Investe ște în oameni [622609]
1
Investe ște în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Programul Opera țional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Axa prioritar ă 1 „Educa ție și formare profesional ă în sprijinul cre șterii economice și dezvolt ării societ ății bazate pe cunoa ștere”
Domeniul major de interven ție 1.5. „Programe doctorale și post -doctorale în sprijinul cercet ării”
Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila ” BD-DD
Num ărul de identificare al contractului : POSDRU/107/1.5/S/76945
Beneficiar: Universi tatea Transilvania din Bra șov
Universitatea Transilvania din Bra șov
Școala Doctorala Interdisciplinar ă
Departament: Inginerie mecanic ă
Ing. Vasile GHEORGHE
STRUCTURI CU RIGIDITATE RIDICAT Ă, DIN MATERIALE
COMPOZITE, UTILIZATE ÎN CONSTRUC ȚIA DE
AUTOVEHI CULE
HIGH STIFFNESS COMPOSITE STRUCTURES USED IN
AUTOMOTIVE ENGINEERING
Conduc ător științific
Prof. univ. dr. ing. mat. Sorin VLASE
BRASOV, 2013
2 MINISTERUL EDUCA ȚIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA ” DIN BRA ȘOV
BRA ȘOV, B -DUL EROILOR NR. 29, 50003 6, TEL. 0040 -268-413000, FAX 0040 -268-410525
RECTORAT
D-lui (D -nei) ………………………………………………………………………….. ……………………
COMPONEN ȚA
Comisiei de doctorat
Numit ă prin ordinul Rectorului Universit ății „Transilvania ” din Bra șov
Nr. 5981 din 26.07.2013
Președinte: Prof. univ. dr. ing. Ioan C ălin RO ȘCA
DECAN – Facultatea de Inginerie Mecanic ă
Universitatea “Transilvania ” din Bra șov
Conduc ător științific: Prof. univ. dr. ing. mat. Sorin VLASE ,
Univers itatea Transilvania din Brasov
Referen ți: Prof. univ. dr. ing. Polidor BRATU ,
Universitatea „Dunărea de Jos ‟ din Gala ți
Prof.dr.ing. Iuliu NEGREAN ,
Universitatea Tehnic ă din Cuj -Napoca
Cercet. st. pr. I, dr.mat. Ventura CHIROIU ,
Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Române
Data, ora și locul sus ținerii publice a tezei de doctorat: 11.12.2013, ora 12:00 ,
Colina Universit ății, corp C, sala CP8
Eventualele aprecieri sau observa ții asupra con ținutului lucr ării vă rugăm să
le transmite ți în tim p util, pe adresa : [anonimizat]
Totodat ă vă invit ăm să luați parte la ședința public ă de sus ținere a tezei de
doctorat.
Vă mulțumim.
3
CUPRINS
Pag.
teză Pag.
rezumat
1. INTRODUCERE………………. …………………………………… ………………… …………………………. 10 9
1.1. Industria autovehiculelor rutiere. Materiale clasice și componente. Principiile
proiect ării „end of life cycle “……………………………………………… ………. ……………. ………
17
9
1.2. Obiectivele și oportunitatea prezentei cercet ări………… ..………… ………………. …….. 17 12
2. STADIUL ACTUAL AL CERCET ĂRILOR ÎN DOMENIUL PRODUCERII ȘI
UTILIZ ĂRII MATERIALELOR COMPOZITE…. …………………………………… …………..
20
14
2.1. Definir ea materialelor compozite …… ….…… ………… ………………. …………….. ……….. 20 14
2.2. Structura materialelor compozite, clasificare ……… ………… …………………. …………. 21 15
2.3. Tehnologia de ob ținere a materialelor compozite și a componentelor fabricate din
acestea ……………………………………………………………………………… ….
28
16
2.4. Utiliz ări industriale ale materialelor compozite …………… .…… ……………….. ………… 36 19
3. PROPRIET ĂȚILE MATERIALELOR COMPOZITE …………………………………….. ….. 45 23
3.1. Propriet ăți mecanice ale compozitelor ………………. ………………… …………………………. …. 45 23
3.2. Valori ale propriet ăților materialelor compozite …… .……………………………… . 48 23
3.3. Durabilitatea componentelor din materiale compozite și efectul mediului asupra
acestora ……………………………………………………………………………… ..
52
27
3.4. Posibilitatea de reciclare ……………………………… …………………. …………………….. 54 28
4. DETERMINAREA EXPERIM ENTAL Ă A PROPRIET ĂȚILOR
MATERIALELOR COMPOZITE LA SOLICIT ĂRILE DIN EXPLOATARE… …….
57
30
4.1. Caracteristicile solicit ărilor meca no-termice………………. …….. ……………. …………………. 57 30
4.2. Pregatirea epruvetelor și determinarea propriet ăților materialelor compozite …………. 59 31
4.2.1. Pregatirea epruvetelor …………………………………… ..…… ……… …… . 60 31
4.2.1.1. Prelucrarea epruvetelor …………… …………………………… .…. 60 31
4.2.1.2. Forma și dimensiunile epruvetelor .…..……… .…… .…………… … 62 31
4.2.1.3. Metodica de experimentare ………………………… ….………… …. 63 32
4.2.1.4. Modul de încercare al epruvetelor …………………… .…………… . 64 33
4.2.1.5. Calculul și exprimarea rezultatelor ………………………… .……… 65 33
4.3. Stand de încercare ……………… ……………………………………………………………………………. 67 35
4.3.1. Stand de încercare la încovoiere ……………………………… ..…………… . 67 35
4 4.3.1.1. Construc ția standului de încercare la încovoiere …… .…… .……… . 67 35
4.3.1.2. Funcționarea standului de încercare la încovoiere ….……… ..…… .. 71 37
4.3.2. Stand de încercare la anduran ță……… …..…………… …..…………………… 72 38
4.3.2.1. Construc ția standului de încercare la anduran ță.……..……… ..…… . 72 38
4.3.2.2. Func ționarea standulu i de încercare la anduran ță…… .…… .…… …. 78 40
4.3.3. Instala ția de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă …… ..…. 81 40
4.3.3.1. Construc ția instala ției de determinare a coeficientului de
conductivitate termic ă.……… .…… …………………………… .….
82
41
4.3.3.2. Func ționarea instala ției de determinare a coeficientului de
conductivitate termic ă….…… .……………………… ……………… .
83
42
4.4. Rezultatele încerc ărilor la încovoiere a structurii compozite ………… ..…………… .. 84 42
4.4.1. Tipuri de epruvete ut ilizate ……………… .……………… ..………………… . 84 43
4.4.2. Rezultatele încerc ărilor la încovoiere ……… ..…… ..……… ………………… . 86 43
4.4.3. Moduri de rupere a epruvetelor …………… .……………………… ………… .. 120 55
4.5. Rezultatele încerc ărilor la anduranta a structurii compozite ………… ..….…..……… 136 58
4.5.1. Tipuri de epruvete utilizate …… .…………………………… ………………… . 136 58
4.5.2. Rezultatele încerc ărilor la anduran ță……………… .……… ..………… ……… 138 58
4.5.3. Moduri de rupere a epruvetelor …………… .………………………………… . 155 69
4.6. Rezultatele încer cărilor de determinare a coeficientului de conductivitate
termic ă……………………………………………………………………………… …
157
70
4.6.1. Tipuri de epruvete utilizate …………………………………………… ……… . 157 70
4.6.2. Rezultatele încerc ărilor de determinare a coeficientului de conductiv itate
termic ă….…………………………………………………………………… ..
159
71
4.7. Concluzii …………………………………………………………………… ..……… . 164 74
4.7.1. Concluzii referitoare la încercarea de rupere la încovoiere …………… .…… . 164 75
4.7.2. Concluzii referitoare la încercarea de anduran ță la încovoiere ………… ..…… 170 78
4.7.3. Concluzii referitoare la determinare a coeficientului de conductivitate termic ă. 172 79
5. COMPONENTE AUTO DIN MATERIALE COMPOZITE……… ………………. …….. …… 174 81
5.1. Realizarea unei fe țe exterioar e de portier ă auto…. ………… .……………………… … 174 81
5.2. Realizarea unei rame interioare de portier ă auto ……………… .…………………… .. 178 83
5.3. Realizarea unei portiere auto …………………… ..………… .……………………… .. 183 84
6. CERCETAREA EXPERIMENTAL Ă A COMPONENTELOR REALIZATE DIN
MATERIALE COMPOZITE………. ……………….. ………………………….. ………………………….
186
86
6.1. Modelarea matematic ă a structurii auto ……………… ..……… .…………………… . 186 86
6.2. Realizare s tand de încercare a structurii auto ………………………………………… ……………. 192 87
5 6.3. Func ționarea standului de solicitare a portierei ……………………………………… . 197 88
6.4. Cercetare experimental ă a unei structuri clasice din metal ………………… ………………….. 200 89
6.5. Cercetare experimental ă a unei structuri realizate din materiale compozite ……………. 210 91
6.6 Optimizarea structurii realizate din materiale compozite ……………………………. ………… 220 92
6.7. Evaluarea comparativ ă a componentelor din materiale clasice și compozite …… ..…. 226 93
6.8. Concluzii …………………………………………… …………………………. ……………… 227 93
7. CONCLUZII FINALE ȘI PRINCIPALELE CONTRIBU ȚII ALE TEZEI DE
DOCTORAT. OPORTUNIT ĂȚI DE DEZVOLTARE A CERC ETĂRII…… ..……
229
94
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
Anexa 1. Rezumat
Anexa 2. Curriculum Vitae
6
TABLE OF CONTENTS
Pag.
teză Pag.
rezumat
1. INTRODUC TION ………………………. …………… ………………………………………………………….. 10 9
1.1. Road vehicle industry. Conventional materials and components. Principle of „end of
life cycle “design ……………. ………………………………………….. ……… ……………………………
17
9
1.2. Objectives and opportunity of the research work ………… ..…………… ……………….. 17 12
2. CURRENT STAGE OF RESEARCH IN THE FIELD OF PRODUCING AND USE
OF COMPOSITE MATERIALS ………………….. …………. ………………………………………….
20
14
2.1. Defini ng composite materials ………… .…… ……… …………………………………. ……….. 20 14
2.2. Structur e of composite materials, classification …………… ………………………………… 21 15
2.3. Producing technologies of composite materials and parts …………………………… 28 16
2.4. Industrial use of composite materials …………… .………… ……………….. …………. …… 36 19
3. PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS ………………………….. …………… …………. 45 23
3.1. Mechanical properties of composites………………. ……………………… ……………………… …. 45 23
3.2. Measures of the composite properties ………………………… ..…………………… . 48 23
3.3. Durabilit y of the components made of composite materials and environmental
impact ………………………………………………………………………………… .
52
27
3.4. Recycling capability ………………………………… …………………… …………………….. 54 28
4. EXPERIMENTAL IN –OPERATION MEASUREMENT OF COMPOSITE S
PROPERTIES …………………………………………. …………………………………………………….. ….
57
30
4.1. Characteristic s of thermo -mechanical stress …………………………….. ……………. …………… 57 30
4.2. Preparation of the test specimens and measurement of the composite material
properties ……………………………………………………………………………………………………….
59
31
4.2.1. Preparation of the test specimens ………… ..…… ……… ……………… ……. 60 31
4.2.1.1. Processing of the test specimens …………………… ..………… .…. 60 31
4.2.1.2. Form and dimensions of the test specimens …………… .…… ……… 62 31
4.2.1.3. Experimental procedure ………………………… ….…… .……… … 63 32
4.2.1.4. Testing of specimens …………………………… .………………… . 64 33
4.2.1.5. Calcul ation and interpretation of results …………………………… 65 33
4.3. Testing facilities ………………………………….. ……………………… ……………………………… ….. 67 35
4.3.1. Bending testing bench ………………………………… .……… ..…………… . 67 35
7 4.3.1.1. Design of bending testing bench ………………… .…..…………… . 67 35
4.3.1.2. Operation of bending testing bench ……………… ..…..………… .. 71 37
4.3.2. Endurance testing bench ………………… ……… ……… ..…………………… 72 38
4.3.2.1. Design of endurance testing bench .……………… ..……………… . 72 38
4.3.2.2. Operation of endurance testing bench …..……… .….…… .……… .. 78 40
4.3.3. Instal lation for the measurement of thermal conductivity …… …… ………… . 81 40
4.3.3.1. Design of the measurement i nstal lation for thermal conductivity …. 82 41
4.3.3.2. Operation of the measurement i nstal lation for thermal conductivity 83 42
4.4. Results of the bending stress for the composite structure ………… ..……………… .. 84 42
4.4.1. Types of test specimens used ………………………… .…..………………… . 84 43
4.4.2. Results of the bending tests ………………………………… ………………… . 86 43
4.4.3. Fracture patterns of the test specimens …………………………… ………… .. 120 55
4.5. Results of the endurance test for th e composite structure ………… ..………………… 136 58
4.5.1. Types of test specimens used ………… .………………… ………………… . 136 58
4.5.2. Results of the endurance tests …………………………… ..………… ……… 138 58
4.5.3. Fracture patterns of the test specimens ……………………………………… . 155 69
4.6. Results of the tests for measuring the thermal conductivity ……………………… ..… 157 70
4.6.1. Types of test specimens used ……………………………… ..…… .………… . 157 70
4.6.2. Results of the thermal conductivity measurements …………………………… 159 71
4.7. Conclusions …………… …………………………………………………… ..……… . 164 74
4.7.1. Conclu sions of the bending fracture test ………………………… .…… ..…… . 164 75
4.7.2. Conclu sions of the endurance bending test ………………… ..………… ..…… 170 78
4.7.3. Conclu sions of the measurement of the thermal conductivity ……………… . 172 79
5. AUTOMOTIVE COMPONENTS MADE OF COMPOSITE MATERIALS……. …….. 174 81
5.1. Manufacturing of the outer panel for the car door .. …… .………………………… … 174 81
5.2. Manufacturing of the inner frame for the car door ……… .………………………… .. 178 83
5.3. Manufacturing of the car door ………………… ..……… .………………………… .. 183 84
6. EXPERIMENTAL RESEARCH OF COMPOSITE COMPONENTS……………… …….. 186 86
6.1. Mathematical modelling of the automotive structure ……… .……… ….………… …. 186 86
6.2. Design of the be nch for the testing of automotive structure ……………………………….. …. 192 87
6.3. Operation of the bench for the testing of car door …………………………………… . 197 88
6.4. Experimental research of a conventional metal structure ……………….. …………….. …….. 200 89
6.5. Experimental research of a composite structure …………………………………. ……………… 210 91
6.6 Optimization of the composite structure ……….. ………………………………………… ………… 220 92
6.7. Comparative e valua tion of the conventional and composite materials ……………… . 226 93
8 6.8. Conclusions ………………………………………… …………………………. ……………… 227 93
7. FINAL CONCLUSIONS AND MAIN CONTRIBUTIONS OF THE THESIS .
RESEARCH DEVELOPMENT OPPORTUNITIES ………… .…………… ..….……
229
94
REFERENCES
APPENDIX
Appendix 1. Abstract
Appendix 2. Curriculum Vitae
9
Capitolul 1.
INTRODUCERE
1.1. Industria autovehiculelor rutiere. Materiale clasice și componente. Principiile
proiect ării „end of life cycle “
Industria constructoare de autovehicule este cea mai mare consumatoare de materiale din
economie. Aceast ă industrie utilizeaz ă și integreaz ă produsele ob ținute în apr oape toate
industriile moderne: metalurgie, chimie, electronic ă, textile etc . fiind principalul consum ator
pentru cele mai multe din aceste industrii. Pe durata func ționării, autovehiculele reprezint ă un
important consumator de produse petroliere și de fluid e industriale. Astfel progresul tehnic,
concuren ța din acest domeniu și exigen țele impuse autovehiculelor necesit ă cunoa șterea
propriet ăților materialelor, dezvoltarea de noi materiale, de noi tehnologii de prelucrare.
În etapa actual ă de dezvoltare a ec onomiei mondiale bazat ă pe legile economiei de pia ță,
alegerea și utilizarea corect ă a materialelor și proceselor de prelucrare a acestora trebuie s ă se
facă conform rigorilor științifice, pentru a r ăspunde unor exigen țe din ce în ce mai mari. În
proiecta re, alegerea optim ă a materialelor se face în func ție de condi țiile de utilizare, de
solicit ările existente, de procesele de prelucrare, de forma, dimensiunile și performan țele
produselor, de reglement ările în vigoare și nu în ultimul rând de cost.
Aleger a materialelor și proceselor de prelucrare a acestora, este o etap ă dificil ă dar foarte
important ă pentru performan țele și costul produsului.
Alegerea are la baz ă promovarea de materiale ieftine și ușor de achizi ționat, valorificarea
optim ă a propriet ăților tehnologice. La ora actual ă ponderea în industria constructoare de
autoturisme o au materialele metalice, dar prognozele arat ă că aceste materiale vor fi înlocuite de
materiale compozite.
Înlocuirea materialelor met alice utilizate pân ă în prezent, în i ndustria constructoare de
automobile, a co ndus la cre șterea dura tei de func ționare, a sporirii abs orbției zgomotului și
vibra țiilor pentru izolarea exterioar ă și intercompartimental ă a autovehiculel or precum și pentru
prelu area energiei cinetice a șocurilo r în caz de accidente . În domeniul jantelor auto se
preconizeaz ă utilizarea material elor compozite care asigur ă o flexibilitate și o rezisten ță mai
mare în condi țiile reducerii iner ției corespunz ătoare tur ațiilor ridicate cu care ruleaz ă în general
roțile autoturismelor performante. Este de men ționat de asemenea utilizarea tehnologiei
compozitelor de vârf în domeniul sistemelor de frânare fabricate din materiale ceramice pe
suprafe țele active de c ătre constructorii M ERCEDES BENZ, PORSCHE, FERRARI.
10 Perfec ționarea constructiv ă a subansamblurilor autovehiculelor clasice este legat ă de
utilizarea unor materiale cu calit ăți superioare și de extinderea acționării prin intermediul
echipamentelor electronice a sigurând controlul continuu al func ționării tuturor com ponen telor.
Într-o măsură deosebit de mare, siguran ța în func ționare este condi ționat ă de trei factori:
concep ția constructiv ă, materialele utilizate și controlul electronic.
Se constat ă că cu fiecare genera ție de autovehicule se mărește volumul de mase p lastice
armate cu fibr ă de carbon și a materialelor compozite concomite nt cu evolu ția spectaculoas ă a
calității acestor material e.
Pe fondul necesit ății unei resurse sustenabile de materii prime, precum și a problemelor
de mediu cauzate de materialele pla stice și cele metalice, greu degradabile, produc ători de
automobile sunt mereu în c ăutarea unor noi materiale, în special cele compozite, cu impact redus
asupra mediului, care dup ă încheierea ciclului de via ță să fie u șor reciclabile și biodegradabile,
care să asigure acelea și performan țe, dar s ă fie produse întru -un mod cât mai ecologic posibil . În
căutarea de sol uții știința și industria la râ ndul ei, au luat în considerare materiale noi. Mari
firme din industria auto ca Volkswagen, grupul Audi, BMW, Ope l, Ford folosesc materiale
compozi te [104].
Proiectarea ecologic ă este o metodologie folosit ă pentru proiectarea produselor ce are ca
scop reducerea amprentei acestora asupra m ediului înconjur ător dar cu men ținerea unui nivel de
performan ță și a unor funct ionalit ăți similare. Evolu țiile industriale și standardizarea
metodologiei de analiz ă ciclului de via ță sunt factorii care contribuie la dezvoltarea proiect ării
ecologice . Mediul înconjur ător ocup ă un loc foarte important în societate . Simultan, catastrofe
ecologice și constat ări cum ar fi epuizarea resurselor naturale au condus la sensibilizarea
popula ției cu privire la amprenta produselor și serviciilor asupra mediului. Prin urmare aceste noi
comportamente contribuie la apari ția pe pia ță a „produselor ver zi”. Originea acestor acte este
legat ă de no țiunea de dezvoltare durabil ă, apărută pentru prima dat ă într-un raport oficial în 1987
[19].
În plus fa ță de preocuparea privind resursele l ăsate genera țiilor viitoare, acest concept
este reprezentat ca inter secția a trei sfere ce desemneaz ă mediul înconjur ător, societatea și
economia ( fig.1.1.1)
Proiectarea ecologic ă poate fi definit ă prin considerarea mediului înconjur ător în etapa
de proiectare a unui produs, pentru a -i reduce amprenta asupra mediului pe înt reaga durat ă a
ciclului s ău de via ță cu păstrarea identic ă a performan țelor calitative și func țiilor produsului sau
serviciului oferit . O po sibilitate pentru a dezvolta eco -proiectarea reprezint ă folosirea
metodologiei Analiza Ciclului de Via ță (AC V) așa cum este ea descris ă în normele interna ționale
[51,52 ].
11
Fig.1. 1.1. Reprezentarea clasica a dezvolt ării durabile
Primul concept al acestei metodologii, cunoscut sub sloganul „de la leag ăn la mormânt ” a
fost urmat de un altul, „de la leag ăn la leag ăn” [61]. În anumite s ectoare industriale , metodologia
ACV poate f i folosit ă ca și criteriu permi țând proiectantului alegerea materialelor [62]. O alt ă
metod ă, este promovarea și dezvoltarea produselor cu amprent ă asupra mediului dimi nuată. Dar
analiza trebuie f ăcută pe durata întregului ciclu de via ță al produsului, folosind instrumente cum
ar fi metodologia ACV. Aceasta a doua abordare se nume ște „abordarea produs ”.
Evident, în ca drul aplic ării oric ărei dintre metode: se impune eval uarea amprentei asupra
mediului înconjur ător.
Impactul poate f i clasificat în trei categorii principale:
– Epuizarea resurselor, atât materialele regenerabile cât și cele neregenerabile și
energiile neregenerabile, ob ținute cu ajutorul combustibililor fosil i;
– Poluarea datorit ă activit ăților umane, ce poate fi m ăsurat ă în aer, în ap ă și în sol;
aceasta poluare genereaz ă diferite impacturi ce se pot identifica și măsura la scar ă
local ă și global ă;
– Toxicitate și riscuri cu privire la s ănătatea uman ă, ce se pot datora accidentelor
sau folosirii unor substan țe periculoase (chimice).
In concluzie:
– Oțelul și fonta au constituit ,,inima ” progresului din principalele sectoare
industriale ;
– Tendin ța pe termen lung este de a utiliza materiale mai u șoare, mai rezistente și
mai durabile ;
– O problem ă important ă o constituie utilizarea ra țional ă a materiilor prime ;
– Inginerii din domeniul automobilelor se preocup ă de alegerea optim ă a combin ării
materialelor și a tehnologii specifice care se impune, în condi țiile unor cheltuie li
Mediul
înconjur ător
Economi Societatea Dezvoltare
durabil ă
12 minime, a îmbun ătățirii constante a calit ății, prin procedee nepoluante pentru
mediul înconjur ător.
1.2. Obiectivele lucr ării
Conform Planului Na țional de Cercetare Dezvoltare Inovare 2007 –2013, proiectul se
încadreaz ă în:
Domeniul 7 Materiale, procese și produse inovative.
Subdomeniul 7.5 Produse și tehnologii inovative destinate transporturilor și produc ției de
automobile.
