Caracterizarea mecanică a structurilor compozite noi [301780]

Caracterizarea mecanică a structurilor compozite noi

PROIECT DE DISERTAȚIE

Autor: student: [anonimizat]: Prof.dr.abil.ing Horațiu Teodorescu Drăghicescu

2018

[anonimizat]. [anonimizat] o [anonimizat], cu scopul de a obține un material cu proprietăți noi. Se pot realiza diverse combinații între materiale cum ar fi: [anonimizat]; [anonimizat].

[anonimizat]-un material de bază ( matrice), care prezintă proprietăți mai slabe dar are un preț de cost scăzut; [anonimizat], [anonimizat], dar cu un preț de cost ridicat.

Materialele compozite au provocat o [anonimizat], pentru ca au multiple avantaje: ele preiau unele proprietăți utile în procesul de proiectare a [anonimizat] a unui singur element.

Avantaj major al compozitelor și dezvoltatrea deosebită a acestor materiale, s-a [anonimizat]. De aici și plaja mare de proprietăți care pot fi obținute în acest fel. [anonimizat], [anonimizat].

Alt avantaj al compozitului este că poate avea anumite proprietăți mai bune decât proprietățile fiecărui component al său. [anonimizat] a [anonimizat] o [anonimizat] o parte dintre proprietățile compozitului iar o [anonimizat], între valorile avute de componentele sale.

[anonimizat], rezultă în posibilitatea da realiza un compromis optim pentru a obține un material cu prorietăți deosebite și cost scăzut.

Mai există și alte motive pentru care materialele compozite au devenit importante. [anonimizat], există o presiune contiună a opiniei publice pentru reducerea activităților care pot afecta mediul ( în mod special activitățile miniere sau metalurgia).

[anonimizat] o asemenea dezoltare. Sunt astfel oferite oportunități enorme pentru utilizarea materialelor compozite. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], majoritatea compozitelor putând fi reciclate.

Utilizând materialele compozite, putem produce mașini și componente de mașini mai rezistente, mai mici, mai ușoare, mai confortabile, cu o durată de viață mai mare și la prețuri de cost mai scăzute.

O altă directie de cercetare a reprezentat-o identificarea proprietăților unor tipuri de compozite cu matrice polimerică, utilizate în construcția de autovehicule. Au fost studiate materialele compozite poliesterice ranforsate cu sticlă RT300 ( 300 gr/m2).

Pentru a utiliza aceste compozite în cadrul unor componente pentru autovehicule, este necesar să cunoaștem care sunt proprietățile lor și felul în care se comportă în cazul unor solicitări mecanice. Unele dintre cele mai utilizate materiale în construcția de autovehicule, îl reprezintă materialele de plastic sau rășinile ranforsate cu fibră de sticlă.

Utilizarea lor în proiectare necesită cunoașterea foarte bună a proprietăților pe care le au aceste materiale. Există o serie de cercetări teoretice care prezintă metode de a calcula aceste proprietăți dar în practică s-a constatat ca uneori, valorile calculate pot fi destul de departe de valorile reale, lucru datorat în general faptului ca șarje diferite din același compozit pot avea valori destul de diferite ale proprietăților mecanice. Este greu de a asigura aceleași condiții la fabricare în cadrul compozitelor.

Din acest motiv este necesar de a determina, în multe cazuri practice, care sunt valorile proprietăților mecanice, prin încercare direct pe mașina de încercat. Încercările la tracțiune și încovoiere în 3 puncte sunt cele mai utilizate pentru acest tip de determinare mecanică. Pe baza încercărilor efectuate pe mașinilie de tracțiune și încovoiere în 3 puncte, se pot trage unele concluzii referitoare la materialele încercate.

Materialele compozite ranforsate cu fibre de sticlă de tipul RT300 au o comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie de aplicații inginerești. Abaterile dimensionale și structurale care apar la fabricarea compozitelor ranforsate cu fibre, pot duce la variații semnificative ale proprietăților mecanice ale acestor materiale. Aceste efecte au fost studiate în cadrul lucrării.

Materialele compozie cu fibre lungi, aliniate, pot fi considerate, în abordările teoretice, ca fiind alcătuite din cilindrii așezați într-o rețea regulată. Acest lucru, în realitate, este departe de adevăr și este imposibil de a realiza în practică o dispunere perfectă paralelă a fibrelor. De asemenea și în dimensiunile fibrelor există abateri de la cilindricitate și de la dimensiunile nominale, oferite de fabricant. Aceste abateri care pot fi dimensionale sau structurale de la valorile teoretice pot duce la variații ale proprietăților mecanice, calculate cu ipoteze teoretice simplificatoare.

Fibrele pot să nu fie dispuse în rețea regulată, pot să nu fie paralele, iar diametrele fibrelor se pot întâmpla (frecvent) să nu fie egale. S-a determinat cum pot influența proprietățile mecanice calculate cu formulele acceptate de literatura de specialitate, aceste imperfecțiuni care se întâlnesc uzual în practică. În timpul fabricării materialului compozit, dar și după aceea, în timpul depozitării și transportului, pot apărea o serie de imperfecțiuni în material datorate acțiunilor mecanice sau a unor fenomene chimice ca fenomenele de difuzie.

Acestea pot conduce la modificări care uneori pot fi semnificative în comportarea materialului compozit și abateri, nedorite, față de comportarea teoretică, estimată, a compozitului. În urma analizei formulelor prezentate în lucrare, se poate concluziona că variațiile proprietăților fibrei sau ale matricei pot duce în general la variații, uneori semnificative, în proprietățile compozitului material.

Caracteristici ale materialelor compozite pe bază de polimeri, ranforsate cu fibră de sticlă

Sticla neorganică pe bază de siliciu este analoagă cu mulți polimeri organici în ceea ce privește faptul că sunt materiale amorfe. Silicele cristalin pur se topește la 1800 șC și poate fi prelucrat în domeniul 1600-1800 șC.

În general, aranjamentul atomic sau molecular în orice material este diferit la suprafață față de interior. În particular, în cazul sticlelor pe bază de siliciu conținând o varietate de oxizi, un strat hidroxil complex este format prea ușor. Oxizii nehigroscopici absorb apă ca și grupurile hidroxil în timp ce oxizii higroscopici devin hidratați.

Activitatea unei suprafețe de sticlă este astfel în funcție de conținutul de hidroxil și cationi aflați în apropierea suprafeței. Aceasta înseamnă că, activitatea de suprafață a sticlei-E va fi diferită de siliciul topit. Invariabil, fibrele de sticlă sunt suprafețe tratate prin aplicarea unui apret pe fibrele de sticlă proaspete pentru a le proteja de efectul mediului, pentru o mânuire mai ușoară și pentru a evita introducerea defectelor de suprafață. Apreturile obișnuite sunt guma de amidon, uleiul vegetal hidrogenat, gelatina, polivinil alcoolul și o varietate de emulsifieri neionici.

Apretul este în general, incompatibil cu rășina folosită pentru matrice și este astfel îndepărtat înainte de așezarea fibrelor de sticlă în matricea de rășină, prin încălzire de curățire la ~ 350 șC pentru 15 – 20 ore în aer, urmată de spălare cu detergent sau solvent și uscare. După curățire, sunt aplicați agenții de cuplare organo–metalici sau organosilane; de obicei, se folosește o soluție apoasă de silane. Compușii organosilane au formula chimică R–SiX3, unde R este un grup compatibil cu rășina și X reprezintă grupuri capabile de interacțiune cu silanul hidroxilat pe suprafața sticlei.

Metodele de studiu utilizate

3.1 Testarea la încovoiere în 3 puncte

În cele ce urmează se prezintă rezultatele obținute în urma încercării la încovoiere a unor epruvete cu matrice polimerică.

