încărcătura de 250kN, valoarea maximă a tensiunii
Von Mises fiind 1,42*107 N/m2, iar deformația maximă 1,43 mm.
În urma acestor rezultate, s -a demonstrat că reperul „capac pentru cămine de vizitare tip
IV” se poate realiza și din material plastic, respectiv docamid – poliamidă PA, deoarece acest a
rezistă la solicitările de pe carosabil .

Proiect de diplomă
63

9. CONTRIBUȚII PERSONALE . CONCLUZII. PERSPECTIVE.

9.1 Contribuții personale

Prezenta lucrare de diplomă, cu titlul „Analiza cu elemente finite a comportării capacului
pentru cămine de vizitare tip IV din docamid – poliamidă PA ” reprezintă rezultatul muncii de
documentare, modelare și analiză, desfășurate pe parcursul acestui an.
Contribuțiile personale din cadrul lucrării sunt următoarele:
1. M-am documentat cu privire la istoricul, compoziția mater ialului și la procedeele de
prelucrare prin care se pot realiza capacele pentru cămine de vizitare;
2. M-am documentat cu privire la materialele plastice tehnice și am ales unul dintre
acestea pentru a înlocui fonta cu un material plastic, dacă analiza cu elemente finite confirmă
posibilitatea prin rezistența și comportarea la solicitări ;
3. Am ales un tip de capac pentru cămine de vizitare din standardul STAS 2308 -81;
4. Am modelat reperul ales în programul Catia V5;
5. Am realizat analiza cu elemente fini te a capacului pentru cămine de vizitare tip IV din
materialul Fc 150.
6. Am determinat valoarea tensiunilor Von Mises și a deformațiilor pentru capacul din Fc
150.
7. Am realizat analiza cu elemente finite a capacului pentru cămine de vizitare tip IV din
materialul plastic docamid – poliamidă PA.
8. Am determinat valoarea tensiunilor Von Mises și a deformațiilor pentru capacul din
materialul plastic docamid – poliamidă PA.
9. Am adus modificări capacului ales din docamid – poliamidă PA pentru a se putea
prelucra în condiții tehno logice , eliminându -i nervurile și modificându -i grosimea ;
10. Am realizat o analiză cu elemente finite a capacul pent ru cămine de vizitare
modificat;
11. Am determinat valoarea tensiun ilor Von Mises și a deformațiilor pentru capacul
modificat din materialul plastic docamid – poliamidă PA.

Proiect de diplomă
64
9.2 Concluzii

În urma elaborării proiectului de diplomă am ajuns la următoarele concluzii:
1. Capacul pentru cămine de vizitare tip IV din materialul fontă cenușie Fc 150 supus
analizei, atinge valoarea tensiunii Von Mises de 3,81*107 N/m2 fiind infimă, în comparație cu
tensiunea admisibilă care are valoarea de 3,1*108 N/m2;
2. Deformația constatată în urma analizei cu elemente finite este nesemnificativă ,având
valoarea de 0,04 mm;
3. Capacul pe ntru cămine de vizitare tip IV din materialul docamid – poliamidă PA supus
analizei, atinge valoarea tensiunii Von Mises de 3,59*107 N/m2, în comparație cu tensiunea
admisibilă care are valoarea de 7*107 N/m2, deci la cca. 51% din tensiunea admisibilă;
4. Deformația constatată în urma analizei cu elemente finite este de 1,21 mm, aceasta nu
depășește limita aproximativă de 3 mm;
5. Capacul modelat din materialul docamid – poliamidă PA rezistă în urma analizei cu
elemente finite la încărcarea de 250kN;
6. Capacul pentru cămine de vizitare tip IV simplificat din materialul docamid –
poliamidă PA supus analizei, atinge valoarea tensiunii Von Mises de 1,42*107 N/m2 fiind de
aproximativ 5 ori mai mică decât tensiunea admisibilă care are valoarea de 7*107 N/m2;
7. Deformația constatată în urma analizei cu elemente finite este de 1,43 mm, aceasta nu
depășește limita aproximativă de 3 mm;
8. Capacul pentru cămine de vizitare tip IV modificat din docamid – poliamidă PA rezistă
la încărcarea de 250 kN.