Aria Tematic ă 1 Produse și tehnologii care sporesc eficien ța energetic ă a mijloacelor de
transport și reduc efectele pol uante;
Obiectivele opera ționale ale tezei sunt:
1. Analiza critic ă a stadiului actual în construc ția structurilor utilizate în industria auto;
2. Realizarea modelului matematic pentru analiza unei structuri auto cu rigiditate ridicat ă ;
3. Modelarea și optimizarea virtual ă a unei structuri auto realizat ă cu ajutorul materialelor
compozite;
4. Dezvoltarea și optimizarea prototipului structurii auto cu rigiditate ridicat ă realizat ă cu
ajutorul materialelor compozite;
5. Diseminarea și valorificarea rezulta telor.
Pentru îndeplinirea obiectivelor s -a realizat o cercetare bibliografic ă, motivat ă de faptul c ă
literatura în domeniu cre ște, în ultimii ani, exponen țial. Informa țiile din domeniul producerii și
utiliz ării materialelor compozite este extrem de vast.
Pentru început s -a realizat o analiz ă a domeniul ui materialelor compozite și al utiliz ărilor
acestora . Studiul analizeaz ă stadiul actual, cât și al posibilit ăților de dezvoltare ale acestei ramuri
moderne. S-a făcut o trecere în revist ă a principalel or tipuri de materiale compozite și a
principalelor aplica ții. S-a insistat în special pe compozitele cu o mai mare răspândi re în
aplica țiile tehnice .
Analiza critic ă privind materialele compozite are ca scop o alege re a acestora pentru
realizarea structurilor cu rigiditate ridicat ă, utilizate în construc ția de autovehicule .
O evaluare a propriet ăților mecanice ale compozitelor s -a realizat cu ajutorul standurilor
de încerc ări. În acest sens s -au construit dispozitive de adaptare cu ajutorul c ărora epruvetele a u
putut fi încecate pe sandurile și instala țiile existente la INSTITUTUL DE AUTOVEHICULE
RUTIERE INAR Bra șov și în cadrul Laboratorului de Încercare a Materialelor al Catedrei de
13 Mecanic ă a UNIVERSIT ĂȚII TRANSILVANIA Bra șov. S-a realizat un stand, folosin o
caroserie de autoturism, cu ajutorul c ăruia s -a putut solicita structura auto construit ă din materiale
compozite.
S-au realizat pl ăci, din materiale compozite, de diferite dimensiuni, folosind mai multe
tipuri de constituien ți. Materialele folosite pentr u armarea pl ăcilor sunt fibra de sticl ă și fibra de
carbon. Din aceste pl ăci s-au debitat epuvetele necesare realiz ării încerc ărilor pe stand.
Stabilirea caracteristicilor materialelor compozite alese pentru utilizarea la construc ția
structurilor auto s-a făcut în urma încerc ărilor de rupere la încovoiere și de anduran ță la
încovoiere, pe stand cu ajutorul, epruvetelor realizate. Datele înregistrate în timpul încerc ărilor au
permis alegerea materialelor pentru realizarea unei structuri auto.
Structura auto realizat ă este o portier ă de autoturism. Portiera este realizat ă din dou ă
repere, o fa ță exterioar ă și o ram ă interioar ă. Ambele repere au fost construite din materiale
compozite. Fa ța exterioar ă a fost realizat ă din fibr ă de carbon, iar rama interioar ă din fibr ă de
sticlă. Alegerea materialelor din care s -au realizat cele dou ă repere ale portier eie auto s -a făcut
pornind de la caracteristicile materialelor compozite analizate, dar tinând cont și de posibilit ățile
de construc ție ale reper lor.
S-a analizat comport area structurii auto realizat e din materiale le compozite alese , cu
ajutorul metodei elementelor finite pentru determinarea solicit ărilor din structur ă.
S-au efectuat v erific ări experimentale în scopul valid ării model ului propus și a rela țiilor
de calcul folosite .
Diseminarea rezultatelor ob ținute în urma testelor de laborator a presup us participarea la
conferin țe naționale și interna ționale.
14 Capitolul 2.
STADIUL ACTUAL AL CERCET ĂRILOR ÎN DOMENIUL PRODUCERII
ȘI UTILIZ ĂRII MATERI ALELOR COMPOZITE
2.1. Definirea materialelor compozite
Materialul compozit reprezint ă o combina ție între doi sau mai mul ți constituien ți de
acela și tip, sau diferi ți, din punct de vedere fizic și chimic. Materialele î și men țin identitatea
separat ă în compoz it. Combinarea lor ofer ă materialului compozit propriet ăți și caracteristici
diferite de cele ale constituien ților. Materialul de baz ă se nume ște matrice . Cel ălalt constituient
poart ă numele de arm ătură. Arm ătura poate fi sub form ă de fibre sau particule și se adaug ă
matricei pentru a -i îmbun ătăți calit ățile. În compozi ția materialului compozit g ăsim și adaosuri
tehnologice.
Func ția unei matrice , a unui material compozit, este de a asigura un mediu relativ rigid
care este capabil să transfer e efortul la co mponen ții fibro și ai materialului. Matricea înglobeaz ă
armătura.
Func ția armăturii dintr -un material compozit este de a prelua efortul înc ărcării transferat
prin matrice. Înc ărcarea trebuie astfel s ă fie distribuit ă între matrice și armătură [xx]. Arm ătura
este inclus ă de c ătre materialul matricei.
În formarea compozitelor, un aspect important al combin ării matricei și armăturii este
forma rea unei legături chimic e.
Adaosurile tehnologice au rol de catalizator, de accelerator, de ignifugare, de protec ție
împotriva razelor ultravioletelor, etc.
Materialele compozite fac parte din categoria „noilor materiale ” și sunt create pentru a
răspunde unor exigen țe în ceea ce prive ște:
– rezisten ța la ac țiunea agen ților chimici;
– rezisten ța la coroziune;
– rezisten ța mecani că și rigiditatea ;
– rezisten ța la solicit ări variabile ;
– rezisten ța la șoc și la uzur ă;
– stabilitatea dimensional ă;
– greutatea sc ăzută.
15 2.2. Structura materialelor compozite, clasificare
Structura materialelor compozite este schematizat ă în figura 2. 2.1.
Figura 2. 2.1. Structura materialelor compozite
Atât matricea cât și arm ătura unui material compozit, pot fi ob ținute din diferite tipuri de
materiale. Clasificarea materialeleor compozite se poate face în func ție de tipul material ului matricei,
materialul de armare, modul de realizare a compozitului, utilizare, propriet ățile mecanice, fizice sau
chimice, etc. [ 101].
Func ție de tipul materialul matricei, se disting trei clase de materialele compozite. Astfel se
poate vorbi despre:
– Materiale compozite cu matrice polimeric ă sau Polymer Matrix Composites (PMC) – sunt
materialele a c ăror matrice este realizat ă dintr -o rășină polimeric ă;
– Materiale compozite cu matrice metalic ă sau Metal Matrix Composites (MMC) – sunt
materialele a c ăror matrice este realizat ă din aluminiu;
– Materiale compozite cu matrice ceramic ă sau Ceramic Matrix Composites (CMC) – sunt
materialele a c ăror matrice este realizat ă dintr -o carbur ă de siliciu SiC, nitrur ă de siliciu Si 3N4,
oxid de aluminiu Al 2O3, etc.
Func ție de tipul materialului de armare [85], se disting două mari clase de materialele
compozite:
– Materiale compozite armate cu particule – la care dimensiunea principal ă a componentei de
armare este mic ă în compara ție cu dimensiunile structurii;
– Materiale compozite armate cu fibre – la care dimensiunea principal ă a componentei de
armare este de acela și ordin de m ărime cu dimensiunile structurii .
Adaosuri
tehnologice Matrice Arm ătură
Material
compozit
16 Material ele compozite armate cu fibre se împart, la rândul lor, în dou ă clase, dup ă forma și
dimensiunil e relative ale materialului de armare :
– Materiale compozite nestratificate stratificate – la care una dintre dimensiunile componentei
de armare este de acela și ordin de m ărime cu dimensiunile structurii .
– Materiale compozite stratificate ( ˮtip sandwich ˮ) – la care dou ă dimensiuni principale ale
constituen ților sunt de acela și ordin de m ărime cu dimensiunea structurii.
În figura 2.2.2 este ilustrat ă o schem ă de clasificare a materialelor compozite func ție de forma
și dimensiunile relative ale materialului de armare
Figura 2. 2.2. Clasificare a materialelor compozite , dup ă materialul de armare
2.3. Tehnologia de ob ținere a materialelor compozite și a componentelor fabricate din
acestea
Pentru realizarea materialelor compozit e este nevoie de producerea constituien ților.
Materiale le pentru matrice și materialel e pentru armare au moduri diferite de ob ținere .
După cum s -a men ționat anterior, cele mai utilizate materiale pentru matrice sunt r ășinile.
Rășinile folosite pentru reali zarea materialelor compozite polimerice sunt materiale artificiale de
sintez ă, de natur ă organic ă. Ele pot fi polimerizate prin intermediul unui compus chimic numit
întăritor.
Materialele de armare, func ție de natura lor, au procedee diferite de ob ținere.
MATERIALE COMPOZITE
Compozite cu fibre
Compozite cu Particule
Stratificate
Nestratificate
Microparticule
Particule mari
Cu fibre continue
Unidurec ționale
Multidirec ționale
Orientate
Neorientate
Orientate
preferen țial
Orientate
aleatoriu
Cu fibre discontinue
17 Schematic, procesul de ob ținere al fibrei de sticl ă este ilustrat în figura 2. 3.1.
Materia prim ă, format ă din nisip, caolin, piatr ă de var și dolomit, se amestec ă și se topesc
în cuptorul de topire. Amestecul topit este transformat în filamente cu ajutor ul duzelor de filare.
Filamentele sunt r ăcite cu ajutorul aerului și apoi înf ășurate pe rol ă.
Fibrele de carbon sunt mai rezistente decât o țelul, mai rigide decât titanul și mai u șoare
decât aluminiul prezentând cea mai ridicat ă rigiditate specific ă. Fibre le de carbon au o rezisten ță
foarte ridicat ă atât la trac țiune cât și la compresiune. Rezisten ța la impact a acestor fibre este mai
redus ă decât cea a fibrelor de sticl ă sau aramidice, astfel încât fibrele de carbon sunt combinate
cu aceste fibre pentru a forma structurile stratificate hibride.
Schema procesului de produc ție al fibrelor de carbon este schematizat în figura 2.3. 2.
Figura 2. 3.1. Schema procesului de produc ție a fibrei de sticl ă
3 2
4
5
6 7
8 1
1. Siloz m aterial e de carier ă
2. Cuptor de topire;
3. Duze de filare;
4. Instala ție de r ăcire;
5. Instala ție de apretare;
6. Rolă de înf ășurare;
7. Filamente;
8. Fibră.
18
Figur a 2.3. 2. Schema procesului de produc ție a fibrelor de carbon
Obținere materialelor compozite const ă în procesul de unire, pe cale chimic ă și mecanic ă,
a straturilor materialului de armare cu cel al matricei.
Metodele și procedeele de formare a pieselor compozite se aleg în func ție de natura
materialului matricei și a arm ăturii. Procedeele de ob ținere a materialelor compozite sunt variate
și depind de mai mul ți factori: tipul de materiale folosite, de propriet ățile acestora, num ărul de
repere de realizat, domeniul de utilizare al reperelor construite, de exigen țele cerute produsului
de executat , condi ții de calitate, pre ț de produc ție, etc.
Printre procedeele de ob ținere a reperelor din materiale compozite cele mai utilizate sunt:
– formarea prin turnare;
– formarea prin contact;
– formarea prin pulverizare simultan ă;
– formarea în sac;
– formarea prin injec ție sub vid;
– formarea prin presare la rece;
– formarea prin presare la cald;
– formarea premixurilor;
– formarea prin stratificare continu ă;
– formarea prin pultruziune;
– formarea corpurilor de revolu ție prin r ăsucire filamentar ă;
– formarea corpurilor de revolu ție prin centrifugare ;
– formarea materialelor termoplastice . Fibre pe baz ă de PAN,
gudron, celuloz ă
Oxidare (stabilizare) 180-300°C
Carbonizare 300 -1600°C
Grafitizare 1600 -3000°C Fibre de carbon HT
Fibre de carbon HM
19 2.4. Utiliz ări industriale ale materialelor compozite
Materialele compozite sunt folosite la realizarea struct urilor performante. Avantajul
principal al acestora este raportul ridicat între rezisten ța și greutatea lor volumic ă.
În figura 2.4.1 se prezint ă consumul unor asemenea materiale pân ă în anul 2010, în
compara ție cu materialele clasice ori cu produsele natu rale.
050010001500200025003000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
AnulConsumul x 1 000 000 tProduse naturale
Materiale compozite
Metale
Figura 2.4.1 . Consumul materialelor p ână în 2010
Sfera aplica țiilor acestor materiale este foarte larg ă (figura 2. 4.2), fiind prezente în toate
sectoarele activit ății economice.
În domeniul electronicii și electrotehnicii , compozite le pe baz ă de rășini poliamidice,
policarbona ți, sulfur ă de polifenilen ă, oxid de polifenilen ă, silicon i, polibutilen tereftalat, etc., se
folosesc pentru izolatoare de înalt ă tensiune, suporturi pentru circuite, întrerup ătoare, carcase,
conductoare, platforme, cabine , corpuri de iluminat etc.
Circuitele integrate, microprocesoarele și memoriile folosite în domeniul calculatoarelor
sunt sisteme hibride stratificate compuse dintr -un num ăr de materiale care au diferite func ții
[85]. Din punct de vedere mecanic, o aten ție deosebit ă trebuie acordat ă durabilit ății sub ac țiunea
factorilor de mediu.
20
Figura 2. 4.2. Schema aplica țiilor materialelor compozite
Industria auto este una din cele mai importante ramuri economice și totodat ă genereaz ă
un impuls pentru alte ramuri.
Un autovehicul se realizeaz ă dintr -o multitudine de repere. În figura 2.4.10 este un
exemplu de componen ță a unui autoturism Volkswagen Golf 2.
Recipien ți sub
presiune
Protez ă
Microcalculator Oglind ă
telescopic ă Elemente de
construc ție
Utilaj chimic
Ortopedie
Medicin ă
Chimie
Optic ă
Construc ții
Electronic ă
APLICA ȚII
Energetic ă
Generator
eolian
Electrotehnic ă
Aparate
Ambalaje
Container
Schiuri Materiale
sportive
Construc ții de
mașini
Material rulant Mașini
agricole
Tractor
Autovehicule Mașini de
ridicat
Ascensor
Iaht
Construc ții
navale
Construc ții
aeronautice
Ambarca țiuni
Avion
Eleron
Aripi
Elicopter
Planor Dispozitiv de
hipersusten ție
Ampenaj
Motor cu
reac ție Structur ă
portant ă
Deflector
Fuselaj
Stabilizator
Cabină
21
Figura 2.4.10. Componen ța unui autoturism
Reperele din componen ța unui autoveh icul sunt realizate dintr -o palet ă larg ă de materiale
(metalic, plastic, textil). Materialelul de baz ă, pân ă nu demult, era metalul. Materialele plastice și
compozite erau utilizate ini țial doar pentru realizarea unui num ăr redus de repere, cu prec ădere
elemente de decor. Apari ția pe pia ța de materiale a unui mare num ăr de mase plastice a condus la
o larg ă dezvoltare a acestora în industria automobilelor, în special prin armarea cu fibră de
sticlă sau carbon . Pe m ăsura dezvolt ării compozitelor, num ărul repe relor executate din aceste
materiale a început s ă creasc ă și elemente de structur ă din construc ția autovehiculelor au început
să fie executate din compozite. Materialele compozite sunt solu ția pentru dezvoltarea de vehicule
eficiente din punct de vedere en ergetic. Înlocuiri ea metalelor cu materiale compozite duce la
reducerea greut ății autovehiculelor, ceea ce implic ă reducerea consumului de carburant al
acestuia, deci, o reducere a polu ării dar și la o cre ștere a performan țelor.
Până în 2010 circa 10% din masa automobilului era construit ă din mase plastice armate.
Tendin ța este ca acest procentaj s ă creasc ă în anii urm ători.
Cele mai multe utiliz ări ale m aterialel or compozite polimerice , 56%, îl constituie
construc ția elementelor de caroserie ale autovehic ulelor: a ripi, u și, pavilioane, capote etc.
Elemente din structura șasiului, din sistemul de suspensie, repere ale motorului și ale transmisiei
sunt realizate din materiale compozite.
În figura 2.4.1 1 sunt prezentate o serie de repere ce se realizeaz ă din materiale compozite.
22
Figura 2.4.11. Repere ce se realizeaz ă din materiale compozite
Materiale compozite prezint ă propriet ăți mecanice superioare materialelor plastice
obișnuite. Compozitele se impun datorit ă greut ății scăzute, rezistente i la coroziune și radia ții,
propriet ăților termoizolante, u șurința cu care se pot prelucra .
Ford Motor Company , un lider în domeniu, folose ște materiale compozite pentru a reduce
greutatea și pentru a reduce costurile . O nou ă aplica ție este u n scut termic pentru a izola
rezervorul de combustibil de temperatur a înalt ă generat ă de sistemul de evacuare a gazelor arse
ale motorului. Reperul este un laminat realizat prin turnare din r ășină AOC (SMC) armat cu fibre
de sticl ă scurte. Acesta a fost sp ecial realizat pentru c ă scutul trebuie s ă beneficieze de propriet ăți
mecanice superioare, fiind expus la temperaturi ridicate sau corozi une.
Mahle produce, de asemenea, sisteme de admisie a aerului, din polipropilen ă (PP), pentru
cele mai noi motoare pe b enzina ale firmei Volkswagen. Este prima utilizare a unui material de
PP în aceast ă aplica ție. Se spune c ă aceast ă construc ție duce la economii de greutate de pân ă la
15%, rezisten ță mare la solicitari mecanice, precum și stabilitate termic ă ridicat ă, perf orman ță
acustic ă mai bun ă.
Vehiculele electrice și hibride sunt v ăzute ca vehicule care nu au de a face cu petrolul sau
emisia de noxe. Si aceste vehicule sunt dependente de folosirea materialelelor compozite,
deoarece trebuie compensat ă creșterea greut ății autovehiculului datorat ă utiliz ării bateriilor.
Cercetatorii de la Imperial College din Londra, inclusiv Volvo Corp, au dezvoltat un
prototip de vehicul electric, din fibr ă de carbon, la care stocarea energiei electrice se face în
Masc ă față Capot ă motor
Arip ă față Protec ție lateral ă Plafon Trap ă
Scut Cadru u șă
Flapsuri laterale Capac roat ă Oglind ă retrovizoare Eleron spate
Suport num ăr Capac
rezervor
Stopuri spate
Lampi laterale Lămpi fa ță
Panou u șă Bară spate
Bară față
Praguri Masc ă climatizare
Scut spate
Mânere u și
23 material ul compozit din care este realizat ă caroseria. Cele mai recente nanomateriale fabricate
din fibre extrem de sub țiri și puternic e de carbon inlocuies c panourile caroseriei din o țel ale
autovehiculului si po t fi folosit e la realizarea plafonului, ușilor, capot elor și a pode lei.
Compozitul, patentat, format din fibre de carbon și rașină polimeric ă, ar putea schimba
construc ția de vehiculele electrice hibride. Materialul este proiectat pentru a stoca și a furniza
ușor energie electric ă, dar este suficient de rezistent pent ru a fi folosit la realizarea de
componente structurale sau panouri de caroserie. Ma șina, în sine, ar putea deveni o baterie.
Materialul este capabil s ă stocheze și să furnizeze cantit ăți mari de energie , mult mai rapid decât
bateriile conven ționale. Proc esul de reînc ărcare nu implic ă nici una din reac țiile chimice care
provoac ă degradarea bateriile în timp (figura 2.4.12) .
Figura 2.4.12. Elemente de caroserie din m aterial compozit generator de energie
În concluzie, materialele compozite sunt utilizat e din ce în ce mai mult. Calit ățile lor le
impun în fa ța materialelor clasice fiind mai u șoare, mai fiabile, u șor de realizat . În industria auto,
folosirea acestor materiale duce la cre șterea rezisten ței concomitent cu sc ăderea greut ății
vehiculelor, ceea ce se traduce prin reduce rea consumul ui de co mbustibil și cre șterea
performan țelor.
24 Capitolul 3.
PROPRIET ĂȚILE MATERIALELOR COMPOZITE
Materialele compozite fac parte din categoria „noilor materiale ”. Ele nu exist ă în stare
natural ă, ci sunt create artificial pentru a răspunde unor exigen țe bine definite. Printr -o alegere
corespunz ătoare, atât calitativ, cât și cantitativ a materialelor constituente se pot realiza materiale
compozite cu proriet ăți superioare materialelor tradi ționale.
3.1. Propri etati mecanice ale compozitelor
Materialele compozite sunt realizate prin combinarea, la scar ă macroscopic ă, a cel pu țin
doi constituen ți. Leg ăturile mecanice și chimice, ce apar între matricea și arm ătura compozitului
dau na ștere unui material al c ărui a nsamblu de propriet ăți este superior celui al constituen ților
luați separat.
Din acest motiv propriet ățile materialelor compozite sunt influen țate de propriet ățile
materialelor constituente, de frac țiunea volumic ă a componentei de armare, de orientarea
armăturii în compozit, etc.
Pentru materialelor compozite polimerice armate cu fibre, orientarea fibrelor arm ăturii,
genereaz ă propriet ăți diferite pe direc ții diferite de solicitare ale materialului (anizotropia).
Aceasta este una dintre caracteristicile f undamentale ale materialelor compozite. Printr -o
orientare judicioas ă a fibrelor, compozitul poate prelua sarcinile din exploatare.
3.2. Valori ale propriet ăților materialelor compozite
Cele mai multe termoplaste posed ă propriet ăți bune la compresiune ceea ce face ca
limit ările impuse în utilizarea lor, s ă fie rare. În tabelul 3. 2.1 se prezint ă rezisten țele la
compresiune a unor termoplaste [ 128].
Temperatura materialului influen țează propriet ățile de trac țiune ale r ășinilor. Temperatura
ridicat ă duce la sc ăderea modulului de elasticitate la trac țiune, a rezisten țelor de curgere și
rupere, iar alungirile la curgere și rupere cresc.
Figurile 3.2.1 și 3.2.2 prezint ă curbele de varia ție a modulului de elasticitate și a
rezisten ței la trac țiune în func ție de temp eratur ă pentru trei tipuri de materiale.
25 Tabelul 3. 2.1.
Tipul r ășinii Rezisten ța la compresiune
[MPa]
Acrilonitril -butadien -stiren (ABS) 48
ABS armat cu 20% fibre de sticl ă 62
Poliamid ă PA 6/6 34
Policarbonat (PC) 86
Policarbonat (PC) armat cu 1 0% fibre de sticl ă 96
Polipropilen ă (PP) 21
Polieterul de fenilen (PPE) modificat ptr. impact 110
Polistiren (PS) de uz general 83
Polistiren (PS) modificat ptr. impact 44
05001000150020002500300035004000
200 225 250 275 300 325 350 375 400
T [K]E [N/mm2]Poliamid ă 11
Poliamid ă 6/6
PVC
Figura 3 .2.1. Varia ția modulului de elasticitate în func ție de temperatur ă
Propriet ățile la încovoiere ce caracterizeaz ă un material oarecare sunt:
– Rezisten ța la încovoiere – reprezint ă tensiunea maxim ă la încovoiere în fibrele
exterioare ale unei epruvete, la momentul ruperii;
– Modulul de elasticitate la încovoiere – este raport ul, determinat la încovoiere, dintre
tensiune și alungire, în interiorul limitei de elasticitate.