Pentru încercări a fost utilizat un material compozit fabricat sub formă de placă de 4.5 mm, realizat din țesătură din fibră de sticlă înglobată într-o matrice polimerică. Pentru realizarea materialului au fost suprapuse 12 straturi de țesătură de fibră de sticlă(urzeala si batatura), cu grosimea de 0,375 mm .Grosimea materialului obținut este de 4.5 mm. Din această placă s-au tăiat 30 de epruvete cu dimensiunile:

Lungimea 80 mm;

Lățimea 10 mm;

Grosimea 4.5 mm.

O epruvetă este sprijinită pe doi supoți (reazeme) și este solicitată printr-o forță aplicată la mijlocul epruvetei, care va da o solicitare de încovoiere. Avansarea acestei sarcini se face cu o viteză constantă. Săgeata produsă de forța de încărcare este măsurată și înregistrată. Se obține astfel curba forță-săgeată. În Figura 1.1 este reprezentat modalitatea de încercare a epruvetei. În cazul nostru piesa de încercat este plasată între doi cilindrii situați la distanța de 64 mm, fixă în timpul încercării. La mijlocul epruvetei acționeză o forță cunoscută F. Sub acțiunea acestei forței epruveta suferă o deformație. Se notează cu f săgeata epruvetei măsurată la mijlocul ei. Epruveta se consideră că se rupe în momentul în care apare prima cădere în graficul forță-deplasare.

Fig. Schema de încărcare la încovoiere in 3P

Au fost făcute 3 tipuri de încercări pe epruvetele din fibră de sticlă RT300 și anume:

pe direcția urzelii ( 0° ); figura 3

pe direcția de 45° – figura 4

pe direcția bătăturii ( 90°) – figura 5

Pentru realizarea încercărilor mecanice la solicitarea de încovoiere, s-a utilizat mașina de încercat Lloyd Instruments , tip: LR5K plus.

Mașina de testare a materialelor avansate LR5K Plus, încorporează o gamă largă de carcateristici care o fac ideală pentru a efectua activități complexe precum și aplicații de testare de rutină de până la 5 kN (1124 lbf ). Standardul LR5K Plus are un design cu două coloane cu un maxim în capul de traversare de 975 mm. Această mașină este montată pe un suport controlat de un microprocesor și încorporează o tehnologie de 32 de biți, certificată la nivel mondial pentru încărcarea foarte precisă, măsurarea și obținerea rapidă a datelor.

LR5K Plus se caracterizează printr-o interfață integrată a utilizatorului, constând dintr-o consolă de control montată lateral cu chei de membrane mari, cu acțiune pozitivă, care are o mare complexitate de teste.

3.2 Încercarea la tracțiune

În cele ce urmează se prezintă rezultatele obținute în urma încercării la tractiune a unor epruvete cu matrice polimerică.

Pentru încercări a fost utilizat un material compozit fabricat sub formă de placă de 4.5 mm, realizat din țesătură din fibră de sticlă înglobată într-o matrice polimerică. Pentru realizarea materialului au fost suprapuse 12 straturi de țesătură de fibră de sticlă(urzeala si bătătură), cu grosimea de 0,375 mm .Grosimea materialului obținut este de 4.5 mm. Din această placă s-au tăiat 24 de epruvete cu dimensiunile:

Lungimea 150 mm;

Lățimea 10 mm;

Grosimea 4.5 mm.

O epruvetă este fixate între cele două fălci ale utilajului și este solicitată prin două forțe , care va da o solicitare de tracțiune. Avansarea acestei sarcini se face cu o viteză constantă. Săgeata produsă de forța de încărcare este măsurată și înregistrată. Se obține astfel curba forță-săgeată. În Figura 7 este reprezentată modalitatea de încercare a epruvetei. În cazul nostru piesa de încercat este fixată în cele două sisteme de prindere. Se notează cu F săgeata epruvetei măsurată la mijlocul ei. Epruveta se consiederă că se rupe în momentul în care apare prima cădere în graficul forță-deplasare.

Au fost făcute 3 tipuri de încercări pe epruvetele din fibră de sticlă RT300 și anume:

pe directța urzelii ( 0° ); figura 8

pe direcția de 45° – figura 9

pe direcția bătăturii ( 90°) – figura 10

Pentru realizarea încercărilor mecanice la solicitarea de încovoiere, s-a utilizat mașina de încercat Lloyd Instruments , tip: LS1000 plus.

Mașina de testare a materialelor avansate LS1000 Plus, încorporează o gamă largă de carcateristici care o fac ideală pentru a efectua activități complexe precum și aplicații de testare de rutină de până la 20 kN (2248 lbf ). Standardul LS1000 Plus are un design cu două coloane cu un maxim în capul de traversare de 980 mm. Această mașină este montată pe un suport controlat de un microprocesor și încorporează o tehnologie de 32 de biți, certificată la nivel mondial pentru încărcarea foarte precisă, măsurarea și obținerea rapidă a datelor. LS1000 Plus se caracterizează printr-o interfață integrată a utilizatorului, constând dintr-o consolă de control montată lateral cu chei de membrane mari, cu acțiune pozitive, care are o mare complexitate de teste.

Pentru determinarea modului de elasticitate longitudinal E cât mai precisă, s-a folosit un extensometru Epsilon, încorporat un senzor piezoelectric, pentru o măsurare cât mai precisă a datelor.

Efectul erorilor de fabricație asupra proprietăților mecanice ale materialelor compozite.

În cadrul acestui capitol este analizat modul în care abaterile dimensionale și structurale, care apar la fabricarea compozitelor ranforsate cu fibre, pot duce la variații semnificative ale proprietăților mecanice ale acestor materiale. Materialele compozite cu fibră de sticlă tio Roving RT300, sunt considerate în abordările teroetice, ca fiind alcătuite dintr-un strat de urzeală ( în lungul fibrelor), și un strat de bătătură ( așezate la un unghi de 90°). Acest lucru în realitate, este departe de adevăr și este imposibil de a realiza în practică o dispunere perfectă a fibrelor. De asemenea și în dimensiunile fibrelor există abateri de la cilindricitate și de la dimnesiunile nominale, oferite de fabricant.

Aceste abateri care pot fi dimensionale sau structurale de la valorile teoretice, pot duce la variații ale proprietăților mecanice, calculate cu ipoteze teroetice simplificatoare. Fibrele pot să nu fie dispuse în rețea regulate, pot să nu fie paralele, iar diametrele fibrelor se poate întampla, să nu fie egale.

Capitolul de față își propune să determine cum pot influența proprietățile mecanice calculate cu formulele acceptate de literatura de specialitate, aceste imperfecțiuni care se întalnesc uzual în practică. Spre exemplu, rețeaua hexagonală, considerate ca fiind perfecte în timpul efectuării unor calcule a proprietăților mecanice ale compozitelor cu fibre este de cele mai multe ori, departe de rețeaua care apare în materialul compozit finit.

În timpul fabricării materialului compozit, dar și după aceea, în timpul depozitării și transportului, pot apărea o serie de imperfecțiuni în material datorate acțiunilor mecanice sau a unor fenomene chimice ca fenomenele de difuzie. Acestea pot conduce la modificări care uneori pot fi semnificative în comportarea teroretică, estimate a compozitului. Următoarele tipuri de abateri de la modelul ideal sunt mai frecvente și pot să apară în fabricarea materialelor compozite:

Diferențe între valori reale a proprietăților mecanice ale matricei și ale materialului de ranforsare. Datorită în special procesului de fabricare, aceste valori care sunt trecute în notițele tehnice pot fi diferite, în plus sau în minus. Aparent diferențele sunt mici dar, care pot crea diferențe mari în propretățile materialului compozit rezultat. O analiză a acestor diferențe poate arăta când aceste abateri pot influența semnificativ valorile proprietăților materialului rezultat.