9.3 Perspective

Perspectivele care sunt de urmat după analiza cu elemente finite a capacului pentru
cămine de vizitare tip IV sunt:
1. Realizarea tehnologiei de f abricare a capacul pentru cămine de vizitare tip IV
modificat, din ma terialul docamid – poliamidă PA;
2. Realizarea unui sistem de prindere -fixare a capacul pe ramă;
3. Analiza posibilității de înlocuire ș i a celorla lte tipuri de capace metalice exist ente în
prezent în reț elele de canalizare de tip I, II ș i III cu capace din materiale plastice ;
4. Realizarea anal izei cu elemente finite a capac elor pentru cămine de vizitare tip I, II, III,
IV și din alte m ateriale plastice.

Proiect de diplomă
65

BIBLIOGRAFIE

[1] Blitz , E., Proiectarea canalizărilor , Editura Tehnică, București, 1970 .
[2] Cosma , M., Mașini unelte și prelucrări prin așchiere , „curs de mână ”, 2018.
[3] Ghionea , I., Proiectare asistată în CATIA V5. Elemente teoretice și aplicații , Editura BREN,
București, 2007.
[4] Iancău H., Materiale compozite concepție și fabricație , Editura M ediamira , Cluj -Napoca,
2003 .
[5] Nanu A ., Tehnologia Materialelor , Editura Didactică și Pedagogică, București 1977 .
[6] Negulescu M., Canalizări -pentru subingineri -, Editura Didactică și Pedag ogică, București,
1978.
[7] Seltea C., Materiale plastice în construcția mașinilor , Editura Tehnică, București 1966 .
[8] Stoian L ., Tehnologia Materialelor , Editura Didactică și Pedagogică, București 1980 .
[9] Trănișan , D., Reproiectarea ramei din lemn a șezutului fotoliului Ingvar Kamprad (IK) în
varianta din poliuretan la S.C. Taparo S.A , Proiect de licență, Universitatea de Nord din Baia
Mare, 2012.
[10] https://www.scribd.com/doc/97297859/Sisteme -de-Canalizare
[11] https://www.ct.upt.ro/studenti/cursuri/florescu/Constructii_Hidro.pdf
[12] https://www.romstal.ro/user_uploads/products/184799_l.jpeg
[13] http://metalurgica -industrial.ro/downloads/saintgobain%20 -%20capace.pdf
[14] https://triplast .ro/produse/capace/capace -din-fonta -ductila/
[15] http://www.creeaza.com/referate/fizica/Prezentarea -clasificarea -si-si778.php
[16] https://docslide.net/documents/diagrama -fier-carbon -568528d4675bd.html
[17] http://librariesigma.ro/product_documents/ge t/document/id/40/
[18]https://encrypted -tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRXMa –
iouhAZCMyXGZTpGqByh13AUfhyyilPiU9daZooOcBgA -a
[19]http://www.resist.pub.ro/CursuriRades/04%20M%20Rades%20 –
%20Analiza%20cu%20elemente%20finite.pdf
[20] http://www.inma -cadcae.ro/index.php/fea
[21] http://www.inma -cadcae.ro/index.php/art -7

Proiect de diplomă
66
[22] https://tuplex.ro/produse/industrie/pa -poliamida
[23] http://www.pronedcontrol.ro/wp -content/uploads/2019/04/PA -poliamida -catalog.pdf
[24] http://www.pronedcont rol.ro/wp -content/uploads/2019/03/Proned -015.jpg
[25] http://www.pronedcontrol.ro/wp -content/uploads/2019/04/PA -poliamida -catalog.pdf
[26] https://tuplex.ro/pro duse/industrie/pom -poliacetal
[27]http://www.pronedcontrol.ro/wp -content/uploads/2019/03/POM -poliacetal -catalog –
converted.pdf
[28] http://www.pronedcontrol.ro/wp -content/uploads/2019/03/PET -catalog -converted.pdf
[29] https://axtrom.ro/tipuri -de-polietilena/
[30] http://www.pronedcontrol.ro/wp -content/uploads/2019/03/PE -polietilena -catalog -converted –
1.pdf
[31] http://www.catia.ro/articole/catiav5r16/catia.htm
[32] http://www.resist.pub.ro/Cursuri_master/PMEF/PMEF_Curs_08.pdf
[33] https://plasticeindustriale.geplast.ro/produse/poliamida/
[34] ***, SR EN 124:2015
[35] ***, STAS 2308 -81