26
01020304050607080
200 225 250 275 300 325 350 375 400
T [K]σt [N/mm2]Poliamid ă 11
Poliamid ă 6/6
PVC
Figura 3. 2 2. Vari ția rezisten ței la rupere în func ție de temperatur ă
În tabelul 3. 2.2 sunt prezentate propriet ățile la încovoiere a unor termoplaste [129].
Tabelul 3. 2.2.
Tipul r ășinii Rezisten ța la încovoiere
[MPa] Modulul de elasticitate la
încovoiere
[GPa]
Acrilonitril -butadien -stiren (ABS) 69 2,2
Poliamid ă PA 6/6 91 2,6
Amestec PC/ABS 92 2,8
Policarbonat (PC) 83 2,4
Polistiren (PS) de impact ridicat 96,5 2,5
Polistiren (PS) de uz general 52 2,1
Polioxidul de fenilen (PPO) 69 2,4
Stiren -acrilonitril (SAN) 110 4
Coeficientul Poisson , determinat la 23°C , pentru diferite r ășini termoplaste este prezentat
în tabelul 3. 2.3.
Tabelul 3.2.3.
Tipul rășinii Coeficientul Poisson la 23°C
Policarbonat (PC) 0,39
Amestec PC/ABS 0,36
Acrilonitril -butadien -stiren (ABS) 0,35
Polistiren (PS) de impact ridicat 0,34
27 În tabelul 3. 2.4 sunt prezentate câteva caracteristici ale celor mai utilizate fibre [x48].
Tabelul 3.2.4.
Rezisten ță
la trac țiune
σ Modul de
elasticitate
E Densitate
ρ Rezisten ță
specific ă
kσ Modul
specific
kE Diametrul
fibrei
[GPa] [GPa] [kg/m3] 103 103 [μm]
Alumin ă 2,4-4,1 470-530 3960 100 13300 20-500
Aramid ă 3,5-5,5 140-180 1400 -1470 390 12800 12-15
Bazalt 3,0-3,5 90 2700 -3000 130 3300 9-13
Bor 2,5-3,7 390-420 2500 -2600 150 16800 100-200
Bor- carbid 2,1-2,5 480 2500 100 10000 50
Bor-nitrid 1,4 90 1900 70 4700 7
Carbon cu modul înalt 2,7 850 1780 150 47700 5-11
Carb on de înalt ă rezisten ță 2,5 240 1900 134,1 12881 5-11
Cuar ț 6,0 74 2200 2700 3360 10
Kevlar 2,8 130 1500 190,3 8838 –
Polietilen ă 2,6-3,3 120-170 970 310 17500 20-40
Sticla 3,1-5,0 72-95 2400 -2600 200 3960 3-19
Sticla -E 3,5 72,4 2540 140,5 2907 –
Sticla-S 4,6 85,5 2480 189,1 3516 –
Titan 1,5 450 4900 30 9100 280
3.3. Durabilitatea componentelor din materiale compozite și efectul mediului asupra
acestora
Datorit ă faptului c ă materialele compozite au un raport rezisten ță-greutate redus , o
rezisten ță bună la uzur ă și coroziune acestea au început s ă înlocuiasc ă din ce în ce mai mult
materialele tradi ționale.
Integritatea structural ă a materialului compozit asigur ă performan țe ridicate .
Caracteristicile materialelor compozite stratificate armate cu fibr e se reduc din cauza
concentratorilor de tensiuni, ca și la metale, dar și din cauza deterior ărilor. Acestea sunt
numeroase, dar și diferite fa ță de cele ale metalelor. Deterior ările materialelor compozite pot fi
de dou ă tipuri:
– deterior ări proprii compozi tului, ap ărute în timpul realiz ării compozitului;
– deterior ări dobândite, cauzate de solicit ările la care sunt supuse reperele realizate din
aceste materiale.
28 Deterior ările proprii, ap ărute în timpul realiz ării compozitului, sunt legate de defec țiunile
mate rialelor constituente, dar țin și de tehnologia de fabrica ție. Aceste deterior ări sunt produse de
neuniformit ăți ale grosimii straturilor, lipsa paralelismului între fibre, înt reruperi ale fibrelor,
goluri ( pungi de aer) sau alte imperfec țiuni în structur ă, delamin ări, dar și din cauza sculelor
neadecvate, sau incorect folosite.
Deterior ările dobândite sunt produse de sarcinile ce ac ționeaz ă asupra pieselor realizate
din materialele compozite, sau de ac țiunea factorilor de mediu.
Deterior ările ce apar la un material compozit stratificat, armat cu fibre, pot fi [57]:
– fisurarea sau cr ăparea matricei compozitului;
– creșterea golurilor din matrice;
– delaminarea;
– ruperea fibrelor;
– dezlipirea de matrice a fibrelor orientate pe direc ții diferite de cea de înc ărcare;
– desprinderea de matrice a fibrelor orientate pe direc ția înc ărcării.
Aceste deterior ări pot apare din cauza sol icitărilor statice de întindere –compresiune,
încovoiere, forfecare sau torsiune, dar și din cauza oboselii structurii. Defectele pot ap ărea
instantaneu sau pot fi rezultatul ced ării progresive a materialului.
3.4. Posibilitatea de reciclare
În componen ță unui autovehic ul (figura 3.4.1) intr ă multe tipuri de materiale: metalice,
plastice, textile, etc. Procentele sunt variate func ție de tipul autoveh iculului, destina ția acestuia,
zona climatic ă în care va fi exploatat, performan țelor pe care le dezvolt ă, sau clasei sociale c ăreia
i se adreseaz ă.
În lume sunt fabricate anual peste 50 milioane de autoturisme, în SUA, 15 milioane , în
Europa în jur de 10 milioane iar restul în Asia. Peste 50 milioane tone de resurse sunt consumate
doar pentru fabricarea acestor autovehicule. Materiile prime sunt totu și limitate. Se preconizeaz ă
că rezervele actuale ar mai ajunge pentru 45 de ani, în cazul petrolului, 120 de ani pentru cele de
fier, 30 de ani pentru cupru, 21 de ani pentru rezervele de plumb.
Din masa total ă a ma șinilor scoase din uz 75% se recicleaz ă, iar 25% r ămâne praf
rezidual.
Dintr -un autoturism se recicleaz ă: 70,1% materiale feroase; 3,4% materiale neferoase;
1,5% echipamente electrice.
29 Praful rezidual, ceea ce nu se recupereaz ă din autoturisme, este compus din: 8,5%
plastice; 4,6% cauciuc; 3,5% sticla; 3% echipament electric; 2,9% altele; 1% ulei și unsori; 1%
textile; 0,5% hârtie.
Figura 3.4.1. Componen ța unui autovehicul
Din masa prafului rezidual 70% este alc ătuită din fibre și plastic. Reciclarea maselor
plastice și a cauciucurilor se face într -un procent redus. Fibrele nu se pot înc ă recicla. Sticla
reprezint ă 40 de kilograme din greutatea t otală a ma șinii iar procentul de reciclare al acesteia este
mic.
Se preconizeaz ă că circa 85% din masa automobilelor (cele care ies din func țiune la data
menționat ă) să fie reciclabil ă iar pentru cele noi proiectate procentul s ă fie 90%. Pe un termen
mai l ung se preconizeaz ă că în procent de 95% din masa automobilului s ă fie reciclabil ă. Din
aceste punct de vedere, tot mai multe firme constructoare de autovehicule încep s ă-și
regândeasc ă modul de dezvoltare al produselor.
În figura 3.4. 2, cu culoarea galbe nă sunt eviden țiate reperele pe care firma Opel le
realizeaz ă din materiale reciclate.
Figura 3.4. 2. Repere reciclate
30 Capitolul 4.
DETERMINAREA EXPERIMENTAL Ă A PROPRIET ĂȚILOR
MATERIALELOR COMPOZITE LA SOLICIT ĂRILE DIN EXPLOATARE
4.1. Caracteristicile solicit ărilor mecano -termice
Utilizarea materialelor compozite pentru construc ția de piese supuse la solicit ări
mecanice, termice și chimice, impune cunoa șterea caracteristicilor acestor materiale .
Principalele caracteristici mecanice și fizice ale fibre lor sunt:
– σu – rezisten ța la trac țiune;
– E – modulul de elasticitate longitudinal;
– ρ – densitatea sau greutatea specific ă.
Rezisten ța maxim ă la trac țiune, σu, și modulul de elasticitate longitudinal ă, E, pentru
câteva fibre tipice utilizate în compozitele avansate se determin ă prin încercarea la întindere (la
tracțiune), în urma c ăreia rezult ă curbe caracteristice liniare ca în fig. 4.1.1. Pe lâng ă acestea, în
literatura de specialitate [ 110], sunt definite rezisten ța specific ă și rigiditatea specific ă.
Rezistența specific ă este defint ă ca raport între rezisten ța de trac țiune și densitatea
materialului:
kσ = σu / ρ (4.1.1)
unde: k σ – rezisten ța specific ă;
σu – rezisten ța la trac țiune;
ρ – densitatea sau greutatea specific ă.
Rigiditatea specific ă numit ă și modulul specific se define ște similar cu rezisten ța
specific ă, prin raportul între modulul de elasticitate E și densitatea materialului:
kE = E / ρ (4.1.2)
unde: k e – rigiditatea specific ă;
E – modul ul de elasticitate longitudinal;
ρ – densitatea sau greutatea specific ă.
Aceste propriet ăți sunt citate adesea ca indicatori ai eficien ței structurale a unui material [x47].
31 4.2. Pregatirea epruvetelor și determinarea propriet ăților materialelor com pozite
Pentru a se ob ține rezultate reproductibile și comparabile ale încerc ărilor este necesar s ă
se utilizeze anumite metode de pr eparare și de condi ționare [ 85] și să se respecte normativele
existente .
4.2.1. Pregatirea epruvetelor
În cazul material elor pentru formare și stratificare, se realizeaz ă o plac ă în conformitate
cu ISO 1268 sau în orice alt mod de lucru precizat .
Din plac ă se decupeaz ă epruvete individuale sau seturi de epruvete .
În cazul produselor finite (de exemplu, pentru controlul ca lității în fabricare sau la
livrare), epruvetele se preleveaz ă din zonele plane.
Parametrii de prelucrare a i epruvetelor sunt prev ăzuți în ISO 2818.
4.2.1.1. Prelucrarea epruvetelor
Pentru realizarea epruvetelor , în timpul prelucr ărilor, se are în veder e urm ătoarele :
– Prelucrarea epruvetelor trebuie f ăcută în condi ții care să nu creeze o cre ștere puternic ă a
căldurii în epruvet ă (se recomand ă a utiliza un lichid de r ăcire). Dacă este utilizat un
astfel de lichid, epruvetele se usuc ă imediat dup ă prelucrar e;
– Toate suprafe țele prelucrate ale epruvetei trebuie s ă fie lipsite de defecte de prelucrare.
Dacă nu este posibil ă prelevarea epruvetelor din obiectul finit, se preg ătesc foi sau pl ăci
care reproduc pe cât posibil modul de fabricare al produsului conside rat.
Dacă materialul prezint ă diferen țe importante ale caracteristicilor la încovoiere pe dou ă
direc ții principale, trebuie supus încerc ării pe ambele direc ții.
4.2.1.2. Forma și dimensiunile epruvetelor
Indiferent de epruvet ă, grosimea în partea cent rală, pe o treime din lungime, nu trebuie s ă
varieze cu mai mult de 2% din valoarea sa medie. Varia ția maxim ă corespunz ătoare pentru
lățime este de 3%. Sec țiunea transversal ă trebu ie să fie dreptunghiular ă iar margile să nu fie
marginile rotunjite.
Pentru materialel e care au propriet ăți fizice diferite , funcție de direc ția fibrelor
materialului de armare , epruvetele t rebuie alese astfel încât, în cursul încerc ării, tensiunea de
32 încovoiere s ă fie aplicat ă pe aceea și direc ție ca aceea în care produsele sunt s olicitate în
funcționare [ 85].
Atunci când materialul prezint ă o diferen ță semnificativ ă a propriet ăților de încovoiere pe
două direc ții principale, acesta trebuie încercat pe cele dou ă direc ții. Orientarea epruvetelor în
raport cu direc țiile principale t rebuie notat ă. Dac ă într-o aplica ție materialul este supus unei
tensiuni pe o direc ție specific ă față de direc ția principal ă, se recomand ă ca materialul s ă fie
încercat pe aceast ă direc ție.
4.2.1.3. Metodica de experimentare
Mașina de încercare trebuie să fie conform ISO 5893. Ma șina de încercare trebuie s ă fie
capabil ă să men țină viteza de încercare pe parcursul probei.
Poziția epruvetei la începutul încerc ării este prezentat ă în figura 4.2.6. Raza R 1 a
poansonului semisferic și raza R 2 a supor ților tr ebuie s ă fie urm ătoarele:
– R1= 5,0 mm ± 0,1 mm;
– R2 = 2,0 mm ± 0,2 mm pentru grosimi ale epruvetei mai mici sau egale cu 3 mm;
– R2= 5,0 mm± 0,2 mm pentru grosimi ale epruvetei mai mari de 3 mm.
Deschiderea L trebuie s ă fie reglabil ă. Eroareade m ăsurare pentr u for ța indicat ă nu
trebuie s ă depășească ±1%, iar pentru s ăgeata indicat ă nu trebuie s ă depășească ±1% pe toat ă
scara. Se va utiliza un dispozitiv de m ăsurare cu exactitate de cel pu țin 0,01 mm .
Figura 4.2. 6. Poziția epruvetei la începutul încerc ării
33 4.2.1.4. Modul de încercare al epruvetelor
Epruvetele folosite la încerc ările de rupere la încovoiere pe stand sunt de tipul celor din
fiura 4.2.7, unde s -au notat cu:
– A, Lungimea epruvetei:
– B, Lățimea epruvetei;
– C, Grosimea epruvetei.
A
C
B
Figura 4. 2.7. Forma epruvetelor folosite
Se m ăsoară lățimea B a epruvetei cu exactitatea de 0,1 mm, în sec țiunea central ă a
epruvetei. Se fac trei m ăsurări ale grosimii C și se utilizeaz ă media aritmetic ă pentru calculele
ulterioare. Se ajusteaz ă lungimea între supor turi, L. Se m ăsoară lungimea între reazeme cu
exactitatea de 0,5%.
Se așează epruveta simetric în raport cu suporturile paralele asigurându -se că lungimea
epruvetei este perpendicular ă pe aceste suporturi. Se asigur ă pozi ționarea capului de ap ăsare
central exact la mijlocul distan ței dintre suporturi și se aplic ă forța pe epruvet ă cu o vitez ă
uniform ă, evitându -se șocurile.
Dacă trebuie determinat modulul de elasticitate, se citesc simultan valorile for ței și ale
săgeții, suficient de frecvent pentru a se putea trasa o curb ă forță-săgeată precis ă. Este preferabil
să se înregistreze continuu for ța și săgeata sau să se traseze curba for ță săgeată.
Încercarea se desf ășoară până se produce ruperea epruvetei.
4.2.1.5. Calculul și exprimarea rezultatelor
Rezisten țî la încovoiere, fs, în timpul solicit ării unei epruvete, pe stand, se calculeaz ă cu
ajutorul formulei:
WM
f=s (4.2.1)
unde: fs- rezisten ța la încovoiere , în [MPa ];
M – este momentul de încovoiere solicitant, în [Nm];
W – este modulul de iner ție al sec țiunii drepte , în [mm3].
34 Momentul de încovoiere se calculeaz ă cu formula:
4LFM×= (4.2.2)
unde: M – este momentul de încovoiere solicitant, în [Nm];
F – forța de apăsare pe epruvet ă, în [N];
L – este distan ța dintre suporturile pe care se sprijin ă epruveta, în [mm].
Modulul de iner ție al sec țiunii drepte, W este dat de formula :
62hbW×= (4.2.3)
unde: W- este modulul de iner ție al sec țiunii dr epte, în [mm3];
b – este lățimea sec țiunii epruvetei, în [mm];
h – este grosimea sec țiunii epruvetei, în [mm].
Rezult ă că rezisten ța la încovoiere se poate calcula cu relația:
223
hbLF
f××=s (4.2.4)
unde: fs- rezisten ța la încovoiere , în [MPa ];
F – forța de ap ăsare pe epruvet ă, în [N];
L – este distan ța dintre suporturile pe care se sprijin ă epruveta, în [mm].
b – este lățimea sec țiunii epruvetei, în [mm];
h – este grosimea sec țiunii epruvetei, în [mm].
Pentru determinarea modulului de elasticitate la flexiune E b, se traseaz ă curba For ță-
Săgeată, se înregistreaz ă cel pu țin cinci valori ale s ăgeții și forței din zona rectilinie a acestei
curbe valori ce se introduc în formul a:
dF
bhLEbDD=23
2 (4.2.5)
unde: Eb – este modulul de elasticitate, în [MPa ];
L – este distan ța dintre supor ți, în [mm];
b – este lățimea epruvetei, în [mm];
h – este grosimea epruvetei, în [mm];
FD- varia ția for ței pe parte a rectilinie ini țială a curbei for ță – săgeată, în [N];
dD – varia ția săgeții corespunz ătoare varia ției for ței FD, în [mm].
35 Sarcina de încovoiere este aceea care corespunde suprafe ței epruvetei, presupunând linia
neutr ă situat ă la mijlocul grosimii.
Aceste rela ții vor fi folosite împreun ă cu datele experimentale pentru determinarea
caracteristicilor materatialelor compozite încercate.
4.3. Stand de încercare
Caracteristicile materialelor, mai ales a celor compoz ite, trebuie s ă se determine și
experimental. În acest sens sunt realizate standuri cu ajutorul c ărora, se pot supune la probe
epruvetele realizate din materialalele de încercat. Epruvetele pot fi supuse la diverse solicit ări.
Ele pot fi încercate la întin dere, la compresiune, la încovoiere, la torsiune, etc. Tipul de solicitare
se alege func ție de rolul pe care trebuie s ă-l îndeplineasc ă structura realizat ă din aceste materiale.
În cazul de fa ță s-a dorit studierea comport ării unor materiale compozite sup use la
solicit ări de încovoiere. S -au determinat for țele maxime la care au rezistat epruvetele realizate
din materialele compozite, s ăgețile maxime de deformare a epruvetelor, pân ă în momentul ruperii
acestora. Pentru unele materiale s -au făcut și probe de anduran ță la încovoiere, pentru a se vedea
comportamentul materialului în timp.
Aceste probe au fost realizate cu ajutorul unor standuri adaptate pentru încerc ări de
încovoiere sau pentru încerc ări de anduran ță.
4.3.1. Stand de încercare la încovoiere
Standul pentru încercarea epruvetelor la încovoiere în trei puncte are rolul de a determina
forțele care apar și săgețile la care se deformeaz ă epruvetele în timpul solicit ărilor.
4.3.1.1. Construc ția stand ului de încercare la încovoiere
Standul a fos t realizat pornindu -se de la o instala ție existent ă destinat ă încerc ărilor de
tracțiune sau compresiune. Instala ția este folosit ă pentru realizarea probelor de trac țiune și
compresiune. Ea poate dezvolta o for ță maxim ă de trac țiune-compresiune de 25 kN.
Schema de principiu a acestei instala ții este prezentat ă în figura 4.3.1.
Instala ția este compus ă din trei p ărți:
– postul de lucru;
– postul de comand ă;
– postul de înregistrare a datelor.
36 Postul de lucru este o mașină de trac țiune cu dou ă coloane (1). Postul de lucru este
compus dintr -o mas ă (2) pe care sunt montate dou ă coloane verticale (3). Pe aceste coloane poate
culisa în sus și în jos o travers ă (4) pe care este montat traductorul de for ță (5). Pe masa ma șinii
este montat un cilindru servohidraulic (6) de a l cărui piston este ata șat un traductor de curs ă (7).
Pistonul cilindrului servohidraulic ac ționeaz ă asupra dispozitivului (8) de solicitare a epruvetei
(9).
Postul de comand ă este un dulap electric de comand ă, măsură și control (10). În acest
dulap se af lă toată instala ția electric ă și electronic ă necesar ă acționării și control ării postului de
lucru. Tot în acest dulap se afl ă un generator de semnal (11) cu ajutorul c ăruia se poate controla
mișcarea pistonului cilindrului servohidraulic de ac ționare dup ă anumite func ții impuse.
Figura 4.3. 1. Instala ție servohidraulic ă de 25 kN pentru trac țiune-compresiune
1. Mașină cu dou ă coloane;
2. Masă de lucru;
3. Coloane;
4. Travers ă mobil ă;
5. Traductor de for ță;
6. Cilindru servohidraulic de ac ționare;
7. Traductor de curs ă înglobat în cilind ru;
8. Dispozitiv de solicitare a epruvetei;
9. Epruveta;
10. Dulap electric de comand ă, măsură și control;
11. Generator de ramp ă;
12. Amplificator semnal traductor for ță;
13. Voltmetru digital;
14. Înregistrator X -Y. 8 9 5
6
2 10
12
13
14
11 4
1
7 3
37 Postul de înregistrare a datelor este compus din echipamentul electric și electronic cu
ajutorul c ărora se amplific ă semn alele primite de la traductoare (12), se afi șează (13) și se
înregistreaz ă (14).
Pentru a realiza solicitare de încovoiere, s -a construit dispozitivul de solicitare a
epruvetei. Dispozitiv ul de solicitare a epruvetei este format dintr -un împing ător și dou ă reazeme.
Figura 4.3. 2. Montajul epruvetei
Montajul epruvetei în dispotitivul de solicitare este prezentat în figura 4.3.2. Se vede c ă
epruveta este sprijinit ă la ambele capete pe reazemele cilindrice, iar la jum ătatea acesteia
acționeaz ă împing ătorul.
Epruveta nu este încastrat ă la nici unul din capete, permi țând o încovoiere pur ă.
4.3.1.2. Func ționarea s tand ului de încercare la încovoiere
Schema de solicitare la încovoiere în trei puncte a epruvetei este prezentat ă în figura
4.3.6.
38
Figura 4.3. 3. Schema de solicitare la încovoiere în trei puncte a epruvetei
După cum se vede în figura 4.3. 3 epruveta se a șează pe cele dou ă rezeme cilindrice aflate
la 80 mm unul de cel ălalt, iar pe mijlocul p ărții superioare ac ționeaz ă împing ătorul. Sub ac țiunea
forței F de ap ăsare epruveta se defomeaz ă cu săgeata f.
Dup ă ce proba a fost fixat ă, se comand ă acționarea cilindrului servohidraulic . Deplasarea
pistonului cilindrului servohidraulic de ac ționare este înregistrat de traductorul de curs ă atașat
pistonului, iar for ța de solicitare este înregistrat ă de traductorul de for ță de pe travers ă.
Semnalele emise de traductoare sunt amplificate și apoi colectate de dispozitivul de înregistrare.
4.3.2. Stand de încercare la anduran ță
Stand ul de încercare la anduran ță are rolul de a supune epruveta unor cicluri de solicitare
la încovoiere, pentru a studia comportamentul acesteia în timp. Standul, realizat, asigur ă o
solicitare alternant simetric ă, alternant asimetric ă, sau pulsatorie.
4.3.2.1. Construc ția stand ului de încercare la anduran ță
O descriere general ă a standului de anduran ță este prezentat ă în figura 4.3. 4.
Standul este compus din trei p ărți:
– postul de lucru;
– postul de comand ă
– postul de înregistrare a datelor.