Diferențe între forma geometrică, teoretică și forma reală a materialului din ranforsare. Spre exemplu aproape niciodată fibrele cilindrice lungi nu sunt cilindrice, există abateri mai mari sau mai mici, pe care în calcul nu le luăm în seamă, dar care pot duce la diferențe notabile între valorile calculate și valorile reale ale unui astfel de material. O formă geometrică perfectă nu se va putea obține niciodată într-un proces de fabricație care implică atât de multe variabile. Sunt, de exemplu extrem dificil de a obține particule de ranforsare perfect sferice, ele au abateri mai mari sau mici și trebuie stabilite dacă aceste abateri pot influența într-un mod major, calculele pe care le conducem pentru a determina proprietățile mecanice.

Diferențe în aspectul geometric al materialelor de ranforsare în comporație cu aspectul teoretic rezultat dar și diferențe în așezarea materialelor de ranforsare. Spre exemplu, fibrele se consideră cilindrice, infinite, așezate paralel și formând o rețea hexagonală, lucru care în multe cazuri este departe de realitate.

Trebuie studiat în ce mod abaterea de la modelul teoretic poate influența proprietățile mecanice ale compozitului și cum pot aceste abateri să modifice valorile numerice ale constantelor mecanice.

Fig. Epruveta solicitata la tractiune

Încercarea la încovoiere în 3 puncte.

Pentru încercarea la încovoiere în 3 puncte a materialui RT300, s-au folosit 30 de epruvete ( fibră de sticlă), numerotate de la 1 la 30 astfel:

10 epruvete debitate în lungul urzelii ( 0°)

10 epruvete debitate la unghiul de 45 °

10 epruvete debitate în lungul bataturii ( 90°)

Din fiecare set de epruvete, s-a pastrat ultima epruvetă ca martor de încercare la solicitarea de încovoiere.

Numerotarea epruvetelor s-a făcut astfel:

epruvetele debitate în lungul urzelii (0°)- 1 la 10.

epruvetele debitate la 45° – 11 la 20.

epruvetele debitata în lungul bătăturii (90°)- 21 la 30.

Tabel -Caracteristicile fibrei 0 grade la încovoiere

În tabelul de mai sus, sunt prezentate numerotarea epruvetelor, sunt măsurate dimensiunile principale, pentru a începe testul de laborator ( măsurate cu ajutorul unui șubler digital).

au fost măsurate lățimile și grosimile epruvetelor.

pentru o valoare medie ale acestor date, epruvetele s-au măsurat la mijlocul lor, pentru o valoare cât mai precisă.

Tabel – Caracteristici fibra 45 grade la încovoiere

Tabel – Caracteristici fibra 90 grade la încovoiere

Epruvetele au fost împărțite în 3 grupe pentru a fi supuse la 3 încercări diferite astfel:

primul grup, numerotat de la 1 la 10 au fost încercate la temperatura camerei de 20° C, în lungul urzelii – 0°.

epruvetele numerotate de la 11 la 20 au fost supuse la temperatura camerei de 20° C, la un unghi a fibrelor de 45°.

epruvetele numerotate de la 21 la 30, au fost încercate la temperatura camerei de 20° C, în lungul bataturii – 90°

Forta F de apăsare pe epruvetă a avut o viteză de 10 mm/min. În figura de mai jos, este prezentat standul pe care s-au facut încercarile de laborator.

5.1 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la încovoierea în 3 puncte la 0°

Limita superioară a deplasării pune în evidență caracterul histeretic puternic care apare la utilizarea acestui tip de material compozit bazat pe rășina HELIOPOL 9431ATYX_LSE ranforsat cu țesătură de fibră de sticlă STRATIMAT300 cu greutatea specifica de 300 g/m2.

Rezultatele pot fi utile în aplicații practice ulterioare care utilizează acest material și care trebuie să țină seama de caracterul histeretic puternic.

În cazul acestor încercări la încovoiere, putem observa raportul forță-deplasare, astfel: media forței a fost de 950 N ( 0.95 kN), cu o sageată medie de 15 mm.

În figura de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de încovoiere în 3 puncte, în cazul debitării lor în lungul urzelii – 0°

5.2 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la încovoierea în 3P la 45°

Limita superioară a deplasării pune în evidență caracterul histeretic mediu, care apare la utilizarea acestui tip de material compozit bazat pe rășina HELIOPOL 9431ATYX_LSE ranforsat cu țesătură de fibră de sticlă STRATIMAT300 cu greutatea specific de 300 g/m2.

Rezultatele pot fi utile în aplicații practice ulterioare care utilizează acest material și care trebuie să țină seama de caracterul histeretic mediu.

În cazul acestor încercări la încovoiere, putem observa raportul forță-deplasare, astfel: media forței a fost de 300 N ( 0.3 kN), cu o sageată medie de 30 mm.

În figura de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de încovoiere în 3 puncte, în cazul debitării lor la 45°.

5.3 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la încovoierea în 3P la 90°

Limita superioară a deplasării pune în evidență caracterul histeretic mediu, care apare la utilizarea acestui tip de material compozit bazat pe rășina HELIOPOL 9431ATYX_LSE ranforsat cu țesătură de fibră de sticlă STRATIMAT300 cu greutatea specifica de 300 g/m2.

Rezultatele pot fi utile în aplicații practice ulterioare care utilizează acest material și care trebuie să țină seama de caracterul histeretic mediu.

În cazul acestor încercări la încovoiere, putem observa raportul forță-deplasare, astfel: media forței a fost de 700 N ( 0.7 kN), cu o sageată medie de 15 mm.

În figurile de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de încovoiere în 3 puncte, în cazul debitării lor la 90°.

Încercarea la tracțiune

Pentru încercarea la tracțiune a materialui RT300, s-au folosit 24 de epruvete ( fibră de sticlă), numerotate de la A la Y astfel:

8 epruvete debitate în lungul urzelii ( 0°)

8 epruvete debitate la unghiul de 45 °

8 epruvete debitate în lungul bătăturii ( 90°)

Din fiecare set de epruvete, s-a păstrat ultima epruvetă ca martor de încercare la solicitarea de tracțiune.

Numerotarea epruvetelor s-a făcut astfel:

epruvetele debitate în lungul urzelii (0°) – A la H.

epruvetele debitate la 45° – I la P.

epruvetele debitata în lungul bătăturii (90°) – Q la Y.

Tabel – Caracteristici fibră 0 grade la tracțiune

În tabelul de mai sus, sunt prezentate numerotarea epruvetelor, sunt măsurate dimensiunile principale, pentru a începe testul de laborator ( măsurate cu ajutorul unui șubler digital)

au fost măsurate lățimile și grosimile epruvetelor.

pentru o valoare medie al acestor date, epruvetele s-au măsurat la mijlocul lor pentru o valoare cât mai precisă.

pentru a determina modulul de elasticitate longitudinal cât mai precis, s-a utilizat în măsurarea acestuia, un extensometru Epsilon, dotat cu un sensor piezoelectric.

Tabel – Caracteristici fibră 45 grade la tracțiune

Tabel – Caracteristici fibră 90 grade la tracțiune

Epruvetele au fost împărțite în 3 grupe pentru a fi supuse la 3 încercări diferite astfel:

primul grup, numerotat de la A la H au fost încercate la temperatura camerei de 20° C, în lungul urzelii – 0°.

epruvetele numerotate de la I la P au fost supuse la temperatura camerei de 20° C, la un unghi a fibrelor de 45°.

epruvetele numerotate de la Q la Y, au fost încercate la temperatura camerei de 20° C, în lungul bataturii – 90°

Forta F de tracțiune pe epruvetă a avut o viteză de 1 mm/min. În figura de mai jos, este prezentat standul pe care s-au facut încercările în laborator.