Postul de lucru e ste alc ătuit dintr -un șasiu (1), pe care se afl ă mecanismul biel ă-manivel ă
(2), culisa (6), dispozitivul de solicitare a epruvetei (3), bra țul oscilant (7), traductorul de for ță
(8) și traductorul de curs ă (9). 40 40 50
100 h F
N N f
39 Postul de comand ă este alc ătuit din dulapul electric de comand ă (2), unde se afl ă partea
electric ă de ac ționare a standului și un contor pentru ciclurile de solicitare electromecanic (10).
Postul de înregistrare a datelor este alc ătuit din aparatura de m ăsură și control (11).
Figura 4.3. 4. Standul de anduran ță la încovoiere
Solicitarea epruvetelor se va realiza cu ajutorul unui dispozitiv, construit special în acest
scop. El este format din dou ă părți, una fix ă și una mobil ă.
1. Stand;
2. Dulap electric de command ă;
3. Dispozitivul de solicitare a e pruvet ei;
4. Mecanism biel ă manivel ă;
5. Excentric pentru reglarea amplitudinii;
6. Culis ă
7. Braț oscilant;
8. Traductor de for ță;
9. Traductor de curs ă;
10. Contor cicluri de solicitare;
11. Aparatu ră de m ăsură și control. 1
2 3
8
9
7
4 10
11
5 6
40 4.3.2.2. Func ționarea s tand ului de înc ercare la anduran ță
În figura 4.3. 5 este schema de solicitare a epruvetei la încercare de anduran ță. Forța va
acționa perpendicular pe suprafa ța epruvetei solicitând -o la încovoiere.
Figura 4.3. 5. Schema de solicitare a epr uvetei la încercare de anduran ță
Fixarea epuvetelor se face în dispozitivul de solicitare .
Astfel, dac ă în momentul în care standul este oprit în pozi ția de zero și mijlocul epruvetei
se afl ă în linie cu capetele acesteia, solicitare va fi alternant sime trică. Dac ă mijlocul epruvetei nu
se afl ă în linie cu capetele acesteia, fiind dezaxat fa ță de linia care une ște cele dou ă capete ale
epruvetei solicitare va fi :
– alternant asimetric ă, dac ă dezaxarea este mai mic ă decât amplitudinea de solicitare ;
– pulsator ie, dac ă aceast ă dezaxare este egal ă cu amplitudinea de solicitare ;
– oscilant ă, dac ă dezaxarea este mai mare decât amplitudinea de solicitare.
Standul este prev ăzut cu traductor de for ță pentru înregistrarea solicit ării epruvetei și cu
traductor de curs ă pentru înregistrarea deforma ției acesteia. Standul este echipat și cu un contor
ce va înregistra num ărul de cicluri efectuate de fiecare epruvet ă supus ă la încercare.
Pentru c ă se știe că solicitarea alternant simetric ă este cea mai distructiv ă pentru epruve tă,
standul a fost reglat ca încerc ările de anduran ță să fie realize în acest regim.
4.3.3. Instala ția de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă
Instala ția de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă al materialelor
izolato are plane, omogene, microporoase, fibroase sau sub form ă de particule este instala ția Dr.
Bock. Domeniul de lucru al acestei instala ții este ()mKW977,1…029,0=l . 2f
F
41
4.3.3.1. Construc ția instala ției de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă
Schema de principiu a acestei instla ții este prezentat ă în figura 4.3. 6 [x45].
Fig. 4.3. 7. Schema de principiu a instala ției pentru determinarea coeficientului de conductivitate
termic ă
12
7 5
2 14
8 13
10 1 11
4
15
16 9 18 10a 17 9a 8
3 6
1. Ceas;
2. Epruvet ă;
3. Placă rece;
4. Placă încălzitoare;
5. Termocuplu;
6. Termometre plac ă rece;
7. Termometre plac ă încălzitoare;
8. Micrometre;
9. Termostat circuit r ăcire;
10. Termostat circuit înc ălzire;
11. Transformator;
12. Milivoltmetru;
13. Contor electric;
14. Reostat;
15. Termometru ap ă;
16. Robinet;
17. Debit metru;
18. Robinet;
9a. Termoregu lator;
10a.Termoregulator.
42 4.3.3.2. Func ționarea instala ției de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă
Determinarea coeficientului de con ductivitate termic ă se bazeaz ă pe metoda pl ăcii
încălzitoare cu un singur corp de prob ă.
Proba de material (2) se a șează între dou ă plăci metalice plane, cea superi oară (4) cu o
temperatur ă mai mare – constant ă, denumit ă încălzitoare, prev ăzută cu o rezisten ță electric ă, iar
cea inferioar ă (3) cu o temperatur ă mai sc ăzută – constant ă, denumit ă rece, care cedez ă căldura.
Temperatura pl ăcii de protec ție este men ținută constant ă prin conectarea ei la circuitul de
încălzire al termostatului (10) prev ăzut cu termoregulatorul (10a). Men ținerea constant ă a
temperaturii pl ăcii reci se realizeaz ă cu ajutorul circuitului de r ăcire al termostatului (9) prev ăzut
cu termoregulator ul (9a).
Apa de r ăcire, care circul ă prin serpentina termostatelor, pe al c ărei traseu se afl ă
termometrul (15) și debit metrul (17), reduce iner ția termic ă a apei de termostatare în termostatul
plăcii calde și preia c ăldura cedat ă către placa rece și resp ectiv c ătre termostatul aferent ei.
Cu ajutorul termometrelor (7) se determin ă valoarea medie a temperaturii agentului
termic în placa de protec ție. Termometrel e (6) determin ă valoarea medie a temperaturii agentului
termic din placa rece. Cu aceste termome tre se poate calcula c ăderea de temperatur ă în prob ă.
În circuitul rezisten ței electrice este intercalat reostatul cu dou ăsprezece pozi ții (14).
Menținerea constant ă a temperaturii pl ăcii superioare pe toat ă suprafa ța de contact cu proba de
material este realizat ă de termocuplul (5), care este conectat la milivoltmetrul (12).
Consumul de energie electric ă furnizat ă plăcii înc ălzitoare este înregistrat de un contor
electric (13) amplasat în circuitul rezisten ței electrice. În circuitul de alimentare de la r ețea este
amplasat transformatorul variabil cu șapte pozi ții (11).
Plăcile metalice sunt înconjurate în timpul m ăsurătorilor de o cutie protectoare, care are
rolul de a reduce pierderile de c ăldură în exterior.
Cu ajutorul a patru micrometre (8) fixate pe placa superioar ă se m ăsoară grosimea probei
de material.
Aceste standuri au fost realizate pentru a fi folosite la încer ările efectuate pe epruvetele
realizate din materiale compozite.
4.4. Rezultatele încerc ărilor la incovoiere a structurii compozite
Epruvetele pentru încerc ările experimentale au fost ob ținute din materiale realizate de
către SC COMPOZITE SRL Bra șov. Încerc ările experimentale de solicitare la încovoiere au fost
realizate în cadrul INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR Bra șov și în cadrul
43 Laboratorului de Încercare a Materialelor al Catedrei de Mecanic ă a UNIVERSIT ĂȚII
TRANSILVANIA Bra șov.
4.4.1. Tipuri de epruvete utilizate
Epruvetele au fost prelevate din diferite tipuri de materiale compozite. Pentru c ă s-au
efectuat numai înce rcări de solicitare la încovoiere, epruvetele au fost realizate conform schi ței
din figura 4.4.1.
A
C
B
Figura 4. 4.1. Forma epruvetelor folosite
– Lungimea epruvetei (A) este de 100mm;
– Lățimea epruvetei (B) este între 10 și 15mm;
– Grosimea epruvetei (C) este fun cție de grosimea pl ăcii din care s -au ob ținut
epruvetele
Principiul de lucru este urm ătorul:
Epruveta, se sprijinit ă ca o pârghie, pe dou ă rezeme și este supusã la încovoiere cu vitez ă
constant ă, pânã la rupere. În timpul încercãrii sunt m ăsurate for ța apl icată pe epruvet ă si săgeata
de deforma ție a acesteia (deplasarea unui punct situat la mijlocul distantei dintre punctele de
sprijin). Aceste m ăsurători sunt materializate într -un grafic Forță-Săgeată.
Epruveta se consider ă rupt ă la prima c ădere a graficul ui For ță-Săgeată.
4.4.2. Rezultatele încerc ărilor la încovoiere
Materialele compozite, utilizate pentru ob ținerea epruvetelor, au fost realizate sub forma
unor pl ăci plane, de grosimi diferite. Pentru primele epruvete încerca te la rupere prin încovoiere ,
s-a realizat o plac ă din material compozit , din fibr ă de sticl ă. Materialul compozit realizat este
din r ășină poliesteric ă, armat cu 5 straturi de țesătură din fibr ă de sticl ă, RT 800, cu masa
specific ă de 845g /m2. După depunerea celor cinci straturi, ma terialul a fost l ăsat să polimerizeze
la temperatura mediului ambiant.
Din aceast ă plac ă s-au obținut, prin debitare, 20 de epruvete , având dimensiunile
următoare:
– lungime 100 mm;
44 – lățime 10 mm;
– grosime 4,5 mm.
Epruvetele au fost num erotate și marcate pentru identificare cu numere de la 1 la 20.
Înainte de începerea încerc ării, epruvete lor li s-au m ăsurat d imensiunile.
Încercarea de rupere la încovoiere s -a făcut pentru nou ă epruvete. Au fost supuse la
încercarea de rupere la încovo iere epruvetele cu num ererele 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 și 14.
Viteza de ap ăsare a epruvetei este de 0,1mm/s , la temperatura mediului ambiant de 20șC .
Epruvetele au aceea și temperatur ă ca și mediul.
În figura 4.4. 2 se vede deformarea epruvetei în timpul în cercării de încovoiere pe stand.
Figura 4. 4.2. Încercarea epruvetei, din RT -800, pe stand
Pentru fiecare epruvet ă încercat ă s-a realizat un grafic For ță-Săgeată. Pe axa orizontal ă
este înregistrat ă săgeata de deformare a epruvetei, în milimetri, iar pe vertical ă este înregistrat ă
forța de ap ăsare, în daN.
Epruveta nr. 12
RT-800
0102030405060
0 2 4 6 8 10 12
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Inregistrarea primei rupturi
Figura 4. 4.3. Graficul For ță-Săgeată înregistrat pentru solicit area epruvetei 12 din RT -800
45
În figura 4.4. 3 este reprezentat graficul For ță-Săgeată înregistrat în timpul solicit ării de
încovoiere a epruvetei cu num ărul 12. Punctul de rupere al epruvetei este considerat primul punct
în care apare o c ădere a for ței de solicitare înregistrat ă grafic. În figura 4.4. 4 este reprezentat
graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de încovoiere a celor nou ă epruvet e.
RT-800
010203040506070
0 2 4 6 8 10 12 14
Săgeat ă [mm ]Forță [daN]Epruveta nr. 1
Epruveta nr. 2
Epruveta nr. 3
Epruveta nr. 4
Epruveta nr. 5
Epruveta nr. 6
Epruveta nr. 8
Epruveta nr. 12
Epruveta nr. 14
Figura 4. 4.4. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area epruvet elor din RT -800
Valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere la încovoiere pentru cele nou ă
epruvete încercate , dimensiunile acestora, cât și valorile calculate pentru sarcina de încovoiere
[σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabelul 4.4.1.
Tabelul 4.4.1.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate RT-800 Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 1 50,00 5,40 10,00 4,30 32,45 1490,67
Epruveta nr. 2 57,00 5,30 10,10 4,40 34,98 1600,04
Epruveta nr. 3 43,00 4,50 9,80 4,30 28,48 1569,76
Epruveta nr. 4 40,50 4,00 10,00 4,50 24,00 1422,22
Epruveta nr. 5 47,00 5,40 9,90 4,40 29,43 1321,05
Epruveta nr. 6 35,50 3,75 9,90 4,40 22,23 1436,86
Epruveta nr. 8 61,50 7,85 9,80 4,40 38,90 1201,24
Epruveta nr. 12 38,50 4,30 9,70 4,30 25,76 1486,02
Epruveta nr. 14 53,30 6,25 10,10 4,40 32,71 1268,75
46
Un alt material compozit utilizat la încerc ările de încovoiere este realizat tot din r ășină
poliesteric ă, dar având în componen ță 7 straturi de țesătură din fibr ă de sticl ă, cu masa specific ă
de 845g /m2, codificat 107 .
Din plac a realizat ă s-au debitat 25 de epruvete, cu dimensiunile:
– lungime 100 mm;
– lățime 10 mm;
– grosime 6 mm.
Și aceste epruvete au fost numerotate și marcate cu numere de la 1 la 25.
Epruvetele au fost m ăsurate dimensional. Rezultatele m ăsurătorilor au fost înregistr ate în
fișa de m ăsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s -a făcut doar pentru trei epruvete. La încercarea de
rupere la încovoiere au fost supuse doar trei epruvete și anume cele cu numerele 10, 11 și 12.
Proba s -a realizat la o vitez ă de ap ăsare d e 0,1mm/s , la temperatura de 20șC .
În figura 4.4. 5 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de
încovoiere a celor trei epruvet e.
107
01020304050607080
024681012141618202224
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 10
Epruveta 11
Epruveta 12
Figura 4. 4.5. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area epruvet elor, din materialul
compo zit 107
În tabelul 4.4.2 sunt înregistrate valorile maxime, dimensiunile și valorile calculate
pentru sarcina de încovoiere [σ] și modulul de elasticitate [Eb], pentru cele trei epruvete încercate .
Pentru încercarea de rupere la încovoiere s -a realizat o placă din material de tip
"sandwich" , având în componen ță un strat de coremat . Corematul este un material utilizat la
laminatele compozite, realizat dintr -o pâsl ă, sub form ă de coal ă, ce se pune între straturile de
47 fibră de sticl ă. Corematul este de aproxi mativ 4 mm și este impregnat cu r ășină poliesteric ă prin
pensulare. Placa de material compozit a fost realizat ă la o grosime de 8 mm. Materialul a fost
polimerizat 24 de ore la o temperatur ă de aproximativ 20°C.
Tabelul 4.4.2.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate E Material compozit
107 Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 10 64,13 8,15 10,10 5,70 23,45 538,48
Epruveta nr. 11 70,50 5,02 9,90 5,80 25,40 930,63
Epruveta nr. 12 71,11 5,11 10,10 5,90 24,27 858,70
Pentru încercarea de rupere la încovoiere s -a realizat o plac ă din material de tip
"sandwich" , având în componen ță un strat de coremat . Corematul este un material utilizat la
laminatele compozite, reali zat dintr -o pâsl ă, sub form ă de coal ă, ce se pune între straturile de
fibră de sticl ă. Corematul este de aproximativ 4 mm și este impregnat cu r ășină poliesteric ă prin
pensulare. Placa de material compozit a fost realizat ă la o grosime de 8 mm. Materialul a fost
polimerizat 24 de ore la o temperatur ă de aproximativ 20°C.
Materialul compozit a fost realizat din r ășină poliesteric ă, având următoarea succesiune
de straturi:
– Gelcoat , care este un strat de r ășină pigmentat ă;
– MAT din fibr ă de sticl ă cu masa spe cifică 450g /m2 ;
– Firet Coremat XX de 4 mm;
– MAT din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă 450g /m2 ;
– 2 straturi RT 800 țesătură din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă de 845g /m2;
– 1strat RT 500 țesătură din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă de 485g /m2;
Din ace stă plac ă s-au tăiat zece epruvete cu dimensiunile:
– lungime 100 mm;
– lățime 15 mm;
– grosime 8 mm.
Dimensiunile epruvetelor au fost înregistrate în fi șa de m ăsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s -a făcut pe șase epruvete. La încercarea de rupere la
încovoiere au fost supuse epruvetele marcate cu num ererele 2, 5, 6, 7 , 8 și 9.
În figura 4.4. 6 este redat graficul, cumulat, pentru solicit area de încovoiere a celor șase
epruvet e.
48
COREMAT
010203040506070
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta nr. 2
Epruveta nr. 5
Epruveta nr. 6
Epruveta nr. 7
Epruveta nr. 8
Epruveta nr. 9
Figura 4. 4.6. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area de încovoiere a epruvet elor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere la încovoiere , dimensiunile și
valorile calculate pentru sarcina de încovoiere [σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate
în tabelul 4.4.3, pentru cele șase epruvete încercate.
Tabelul 4.4.3.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate COREMAT Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 2 60,00 2,02 14,80 7,60 8,42 585,09
Epruveta nr. 5 67,00 1,68 15,00 7,80 8,81 718,44
Epruveta nr. 6 64,04 1,40 14,90 8,00 8,06 769,12
Epruveta nr. 7 61,00 3,20 14,90 7,90 7,87 332,62
Epruveta nr. 8 63,00 2,00 15,00 8,10 7,68 505,37
Epruveta nr. 9 49,50 2,16 15,10 8,20 5,85 353,05
S-a realizat o plac ă de material compozit din r ășină poliesteric ă armat ă cu 15 straturi de
împâslitur ă (MAT din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă 450g /m2). Grosimea pl ăcii este de 12
mm. Polimerizarea a avut loc la temperatura de 20șC. Din acest ă plac ă s-au tăiat 20 de epruvete
cu dimensiunile :
– lungime 100 mm;
49 – lățime 14,5 mm;
– grosime 12 mm.
Epruvetelor li s -a întocmit o fi șă de m ăsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s -a făcut pe șase epruvete. La încercarea de rupere la
încovoiere au fost supuse epruvetele cu num ererele 1, 2, 3, 4, 5, și 6.
În figura 4.4. 7 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de
încovoiere a celor șase epruvet e.
Împâslitur ă 12mm
050100150200250300350400450
0 2 4 6 8
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 1
Epruveta 2
Epruveta 3
Epruveta 4
Epruveta 5
Epruveta 6
Figura 4. 4.7. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area de încovoiere a epruvet elor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere la încovoiere pentru cele trei
epruvete încercat e, dimensiunile și valorile calculate pentru sarcina de încovoiere [σ] și modulul
de elasticitate [Eb], sunt preze ntate în tabelul 4.4.4 .
Epruvetele realizate din acest material au fost supuse unui proces de înc ălzire pentru a se
vedea cum le variaz ă rezisten ța la rupere, la încovoiere, func ție de temperatur ă.
Pentru aceasta, nou ă epruvete au fost introduse într -o etu vă, unde au fost înc ălzite. Etuva
a fost programat ă să încălzeasc ă epruvetele la o temperatur ă de 50șC.
50 După ce epruvetele au atins temperatura de 50șC, trei epruvete au fost scoase, pe rând, și
supuse încerc ării de rupere la încovoiere. Temperatura epruv etei a fost verificat ă, pe stand, cu
ajutorul unui termometru electronic (figura 4.4.8).
Tabelul 4.4.4.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate ÎMPÂSLITUR Ă Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 1 328,00 3,05 14,50 11,20 21,64 675,71
Epruveta nr. 2 372,00 3,19 14,50 11,40 23,69 694,83
Epruveta nr. 3 340,00 3,31 14,50 11,10 22,84 663,02
Epruveta nr. 4 377,00 2,94 14,50 11,80 22,41 688,95
Epruveta nr. 5 381,00 3,05 14,50 11,90 22,27 654,37
Epruveta nr. 6 379,00 2,95 14,50 11,90 22,15 673,00
Încercarea s-a realizat la aceea și vitez ă de ap ăsare a epruvetei de 0,1mm/s , la temperatura
mediului ambiant de 20 șC, dar epruvetele se aflau la temperatura de 50șC. Încercarea de rupere
la încovoiere s-a făcut pe trei epruvete , și anume epruvetele marcate cu numerele 7, 8 și 9.
Fig. 4.4. 8. Verificarea, pe stand, a temperaturii de 50șC a epruvetei, cu ajutorul termometrului
electronic
În figura 4.4. 9 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de
încovoiere a celor trei epruvet e.
51
Împâslitur ă 12mm
50șC
050100150200250300
0 2 4 6 8
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 7
Epruveta 8
Epruveta 9
Figura 4. 4.9. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area de încovoiere a epruvet elor
În tabelul 4.4.5 sunt prezentate valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere
la încovoiere pentru cele trei epruvete încercate.
Tabelul 4.4.5.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate
ÎMPÂSLITUR Ă
LA 50șC Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ E
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 7 255,34 5,96 14,50 11,10 17,15 276,33
Epruveta nr. 8 240,00 6,49 14,50 11,00 16,41 245,11
Epruveta nr. 9 278,00 6,53 14,50 11,60 17,10 240,94
Cele șase epruvete r ămase în etuv ă, au fost înc ălzite la o temperatur ă de 65șC.
Când epruvetele au atins temperatura de 65șC, alte trei epruvete au fost scoase, pe rând, și
supuse încerc ării de r upere la încovoiere. Temperatura epruvetei a fost verificat ă și de aceast ă
dată cu ajutorul termometru lui electronic.
Încercarea de rupere la încovoiere, la temperatura de 65șC a epruvetei, s -a făcut pe
epruvetele marcate cu numerele 10, 11 și 12.
52 În fig ura 4.4. 10 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor trei epruvete supuse încerc ărilor la temperatura de 65șC.
Împâslitur ă 12mm
65șC
020406080100120140160
0 5 10 15 20 25 30
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 10
Epruveta 11
Epruveta 12
Figura 4. 4.10. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area de încovoiere a epruvet elor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere la încovoiere , pentru cele trei
epruvete încercate , dimensiunile acestora, cât și valorile calculate pentru sarcina de încovoiere
[σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabel ul 4.4.6 .
Tabelul 4.4.6.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate ÎMPÂSLITUR Ă
LA 65șC Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 10 25,84 3,17 14,50 12,00 1,49 41,69
Epruveta nr. 11 33,77 4,02 14,50 11,00 2,31 55,77
Epruveta nr. 12 30,13 3,84 14,50 10,80 2,14 55,00
Ultimele trei epruvete r ămase în etuv ă au fost înc ălzite la o temperatura de 100șC, apoi au
fost l ăsate s ă se răceasc ă până la temperatura mediului ambiant , dup ă care s -au reluat încerc ările
53 de rupere la încovoiere. S -a dorit s ă se vad ă influen ță temperaturii asupra comportamentului
acestui material.
La încercarea de rupere la încovoiere au fost supuse epruvetele 13, 14 și 15. Epruvetele
au avut temperatura de 20șC, aceea și ca a mediului ambiant, dup ă ce au fost înc ălzite la 100 șC.
În figura 4.4. 11 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de
încovoiere a celor trei epruvet e.
Împâslitur ă 12mm
încălzită la 100șC, r ăcită la 20șC
050100150200250300350400
0 2 4 6 8 10 12
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 13
Epruveta 14
Epruveta 15
Figura 4. 4.11. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area de încovoiere
Valorile maxime înregistrate pentru cele trei epruvete încercat e, dimensiunile și valorile
calculate pentru sarcina de încovoiere [σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabelul
4.4.7 .
Tabelul 4.4.7.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate ÎMPÂSLITUR Ă
LA 100șC Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]
Epruveta nr. 13 368,00 3,34 14,50 11,70 22,25 606,45
Epruveta nr. 14 333,92 3,53 14,50 11,90 19,51 495,60
Epruveta nr. 15 327,00 3,69 14,50 11,30 21,19 542,62
54 Un alt material compozit utilizat la încerc ările de încovoiere este realizat din r ășină
epoxidic ă armat ă cu fibre de carbon . S-a realizat o plac ă din șase straturi de țesătură din fib ră de
carbon, cu masa specific ă 300g/ m2 și un strat exterior de poliester. Din aceast ă plac ă s-au debitat
zece epruvete, având dimensiunile urm ătoare:
– lungime 100 mm;
– lățime 1 5 mm;
– grosime 3 mm.