Fig. – Utilizarea extensometrului cu senzor piezoelectric

6.1 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la tracțiune la 0°

Pe baza încercările effectuate pe mașina de tracțiune și a valorilor obținute se pot trage unele concluzii referitoare la materialele încercate.

Materialele compozite ranforsate cu fibre de stică de tipul RT300 au o comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie de aplicații inginerești.

Acest lucru se întâmplă datorită faptului că diferitele sarje de material compozit realizat diferă ca realizare și proprietăți, lucru care se va manifesta în comportarea materialului respectiv în practică.

Proprietățile mecanice vor avea deci o plajă de variație care se datorează faptului că materialele compozite nu pot fi fabricate menținând riguros aceleași condiții de fabricație.

În figurile de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de tracțiune, în cazul debitării lor în lungul urzelii – 0°

Fig. – Epruvete testate la 0 grade- vedere lateral

6.2 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la tracțiune la 45°

Grafic extras – Diagrama Forță-Deplasare epruveta J

Grafic extras – Diagrama Forță-Deplasare epruveta O

Pe baza încercările effectuate pe mașina de tracțiune și a valorilor obținute se pot trage unele concluzii referitoare la materialele încercate.

Materialele compozite ranforsate cu fibre de stică de tipul RT300 au o comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie de aplicații inginerești.

Acest lucru se întâmplă datorită faptului că diferitele sarje de material compozit realizat diferă ca realizare și proprietăți, lucru care se va manifesta în comportarea materialului respectiv în practică.

Proprietățile mecanice vor avea deci o plajă de variație care se datorează faptului că materialele compozite nu pot fi fabricate menținând riguros aceleași condiții de fabricație.

În figurile de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de tracțiune, în cazul debitării lor la 45°.

Fig. – Epruvete testate la 45 grade- vedere laterală

6.3 Graficele rezultate în urma testelor de laborator la tracțiune la 90°

Grafic extras – Diagrama Forță-deplasare epruvetă Q

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta R

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta S

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta T

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta U

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta V

Grafic extras -Diagrama Forță-Deplasare epruveta X

În cazul testării la tracțiune, observăm pe epruveta U, o delaminare a materialului, urmând o rupere a fibrelor de sticlă RT300 orientate la 90°

În figurile de mai jos, regăsim epruvetele supuse la solicitarea de tracțiune, în cazul debitării lor la 90°.

Interpretarea rezultatelor

7.1 Interpretarea rezultatelor la încovoierea în 3 puncte. RT300 la 0°

În cazul testării la încovoierea în 3 puncte a materialului compozit RT300, s-au constatat variații mari între cele 3 tipuri de încercări mecanice statice. În ceea ce privește testarea materialului pe direcția urzelii ( adică la un unghi de 0°), s-au constatat deviații medii de forță-deplasare, astfel:

forța la încărcarea maximă în cazul epruvetei 5 este de 1100 [N], pe o deplasare maximă de 20 mm. Acest lucru ne indică o solicitare în timp (raportul dintre deplasarea materialui de la 0 mm la 20 mm fiind unul desfășurat într-un timp măsurat de 15 min).

în acest interval de timp, forța de încărcare maximă are o încărcare liniară elastică până în cazul deplasării de 10 mm. Din acel punct, forța de încărcare scade în intensitate, producând în interioul materialului testat ruperi ale fibrelor.

ruperile fibrelor de sticlă din interiorul materialului nu se produc consecutiv: în cazul deplasării de la 10 mm la 12 mm, observăm o rupere violentă a fibrelor, forța de încărcare scade semnificativ de la 1100 N la 850 N într-un interval de timp de 2 secunde.

în acest caz vorbim despre pierderea elasticității materialului ( elasticitatea materialului se pierde în punctual de încărcare maximă de 1100 N și o sageată la încărcarea maximă de 10 mm.

în cazul determinării Modului de elasticitate longitudinal E, s-a constatat o valoare maximă a modulului de 3800 [MPa], pentru epruveta cu numărul 4 în cazul încercării la încovoiere în 3 puncte.

în cazul determinării Rigidității materialului, putem observa o valoare maxima de 0.62 [Nm2]. Acest lucru ne determină carcateristica materialului în funcție de forța de încărcare maximă de 1200 [N].

deoarece fibra de sticlă RT300, prezintă caracteristici de material variabile ( în funcție de așezarea acestora la 0°, 45° sau 90°), în următorul grafic, am menționat două caracateristici esențiale ale materialului și anume: Rigiditatea [N/m] în comparație cu Lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm].

în acest caz se poate observa că valorile celor 9 epruvete testate la încovoierea în 3 puncte au valori aproximativ comune, excepție făcând epruveta cu numărul 1: la un lucru mecanic de 890 [Ncm], s-a înregistrat o rigiditate de 105000 [N/m].

aceste valori ale lucrului mecanic în comparație cu rigiditatea, ne indică faptul că forțele care acționează asupra epruvetelor în testare, influențează săgeata și rigiditatea materialului.

Fig. – Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N]

Fig. – Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N]

Fig. – Comparativ între cele 9 epruvete – raport Forță [N]-Săgeată [mm]

Fig. – Comparativ număr epruvetă- Modul de elasticitate longitudinal E

Fig. – Comparativ număr epruveta și Rigiditatea de încovoiere [Nm2]

Fig. – Raportul dintre Lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm] și Rigiditatea materialului [N/m]

7.2 Interpretarea rezultatelor la încovoierea în 3 puncte. RT300 la 45°

În cazul testării la încovoierea în 3 puncte a materialului compozit RT300, s-au constatat variații mari între cele 3 tipuri de încercări mecanice statice. În ceea ce privește testarea materialului la un unghi de 45°, s-au constatat deviații mici de forță-deplasare, astfel:

forta la încărcarea maximă în cazul epruvetei 7 este de 350 [N], pe o deplasare maximă de 32 mm. Acest lucru ne indică o solicitare în timp (raportul dintre deplasarea materialui de la 0 mm la 32 mm fiind unul desfășurat într-un timp măsurat de 25 min).

în acest interval de timp, forța de încărcare maximă, are o încărcare liniară elastică pe toată suprafața materialui până la intervalul de timp setat. Din acel punct, forța de încărcare scade în intensitate, producând în interioul materialui testat ruperi ale fibrelor.

ruperile fibrelor de sticlă din interiorul materialului nu se produc consecutiv: în cazul deplasării de la 7 mm la 32 mm, observăm o rupere lentă a fibrelor, forța de încărcare fiind constantă de la 200 N la 350 N într-un interval de timp de 20 min.

în acest caz vorbim despre o caracteristică foarte bună a materialului, adică elasticitatea materialului ( elasticitatea materialului nu se pierde pe întreg parcursul testării: forța de încărcare maximă ajunge la o valoare de 350 [N], în raport cu săgeata la încărcare maximă de 32 [mm].)

în cazul determinării modului de elasticitate longitudinal E, s-a constatat o valoare maximă a modulului de 3815 [MPa], pentru epruveta cu numărul 4 în cazul încercării la încovoierea în 3 puncte. În acest caz, s-a înregistrat o valoare aproximativ egală cu valoarea modului de elasticitate longitudinal E, înregistrat la testarea fibrei de sticlă la un unghi de 0°.

în cazul determinării rigidității materialului, putem observa o valoare maximă de 0.34 [Nm2]. Acest lucru ne determină carcateristica materialului în funcție de forța de încărcare maximă de 350 [N].

deoarece fibra de sticlă RT300, prezintă caracteristici de material variabile ( în funcție de așezarea acestora la 0°, 45° sau 90°), în următorul grafic, am menționat două caracteristici esențiale ale materialului și anume: rigiditatea [N/m] în comparație cu lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm].

în acest caz se poate observa că valorile celor nouă epruvete testate la încovoierea în 3 puncte, au valori aproximativ comune, excepție făcând epruveta cu numărul 7: la un lucru mecanic de 522 [Ncm], s-a înregistrat o rigiditate de 54000 [N/m].

Fig. – Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45°

Fig. – Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45°

Fig. – Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45°

Fig. – Raport între forța la încărcare maximă [N] și săgeata la încărcare maximă [mm]- epruveta 7

Fig. – Grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N]

Fig. – Grafic comparativ pentru epruvete a Modulului de elasticitate longitudinal E [MPa]

Fig. – Grafic comparativ a epruvetelor a rigidității de încovoiere [Nm2]

Fig. – Grafic comparativ între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm]

7.3 Interpretarea rezultatelor la încovoierea în 3 puncte. RT300 la 90°

În cazul testării la încovoierea în 3 puncte a materialului compozit RT300, s-au constatat variații mari între cele 3 tipuri de încercări mecanice statice. În ceea ce privește testarea materialului la un unghi de 90°, s-au constatat deviații mari de forță-deplasare, astfel:

forța la încărcarea maximă în cazul epruvetei 8 este de 720 [N], pe o deplasare maximă de 18 mm. Acest lucru ne indică o solicitare în timp (raportul dintre deplasarea materialului de la 0 mm la 18 mm fiind unul desfășurat într-un timp măsurat de 10 min).

în acest interval de timp, forța de încărcare maximă are o încărcare liniară elastică pe toată suprafața materialui până când se atinge valoarea maximă a forței de 710 [N], în raport cu o deplasare de 9 [mm]. Din acel punct forța de încărcare scade în intensitate, producând în interiorul materialului testat, ruperi ale fibrelor.

ruperile fibrelor de sticlă din interiorul materialului nu se produc consecutiv: în cazul deplasării de la 12 mm la 15 mm, observăm o rupere lentă a fibrelor, forța de încărcare fiind violentă de la 550 N la 350 N într-un interval de timp de 5 sec.

în acest caz vorbim despre o carcateristică medie a materialului, adică elasticitatea materialului ( elasticitatea materialului se pierde în ultimul sector parcurs testării: forța de încărcare maximă ajunge la o valoare de 710 [N], în raport cu săgeata la încărcare maximă de 19 [mm]).

în cazul determinării modului de elasticitate longitudinal E, s-a constatat o valoare maximă a modulului de 6150 [MPa], pentru epruveta cu numărul 6, în cazul încercării la încovoiere în 3 puncte. În acest caz, s-a înregistrat o valoare net superioară cu valoarea modului de elasticitatea longitudinal E, înregistrat la testarea fibrei de sticlă la un unghi de 0°.

în cazul determinării rigidității materialului, putem observa o valoare maximă de 0.482 [Nm2]. Acest lucru ne determină caracateristica materialului în funcție de forța de încărcare maximă de 710 [N].

deoarece fibra de sticlă RT300, prezintă caracteristici de material variabile ( în funcție de așezarea acestora la 0°, 45° sau 90°), în următorul grafic, am menționat două caracateristici esențiale ale materialului și anume: rigiditatea [N/m] în comparație cu lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm].

în acest caz se poate observa că valorile celor nouă epruvete testate la încovoierea în 3 puncte, au valori aproximativ comune, excepție făcând epruveta cu numărul 4: la un lucru mecanic de 483 [Ncm], s-a înregistrat o rigiditate de 75000 [N/m].

Fig. – Grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N]

Fig. – Grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N]

Fig. – Grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N]

Fig. – Graficul comparativ a epruvetei 8 între săgeată [mm] și forță [N]

Fig. – Grafic comparativ între săgeata la încărcare maximă [mm] și forța la încărcare maximă [N]

Fig. – Graficul comparativ al epruvetelor pentru Modulul de elasticitate longitudinal E [MPa]

Fig. – Graficul comparativ al epruvetelor pentru rigiditatea de încovoiere [Nm2]

Fig. – Graficul comparativ între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm]

7.4 Interpretarea rezultatelor la încovoierea în 3 puncte a celor 3 tipuri de epruvete.

În acest subcapitol, vom analiza datele comparative ale celor 3 tipuri de testări mecanice și anume testarea materialului RT300 la 0°, testarea materialului RT300 la 45° și testarea materialului RT300 la 90°.

Se vor analiza forțele la încărcarea maximă [N], săgeata la încărcarea maximă [mm], se va analiza modulul de elasticitate longitudinal E, rigiditatea la încovoiere [N/m2], și nu în ultimul rând, raportul dintre lucrul mecanic la încărcarea maximă [Ncm] cu rigiditatea [N/m].

Fig. – Graficul comparativ ale celor 3 epruvete între săgeata la încărcare maximă [mm] și forța la încărcare maximă [N]

În graficul de mai sus, ne sunt prezentate cele 3 tipuri de material cu valorile obținute, astfel:

se poate observa diferența forței aplicată pe epruveta în cazul celor 3 tipuri

în primul caz al testării materialului orientat la 0°, observăm o valoare a forței maxime de 1150 [N], pe o deplasare maximă de 20 mm.

în al doilea caz al testării materialului orientat la 45°, observăm o valoare a forței maxime de 350 [N], pe o suprafață a săgeții de 32 mm.

observăm în cazul materialului orienatat la 45°, cum forța are o încărcare liniară pe tot parcusul testării.

în al treilea caz al testării materialului orientat la 90°, observăm o valoare a forței maxime de 700[N], pe o deplasare maximă de 19 [mm].

în concluzie, pentru a avea un material elastic constant, este indicată folosirea materialului orientat la 45°.

această orientare, dispune de proprietăți mecanice bune, rezistența la încovoiere ridicată în raport cu un coeficient de elasticitate superior.

Fig. – Graficul comparativ a celor trei epruvete a Modulului de elasticitate longitudinal E [MPa]

În graficul de mai sus, sunt prezentate valorile maxime ale modulului de elasticitate longitudinal E, pentru materialele studiate și testate.

observăm o valoare net superioară în cazul materialului orienatat la 0° de 7906.013 [MPa].

Fig. – Graficul comparativ ale celor trei epruvete a rigidității la încovoiere [N/m2]

în cazul comparației celor trei tipuri de material, observăm în graficul de mai sus o valoare a rigidității materialului scăzută în cazul orientării la 45°.

acest lucru permite aplicarea unei forțe [N] pe suprafața de contact mult mai liniara cu o săgeată maximă de 30 [mm].

Fig. – Graficul comparativ a celor trei epruvete între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm]

În cazul graficului de mai sus, valorile înregistrate ne susțin decizia de a utiliza materialul orientat la 45°, cu următoarele argumente:

în cazul materialului orientat cu fibre de sticlă la 45°, observăm o rigiditate ridicată de 11000 [N/m], în raport cu lucrul mecanic la încărcarea maximă de 878.77 [Ncm].

acest lucru se datorează forței de aplicare de 350 [N], cu o deplasare maximă de 32 [mm].

ruperile fibrelor de sticlă din interiorul materialului nu se produc consecutiv: în cazul deplasării de la 7 mm la 32 mm, observăm o rupere lentă a fibrelor, forța de încărcare fiind constantă de la 200 N la 350 N într-un interval de timp de 20 min.

în acest caz vorbim despre o carcateristică foarte bună a materialului, adică elasticitatea materialului ( elasticitatea materialului nu se pierde pe întreg parcursul testării: forța de încărcare maximă ajunge la o valoare de 350 [N], în raport cu săgeata la încărcare maximă de 32 [mm]).

deoarece fibra de sticlă RT300, prezintă caracteristici de material variabile ( în funcție de așezarea acestora la 0°, 45° sau 90°), în următorul grafic, am menționat două caracateristice esențiale ale materialului și anume: Rigiditatea [N/m] în comparație cu lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm].