Epruvetele au fost numerotate și marcate pentru identificare cu numere de la 1 la 10
(figura 4.4.12).
Figura 4. 4.12. Epruvete folosite
Dimensiunile epruvetelor au fost m ăsurate î nainte de testare. Rezultatele m ăsurătorilor au
fost înregistrate într -o fișă de m ăsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s -a făcut pentru cinci epruvete. Au fost supuse la
încercarea de rupere la încovoiere epruvetele cu num ărerele 1, 2, 3, 4 și 5.
Pentru fiecare epruvet ă încercat ă s-a realizat un grafic For ță-Săgeată. Pe axa orizontal ă
este înregistrat ă săgeata de deformare a epruvetei, în milimetri, iar pe vertical ă este înregistrat ă
forța de ap ăsare, în daN.
În figura 4.4.1 3 este reprezentat graficul For ță-Săgeată, cumulat, pentru solicit area de
încovoiere a celor cinci epruvet e.
55
Carbon
010203040506070
0 2 4 6 8
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta 1
Epruveta 2
Epruveta 3
Epruveta 4
Epruveta 5
Figura 4. 4.13. Graficul For ță-Săgeată cumulat pentru solicit area epruvet elor din carbon
Valorile maxime înregistrate în timpul solicit ării de rupere la încovoiere pentru cele cinci
epruvete încercate , dimensiunile acestora, cât și valorile calculate pentru sarcina de încov oiere
[σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabelul 4.4.8 .
Tabelul 4.4.8.
Dimensiuni epruvet ă Sarcina de
încovoiere Modulul de
elasticitate FIBRE DE
CARBON Forța de
apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MP a] [MPa]
Epruveta nr. 1 46,00 7,17 14,30 2,70 52,95 2918,71
Epruveta nr. 2 52,00 7,50 14,30 2,60 64,55 3529,01
Epruveta nr. 3 51,50 6,53 14,30 2,70 59,28 3586,02
Epruveta nr. 4 58,00 7,22 14,30 2,50 77,87 4599,67
Epruveta nr. 5 57,00 7,13 14,30 2,80 61,01 3259,81
4.4.3. Moduri de rupere a epruvetelor
Epruvetele realizate din rășină poliesteric ă armat ă straturi RT 800 din țesătură din fibr ă
de sticl ă au suferit ruperi în zona median ă, în timpul încerc ării de rupere la încovoiere .
56 În figur ile 4.4.14 ÷ 4.4.16 sunt prezentate detalii ale zonelor de rupere suferite de aceste
epruv ete.
Figura 4. 4.14. Detal iu al zonei de rupere a epruvete i supuse la încovoiere
Figura 4. 4.15. Detal iu al zonei de rupere a epruvete i supuse la încovoiere
Figura 4. 4.16. Detalii ale zonelor de rupere a le epruvetelor supu se la încovoiere
În figura 4.4. 17 este un detaliu al modului de rupere al epruvetelor cu coremat.
57
Figura 4. 4.17. Detali u al zonei de rupere a epruvete i supuse la încovoiere
Un detaliu al modului de rupere al epruvetelor din împâslitur ă, dup ă ce au fost supuse
încerc ării de rupere, este prezentat în figura 4.4.18.
Figura 4.4. 18. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei din împâslitur ă supuse la încovoiere
În figura 4.4.19 se prezint ă un detaliu al ruperii epruvetelor din fibre de carbon .
Figura 4. 4.19. Detal iu al zonei de rupere a epruvete i din fibre de carbon
58 4.5. Rezultatele încerc ărilor la anduranta a structurii compozite
Epruvetele folosite la încerc ările de and uranță au fost prelevate din materiale realizate de
către SC COMPOZITE SRL Brașov. Încerc ările experimentale de sanduran ță la solicitarea de
încovoiere au fost realizate în cadrul INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR
Brașov, pe standul construit spec ial pentru aceste încerc ări.
4.5.1. Tipuri de epruvete utilizate
Încerc ările de anduran ță s-au efectuat tot pentru solicitarea de încovoiere. Epruvetele
folosite au fost identice cu cele utilizate la încerc ările de rupere la încovoiere.
4.5.2. Rezult atele încerc ărilor la anduranta
Solicitarea epruvetelor la încovoiere se realizeaza cu ajutorul dispozitivului construit
special în acest scop și montat pe stand.
În figura 4.5.1 este prezentat ă prinderea epruvetei pe stand în dispozitivul de solicitare.
Figura 4. 5.1. Prinderea epruvetei pe stand în dispozitivul de solicitare
Epruvetele folosite la încercarea de anduran ță la încovoiere, pe stand, au fost prelevate
din plac ă de material compozit realizat din r ășină poliester ică armat cu 5 straturi de țesătură din
fibră de sticl ă, RT 800, cu masa specific ă de 845g /m2.
1 4
3 2
1. Epruvet ă;
2. Suport fix;
3. Suport mobil
4. Șurub de fixare
59 Dintre acestea, epruvetele cu num ererele 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 și 14 au fost supuse la
încercarea de rupere la încovoiere.
Valorile înregistrate ale s ăgeților de rupere, la încercarea de rupere la încovoiere, au fost
cuprinse între 3,75 și 7,85 mm.
Astfel, s -a convenit ca epruvetele s ă fie supuse la încercarea de anduran ță, alternant
simetric ă, pentru trei valori diferite ale s ăgeții de încovoiere. Cea mai ma re săgeată de
deformare, la care au fost supuse la încovoiere alternant simetric ă patru epruvete, a fost de ±3,5
mm. Alte patru epruvete au fost supuse la o s ăgeată de deformare de ±2 mm. Trei epruvete au
fost încercate la anduran ță pentru o s ăgeată de de formare de ± 1 mm.
În tabelul 4.5. 1 – 4.5.4 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele patru epruvete
încerca te la anduran ță la o s ăgeată de ±3,5 mm .
Tabelul 4.5.1.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor
+ – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 18743 3,9 3,6 0 0 3,75 37,50
2 19152 3,8 3,5 409 409 3,65 36,50
3 20602 2,7 2,7 1450 1859 2,70 27,00
4 22638 1,9 1,8 2036 3895 1,85 18,50
5 24283 1,3 1,26 1645 5540 1,28 12,80
6 25949 1,2 1,14 1666 7206 1,17 11,70
7 27950 0,91 0,86 2001 9207 0,89 8,85
8 29319 0,87 0,79 1369 10576 0,83 8,30
9 30935 0,71 0,8 1616 12192 0,76 7,55
10 32500 0,67 0,74 1565 13757 0,71 7,05
11 34564 0,61 0,68 2064 15821 0,65 6,45
12 36290 0,51 0,72 1726 17547 0,62 6,15
13 38282 0,5 0,7 1992 19539 0,60 6,00
14 40107 0,46 0,65 1825 21364 0,56 5,55
15 42360 0,45 0,63 2253 23617 0,54 5,40
16 43800 0,45 0,63 1440 25057 0,54 5,40
17 45480 0,4 0,6 1680 26737 0,50 5,00
Tabelul 4.5.2.
Tensiune masurat a
Nr. crt. Index
contor
+ – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 45494 3,41 4,17 0 0 3,79 37,90
2 47072 3 2,9 1578 1578 2,95 29,50
3 48560 0,75 0,82 1488 3066 0,79 7,85
4 49585 0,67 0,75 1025 4091 0,71 7,10
5 51173 0,52 0,63 1588 5679 0,58 5,75
6 53067 0,35 0,37 1894 7573 0,36 3,60
60 Tabelul 4.5.3.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor
+ – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 53076 3 4,2 0 0 3,60 36,00
2 54469 2,18 2,46 1393 1393 2,32 23,20
3 56053 1,27 1,73 1584 2977 1,50 15,00
4 57530 1,12 1,63 1477 4454 1,38 13,75
5 59187 1,04 1,51 1657 6111 1,28 12,75
6 60917 0,96 1,38 1730 7841 1,17 11,70
7 62514 0,9 1,27 1597 9438 1,09 10,85
8 64010 0,81 1,08 1496 10934 0,95 9,45
9 65564 0,8 1,08 1554 12488 0,94 9,40
10 67363 0,83 1,19 1799 14287 1,01 10,10
11 68780 0,71 1,04 1417 15704 0,88 8,75
12 70630 0,63 0,97 1850 17554 0,80 8,00
13 71991 0,57 0,97 1361 18915 0,77 7,70
14 73741 0,54 0,85 1750 20665 0,70 6,95
15 75725 0,58 0,93 1984 22649 0,76 7,55
16 77252 0,54 0,77 1527 24176 0,66 6,55
17 84230 0,47 0,61 6978 31154 0,54 5,40
18 85783 0,49 0,59 1553 32707 0,54 5,40
19 87862 0,5 0,75 2079 34786 0,63 6,25
20 90190 0,51 0,7 2328 37114 0,61 6,05
21 93251 0,47 0,65 3061 40175 0,56 5,60
22 96103 0,43 0,64 2852 43027 0,54 5,35
Tabelul 4.5.4.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor
+ – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 15010 3,9 3,7 0 0 3,80 38,00
2 16220 3,9 3,6 1210 1210 3,75 37,50
3 18450 2,65 2,9 2230 3440 2,78 27,75
4 20137 2,1 1,8 1687 5127 1,95 19,50
5 22453 1,35 1,4 2316 7443 1,38 13,75
6 24360 1,25 1,1 1907 9350 1,18 11,75
7 26850 1,1 1 2490 11840 1,05 10,50
8 28432 0,88 0,8 1582 13422 0,84 8,40
9 29982 0,85 0,9 1550 14972 0,88 8,75
10 31457 0,8 0,9 1475 16447 0,85 8,50
11 33526 0,75 0,8 2069 18516 0,78 7,75
12 34420 0,78 0,72 894 19410 0,75 7,50
13 37589 0,51 0,71 3169 22579 0,61 6,10
14 38964 0,46 0,65 1375 23954 0,56 5,55
15 41447 0,45 0,63 2483 26437 0,54 5,40
16 42651 0,42 0,63 1204 27641 0,53 5,25
17 45870 0,41 0,55 3219 30860 0,48 4,80
18 48959 0,41 0,5 3089 33949 0,46 4,55
19 51327 0,4 0,5 2368 36317 0,45 4,50
61 20 55630 0,4 0,49 4303 40620 0,45 4,45
21 58762 0,4 0,5 3132 43752 0,45 4,50
22 61353 0,4 0,5 2591 46343 0,45 4,50
23 66753 0,41 0,48 5400 51743 0,45 4,45
24 71452 0,41 0,49 4699 56442 0,45 4,50
25 75893 0,4 0,5 4441 60883 0,45 4,50
26 79123 0,41 0,49 3230 64113 0,45 4,50
27 81452 0,4 0,5 2329 66442 0,45 4,50
Folosind datele din tabelele 4.5. 1, 4.5. 2, 4,5, 3 și 4.5. 4 se poate reprezenta cumulat
graficele celor patru epruvete supuse incerc ării de anduran ță la încovoiere pentru o s ăgeată de
deformare de ± 3,5 mm (figura 4.5. 2).
0510152025303540
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000Epruveta nr. 11
Epruveta nr. 7
Epruveta nr. 17
Epruveta nr. 18
Cicluri solicitareForță solicitare [daN] .
Figura 4. 5.2. Reprezentarea grafic ă a încerc ării de anduran ță la încovoiere de ± 3,5 mm
În tabelul 4.5. 5 sunt înregistrate valorile for țelor maxime, ini țiale și a celor minime, finale
pentru cele patru epruvetele supuse la încercarea de anduran ță la o s ăgeată de încovoiere de ± 3,5
mm.
Tabelul 4.5.5.
Epruvet a nr. 17 7 11 18
Max 37,50 37,90 36,00 38,00 Forță
[daN] Min 5,00 3,60 5,35 4,45
Scădere procentual ă 86,67 % 90,50 % 85,14 % 88,29 % Săgeată ±3,5 mm
Num ăr cicluri solicitare 26737 7573 43027 66442
După realizarea încerc ării de anduran ță la încovoiere pentru cele patru epruvete solicitate
la o s ăgeată de deformare de ±3,5 mm, s -a trecut la încercarea epruvetelor la anduran ță la
încovoiere pentru o s ăgeată de deformare de ±2 mm.
62 În tabelul 4.5.6 – 4.5.9 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele patru epruvete
încercate la anduran ță la o s ăgeată de ±2 mm.
Tabelul 4.5.6.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 96120 2,7 2,73 0 0 2,72 27,15
2 98302 2,52 2,8 2182 2182 2,66 26,60
3 215 2,42 2,5 1913 4095 2,46 24,60
4 2182 2,28 2,4 1967 6062 2,34 23,40
5 4444 2,27 2,05 2262 8324 2,16 21,60
6 6289 2,35 2,07 1845 10169 2,21 22,10
7 8341 2,38 2,17 2052 12221 2,28 22,75
8 10893 2,3 1,9 2552 14773 2,10 21,00
9 12818 2,15 2,03 1925 16698 2,09 20,90
10 15610 2,27 2,14 2792 19490 2,21 22,05
11 18474 2,2 2,2 2864 22354 2,20 22,00
12 20191 2,21 2,08 1717 24071 2,15 21,45
13 21970 2,2 2,12 1779 25850 2,16 21,60
14 23726 2 2,2 1756 27606 2,10 21,00
15 25906 1,8 1,76 2180 29786 1,78 17,80
16 27625 1,85 1,55 1719 31505 1,70 17,00
17 29766 1,93 1,59 2141 33646 1,76 17,60
18 31795 1,78 1,63 2029 35675 1,71 17,05
19 33889 1,83 1,63 2094 37769 1,73 17,30
20 35893 1,84 1,74 2004 39773 1,79 17,90
21 38101 1,85 1,71 2208 41981 1,78 17,80
22 39640 1,78 1,7 1539 43520 1,74 17,40
23 41852 1,84 1,32 2212 45732 1,58 15,80
24 43862 1,86 1,25 2010 47742 1,56 15,55
25 46444 1,89 1,35 2582 50324 1,62 16,20
26 48469 1,81 1,5 2025 52349 1,66 16,55
27 50421 1,63 1,28 1952 54301 1,46 14,55
28 53064 1,67 1,28 2643 56944 1,48 14,75
29 55569 1,52 1,26 2505 59449 1,39 13,90
30 57758 1,52 1,25 2189 61638 1,39 13,85
31 59840 1,5 1,36 2082 63720 1,43 14,30
32 61894 1,55 1,51 2054 65774 1,53 15,30
33 64355 1,5 1,34 2461 68235 1,42 14,20
34 66164 1,45 1,4 1809 70044 1,43 14,25
35 68085 1,41 1,42 1921 71965 1,42 14,15
36 70102 1,55 1,3 2017 73982 1,43 14,25
37 72103 1,44 1,4 2001 75983 1,42 14,20
38 74104 1,42 1,22 2001 77984 1,32 13,20
39 77008 1,53 1,35 2904 80888 1,44 14,40
40 79650 1,55 1,17 2642 83530 1,36 13,60
Tabelul 4.5.7.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 80233 2,07 2,23 0 0 2,15 21,50
2 82503 2,1 1,89 2270 2270 2,00 19,95
63 3 84897 1,99 1,9 2394 4664 1,95 19,45
4 87217 1,78 1,9 2320 6984 1,84 18,40
5 90384 1,95 1,8 3167 10151 1,88 18,75
6 93712 2 1,7 3328 13479 1,85 18,50
7 97398 1,8 1,8 3686 17165 1,80 18,00
8 212 1,81 1,8 2814 19979 1,81 18,05
9 2301 1,96 1,72 2089 22068 1,84 18,40
10 4256 2 1,7 1955 24023 1,85 18,50
11 6939 2,01 1,68 2683 26706 1,85 18,45
12 9900 2,08 1,68 2961 29667 1,88 18,80
13 12790 2,08 1,68 2890 32557 1,88 18,80
14 15082 2,1 1,64 2292 34849 1,87 18,70
15 17419 2,08 1,68 2337 37186 1,88 18,80
16 20817 2,06 1,62 3398 40584 1,84 18,40
17 22819 2,08 1,65 2002 42586 1,87 18,65
18 24701 2,08 1,6 1882 44468 1,84 18,40
19 26845 2,07 1,63 2144 46612 1,85 18,50
20 28960 2,02 1,56 2115 48727 1,79 17,90
21 30886 2,06 1,6 1926 50653 1,83 18,30
22 3325 4 2,03 1,63 2368 53021 1,83 18,30
23 36458 2,03 1,6 3204 56225 1,82 18,15
24 39570 2,01 1,59 3112 59337 1,80 18,00
25 41620 2,01 1,55 2050 61387 1,78 17,80
26 43686 2,01 1,55 2066 63453 1,78 17,80
27 45685 1,98 1,5 1999 65452 1,74 17,40
28 47627 1,98 1,54 1942 67394 1,76 17,60
29 49649 1,98 1,55 2022 69416 1,77 17,65
30 51935 1,97 1,55 2286 71702 1,76 17,60
31 54203 1,96 1,52 2268 73970 1,74 17,40
32 56214 2 1,5 2011 75981 1,75 17,50
33 58225 1,98 1,51 2011 77992 1,75 17,45
34 60234 1,98 1,52 2009 80001 1,75 17,50
35 62605 1,94 1,53 2371 82372 1,74 17,35
36 64624 1,93 1,53 2019 84391 1,73 17,30
37 66664 1,96 1,51 2040 86431 1,74 17,35
38 68662 1,95 1,5 1998 88429 1,73 17,25
39 70661 1,96 1,5 1999 90428 1,73 17,30
40 72668 1,96 1,51 2007 92435 1,74 17,35
41 74668 1,95 1,51 2000 94435 1,73 17,30
42 76705 1,91 1,53 2037 96472 1,72 17,20
43 78792 1,91 1,52 2087 98559 1,72 17,15
44 81011 1,91 1,53 2219 100778 1,72 17,20
45 83019 1,9 1,51 2008 102786 1,71 17,05
46 85022 1,91 1,53 2003 104789 1,72 17,20
47 87022 1,89 1,52 2000 106789 1,71 17,05
48 89021 1,9 1,52 1999 108788 1,71 17,10
49 91022 1,9 1,51 2001 110789 1,71 17,05
50 93023 1,9 1,52 2001 112790 1,71 17,10
51 95064 1,9 1,5 2041 114831 1,70 17,00
52 97064 1,89 1,5 2000 116831 1,70 16,95
64 Tabelul 4.5.8.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 97066 2,6 3,08 0 0 2,84 28,40
2 99085 2,31 2,87 2019 2019 2,59 25,90
3 1066 2,21 2,78 1981 4000 2,50 24,95
4 3072 2,08 2,7 2006 6006 2,39 23,90
5 5081 2,06 2,65 2009 8015 2,36 23,55
6 7072 2 2,64 1991 10006 2,32 23,20
7 9069 1,96 2,59 1997 12003 2,28 22,75
8 11143 1,91 2,55 2074 14077 2,23 22,30
9 13696 1,9 2,54 2553 16630 2,22 22,20
10 15772 1,85 2,41 2076 18706 2,13 21,30
11 18021 1,81 2,43 2249 20955 2,12 21,20
12 20060 1,79 2,43 2039 22994 2,11 21,10
13 22127 1,82 2,43 2067 25061 2,13 21,25
14 24277 1,86 2,43 2150 27211 2,15 21,45
15 26946 1,73 2,43 2669 29880 2,08 20,80
16 29312 1,82 2,41 2366 32246 2,12 21,15
17 31320 1,78 2,44 2008 34254 2,11 21,10
18 33214 1,78 2,45 1894 36148 2,12 21,15
19 35310 1,78 2,4 2096 38244 2,09 20,90
20 37500 1,77 2,4 2190 40434 2,09 20,85
21 39507 1,76 2,41 2007 42441 2,09 20,85
22 41504 1,75 2,4 1997 44438 2,08 20,75
23 43549 1,78 2,37 2045 46483 2,08 20,75
24 45555 1,72 2,39 2006 48489 2,06 20,55
25 47680 1,67 2,3 2125 50614 1,99 19,85
26 49750 1,62 2,35 2070 52684 1,99 19,85
27 51749 1,56 2,32 1999 54683 1,94 19,40
28 53750 1,62 2,33 2001 56684 1,98 19,75
29 55730 1,61 2,34 1980 58664 1,98 19,75
30 57750 1,65 2,34 2020 60684 2,00 19,95
31 60500 1,66 2,3 2750 63434 1,98 19,80
32 62507 1,62 2,28 2007 65441 1,95 19,50
Tabelul 4.5.9.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 95012 2,8 3,07 0 0 2,94 29,35
2 97054 2,42 2,88 2042 2042 2,65 26,50
3 99452 2,5 2,75 2398 4440 2,63 26,25
4 1370 2,38 2,71 1918 6358 2,55 25,45
5 4462 2,25 2,68 3092 9450 2,47 24,65
6 7689 2,21 2,64 3227 12677 2,43 24,25
7 8845 2,15 2,6 1156 13833 2,38 23,75
8 10126 2,13 2,6 1281 15114 2,37 23,65
9 12450 2,09 2,58 2324 17438 2,34 23,35
10 16372 2,05 2,48 3922 21360 2,27 22,65
11 18026 2,04 2,46 1654 23014 2,25 22,50
12 20065 2,03 2,44 2039 25053 2,24 22,35
13 22127 2,01 2,43 2062 27115 2,22 22,20
65 14 25004 2 2,43 2877 29992 2,22 22,15
15 26946 1,89 2,43 1942 31934 2,16 21,60
16 29312 1,9 2,42 2366 34300 2,16 21,60
17 32451 1,87 2,43 3139 37439 2,15 21,50
18 33214 1,84 2,45 763 38202 2,15 21,45
19 34652 1,78 2,4 1438 39640 2,09 20,90
20 37500 1,78 2,4 2848 42488 2,09 20,90
21 39954 1,77 2,41 2454 44942 2,09 20,90
22 41504 1,75 2,4 1550 46492 2,08 20,75
23 44560 1,7 2,37 3056 49548 2,04 20,35
24 45555 1,72 2,39 995 50543 2,06 20,55
25 47680 1,7 2,35 2125 52668 2,03 20,25
26 50002 1,65 2,4 2322 54990 2,03 20,25
27 51749 1,7 2,32 1747 56737 2,01 20,10
28 54012 1,68 2,33 2263 59000 2,01 20,05
29 55730 1,68 2,32 1718 60718 2,00 20,00
30 58701 1,71 2,3 2971 63689 2,01 20,05
31 60500 1,67 2,3 1799 65488 1,99 19,85
32 62543 1,62 2,25 2043 67531 1,94 19,35
33 66475 1,62 2,12 3932 71463 1,87 18,70
34 68254 1,61 2,11 1779 73242 1,86 18,60
35 70012 1,62 2,1 1758 75000 1,86 18,60
36 73452 1,61 2 3440 78440 1,81 18,05
37 78320 1,6 2 4868 83308 1,80 18,00
Datele înregistrate în tabelele 4.5. 6, 4.5. 7, 4,5, 8 și 4.5. 9 sunt prezentate cumulat în figura
4.5.3, pentru cele patru epruvete supuse incerc ării de anduran ță la încovoiere pentru o s ăgeată de
deformare de ± 2 mm.
0510152025303540
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000Epruveta nr. 15
Epruveta nr. 9
Epruveta nr. 10
Epruveta nr. 19
Cicluri solicitareForță solicitare [daN] .