în acest caz se poate observa că valorile celor nouă epruvete testate la încovoierea în 3 puncte, au valori aproximativ comune, excepție făcând epruveta cu numărul 7: la un lucru mecanic de 522 [Ncm], s-a înregistrat o rigiditate de 54000 [N/m].

aceste valori ale lucrului mecanic în comparație cu rigiditatea, ne indic faptul că forțele care acționează asupra epruvetelor în testare, influențează săgeata și rigiditatea materialului.

Interpretarea rezultatelor la tracțiune.

În cele ce urmează în acest subcapitol, se vor urmării comportările geometrice și mecanice ale epruvetelor testate la solicitarea de tracțiune a următoarelor materiale: RT300 la 0°, RT300 la 45° și RT300 la 90°.Au mai fost încercate epruvete fabricate din rășina poliesterică ranforsate cu fibre de sticlă, decupate pe direcția urzelii, pe direcția bătături și la un unghi de 45°. Epruvetele au fost încercate conform standardelor. ISO 527-4.Pentru cele 21 de epruvete încercate, s-au obținut următoarele valori pentru modulul de elasticitate longitudinal: E1- 18658.34655 MPa ( epruveta 7_RT300_0°), E2- 7442.32303 MPa ( 5_RT300_45°) și E3- 14256.99493 MPa ( 1_RT300_90°). Aceste date se regăsesc în tabelul de mai jos:

Tabel – Valorile maxime înregistrate în determinarea modului de elasticitate longitudinal E [MPa]

Epruvetele executate din rășini poliesterice ranforsate cu fibră de sticlă RT300, ( denumite FSU si FSB), decupate în direcția urzelii și a bătăturii, au fost supuse la încercări de tracțiune.

Aceste epruvete s-au rupt în mod exploziv, demonstrând astfel că există o legatură bună între fibră și rășină. În ceea ce privește materialul RT300, modul de rupere dovedește o legătură mai slabă între rășină și fibră. În Fig. 61, este prezentat montajul încercării efectuate pe mașină de tracțiune.Pe baza încercărilor efectuate pe mașina de tracțiune și a valorilor obținute , se pot trage unele concluzii referitoare la materialele încercate. Materialele compozite ranforsate cu fibre de sticlă de tipul RT300, au o comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie de aplicații inginerești. Specimenele decupate au o rezistență la tracțiune de: 387.822 [MPa] pentru RT300_0°, 81.796 [MPa] pentru RT300_45° și 780.091 [MPa] pentru RT300_90°, cu o tensiune la încărcare maximă de: 380 [MPa] pentru RT300_0°, 83 [MPa] pentru RT300_45° și 220 [MPa] pentru RT300_90°. Aceste date se regăsesc în tabelul de mai jos:

Tabel – Caracteristicele mecanice ale celor trei tipuri de orientări.

Calculele făcute pentru materialele analizate comparate cu rezultatele experimentale obținute și prezentate în cadrul capitolului, arată că valorile obținute se situează la marginea valorilor calculate teoretic, in condiții ideale. Acest lucru se întâmplă datorită faptului că diferitele șarje de material compozit realizat, diferă ca realizare și proprietăți, lucru care se va manifesta în comportarea materialului respectiv în practică. Proprietățile mecanice vor avea deci o plajă de variație care se datorează faptului că materialele compozite nu pot fi fabricate menținând riguros aceleași condiții de fabricație.

Fig. – Diagrama forță-deformație specifică primelor 4 epruvete la 0°

Fig. – Diagrama forță-deformație specifică ultimelor 3 epruvete la 0°

Fig. – Diagrama forță-deformație specifică primelor 7 epruvete la 0°

Fig. – Diagrama tensiune-alungire specifică primelor 7 epruvete la 0°

Fig. – Graficul modulelor de elasticitate longitudinale E al primelor 7 epruvete la 0°

Fig. – Graficul rezistență la tracțiune-modul de elasticitate longitudinal al primelor 7 epruvete

Fig. – Graficul lucrului mecanic – rigiditate al primelor 7 epruvete la 0°

Fig. – Diagrama forță-deformație specifică primelor 4 epruvete la 45°

Fig. – Graficul forță-deformație specifică ultimelor 3 epruvete la 45°

Fig. – Graficul forță-deformație specifică celor 7 epruvete la 45°

.

Fig. – Diagrama tensiune-alungire specifica celor 7 epruvete la 45°

Fig. – Graficul modulelor de elasticitate longitudinale al celor 7 epruvete la 45°

Fig. – Graficul rezistență la tracțiune-modul de elasticitate longitudinal al celor 7 epruvete la 45°

Fig. – Graficul lucrului mecanic-rigiditate al celor 7 epruvete la 45°

Fig. – Graficul forță-deformație al primelor 4 epruvete la 90°

Fig. – Graficul forță-deformație specific ultimelor 3 epruvete la 90°

Fig. – Graficul forță-deformație specifică celor 7 epruvete la 90°

Fig. – Graficul tensiune-alungire specific celor 7 epruvete la 90°

Fig. – Graficul modulului de elasticitate longitudinal specific celor 7 epruvete la 90°

Fig. – Graficul lucrului mecanic-rigiditate specific celor 7 epruvete la 90°

8.2 Interpretarea rezultatelor la tracțiune a celor 3 tipuri de epruvete.

În acest subcapitol, vom analiza datele comparative ale celor 3 tipuri de testări mecanice și anume testarea materialului RT300 la 0°, testarea materialului RT300 la 45° și testarea materialului RT300 la 90°.

Se vor analiza forțele la încărcarea maximă [N], săgeata la încărcarea maximă [mm], se va analiza modulul de elasticitate longitudinal E, raportul dintre lucrul mecanic la încărcarea maximă [Ncm] cu rigiditatea [N/m], și nu în ultimul rând, raportul dintre tensiunea la încărcarea maximă [MPa] cu alungirea la încărcare maximă.

Fig. – Graficul forță-deformație a celor trei tipuri de orientări

În graficul de mai sus, ne sunt prezentate cele 3 tipuri de material cu valorile obținute, astfel:

se poate observa diferența forței aplicată pe epruvetă în cazul celor 3 tipuri

în primul caz al testării materialului orientat la 0°, observăm o valoare a forței maxime de 17500 [N], pe o deplasare maximă de 5 mm.

în al doilea caz al testării materialului orientat la 45°, observăm o valoare a forței maxime de 4000 [N], pe o suprafață a săgeții de 8 mm.

observăm în cazul materialului orientat la 45°, cum forța are o încărcare liniară pe tot parcusul testării.

în al treilea caz al testării materialului orientat la 90°, observăm o valoare a forței maxime de 8200[N], pe o deplasare maximă de 7 [mm].

în concluzie, pentru a avea un material elastic constant, este indicată folosirea materialului orientat la 45°.

Fig. – Graficul modulului de elasticitate longitudinal a celor trei tipuri de orientări

În graficul de mai sus, sunt prezentate valorile maxime ale modulului de elasticitate longitudinal E, pentru materialele studiate și testate.

observăm o valoare net superioară în cazul materialului orienatat la 0° de 18658.34655 [MPa].

Fig. – Graficul rezistenței la tracțiune a celor trei tipuri de orientări

În graficul de mai sus, este prezentat graficul comparativ a celor trei tipuri de orientări și anume: RT300_0°, RT300_45°și RT300_90°.

În cazul testării la tracțiune a celor trei tipuri de orientări, s-au constatat următoarele lucruri:

se observă o rezistență la tracțiune a epruvetei 3_RT300_90° de 780.091 [MPa], în comparație cu epruveta 3_RT300_45° cu o valoare a rezistenței de 81.796 [MPa].

acest lucru se datorează așezării fibrelor de sticlă la un unghi în care elasticitatea și rezistența fibrelor este mai mică.

în cazul epruvetei 1_RT300_0° înregistrăm o valoare a rezistenței la tracțiune de 387.822 [MPa], la o încărcare maximă de 17500 [N], cu o săgeată maximă de 5 [mm].

deoarece raportul dintre forța maximă și aria secțiunii transversale inițiale a epruvetei definesc rezistența la rupere, mai jos am aplicat formula specifică rezistenței la rupere, astfel:

σr = Fmax / S0 = 17500 [N] / 44.9005 [mm2] = 389.750 [N/mm2] = 389.750 [MPa]

cu ajutorul formulei de mai sus am calculat rezistența la rupere, care ne indică o eroare foarte mică între testarea cu ajutorul mașinii de tracțiune și calculul numeric.

Fig. – Grafic tensiune-alungire a celor trei tipuri de orientări

în graficul de mai sus, este prezentat raportul dintre tensiunea la încărcare maximă [MPa] și alungirea la încărcare maximă.

se poate observa în cazul epruvetei 3_RT300_0°, o valoarea a tensiunii la încărcarea maximă net superioară de 337.2 [MPa], în comparației cu epruveta 3_RT300_90°, cu o valoare a tensiunii la încărcare maximă de 212.07 [MPa] și 3_RT300_45°, cu o valoare a tensiunii la încărcarea maximă de 83.25 [MPa].

în cazul determinării alungirii la încărcarea maximă, se observa în cazul epruvetei 3_RT300_45° un indice de valoare net superior celorlalte epruvete de 7.8.

Concluzii

În cadrul lucrării de disertație, s-au făcut teste la solicitarea de încovoiere în trei puncte și teste la solicitarea la tracțiune.

S-au utilizat trei tipuri de orientări ale fibrelor și anume: RT300 cu o orientare a fibrelor la 0°, RT300 cu o orientare a fibrelor la 45° și RT300 cu o orientare a fibrelor la 90°.

În urma încercărilor, s-au constatat valori pozitive materialului RT300_45°.

Valorile forțelor la încărcare maximă în raport cu deformația la încărcare maximă, un coeficient al modulului de elasticitate longitudinal E pozitiv în raport cu cerințele de fabricare, rezistența la rupere având o valoare pozitivă și un raport între tensiune-alungire favorabil utilizării acestuia în diverse domenii inginerești.

Materialul orientat cu fibre la 45°, are o comportare elastică foarte bună, forța aplicată asupra lui având un domeniu liniar constant în toate încercările făcute.

Pe baza încercărilor efectuate pe mașina de tracțiune și încovoiere, se pot trage unele concluzii referitoare la materialele încercate. Materialele compozite ranforsate cu fibre de sticlă de tipul RT300, au o comportare mecanică bună și o rezistență la tracțiune convenabilă pentru o serie de aplicații inginerești.

Pentru o determinare cât mai precisă a modulului de elasticitate longitudinal E, s-a utilizat un extensometru încorporat cu un sensor piezoelectric.

Bibliografie

[1] H. Teodorescu-Drăghicescu, Ph.D. Thesis, TRANSILVANIA University of Brașov, 2002. [2] H. Teodorescu-Drăghicescu, Modrea, A., Materiale Compozite, Ed. Universității Transilvania. (2015).

[3] Fuiorea, I., Materialele compozite – proiectarea răspunsului mecanic, Editura Pan Publishing House, 1995, București, România.

[4] Jiga, G., Noțiuni fundamentale în mecanica materialelor compozite, Editura Atlas Press, 2004, București, România.

[5] Ispas, Șt., Materiale compozite, Editura Tehnică, 1987, București, România.

[6] Istodorescu, S., Materiale compozite, on-line, disponibil la www.academia.edu (accesat 15.11.2017). [5]***www.rsc.org (accesat 05.02.2018).

[7]***www.wikipedia.org (accesat 12.03.2018)

[8] S. Vlase, H. Teodorescu-Draghicescu, M.R. Calin, M.L. Scutaru, Advanced Polylite composite laminate material behavior to tensile stress on weft direction, J. Optoelectron. Adv. M. 14, 7-8, (2012) 658-663.

[9] Teodorescu, H.,. Teză de doctorat. Brașov, 2002.

[10] Modrea, A., Evaluarea parametrilor mecanici omogenizati pentru un material alcatuit din mai multe componente. A XXII-a Conferinta Nationala de MECANICA SOLIDELOR, Brasov,1998.

[11] Kelly,A., Fibrous Composite Materials. Material Science and Technology. A compre-hensive Treatement. Vol.13, Structures and Properties of Composites, Ed. By R.W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer, Ed. Weinheim,1998, pp.1-25.