Figura 4. 5.3. Reprezentarea grafic ă a încerc ării de anduran ță la încovoiere de ± 2,5 mm
În tabelul 4.5.1 0 sunt înregistrate valorile for țelor maxime și a celor minime pentru cele
patru epruvetele supuse la încercarea de anduran ță la o s ăgeată de încovoiere de ± 2 mm
66 Tabelul 4.5.1 0.
Epruveta nr. 15 9 10 19
Max 27,15 21,50 28,40 29,35 Forță
[daN] Min 13,20 16,95 19,40 18,00
Scădere procentual ă 51,38 % 21,16 % 31,69 % 38,67 % Săgeată ±2 mm
Num ăr cicluri solicitare 83530 116831 65441 8330 8
După realizarea încerc ării de anduran ță la încovoiere pentru cele patru epruvete solicitate
la o s ăgeată de deformare de ± 2 mm, s -a trecut la încercarea epruvetelor la anduran ță la
încovoiere pentru o s ăgeată de deformare de ± 1 mm.
În tabelul 4.5.11 – 4.5.13 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele trei epruvete
incercate la anduran ță la o s ăgeată de ±1 mm.
Tabelul 4.5.1 1.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 63041 1,98 2,25 0 0 2,12 10,58
2 69109 1,99 2,13 6068 6068 2,06 10,30
3 79470 2,02 1,99 10361 16429 2,01 10,03
4 84274 2,03 2,1 4804 21233 2,07 10,33
5 90909 2,11 2 6635 27868 2,06 10,28
6 97467 2,13 1,94 6558 34426 2,04 10,18
7 2134 2,11 1,97 4667 39093 2,04 10,20
8 11465 2,07 1,95 9331 48424 2,01 10,05
9 16853 1,9 1,93 5388 53812 1,92 9,58
10 24744 1,99 2,01 7891 61703 2,00 10,00
11 33595 1,94 2,02 8851 70554 1,98 9,90
12 39344 2 1,97 5749 76303 1,99 9,93
13 45610 1,98 1,96 6266 82569 1,97 9,85
14 51401 1,92 2 5791 88360 1,96 9,80
15 56109 1,9 1,92 4708 93068 1,91 9,55
16 66460 1,9 1,96 10351 103419 1,93 9,65
17 77385 1,94 1,95 10925 114344 1,95 9,73
18 84180 1,9 1,96 6795 121139 1,93 9,65
19 86965 1,9 1,92 2785 123924 1,91 9,55
20 94042 1,9 1,91 7077 131001 1,91 9,53
21 5995 1,92 1,88 11953 142954 1,90 9,50
22 6475 1,94 1,85 480 143434 1,90 9,48
23 27928 2,02 1,82 21453 164887 1,92 9,60
24 45644 1,9 1,86 17716 182603 1,88 9,40
25 51577 1,97 1,78 5933 188536 1,88 9,38
26 64230 1,94 1,8 12653 201189 1,87 9,35
27 77259 1,93 1,8 13029 214218 1,87 9,33
28 90240 1,91 1,78 12981 227199 1,85 9,23
29 1943 1,93 1,78 11703 238902 1,86 9,28
30 10090 1,89 1,86 8147 247049 1,88 9,38
31 23488 1,86 1,84 13398 260447 1,85 9,25
67 32 35358 1,89 1,8 11870 272317 1,85 9,23
33 48090 1,83 1,84 12732 285049 1,84 9,18
Tabelul 4.5.1 2.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 48121 2,17 2,1 0 0 2,14 10,68
2 70946 1,65 1,92 22825 22825 1,79 8,93
3 79065 1,62 2,02 8119 30944 1,82 9,10
4 96460 1,7 1,8 17395 48339 1,75 8,75
5 5678 1,5 2,06 9218 57557 1,78 8,90
6 12041 1,55 1,99 6363 63920 1,77 8,85
7 20065 1,57 1,97 8024 71944 1,77 8,85
8 43716 1,61 2,03 23651 95595 1,82 9,10
9 81035 1,55 2,07 37319 132914 1,81 9,05
10 89037 1,56 2,06 8002 140916 1,81 9,05
11 95067 1,53 2,06 6030 146946 1,80 8,98
12 9758 1,32 2,224 14691 161637 1,77 8,86
13 20777 1,39 2,2 11019 172656 1,80 8,98
14 36640 1,35 2,18 15863 188519 1,77 8,83
15 54447 1,44 2,14 17807 206326 1,79 8,95
16 63894 1,38 2,16 9447 215773 1,77 8,85
Tabelul 4.5.1 3.
Tensiune masurata
Nr. crt. Index
contor + – Cicluri
partiale Cicluri
totale Tensiuni
inregistrate (V) Forta
masurata
(daN)
1 48530 2,2 2,2 0 0 2,20 11,00
2 51320 2,2 2,2 2790 2790 2,20 11,00
3 60452 2,2 2,1 9132 11922 2,15 10,75
4 63254 2,14 2,12 2802 14724 2,13 10,65
5 71453 2,23 2,1 8199 22923 2,17 10,83
6 80123 2,22 2 8670 31593 2,11 10,55
7 89993 2,21 2 9870 41463 2,11 10,53
8 264 2,2 2 10271 51734 2,10 10,50
9 10364 2,1 1,95 10100 61834 2,03 10,13
10 19520 2 2,05 9156 70990 2,03 10,13
11 28540 1,98 2,02 9020 80010 2,00 10,00
12 33487 2 1,99 4947 84957 2,00 9,98
13 41582 1,98 1,98 8095 93052 1,98 9,90
14 49623 1,96 1,99 8041 101093 1,98 9,88
15 56109 1,95 1,96 6486 107579 1,96 9,78
16 61460 1,9 1,97 5351 112930 1,94 9,68
17 70485 1,94 1,97 9025 121955 1,96 9,78
18 79180 1,92 1,96 8695 130650 1,94 9,70
19 86965 1,91 1,94 7785 138435 1,93 9,63
20 9505 4 1,9 1,91 8089 146524 1,91 9,53
21 4452 1,92 1,9 9398 155922 1,91 9,55
22 11863 1,94 1,87 7411 163333 1,91 9,53
23 19451 1,96 1,83 7588 170921 1,90 9,48
24 27462 1,9 1,85 8011 178932 1,88 9,38
68 25 35879 1,97 1,77 8417 187349 1,87 9,35
26 42421 1,95 1,78 6542 193891 1,87 9,33
27 48258 1,93 1,79 5837 199728 1,86 9,30
28 52584 1,92 1,78 4326 204054 1,85 9,25
29 59952 1,93 1,78 7368 211422 1,86 9,28
30 67890 1,9 1,8 7938 219360 1,85 9,25
31 71365 1,86 1,83 3475 222835 1,85 9,23
32 80358 1,87 1,8 8993 231828 1,84 9,18
33 88685 1,83 1,84 8327 240155 1,84 9,18
34 91249 1,84 1,8 2564 242719 1,82 9,10
35 97328 1,83 1,8 6079 248798 1,82 9,08
36 1058 1,81 1,81 3730 252528 1,81 9,05
37 10542 1,82 1,79 9484 262012 1,81 9,03
38 18532 1,8 1,8 7990 270002 1,80 9,00
39 27982 1,8 1,78 9450 279452 1,79 8,95
40 35054 1,77 1,8 7072 286524 1,79 8,93
În figura 4.5. 4 sunt prezentate cumulat reprezentarea grafic ă a datelor înregistrate în
tabelele 4.5. 11, 4.5. 12, și 4.5.1 3 pentru cele trei epruvete supuse incerc ării de anduran ță la
încovoiere pentru o s ăgeată de deformare de ± 1 mm.
0510152025303540
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000Epruveta nr. 16
Epruveta nr. 13
Epruveta nr. 20
Cicluri solicitareForță solicitare [daN] .
Figura 4. 5.5. Reprezentarea grafic ă a încerc ării de anduran ță la încovoiere de ± 1 mm
În tabelul 4.5.1 4 sunt înregistrate valorile for țelor ini țiale și a celor finale pentru cele trei
epruvetele supuse la încercarea de anduran ță la o s ăgeată de încovoiere de ± 1 mm, iar în figura
4.5.12 este o reprezentare grafic ă a acestor date.
69 Tabelul 4.5.1 4.
Epruveta nr. 16 13 20
max 10,58 10,68 11,00 Forță
[daN] min 9,18 8,75 8,93
Scădere procentual ă 13,24 % 18,03 % 18,86 % Săgeată ±1 mm
Num ăr cicluri solicitare 285049 215773 286524
Toate datele înregistrate în timpul acestor încerc ări de anduran ță sunt prezentate, cumulat,
în graficul din figura 4.5. 5.
0510152025303540
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000E pruveta nr. 16
E pruveta nr. 7
E pruveta nr. 17
E pruveta nr. 18
E pruveta nr. 15
E pruveta nr. 9
E pruveta nr. 10
E pruveta nr. 19
E pruveta nr. 16
E pruveta nr. 13
E pruveta nr. 20
Cicluri solicitareForță solicitare [daN] .
Figura 4.5. 5. Rep rezentarea grafic ă cumulat ă a încerc ării de anduran ță la încovoiere
4.5.3. Moduri de rupere a epruvetelor
Epruvetele folosite la încercarea de anduran ță la încovoiere pentru o s ăgeată de
deformare de ± 3,5 mm și-au pierdut rigiditatea, dar nu s -au rupt. Rășina din zona median ă s-a
distrus. Dup ă cum se vede în figura 4.5. 6 rășina este plin ă de fisuri transversale în zona de mijloc
a epruvetei.
Diferen țele dintre for țele ini țiale de solicitare și cele finale sunt mari. For țele de solicitare
ale epruvetelo r supuse la încovoiere cu o s ăgeată de deformare de ± 3,5 mm au sc ăzut cu
procente cuprinse între 85,14% și 90,50%.
70
Figura 4. 5.6. Fisurile ap ărute în epruvetele încercate la anduran ță la încovoiere
Nici epruvetel încercate la anduran ță la încovoiere pentru s ăgeata de solicitare de ± 2 mm
nu s-au rupt în urma probelor, dar și ele și-au pierdut rigiditatea. Și pe suprafa ța acestor epruvete
au ap ărut fisuri transversale în r ășină. Forțele de solicitare la încovoiere ale celor patru epruvete
supuse la o s ăgeată de deformare de ± 2 mm a u scăzut cu procente între 21,16% și 51,38%.
Și pe cele trei epruvetele supuse încerc ării de anduran ță la o s ăgeată de ± 1 mm au ap ărut
câteva fisuri transversale în zona median ă. Rigiditatea acestor epruvete poate fi consid erată
nemodificat ă deoarece, for țele de solicitare au avut sc ăderi de 13,24% pân ă la 18,86%.
4.6. Rezultatele încerc ărilor de determinare a coeficientului de conductivitate termic ă
Epruvetele pentru încerc ările experimentale au fost realizate din materi ale fabricate de
către SC COMPOZITE SRL Brașov. Încerc ările de determinare a coeficientului de
conductivitate termic ă au fost realizate în cadrul Laboratorului de Încercare a Materialelor al
UNIVERSIT ĂȚII TRANSILVANIA Bra șov.
4.6.1. Tipuri de epruvete uti lizate
Epruvetele folosite în cadrul acestor înc ercări au fost obținute dintr -o plac ă [x45]
realizat ă din rășină poliesteric ă, armat ă cu 15 straturi de împâslitur ă de fibr ă de sticl ă (MAT din
fibră de sticl ă cu masa specific ă 450g /m2). Epruvetele au fost realizate conform schi ței din
figura 4.6.1.
– Lungimea epruvetei (A) este de 250 mm;
– Lățimea epruvetei (B) este de 250 mm;
71 – Grosimea epruvetei (C) este de 12 mm (funcție de grosimea pl ăcii din care s -au
prelevat epruvetele ).
Figura 4.6.1. Forma epruvetelor folosite
Principiul de lucru este urm ătorul:
Proba de material se a șează între dou ă plăci metalice plane, cea superioar ă cu o
temperatur ă mai mare – constant ă, denumit ă încălzitoare, prev ăzută cu o rezisten ță electric ă, iar
cea inferioar ă cu o temperatur ă mai sc ăzută – constant ă, denumit ă rece, care cedeaz ă căldura.
Cu ajutorul termometrelor se determin ă valoarea medie a temperaturii agentului termic în
placa înc ălzitoare și în placa rece. Cu aceste termometre se poate calcula căderea de temperatur ă
în prob ă.
Epruvetele încercate în cadrul acestei lucr ări au fost decupate dintr -o plac ă realizat ă din
15 straturi de împâslitur ă din fibre de sticl ă. Grosimea pl ăcii din fibr ă de sticl ă este de
aproximativ 12 mm, dar pentru c ă placa a fost mulat ă liber în matri ță deschis ă, grosimea acesteia
nu este constant ă, iar una dintre suprafete acesteia (cea care nu a fost în contact cu matri ța) nu
este plan ă.
Epruvetele utilizate trebuie s ă aibă ambele fe țe plane și paralele . Epruvetele trebu ie să
aibă grosime constant ă, pentru a putea sta în contact perfect cu pl ăcile de lucru ale instala ției.
Din acest motiv epruvetele realizate au fost supuse unei prelucr ări de frezare .
4.6.2. Rezultatele încerc ărilor de determinare a coeficientului de co nductivitate termic ă
Coeficientul de conductivitate termic ă caracterizeaz ă proprietatea materi alelor de a
conduce fluxul termic. Conductivitatea termic ă a materialelor solide are valori foarte diferite,
funcție de natura și propriet ățile materialelor [x43]. A B
C
72 Coeficientul de conductivitate termic ă este numeric egal cu fluxul termic [x44], care
traverseaz ă unitatea de suprafa ță a unei pl ăci de grosime unitar ă, când diferen ța de temperatur ă
între suprafe țele exterioare este egal ă cu unitatea. Deci:
úûù
êëé
Dd×=lmKW
tq.
Determinarea acestui coeficient presu pune m ăsurarea experimental ă a mărimilor q, d și tD.
Func ție de valoarea λ, solidele se împart în:
– materiale izolante: λ = 0,02 – 0,15 [W/(mK)];
– materiale refractare: λ = 0,60 – 3,50 [W/(mK)] ;
– materiale metalice: λ = 8,70 – 458 [W/(mK)] .
Epruvetele realizate au fost folosite pentru determinarea experimental ă a conductivit ății
termice a materialului compozit. În urma frez ării epru veta cu num ărul 1 a ajuns la o grosime de
10,5 mm, iar epruveta cu num ărul 2 la o grosime de 9,50 mm. Epruvetele au fost montate, pe
rând, între p lăcile de lucru ale instala ției.
După intrarea instala ției în regim sta ționar de func ționare , se fac urm ătoare le determin ări,
din 15 în 15 minute ( 0,25 ore ), care se înregistreaz ă:
– ora și minutele indicate de ceas;
– indica ția contorului de energie electric ă;
– temperatura agentului termic citit ă la termometrele amplasate la intrare și la ie șire din
placa superioar ă (tci, tce), respectiv la termometrele ale pl ăcii inferioare ( tri, tre);
– temperatura înc ăperii;
– temperatura apei de r ăcire;
– se m ăsoară grosimea probei la sfâr șitul experimentului cu ajutorul celor patru
micrometre.
Pentru epruveta cu num ărul 1 datele înregis trate sunt redate în tabelele 4.6.1 și 4.6.2, iar în
tabelul 4.6.3 sunt prezentate datele calculate [ x42].
Tabelul 4.6.1.
Epruveta nr. 1 Material Fibră de sticl ă Data 2013
Citirea nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Timp
Temperatura
camerei TR 20
Citirea de pe
contor E 556,7793 556,7919 556,8036 556,8142 556,8241 556,833
Intrare placa
de incalzire
protectoare
tci 31,58 31,72 31,62 31,65 31,71 31,72
Iesire placa
de incalzire
protectoare
tce 31,55 31,58 31,53 31,52 31,6 31,6
73 Intrare placa
de racire tri 22,24 22,65 23,05 23,4 23,62 23,78
Iesire placa
de racire tre 22,05 22,42 22,84 23,19 23,35 23,55
Treapta de
putere 9
ΔE 0,013 0,012 0,011 0,01 0,009 0
Δζ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
ΔE/Δζ 0,05 0,047 0,042 0,04 0,036 0
Tabelul 4.6.2.
Micrometre Masurare Eroare Valoare
corectata
δ1 [ mm ] 10,31 0,01 10,3
δ2 [ mm ] 10,55 0,01 10,54
δ3 [ mm ] 10,53 0,01 10,52
δ4 [ mm ] 10,48 0,01 10,47
Σδ1-4 [ mm ] 41,83
Σδ1-4/4 [ mm ] 10,4575
Tabelul 4.6.3.
Marimi calculate
Σtci= 190,0000 Σtci/m= 31,6667 a= 31,596667
Σtce= 189,3800 Σtce/m= 31,5633 b= 31,503333
Σtri= 138,7400 Σtri/m= 23,1233 c= 23,053333
Σtre= 137,4000 Σtre/m= 22,9000 d= 45,843333
a+b= 63,1000 m= 6
c+d= 45,8433
(a+b) -(c+d)= 17,2567
Δt= 8,6283
tm= 27,2358
ΣΔE= 0,0537
ΣΔζ= 1,2500
ΣΔE/ΣΔζ= 0,0430
q= 108,8684
qxw= 0,1217
δ= 0,0105
λ=qxδ/(Δt-qxw)= 0,133835907834897 [kcal/(hmgrad)]
λ=qxδ/(Δt-qxw)= 0,155651160811985 [W/(mK)]
Pentru epruveta cu numărul 2 datele înregistrate sunt redate în tabelele 4.6.4 și 4.6.5, iar în
tabelul 4.6.6 sunt prezentate datele calculate.
Tabelul 4.6.4.
Epruveta nr. 2 Material Fibră de sticl ă Data 2013
Citirea nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Timp
Temperatura
camerei TR 20
74 Citirea de pe
contor E 556,9353 556,9464 556,9568 556,9656 556,9747 556,9833 556,9916 556,999 557,0055 557,0125 557,0181 557,0242 557,0294
Intrare placa
de incalzire
protectoare
tci 31,7 31,65 31,62 31,8 31,63 31,61 31,6 31,6 31,75 31,65 31,73 31,58 31,7
Iesire placa
de incalzire
protectoare
tce 31,58 31,55 31,59 31,61 31,55 31,53 31,51 31,52 31,61 31,59 31,64 31,51 31,61
Intrare placa
de racire tri 22,2 22,48 22,7 22,9 23 23,2 23,4 23,57 23,74 23,88 24,04 24,22 24,2
Iesire placa
de racire tre 21,96 22,25 22,45 22,64 22,7 22,91 23,16 23,32 23,5 23,58 23,73 23,86 23,9
Treapta de
putere 9
ΔE 0,0111 0,0104 0,0088 0,0091 0,0086 0,0083 0,0074 0,0065 0,007 0,0056 0,0061 0,0052 0
Δζ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
ΔE/Δζ 0,0444 0,0416 0,0352 0,0364 0,0344 0,0332 0,0296 0,026 0,028 0,0224 0,0244 0,0208 0
Tabelul 4.6.4.
Micrometre Masurare Eroare Valoare
corectata
δ1 [ mm ] 9,52 0,01 9,51
δ2 [ mm ] 9,7 0,01 9,69
δ3 [ mm ] 9,53 0,01 9,52
δ4 [ mm ] 9,53 0,01 9,52
Σδ1-4 [ mm ] 38,24
Σδ1-4/4 [ mm ] 9,56
Tabelu l 4.6.4.
Marimi calculate
Σtci= 411,6200 Σtci/m= 31,6631 a= 31,593077
Σtce= 410,4000 Σtce/m= 31,5692 b= 31,509231
Σtri= 303,5300 Σtri/m= 23,3485 c= 23,278462
Σtre= 299,9600 Σtre/m= 23,0738 d= 46,242308
a+b= 63,1023 m= 13
c+d= 46,2423
(a+b)-(c+d)= 16,8600
Δt= 8,4300
tm= 27,3362
ΣΔE= 0,0941
ΣΔζ= 3,0000
ΣΔE/ΣΔζ= 0,0314
q= 79,4888
qxw= 0,0889
δ= 0,0096
λ=qxδ/(Δt-qxw)= 0,0911042736053292 [kcal/(hmgrad)]
λ=qxδ/(Δt-qxw)= 0,105954270202998 [W/(mK)]
4.7. Concluzii
Analizând modul de comportare, în timpul încerc ărilor, al epruvetelor realizate din
materialele compozite încercate, se pot formula câteva aprecieri.
75 4.7.1. Concluzii referitoare la încercarea de rupere la încovoiere
Materialele compozite, folosite pentru realizarea epruvetelor, au fost realizate din
constituien ți diferi ți și în diferite combina ții.
Pentru unele din materialele realizate s -a folosit țesătură din fibr ă de sticl ă, de tip roving .
Aceste țesături sunt utilizate, în general, pentru armarea r ășinilor poliesterice și epoxidice și
prezint ă propriet ăți bune de impregnabilitate. Au o grosime de 0,75 mm și o mas ă specific ă de
845 g/m2.
Fibra de sticl ă a fost folosit ă și sub form ă de stra turi de împâslitur ă. Straturile de
împâslitur ă aveau grosimea de 0,8 mm.
Un alt constituent utilizat este corematul. Corematul este un material utilizat la laminatele
compozite, realizat dintr -o pâsl ă, sub form ă de coal ă, ce se pune între straturile de fib ră de sticl ă.
Este un material mai vâscos. Este folosit pentru a absorbi surplusul de rasin ă.
Tot pentru armare s -au folosit și țesături din fibre de carbon.
Astfel, primul material testat, prezentat în capitolul anterior a fost realizat din r ășină
polie steric ă, armat cu 5 straturi de țesătură din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă de 845g /m2, RT
800. Al doilea material încercat a fost realizat tot din rășină poliesteric ă, armat cu 7 straturi de
țesătură din fibr ă de sticl ă cu masa specific ă de 845g /m2, codificat 107. Aceste dou ă tipuri de
materiale au fost realizate din aceia și constituien ți, diferind doar num ărul de straturi de țesătură
din fibr ă de sticl ă folosite.
Din primul material s -au realizat epruvete având o grosime de 4,5 mm. Epruvetele
realiz ate din cel de -al doilea material au avut o grosime de 6 mm.
În urma încerc ărilor, epru vetele ob ținute din materialele realizat e din 5 sau 7 straturi de
țesătură din fibr ă de sticl ă s-au rupt par țial. Câteva straturi, din cele solicitate la întindere, s -au
rupt în întregime. La nici una dintre epruvete nu a ap ărut o desprindere între straturi, cu excep ția
zonei mediene, unde s -a produs ruperea. Sarcina de încovoiere la rupere, σ, a variat între 22,23 și
38,90 [MPa] .
Al treilea material supus încerc ărilor de rupere la încovoiere a fost un material din r ășină
poliesteric ă, de tip "sandwich", din straturi de țesătură de fibr ă de sticl ă, dar având în
componen ță și coremat. Epruvetele ob ținute din acest material au o grosime de 8 mm. Aceste
epruvete au suferit deterior ări ale stratului de coremat, înainte de a se produce ruperea
propriuzis ă. Absolut toate epruvetele au suferit desprinderi între straturile constituiente din cauza
stratului de coremat incorporat. Sarcina de încovoiere la rupere pentru aceste epru vete, a avut
valori mult mai mici decât fa ță de cea a epruvetelor care nu con țineau coremat, și a variat între
5,85 și 8,81 [MPa] .
76 Fibra de sticl ă sub form ă de împâslitur ă a fost folosit ă pentru armarea unei pl ăci din
rășină poliesteric ă, din care s -au deb itat epruvete având o grosime de 12 mm. Pentru realizarea
acestei pl ăci de material compozit s -au folosit 15 straturi de împâslitur ă. Epruvetele din acest
material au fost supuse la încercarea de rupere la încovoiere, în mai multe condi ții.
Cele încercate la rupere la încovoiere, la temperatura mediului ambiant (20șC), au
prezentat rupturi ale straturilor supuse la întindere. Sarcina de încovoiere la rupere a variat între
22,15 și 23,69 [MPa] , valori comparabile cu cele ob ținute pentru epruvetele f ără core mat.
Epruvetele din acest material, încercate la o temperatur ă de 50șC, au suferit ruperi tot ale
straturilor supuse la intindere. Sarcina de încovoiere la rupere pentru epruvetele încercate la
temperatura de 50șC , a avut valori mai mici decât valorile în registrate pentru ruperea epruvetelor
aflate la temperatura mediului ambiant, și a variat între 16,41 și 17,15 [MPa] .
Epruvetele supuse la încercarea de rupere la încovoiere la o temperatur ă de 65șC, au
suferit ruperi ale straturilor supuse la intindere, d ar și desprinderi multiple între straturi. În timpul
acestor încerc ări, desprinderile dintre straturi au ap ărut cu mult înainte ca epruvetele s ă se rup ă.
Practic, r ășina a permis alunecarea straturilor de împâslitur ă, unul fa șă de altul. Sarcina de
încovoi ere înregistrat ă la rupere, σ, a avut valori foarte mici, între 1,49 și 2,31 [MPa] .
Din acest material, trei epruvete au fost înc ălzite pân ă la temperatura de 100șC, dup ă care
au fost l ăsate s ă se răceasc ă până la temperatura mediului ambiant, când a avut loc încercarea de
rupere la încovoiere. De și au fost înc ălzite, epruvetele s -au comportat asem ănător cu cele care nu
au fost deloc înc ălzite. Sarcina de încovoiere la rupere pentru epruvetele înc ălzite la temperatura
de 100șC și încercate la temperatura me diului ambiant , a avut valori între 19,51 și 22,25 [MPa] .
Ruperea s -a produs tot la straturile supuse la întindere și au ap ărut și desprinderi între straturi, în
zona median ă.
În figura 4.7.1. sunt reprezentatate grafic înregistr ările din timpul încerc ărilor de rupere la
încovoiere, pentru cîte o epruvet ă realizat ă din împâslitur ă, solicitat ă în cele patru condi ții de
încercare. Din acest grafic se observ ă că epruvetele încercate la temperatura mediului ambiant
(înregistrarea cu culoarea albastr ă) au acela și comportament cu epruvetele încălzite la 100șC și
lăsate s ă se r ăceasc ă la temperatura mediului ambiant, când au fost încercate (înregistrarea de
culoare verde). Tot din acest grafic reiese c ă rezisten ța epruvetelor realizate din r ășină
poliesteric ă, arma tă cu împâslitur ă din fibr ă de sticl ă, scade cu cre șterea temperaturii r ășinii.
Dintre constituen ții materialului compozit, matricea, a fost afectat ă de cre șterea temperaturii.
Ultimul material încercat a fost realizat din rășină epoxidic ă, armat cu cinci straturi din
țesături din fibre de carbon și un strat din poliester. Aceste epruvete au suferit ruperi totale, una
singur ă prezentând și desprideri între straturi. S-ar putea spune, mai degrab ă, că aceste epruvete
77 s-au spart în timpul încerc ărilor de încov oiere. Sarcina de încovoiere înregistrat ă la rupere pentru
aceste epruvete încercate a avut valori între 52,95 și 77,87 [MPa] .
Împâslitur ă 12mm
050100150200250300350400450
0 2 4 6 8 10
Săgeat ă [mm]Forță [daN]Epruveta la
20șC
Epruveta la
50șC
Epruveta la
65șC
Epruveta
100șC la 20șC
Figura 4.7 .1. Graficele înregistrate în condi ții de încercare diferite
În tabelul 4.7.1 sunt prezentate valorile pentru sarci nile de încovoiere înregistrate pentru
toate tipurile de epruvete încercate.
Tabelul 4.7.1.
Temperatura de încercare Sarcina de încovoiere la rupere
σ[MPa] Material Mod de realizare șC
min max
Țesătură din fibre la 20 22,23 38,90
Țesătură + coremat la 20 5,85 8,81
la 20 22,15 23,69
la 50 16,41 17,15
la 65 1,49 2,31
Fibră de sticl ă
Strat de împâslitur ă
de la 100 la 20 19,51 22,25
Fibră de carbon la 20șC 52,95 77,87
78 Din tabelul 4.7.1 reiese c ă materialul compozit realizat din fi bră de sticl ă, atât țesătură,
cât și strat de împâslitur ă, are valori apropiate pentru σ, sarcina de încovoiere, la temperatura
mediului ambiant (20 șC). Chiar dac ă utilizarea corematului în structura materialului compozit
prezint ă multe avantaje, din punc t de vedere economic, prezen ța acestuia diminuiaz ă
performan țele materialului compozit.
0102030405060708090
la 20șC la 20șC la 20șC la 50șC la 65șC la 100șC-
20șCla 20șC
Țesătură
din fibreȚesătură
+ corematStrat de împâslitur ă
Fibră de sticl ă Fibră de
carbonSarcina la încovoiere σ[MPa]
Sarcina de
încovoiere la
rupere,
σ[MPa] min
Sarcina de
încovoiere la
rupere,
σ[MPa] max
Figura 4.7 .2. Reprezentarea grafic ă a σ înregistrat ă în încerc ările efectuate
Valorile înregistrate în tabelul 4.7.1 sunt reprezentate grafic în figura 4.7. 2.
Anali zând graficul din figura 4.7.6 se constat ă că materialul compozit realizat cu țesătură
din fibre de carbon suport ă cea mai mare înc ărcare. Și materialul compozit realizat din fibre de
sticlă suport ă o înc ărcare considerabil ă dacă se afl ă în condi ții normal e de temperatur ă și dac ă nu
are în componen ță materiale ce -i pot deteriora structura omogen ă.
4.7.2. Concluzii referitoare la încercarea de anduran ță la încovoiere
După cum am prezentat în capitolele anterioare, 11 epruvete din material compozit
realizat din r ășină poliesteric ă și țesătură din fibr ă de sticl ă, RT-800, au fost supuse încerc ărilor
de anduran ță la încovoiere, pe stand. Epruvetele au fost supuse la o solicitare alternant simetric ă.
Patru epruvete au fost solicitate cu o s ăgeată de încovoiere de ±3,5 mm , alte patru epruvete au
fost la o s ăgeată de solicitate de ±2 mm și ultimele trei la o s ăgeată de ±1 mm . În timpul
79 încerc ării de anduran ță, săgeata de deforma ție a epruvetei a fost constant ă. Pentru c ă înregistrarea
datelor nu s -a putut face con tinuu, și pentru c ă încercarea a durat în timp, standul a fost oprit
periodic pentru citirea datelor urm ărite. Încercarea a fost oprit ă, de fiecare dat ă, atunci când for ța
nu a mai prezentat modific ări majore.
Datele înregistrate pentru toate epruve tele în cercate sunt prezentate în tabelul 4.7.2.
Tabelul 4.7.2.
Săgeată ±3,5 mm ±2 mm ±1 mm
Epruveta nr. 17 7 11 18 15 9 10 19 16 13 20
max 37,50 37,90 36,00 38,00 27,15 21,50 28,40 29,35 10,58 10,68 11,00 Forță
[daN] min 5,00 3,60 5,35 4,45 13,20 16,95 19,40 18,00 9,18 8,75 8,93
Num ăr cicluri 26737 7573 43027 66442 83530 116831 65441 83308 285049 215773 286524
Încă de la prima ac ționare a standului, încercarea era înso țită de zgomote de distrugere a
matricei. Imediat dup ă începerea încerc ărilor de andura nță la încovoiere, pe suprafa ța
epruvetelor, au ap ărut mici fisuri în r ășină, în zona median ă a acestora , chiar dac ă încercarea a
avut loc în domeniul elastic al materialului epruvetelor. Pe m ăsură ce încercarea continua, mai
ales pentru s ăgețile de deform are de ±3,5 mm și ±2 mm aceste fisuri au crescut ca dimensiune,
dar și ca num ăr. În acest timp for ța de înc ărcare a epruvetei a sc ăzut. Dup ă un timp, r ășina din
zona median ă a epruvetei și-a pierdut rigiditatea, fiind distrus ă de fisurile ap ărute, epruveta
nemaiopunând rezisten ță. For ța de solicitare s -a stabilizat. Epruvetele nu s -au rupt, ele p ăstrându –
și integritatea datorit ă straturilor de țesătură din fibre de sticl ă din componen ță. Dac ă, la
începutul încerc ării epruveta se comporta ca un arc lamelar, spre sf ărșitul probei aceasta se
comporta mai degrab ă ca o articula ție.
4.7.3. Concluzii referitoare la determinare a coeficientului de conductivitate termic ă
Coeficientul de conductivitate termic ă caracterizeaz ă proprietatea materi alelor de a
conduce fl uxul termic. Acesta este o constant ă fizic ă ce depinde de caracteristicile materialelor și
de condi țiile în care se g ăsesc aceste materiale. Coeficientul de conductivitate termic ă crește cu
creșterea gradului de umidit ate al corpului. Coeficientul de condu ctivitate termic ă este redus în
cazul materialelor poroase datorit ă conținutului mare de aer din structura poroas ă (aerul are un
coeficient de conductivitate termic ă foarte sc ăzut – mKW024,0 ). Coeficientul de
conductivitate termic ă crește cu creșterea densit ății materialelor.
80 Valoarea coeficientului de conductivitate ter mică, obținută prin determinare experimen –
tală, se poate compara cu valorile coeficientului pentru alte materiale din tabelele termodina –
mice , tabelul 4.7.3 . Astfel, materia lul poate fi încadrat într -o anumit ă categorie de materiale
izolatoare.
Tabelul 4.7.3.
Materiale
metalice λ
[W/(m.K)] Materiale
nemetalice λ
[W/(m.K)] Gaze λ
[W/(m.K)]
Alam ă 113 Azbest 0,15 – 0,21 Aer 0,0234
Aluminiu 207 Azbociment 0,35 Amoniac 0,0200
Argint 416 Beton 1,28 Azot 0,0243
Bronz 189 Cărămidă 0,69 – 0,81 Clor 0,0072
Cadmiu 94 Lemn de fag 0,23 – 0,41 Dioxid de sulf 0,0077
Cupru 378 Lemn de brad 0,17 – 0,35 Hidrogen 0,1594
Fontă 49 Nisip uscat 0,35 – 0,81 Oxid de carbon 0,0215
Grafit 151 Plută 0,04 – 0,05 Oxigen 0,0234
Nichel 59 Polistiren 0,04
Oțel (1%C) 45 Poliuretan 0,04
Oțel inox 16 Rumegu ș 0,07 – 0,09
Plumb 33 Sticlă 0,70 – 0,81
Staniu 59 Vată mineral ă 0,07
Tantal 55 Vată de sti clă 0,03 –0,07
Zinc 110 Zgur ă 0,22 –0,29
Pentru epruveta cu num ărul 1, valoarea ob ținută pentru coeficientul de conductivitate
termic ă este λ=0,133835907834897 [kcal/(hmgrad) ] sau λ=0,15 6 [W/(mK)], iar pentru epruve ta
cu num ărul 2, este de λ=0,0911042736053292 [kcal/(hmgrad) ] sau λ=0,10 6 [W/(mK)].
Pentru c ă valorile ob ținute sunt se încadreaz ă în intervalul 0,02 – 0,15 [W/(mK)] , se
poate spune c ă materialul compozit încercat se comport ă ca un material izolant.
81 Capitolul 5.
COMPONENTE AUTO DIN MATERIALE COMPOZITE REALIZATE
EXPERIMENTAL
Multe repere din componen ța autovehiculelor de ast ăzi sunt realizate din materiale
compozite. Materialele compozite din care se realizeaz ă aceste repere se aleg func ție de ro lul pe
care aceste componente îl au în ansamblul autovehiculului. La alegerea materialului utilizat
pentru realizarea reperelor auto un rol important îl are și tehnologia de ob ținere a acestor
componente. Reperele pot fi realizate din unul sau mai multe su bansamble, din acela șii tip de
material compozit, sau din materiale diferite, demontabile sau nedemontabile.
În cadrul tezei de doctorat s -a optat pentru realizarea experimental ă a unei portiere de
autoturism. Varianta aleas ă a fost o portier ă dreapta fa ță pentru un autoturism GOLF 3 în cinci
uși. Pentru construirea portierei auto a fost nevoie de realizarea a dou ă repere:
– o față exterioar ă;
– o ram ă interioar ă.
S-a optat pentru un model de portier ă existent și din metal pentru a se putea face încerc ări
comp arative.
Având în vedere rezultatele ob ținute în timpul încerc ărilor realizate pe epruvetele din
diferite materiale compozite s -a stabilit ca fa ța exterioar ă a portierei s ă se realizeze din fibr ă de
carbon, iar rama interioar ă din fibr ă de sticl ă.
Compone ntele necesare realiz ării portierei auto au fost executate la sediul SC
COMPOZITE SRL Bra șov și sediul Institutului de Autovehicule Rutiere INAR Bra șov.
5.1. Realizarea unei fe țe exterioare de portier ă auto
Prima fază în realizarea feței exterioare a po rtierei a constat în prelevarea dimensional ă a
unei portiere de autoturism, de acela și tip, realizat ă din metal. Cu ajutorul acestor date s -a realizat
un desen de execu ție al acestei fe țe de portier ă, care va fi folosit și pentru realizarea modelului
3D al acestui reper.
În figura 5.1.1 este ilustrat desenul realizat cu datele prelevate . În figura 5.1.2 se vede fa ța
exterioar ă a portierei realizate din r ăsină epoxidic ă armat ă cu dou ă straturi de țesătură din fibr ă de
carbon și un strat din poliester, la in terior.
În figura 5.1. 3 este prezentat modelul 3D al fe ței exterioare a portiere . Modelarea s -a
realizat folosind dimensiunile din desenul de execu ție din figura 5.1.1.
82
Figura 5.1.1. Desenul fe ței exterioare a portierei auto
Figura 5.1. 2. Fața porti erei realizat ă din fibre de carbon
Figura 5.1. 8. Modelul 3D al feței exterioare a portierei auto
83 5.2. Realizarea unei rame interioare de portiera auto
Execu ția ramei interioare a portierei auto a început tot cu o ac țiune de prelevare
dimensional ă a portierei auto metalice. Cu ajutorul acestor date s -a realizat un desen de execu ție
al ramei interioare a portierei, care va servi și pentru realizarea modelului 3D al acestui reper.
Desenul realizat cu datele prelevate este prezen tat în figura 5.2.1. În figura 5.2.2 se vede
rama interioar ă a portierei realizate din r ăsină poliesteric ă armat ă cu dou ă straturi de împâslitur ă
din fibr ă de sticl ă.
Figura 5. 2.1. Desenul ramei interioare a portierei auto
Figura 5. 2.2. Rama interio ară a portierei realizat ă din fibr ă de sticl ă
Modelul 3D al ramei interioare a portierei, realizat pe baza desenul ui de execu ție din
figura 5. 2.1, este prezentat în figura 5. 2.3.
84
Figura 5. 2.10. Modelul 3D al feței exterioare a portierei auto
5.3. Realizarea unei portiere auto
Portiera realizat ă din materiale compozite trebuie s ă fie conform desenului de ansamblu
realizat, cu datele prelevate de la portiera din metal. Ansamblul portierei este realizat prin
montarea împreun ă a feței exterioare a portierei și a ramei interioare a portierei . Desenul de
ansamblu este prezentat în figura 5.3.1.
Figura 5. 3.1. Desenul de ansamblu al portierei realizat ă din materiale compozite
Rama interioar ă și fața exterioar ă s-au fixat una de cealalt ă pentru a forma portiera
autoturismului cu ajutorul unor șuruburi, de M4, pe intreg conturul, pentru a permite montarea și
demontarea de c âte ori va fi nevoie în timpul probelor pe stand . Portiera realizat ă nu se va monta
pe un autoturism, ci va fi montata pe un stand, unde va fi supus ă unor probe de rezisten ță la
deforma ții, comparativ cu o portier ă de acela și tip, dar realizat ă din tabl ă de o țel.
85 Portierei din materiale compozite i s -au montat bara antiîmp ănare, o pereche de balamale
și un mecanis m de inchidere, identice cu cele ale variantei din tabl ă de o țel.
În figura 5.3. 2 se vede portiera realizat ă din materiale compozite, dup ă asamblare și
vopsire cu alb mat a fe ței exterioare.
Figura 5.3.4 . Portiera montat ă
Figura 5. 3.3 prez intă modelul 3D al portierei, ce a fost realizat pornind de la desenul de
execu ție din figura 5. 3.1.
Figura 5. 3.3. Modelul 3D al portierei auto
86 Capitolul 6.
CERCETAREA EXPERIMENTAL Ă A COMPONENTELOR REALIZATE
DIN MATERIALE COMPOZITE
6.1. Modelarea matematica a structurii auto
Modelele 3D realizate ale elementelor portierei au servit pentru realizarea analizei cu
element finit. Metoda Elementului Finit ( MEF ): este o metod ă numeric ă de determinare a unor
soluții aproximative la probleme d e condi ții la limit ă. Folose ște metode varia ționale de
minimizare a func ției eroare și de ob ținere a unei solu ții stabile .
Condi ția la Limit ă (Boundary Condition) este o ecua ție diferen țială care împreun ă cu un
set de condi ții suplimentare define ște matema tic un sistem fizic . Solu ția acestei ecua ții este și
soluția problemei definite prin condi țiile de limit ă.
Metoda elementelor finite s -a dezvoltat foarte mult odat ă cu apari ția și perfec ționarea
calculatoarelor electronice, în ultimii ani reu șindu-se dez voltarea unor sisteme mecanice
complete exclusiv virtual .
Analiza modal ă este studiul caracterului dinamic al u nui sistem mecanic, definit
independent de încărcarea extern ă aplicat ă și de r ăspunsul sistemului .
Mod Propriu (al unui sistem dinamic) este un m odel de mi șcare al tuturor componentelor
unui sistem, mi șcarea se realizeaz ă în faz ă și la aceea și frecven ță.
Pentru discretizarea modelului CAD s -a folosit suita software Hyperworks / Hypermesh .
În urma analizei f ăcute s -au determinat zece Moduri Proprii. În figura 6.1.1 este
reprezentarea grafic ă pentru Modul 10, la frecven ța de 152.01Hz .
Figura 6.1.1 Reprezentarea Modului 10
87 6.2. Realizare stand de încercare a structurii auto
Cercetarea experimental ă a portierei auto construit ă, din materiale compozite, se poate
realiza cu ajutorul unui stand. Standul trebuie s ă reproduc ă, cât mai fidel, modul de fixare a
portierei pe autoturism. Din acest motiv, pentru realizarea standului s -a folosit o caroserie, a unui
autoturism Volkswagen Golf 3, în cinci u și, pe care portiera realizat ă din materiale compozite s ă
se poat ă monta. Pe caroserie nu sunt montate portierele, capota, hayonul spate, prbrizul.
Caroseria nu dispune de sistemul de suspensie, direc ție sau grupul de for ță.
Standul a fos t realizat pe platforma metalic ă a Laboratorului de încerc ări di n cadrul
INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR Bra șov. Pentru ca portiera s ă se poat ă
monta exact ca pe autoturism, pe caroserie s -au p ăstrat garnitura de etan șare a portierei
(chederul), balamalele portierei, sistemul de z ăvorâre al acesteia.
Pe stand portierele, atât cea metalic ă, dar și cea din materiale compozite au fost solicitate
static și dinamic. Schema de principiu a standului este prezentat ă în figura 6.2.2.
Figura 6.2.2. Schema dispozitivului de înc ărcare static ă
1. Platf ormă metalic ă;
2. Caroserie de autoturism;
3. Montant;
4. Suport mecanism de înc ărcare;
5. Piuli ță;
6. Tijă mecanism de înc ărcare;
7. Traductor de for ță;
8. Portier ă.
9. Difuzor f ără membran ă;
10. Sonometru;
11. Camere ale sistemului VIC;
12. Trepied;
13. Unitate de calcul. 2
3 4 5 6 7
1 8 11
13 12 10 9
88 Pentru monitorizarea suprafe ței din structura portierei supus ă solicit ărilor, s -a utilizat
Metoda Corel ării Digitale a Imaginilor „VIC‟ (Video Image Correlation ), prin utilizarea
sistemului produs de compania ISI -Sys GmbH, Kassel, Germania (11).
Pentru aceast ă încercare, portierele auto, atât cea metalic ă, cât și cea din materiale
compozite au fost acoperite, pe fa ța exterioar ă, cu un strat de vopsea alb mat. Peste acest strat de
vopsea alb, în zona monitorizat ă, se vor aplica, prin pulverizare, pete cu dimensiuni, form ă și
distribu ție aleatoare, care vor asigura un bun contrast și o identificare ulterioar ă ușoară pentru
camarele sistemului VIC.
Pentru înregistrarea comportamentului portiere i în regim dinamic se utilizeaz ă un
sonometru.
6.3. Func ționarea standului de solicitar e a portierei
Pe caroseria de autoturism, fixat ă pe platforma laboratorului, se vor monta, pe rând,
portiera din metal și cea din materiale compozite pentru a fi solicita te atât static, cât și dinamic.
Pentru monitorizarea suprafe ței portierei supus ă solicit ării statice, se utilizeaz ă Metoda
Corel ării Digitale a Imaginilor „VIC‟ (Video Image Correlation ). care permite efectuarea unor
investiga ții experimentale de mare prec izie (de ordinul micronilor, μm). Aceasta este o metod ă
optic ă de investiga ție, fără contact direct cu suprafa ța piesei analizate și nu este dependent ă nici
de materialul acesteia. Nu intervine în procesul intim al modific ării câmpului de deplas ări și de
deforma ții al structurii sub ac țiunea unor factori de influen ță externi, la care piesa ar fi supus ă
sau interni.
Aplicarea acestei metode a fost posibil ă prin utilizarea sistemului produs de compania
ISI-Sys GmbH, Kassel, Germania [ 124,125 ] și un soft -ware de la Correlated Solutions, USA
[94].
Metoda se bazeaz ă pe utilizarea a dou ă camere video, aflate la o distan ță una de cealalt ă,
ale c ăror imagini înregistrate simultan ofer ă o imagine spa țială a obiectului analizat, asem ănător
ochiului uman.
Părțile princ ipale ale sistemul VIC -3D sunt:
– două camere video de înalt ă rezolu ție;
– un trepied rigid
– o unitate de calcul.
Cele dou ă camere (1) sunt dispuse pe travers ă (2) astfel, încât s ă vadă obiectul analizat
sub acelea și unghiuri, dispuse simetric (figura 6.3. 1). Obiectul analizat este vopsit cu pete de
89 dimensiuni, form ă și distribu ție aleatoare, care pe fundalul alb al suprafe ței portierei, vor asigura
un bun contrast și o identificare ulterioar ă ușoară ale acestora.
Mecanismul de solicitare static ă a portiere i func ționeaz ă pe principiul șurubului -piuliță.