Listă grafice

Grafic extras 1 – Diagrama forță-deplasare epruveta 1 22

Grafic extras 2 – Diagrama forță-deplasare epruveta 2 23

Grafic extras 3 – Diagrama forță-deplasare epruveta 3 24

Grafic extras 4 – Diagrama forță-deplasare epruveta 4 25

Grafic extras 5 – Diagrama forță-deplasare epruveta 5 26

Grafic extras 6 – Diagrama forță-deplasare epruveta 6 27

Grafic extras 7 – Diagrama forță-deplasare epruveta 7 28

Grafic extras 8 – Diagrama forță-deplasare epruveta 8 29

Grafic extras 9 – Diagrama forță-deplasare epruveta 9 30

Grafic extras 10 -Diagrama forță-deplasare epruveta 11 33

Grafic extras 11 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 12 34

Grafic extras 12 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 13 34

Grafic extras 13 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 14 35

Grafic extras 14 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 15 36

Grafic extras 15 –Diagrama forță-deplasare epruveta 16 37

Grafic extras 16 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 17 38

Grafic extras 17 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 18 38

Grafic extras 18 – -Diagrama forță-deplasare epruveta 19 39

Grafic extras 19 – Diagrama forță-deplasare epruveta 21 41

Grafic extras 20 – Diagrama forță-deplasare epruveta 22 42

Grafic extras 21 – Diagrama forță-deplasare epruveta 23 43

Grafic extras 22 – Diagrama forță-deplasare epruveta 24 44

Grafic extras 23- Diagrama forță-deplasare epruveta 25 45

Grafic extras 24- Diagrama forță-deplasare epruveta 26 46

Grafic extras 25 -Diagrama forță-deplasare epruveta 27 47

Grafic extras 26 – Diagrama forță-deplasare epruveta 28 48

Grafic extras 27 -Diagrama forță-deplasare epruveta 29 49

Grafic extras 28 – Diagrama forță-deplasare epruveta A 56

Grafic extras 29 – Diagrama forță-deplasare epruveta B 57

Grafic extras 30 – Diagrama forță-deplasare epruveta C 57

Grafic extras 31 – Diagrama forță-deplasare epruveta D 58

Grafic extras 32 – Diagrama forță-deplasare epruveta E 59

Grafic extras 33 – Diagrama forță-deplasare epruveta F 59

Grafic extras 34 -Diagrama forță-deplasare epruveta G 60

Grafic extras 35 – Diagrama Forță-Deplasare epruveta I 64

Grafic extras 36 -Diagrama Forță-Deplasare epruveta J 64

Grafic extras 37- Diagrama Forță-Deplasare epruveta K 65

Grafic extras 38-Diagrama Forță-Deplasare epruveta L 66

Grafic extras 39-Diagrama Forță-Deplasare epruveta M 67

Grafic extras 40-Diagrama Forță-Deplasare epruveta N 67

Grafic extras 41- Diagrama Forță-Deplasare epruveta O 68

Grafic extras 42- Diagrama Forță-deplasare epruvetă Q 71

Grafic extras 43-Diagrama Forță-Deplasare epruveta R 72

Grafic extras 44-Diagrama Forță-Deplasare epruveta S 73

Grafic extras 45-Diagrama Forță-Deplasare epruveta T 73

Grafic extras 46-Diagrama Forță-Deplasare epruveta U 74

Grafic extras 47-Diagrama Forță-Deplasare epruveta V 75

Grafic extras 48-Diagrama Forță-Deplasare epruveta X 76

Listă figuri

Fig. 1 Material neprelucrat fibră de sticlă roving RT300 7

Fig. 2 Schema de încărcare la încovoiere in 3P 8

Fig. 3 Prima grupă de teste 8

Fig. 4 Grupa 2 de teste 9

Fig. 5 Grupa 3 teste 9

Fig. 6 Stand de încercare la încovoiere 10

Fig. 7 Schema de încărcare la tracțiune 12

Fig. 8 Grupa 1 de teste 13

Fig. 9 Grupa 2 de teste 13

Fig. 10 Grupa 3 de teste 13

Fig. 11 – Standul de tracțiune 14

Fig. 12 – Extensometru 14

Fig. 13 – Așezarea fibrelor la 45 grade 16

Fig. 14 – Așezarea fibrelor la 90 grade 16

Fig. 15 – Traseul fibrei după rupere- 0 grade 17

Fig. 16 -Stand la încercare încovoiere 3P 18

Fig. 17 – Încercare la încovoiere fibra 45 grade 21

Fig. 18 – Epruvete testate la 0° – vedere din față 31

Fig. 19 – Epruvete testate la 0° – vedere laterală 32

Fig. 20 – Epruvete testate la 45 grade -vedere din față 40

Fig. 21 – Epruvete testate la 45 grade – vedere laterală 41

Fig. 22- Epruvete testate la 90 grade -vedere din față 50

Fig. 23 – Epruvete testate la 90 grade – vedere laterală 51

Fig. 24 – Încercarea la tracțiune cu extensometru 52

Fig. 25 – Utilizarea extensometrului cu senzor piezoelectric 55

Fig. 26 – Epruvete testate la 0 grade-vedere din față 62

Fig. 27- Epruvete testate la 0 grade- vedere laterală 62

Fig. 28 – Epruvete testate la 45 grade- vedere din față 70

Fig. 29 – Epruvete testate la 45 grade- vedere laterală 70

Fig. 30 – Delaminare epruvetă U 76

Fig. 31 – Epruvete testate la 90 grade- vedere din față 77

Fig. 32 – Epruvete testate la 90 garde – vedere laterală 78

Fig. 33- Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N] 80

Fig. 34- Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N] 80

Fig. 35- Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N] 81

Fig. 36- Raportul dintre săgeata [mm] și forța maximă [N] 82

Fig. 37– Comparativ între cele 9 epruvete – raport Forță [N]-Săgeată [mm] 83

Fig. 38- comparativ număr epruvetă- Modul de elasticitate longitudinal E 83

Fig. 39–comparativ număr epruveta și Rigiditatea de încovoiere [Nm2] 84

Fig. 40- raportul dintre Lucrul mecanic la încărcare maximă [Ncm] și Rigiditatea materialului [N/m] 85

Fig. 41- Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45° 87

Fig. 42 – Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45° 88

Fig. 43- Raportul dintre Forța [N] și săgeata [mm] în cazul testării materialului la un unghi de 45° 89

Fig. 44- Raport între forța la încărcare maximă [N] și săgeata la încărcare maximă [mm]- epruveta 7 90

Fig. 45 – grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N] 91

Fig. 46 – grafic comparativ pentru epruvete a Modulului de elasticitate longitudinal E [MPa] 92

Fig. 47 – grafic comparativ a epruvetelor a rigidității de încovoiere [Nm2] 93

Fig. 48 – grafic comparativ între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm] 94

Fig. 49 – grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N] 96

Fig. 50 – grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N] 96

Fig. 51 – grafic comparativ între săgeată [mm] și forță [N] 97

Fig. 52 – graficul comparativ a epruvetei 8 între săgeată [mm] și forță [N] 98

Fig. 53 – grafic comparativ între săgeata la încărcare maximă [mm] și forța la încărcare maximă [N] 99

Fig. 54 – graficul comparativ al epruvetelor pentru Modulul de elasticitate longitudinal E [MPa] 99

Fig. 55 – graficul comparativ al epruvetelor pentru rigiditatea de încovoiere [Nm2] 100

Fig. 56 – graficul comparativ între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm] 101

Fig. 57 – graficul comparativ ale celor 3 epruvete între săgeata la încărcare maximă [mm] și forța la încărcare maximă [N] 102

Fig. 58 – graficul comparativ a celor trei epruvete a Modulului de elasticitate longitudinal E [MPa] 103

Fig. 59 – graficul comparativ ale celor trei epruvete a rigidității la încovoiere [N/m2] 103

Fig. 60 – graficul comparativ a celor trei epruvete între rigiditate [N/m] și lucrul mecanic [Ncm] 104

Fig. 62- Diagrama forta-deformatie specifica primelor 4 epruvete la 0° 107

Fig. 63 – Diagrama forta-deformatie specifica primelor 3 epruvete la 0° 107

Fig. 64 – Diagrama forta-deformatie specifica primelor 7 epruvete la 0° 108

Fig. 65 – Diagrama tensiune-alungire specifica primelor 7 epruvete la 0° 109

Fig. 66 – graficul modulelor de elasticitate longitudinal E al primelor 7 epruvete la 0° 110

Fig. 67 – graficul rezistenta la tractiune-modul de elasticitate longitudinal al primelor 7 epruvete 111

Fig. 68 – graficul lucrului mecanic – rigiditate al primelor 7 epruvete la 0° 112

Fig. 69 – diagrama forta-deformatie specifica primelor 4 epruvete la 45° 113

Fig. 70 – graficul forta-deformatie specifica ultimelor 3 epruvete la 45° 114

Fig. 71 – graficul forta-deformatie speficica celor 7 epruvete la 45° 115

Fig. 72 – diagrama tensiune-alungire specifica celor 7 epruvete la 45° 116

Fig. 73 – graficul modulelor de elasticitate longitudinala al celor 7 epruvete la 45° 117

Fig. 74 – graficul rezistenta la tractiune-modul de elasticitate longitudinal al celor 7 epruvete la 45° 118

Fig. 75 – graficul lucru mecanic-rigiditate al celor 7 epruvete la 45° 119

Fig. 76 – graficul forta-deformatie al primelor 4 epruvete la 90° 120

Fig. 77 – graficul forta-deformatie specific ultimelor 3 epruvete la 90° 121

Fig. 78 – graficul forta-deformatie specifica celor 7 epruvete la 90° 122

Fig. 79 – graficul tensiune-alungire specific celor 7 epruvete la 90° 123

Fig. 80 – graficul modulului de elasticitate longitudinal specific celor 7 epruvete la 90° 124

Fig. 81 – graficul lucrului mecanic-rigiditate specific celor 7 epruvete la 90° 125

Fig. 82 – graficul forta-deformatie ale celor trei tipuri de orientari 126

Fig. 83 – graficul modulului de elasticitate longitudinal al celor trei tipuri de orientari 127

Fig. 84 – graficul rezistentei la tractiune a celor trei tipuri de orientari 128

Fig. 85 – grafic tensiune-alungire al celor trei tipuri de orientari 129

Listă tabele

Tabel 1 -Caracteristicile fibrei 0 grade la încovoiere 19

Tabel 2 – Caracteristici fibra 45 grade la încovoiere 20

Tabel 3 – Caracteristici fibra 90 grade la încovoiere 21

Tabel 4 – Caracteristici fibră 0 grade la tracțiune 53

Tabel 5 – Caracteristici fibră 45 grade la tracțiune 54

Tabel 6 – Caracteristici fibră 90 grade la tracțiune 55

Tabel 7 – Valorile maxima inregistrate in determinarea modului de elasticitate longitudinal E [MPa] 105

Tabel 8 – Caracteristicele mecanice ale celor trei tipuri de orientari. 106