Astfel, rotind piuli ța (5) din figura 6.2.2, se produce o deplasare orizontal ă a tijei mecanismului
(6), care, la rândul ei solicit ă portiera, prin intermediul traductorului de for ță (8). În timp ce
traductor ul de for ță înregistreaz ă forța de ap ăsare sau de tragere aplicat ă pe fa ța portierei,
sistemul VIC înregistreaz ă deforma țiile care apar pe suprafa ța acesteia.
Figura 6.3.1. Elementele de baz ă ale sistemului VIC -3D
Pentru ana lizarea comport ării portierelor în timpul solicit ărilor dinamice, pe acestea se va
monta, cu ajutorul dispozitivului realizat, difuzorul f ără membran ă. Acesta este alimentat, prin
intermediul unui amplificator, de un generator de semnal, ai c ărui parametri sunt controla ți. cu
ajutorul unui sonometru, amplasat în dreptul portierei, se va înregistra reac ția acesteia.
6.4. Cercetare experimentala a unei structuri clasice din metal
Pentru portiera metalic ă s-au făcut înregistr ări pentru 12 frecven țe diferite de s olicitare.
Frecven țele utilizate la solictarea portierei au fost: 80Hz, 90Hz, 100Hz, 115Hz, 130Hz, 160Hz,
170Hz, 200Hz, 250Hz, 360Hz, 500Hz și 600Hz.
1
4 3 2
1. Camer ă video de înalt ă rezolu ție;
2. Suport;
3. Trepied;
4. Lamp ă LED.
90 Pentru fiecare frecven ță, cu ajutorul sonometrului s -au realizat cîte dou ă grafice, unul de
nivel de zgomo t și celălalt pentru spectru de frecven țe.
Prima frecven ță de solicitare a portierei metalice a fost de 80 Hz. Înregistr ările grafice
pentru nivelul de zgomot pentru aceast ă frecven ță se găseste în figura 6.4.1.
#1 Leq 1s A dB dB T HU 07/1 1/13 08 h24 m07 50.4 THU 07/1 1/13 08 h24m27 49.9
Spectrum4042444648505254565860
24 m10 24m20 24 m30 24 m40 24m50 25 m00
Figura 6.4.1. Nivelul de zgomot pentru f recven ța de 80 Hz
In figura 6.4.2 este ilustrat spectrul de frecven țe pe care -l dezvolt ă fața exterioar ă a
portierei.
#1 Hz;(dB[2.000e -05 Pa ], PWR) 80 71.3 160 51.3
01020304050607080
16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k
Figura 6.4. 2. Spectrul pentru frecven ța de 80 Hz
Astfel de grafice s -au realizat și pentru celelalte frecven țe analizate.
Deform ările panoului portierei metalice, solicitat static au fost puse în eviden ță cu
ajutorul sistemului VIC -3D. O astfel de înregistrare este ilustrat ă în figura 6.4.3.
91
Figura 6.4.3. O imagine 3D a deforma ției panoului portierei metalice, la ap ăsare
În rezumat , din lips ă de spa țiu nu se pot prezenta toate îregistr ările realizate.
6.5.Cercetare experimentala a unei structuri realizate din materiale compozite
Pentru portiera din materiale compozite s -au făcut înregistr ări pentru 8 frecven țe diferite
de solicitare. Frecven țele utilizate la solictarea portierei au fost: 80Hz, 100Hz, 130Hz, 160Hz,
200Hz, 250Hz, 500Hz și 600Hz.
Și în acest caz, p entru fiecare frecven ță s-au realizat cîte dou ă grafice, unul de nivel de
zgomot și celălalt pentru spectru de frecven țe.
Prima frecven ță de solicitare a portierei metalice a fost tot de 80 Hz. Înregistr ările grafice
pentru nivelul de zgomot pentru aceast ă frecven ță se g ăseste în figura 6. 5.1. Astfel de grafice s –
au realizat și pentru celelalte frecven țe analizate.
#1 Leq 1s A dB dB T HU 07/11/13 03h36 m14 53 .5 THU 07/1 1/13 03 h36 m17 50.0
Spectrum4748495051525354555657585960
36 m10 36m20 36 m30 36 m40 36 m50 37 m00
Figura 6. 5.1. Nivelul de zgomot pentru frecven ța de 80 Hz
Deform ările panoului portierei din maeriale compozite, solicitat static au fost puse în
eviden ță cu ajutorul sistemului VIC -3D. O astfel de înregistrare este ilustrat ă în figura 6.5.3.
92
#1 Hz;(dB[2.000e -05 Pa], PWR) 80 71.5 160 55.9
01020304050607080
16 31 .5 63 12 5 25 0 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k
Figura 6.5.2. Spec trul pentru frecven ța de 80 Hz
Figura 6.5. 3. O imagine 3D a deforma ției panoului portierei din compozite, la ap ăsare
6.6. Optimizarea structurii realizate din materiale compozit
Analizând modurile de vibra ție ale structurii s -a ajuns la concluzia c ă supr afața feței
exterioare se poate rigidiza prin realizarea unui cheson, pe interior, din materiale compozite, ca
în figura 6.6.1. Chesonul se poate realiza cu ajutorul unui reper ondulat, din fibr ă de sticl ă, lipit
pe partea interioar ă a feței portierei, pes te care se mai lipe ște înc ă un strat neted de fibr ă de sticl ă.
Figura 6.6.1. Chesonul realizat din materiale compozite
93 6.7. Evaluarea comparativ ă a componentelor din materiale clasice și compozite
Se constat ă că deforma țiile su ferite de portiera din materiale compozite au valori
apropiate cu cele înregistrate pentru portiera metalic ă.
Pentru deformarea portierei din metal a fost nevoie de for țe mult mai mari, de ordinul sutelor de
Newtoni. Pentru portiera realizat ă din material e compozite, for țele de solicitare au fost doar de
ordinul zecilor de Newtoni. De aici se poate trage concluzia c ă portiera din materiale compozite
are o rigiditate mai mic ă decât portiera din metal
6.8. Concluzii
Portiera din materiale compozite prezint ă o rigiditate mai mare decât portiera metalic ă.
Realizarea unei structuri înt ărite, închise, similare unui cheson, cre ște rigiditatea reperului
solicitat. Dup ă cum s -a constatat în urma încerc ărilor de anduran ță, efectuate pe epruvete,
datorit ă depforma țiilor la care sunt supuse componentele realizate din materiale compozite, în
rășină încep s ă apar ă microfisuri, chiar dac ă solicit ările sunt în domeniul elastic al materialului.
Dacă sarcinile care solicit ă aceste repere nu dep ășesc valorile admisibile , piesele se vor deteriora
mai rapid decât cele metalice. Piesele nu se vor rupe brusc, ci vor ceda treptat, diminuându -și
propriet ățile în timpul exploat ării. Din momentul apari ției microfisurilor în r ășină, piesele
realizate din materiale compozite devin vulnerab ile în fa ța condi țiilor meteorologice.
94 Capitolul 7.
CONCLUZII FINALE ȘI PRINCIPALELE CONTRIBU ȚII ALE TEZEI DE
DOCTORAT. OPORTUNIT ĂȚI DE DEZVOLTARE A CERCET ĂRII
Materialele compozite sunt foarte mult utilizate în industria aero -spațială. Propriet ățile de
care dispun le fac de neînlocuit în fabricarea aeronavelor, chiar dac ă prețul lor este înc ă destul de
ridicat. În aceast ă ramur ă industrial ă tehnicul dicteaz ă în fa ța economicului.
Costurile necesare produc ției reperelor din materiale compo zite sunt înc ă ridicate pentru
industria constructoare de autovehicule. Din acest motiv aceste materiale au fost folosite f ără
rețineri în fabricarea componentelor de top ale autovehiculelor, acolo unde conteaz ă foarte mult
performan țele, iar pre țul este u n am ănunt nesemnificativ.
Cu toate acestea, materialele compozite î și fac loc din ce în ce mai mult în industria
constructoare de autovehicule. Utilizarea lor pentru producerea de repere pentru autovehicule
trebuie s ă se fac ă în cuno ștință de cauz ă pentru a putea ob ține performan țe maxime f ără a ridica
prețurile de produc ție. Deși exist ă modele matematice c u ajutorul c ărora se poate face o apreciere
a performan țelor materialelor compozite, pentru o utilizare judicioas ă a lor , în construc ția
reperelor auto e ste bine a fi încercate pe stand.
Încerc ările reprezint ă testul final , în utilizarea unui material, dar un calcul bine condus
poate re duce costurile de experimentare, care sunt, în general, destul de ridicate.
Analizând rezultatele ob ținute în urma încerc ărilor de rupere la încovoiere, pe stand, se
constat ă că materialele compozite dispun de propriet ăți diferite func ție de constituien ții ce le
alcătuiesc, func ție de propor ția pe care o ocup ă aceștia în compozi ția materialului. Performan țele
materialului su nt condi ționate de condi țiile de mediu în care sunt nevoite s ă lucreze.
Materialul compozit realizat din r ășină poliesteric ă, armat cu fibre de sticl ă suport ă o
încărcare considerabil ă dacă se afl ă în condi ții normale de temperatur ă. Cre ștera temperaturii
duce la sc ăderea rigidit ății acestui material . Din acest motiv, din acest tip de materiale nu se pot
realiza elemente de structur ă din vecin ătatea motoarelor termice, sau a sistemelor de evacuare a
gazelor arse , sau alte zone ale autovehiculelor expuse la temperaturi ridicate .
Prezen ța corematului în compozi ția materialului compozit armat cu fibre de sticl ă îi
reduce performan țele. Un astfel de material poate fi folosit cu succes pentru repere ornamentale,
sau f ără rol important în structura de rezisten ță a autovehiculelor. Prezen ța corematului în
componen ța structurilor de rezisten ță nu ar face decât s ă le scad ă calitatea acestora.
95 Materialul compozit realizat din r ășină epoxidic ă armat cu țesătură din fibre de carbon
suport ă cea mai mare înc ărcare, dar es te foarte rigid. Pre țul ridicat îl ține înc ă la distan ță de multe
repere auto din fabrica ția de serie.
În urma încerc ărilor de anduran ță efectuate, s -a constatat apari ția fisurilor în r ășină după
un num ăr relativ mic de cicluri de solicitare. Aceste fisuri duc, în timp, la sc ăderea
performan țelor reperului realizat din materiale compozite. Fisurile, odat ă apărute, se pot m ări cu
repeziciune din cauza condi țiilor meteorologice în care este exploatat ă structura respectiv ă.
Prezen ța apei, combinat ă cu varia ții mari și dese ale temperaturii (de la înghe ț la dezghe ț), pot
distruge rapid o structur ă în a c ărei matrice au ap ărut fisuri sau microfisuri. Din acest motiv este
de preferat ca structurile realizate din materiale compozite s ă fie în a șa fel proiectate, ca fisurile
sau microfisurile s ă nu apar ă prea repede în structura lor.
Pornind de la aceast ă constatare și tinând seama și de comportamentul portierelor pe
stand, a ap ărut ideea rigidiz ării suprafe țelor expuse la vibra ții prin construire a unei structuri
închise, de tip cheson.
Din analiza simul ărilor efectuate pe modelul 3D al portierei, atât pentru varianta simpl ă,
cât și pentru varianta cu înt ăritură se constat ă o diferen ță de aproximativ 20Hz a modurilor
proprii de vibra ții.
Rezultatele obținute în lucrar ea de fa ță au fost prezentate la sesiuni științifice și publicate
în volumele acestor sesiuni. Astfel , am publicat un num ăr de 6 lucrări, una indexat ă ISI.
Ideea de a realiza structuri rigide folosind materiale compozite trebuie exploatat ă în
continuare. M aterialele compozite permit realizarea de astfel de structuri, în compara ție cu
metalele unde o astfel de abordare ar fi costisitoare.
96 BIBLIOGRAFIE
1. Adam, M., Sheinman, I., Altus, E., Buckling of multiply delaminated beams, Journal of
Compo site Materials, Vol. 28, No. 1, 1994, p. 77 -90
2. Alămoreanu, E., Negru ț, C., Gheorghiu, H., Had ăr, A., Studiul caracteristicilor și metodelor
de calcul adecvate materialelor compozite , Contract M. C. T., 1991 -1992
3. Alămoreanu, E., Negru ț, C., Jiga, G., Calculul structurilor din materiale compozite,
Universitatea “Politehnica ” Bucure ști, 1993 x34
4. Alămoreanu,E., Chiri ță,R., Bare și plăci din materiale compozite. Ed. Tehnic ă, Bucure ști,
1997.
5. Anghel, V., Constantin, N., Sorohan, S., Petre, C., Dynamic Finite Element Analysis of
Composites Laminated Plates. CDM 2001, Bra șov, vol. II, p.241 -245.
6. Arlie, J. P. Synthetic Rubbers – Processes and Economic Data, Ed. Technique, Paris, 1992;
7. Ashbee, K.H.G., Fundamental principles of fiber reinforc ed composites, Technomic
Publishing Co. Inc., Lancaster -Basel, 1989
8. Badea A. Necula H., Stan M., Ionescu L., Blaga P., Darie G. Echipamente și instala ții
termice. Editura Tehnic ă, Bucure ști, 2003
9. Bascom, W.D., Some Surface Chemical Aspects of Gla ss Resin Compozites, 20th Conf. SPI
Reinforced Plastic Division, 1965
10. Băcanu, G. Termodinamic ă, transfer de c ăldură și mas ă. Editura Dealul Melcilor, Bra șov,
1998
11. Boeglin N, Conception de produits et environnement: 90 exemples d'éco -conception,
ADEME Ed, 1999
12. Bostaph, G.M., Elser, W., A fracture mechanics analysis for delamination growth during
impact on composite plates, in 1983 Advances in Aerospace Structures, Materials and
Dynamics, American Society of Mechanical Engineers, New York, 1983, p. 133 -138
13. Bran Florina, Rojanschi Vladimir – Protec ția și ingineria mediului; Editura Economic ă 1997
14. Bran Florina, Simon Tamara – Geografie economic ă mondial ă; Editura Economic ă 1996
15. Bratu, P., Vibra țiile sistemelor elastice, Ed. Tehn ică, Bucure ști, 2000.
16. Broutman, L.J., Failure Mechanism in Glass Reinforced Plastics Subjected to Staic
Compression, Creep and Fatigue, 19th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1964
17. Broutman, L.J., Glass Resin Joint Strenght and their Effect o n Failure Mechanism in
Reinforced Plastics, 22th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1966
97 18. Broutman, L.J., Glass Resin Joint Strenght Studies, 17th Conf. SPI Reinforced Plastic
Division, 1962
19. Brundtland G.H. & World Commission on Environmenty a nd Development, Our common
future, Oxford University Press, Oxford, 1987
20. Cardon, A., Recent developments in experimental mechanics of composite systems, A 9 -a
Conf. Int. de Mecanic ă Exp., Copenhaga, 1990, Vol. 1, p. 348 -355
21. Chiru, Anghel și Mar incaș, Dumitru Tehnologii speciale de fabricare și reparare a
autovehiculelor, Reprografia Universit ății TRANSILVANIA, 1991;
22. Chiru,A., ș.a., Materiale compozite. Vol.I, Ed. Universit ății TRANSILVANIA Bra șov,
1999.
23. Cognard, Ph., Les Applications i ndustrielles des materiaux composites, Editions du
Moniteur
24. Constantin, N., Jiga, G., Had ăr, A., Numerical modelling of a fibre reinforced composite,
Proc. of EUROMAT ’95, Padova -Vene ția, 1995, p. 521 -524
25. Constantinescu, I. N., D ăneț, G., Metode n oi pentru calcule de rezisten ță, Editura Tehnic ă,
Bucure ști, 1989
26. Constantinescu, I.N., Picu, C., Had ăr, A., Gheorghiu, H., Rezisten ța materialelor pentru
ingineria mecanic ă, Editura BREN, Bucure ști, 2006
27. Cook, J., A Mechanism for the Control of Crack Propagation in All Brittle Systems,
22th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1966
28. Crăciunescu M., Materiale compozite, Editura SEDONA, Timisoara, 1998
29. Cristescu, N., Mecanica materialelor compozite, Vol.1, Universitatea Bucure ști, 1983
30. Davies, G.A.O., Zhang, X., Zhou, G., Watson, S., Numerical modelling of impact damage,
Composites, Vol. 25 (5), 1994, p. 342 -350
31. Dow, N., Enhancement of the Transverse Properties of Fibrous Compozites, 21th Conf. SPI
Reinforced Plastic Division, 1966
32. Doxsee, L.E., Rubbrecht, P, Li, L., Verpoest, I., Scholle, M., Delamination growth in
composite plates subjected to transverse loads, Journal of Composite Materials, Vol.27,
No.8, 1993, p. 764 -781
33. Finn, S.C., Springer, G.S., Delaminations i n composite plates under transverse static or
impact loads – a model, Composite Structures 23, 1993, p. 177 -190
34. Gao, Z., A cumulative damage model for fatigue life of composite laminates, Journal of
Reinforced Plastics and Composites, Vol. 13, 1994, p . 128 -141
35. Garg, A.C., Delamination – a damage mode in composite structures, Engng. Fracture Mech.,
Vol.29, No.5, 1988, p. 557 -584
98 36. Gay, D., Matériaux composites, Editions Hermes, Paris, 1991
37. Gheorghe V. , Bejan C., Sandu V., Lihte țchi I., Det ermination of coefficient of thermal
conductivity on glass fibers -reinforced polymer matrix composites – 5th International
Conference ²Computational Mechanics and Virtual Engineering ² COMEC 2013 24 – 25
October 2013, Bra șov, Romania
38. Gheorghe V. , Bejan C., Sîrbu N., Lihte țchi I., Influence of temperature on mechanical
properties of polymer matrix composites subjected to bending – 5th International
Conference ²Computational Mechanics and Virtual Engineering ² COMEC 2013 24 – 25
October 2013, Bra șov, R omania
39. Gheorghiu, H., Had ăr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din materiale izotrope și
anizotrope, Editura Printech, Bucure ști, 1998
40. Goia, I., Rezisten ța materialelor, Editura Transilvania Expres, Bra șov, 2000
41. Goia, I., Rezist ența materialelor, Vol. I, II, Universitatea din Bra șov
42. Gosse, J.H., Mori, P.B.Y., Impact damage characterization of graphite/epoxy laminates,
Proc. of the American Society for Composites, 3rd Technical Conf. on Composite Materials,
America n Society for Composites, 1988, p. 187 -193
43. H.A. Clark, Bonding of Silane Coupling Agents in Reinforcement of Plastics, Modern
Plastics, Nov. 1996, p. 87
44. Hadăr, A., Jiga, G., Constantin, N., Mare ș, C., Program de calcul al unui material compozit
stratificat armat cu fibre, Construc ția de ma șini, nr. 8 -9, 1995, p. 39 -43
45. Hadăr, A., Probleme locale la materiale compozite, Tez ă de doctorat, Universitatea
“Politehnica ” Bucure ști, 1997
46. Hadăr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura A cademiei și Editura AGIR,
Bucure ști, 2002
47. Haque, A., Krishnagopalan, J., Jeelami, S., Fatigue damage in laminated composites,
Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 12, 1993, p. 1058 -1069
48. Hashin, Z., Failure criteria for unidirection al fiber composites, Journal of Applied Mech.,
No. 47, 1980, p. 329 -334
49. Hubca, G., Iovu, H., Tomescu, M., Ro șca, I., Novac, O., Iv ănuș, G., Materiale compozite,
Ed. Tehnic ă, Bucure ști, 1999
50. ISO 14006: 2011, Environmental management –Environme ntal management system –
Guidelines for incorporating ecodesign, 2011
51. ISO 14040: 2006, Environmental management – Life cycle assessment – Principles and
framework, 2006
52. ISO 14044: 2006, Environmental management – Life cycle assessment – Requir ements and
guidelines, 2006
99 53. Ispas St., Materiale compozite, Editura Tehnica, Bucuresti, 1987
54. Ito, K., Evaluation of Glass Fiber Surface Treatment in Fabric -Reinforced Plastics, J.
Polymer Sci., 45, 155 (1960)
55. Jen, M. -H.R., Kan, Y.S., Hsu, J.M., Initiation and propagation of delamination in a centrally
notched composite laminate, Journal of Composite Materials, Vol.27, No.3, 1993, p. 272 –
302
56. Jeronimidis, G., Hou, J., Impact and postimpact mechanics of composite laminate circular
plates, ICAM ’96, Beijing
57. Jones, R. M., Mechanics of Composite Materials, Mc Graw -Hill, Koga Kusha, Ltd., 1975
58. Kelly, A., Fibrous Composite Materials. Material Science and Technology. A
comprehensive Treatment. Vol.13, Structures and Properties of Compo sites, Ed. By R.W.
Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer, Ed. Weinheim, 1998, pp.1 -25
59. Kreith, F., Handbook of thermal engineering, CRC, Boca Raton, Florida, 2000.
60. Laird, J.A., Glass Surface Chemistry Relating to the Glass Finish Resin Interface, 19th Conf.
SPI Reinforced Plastic Division, 1964
61. McDonough W., Braungart M., Cradle to Cradle: Remaking the Way We Make Things,
North Point Press, New York, 2002
62. Menet J.L., Gruescu I.C., Comparative life cycle assessment of a building component: cas e
of a front door, Proc. LCA Conference, 2012
63. Mihalcu, M. , Materiale plastice armate, Editura Tehnic ă Bucure ști , 1986
64. Mihalcu, M., Materiale plastice armate, Ed. Tehnic ă, Bucure ști, 1973
65. Mooney, R.D., Resin Glass Bond Study, 14th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1959
66. Moțiu, M., Palade, I., R ășini poliesterice nesaturate, Ed. Tehnic ă, Bucuresti, 1987.
67. Mukherjee, Y.X., Gulrajani, S.N., Mukherjee, S., Netravali, A.N., A numerical and
experimental study of delaminated layer ed composites, Journal of Composite Materials,
Vol. 28, No. 9, 1994, p. 837 -869
68. Murphy, J., The Reinforced Plastics Handbook, 2nd-ed., Elsevier Advanced Technology,
UK, 1998
69. Nevaz,G.M., Polymer -Matrix Composites, 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.89 -121
70. Niculita, C., Gabor, A., Gheorghe, V. , Calin, M.R., Scutaru, M.L., A new epoxy glass
roving fabri c material with a nonwoven pes fibers structure used in a composite laminates,
journal of optoelectronics and advanced materials, Vol. 15, No. 3 -4, March -April 2013, p.
100 176-181
71. Nistor, D., ș.a., Materiale termorigide armate, Editura Tehnic ă Bucure ști, 1970
72. Nistor, D., ș.a.Materiale termorigide armate. Ed. Tehnic ă, Bucure ști, 1980
73. Opran C., Marinescu A., Iliescu M., Spanu P., Studies on modeling polymeric composites
sandwich structures with polyurethane core, International Conference “Advanced
Composite Materials Engineering ”, 2006, pp.30 -36.
74. P.Morgan, Carbon Fibers and Their Composites, CRC Press, Boca Reton, 2005
75. Petre, A. Mecanica materialelor compozite. Note de curs, Institutul Politehnic Bucure ști,
1988
76. Pleuddemann, E.P., Evaluation of New Silane Coupling Agents for Glass Fiber Reinforced
Plastics, 17th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1962
77. Pop M.G., Leca A., Prisecaru I., Neaga C., Zidaru G., Mu șatescu V., Isb ășoiu E.C.
Îndrumar. Tabele, nomograme și formule ter motehnice. Editura Tehnic ă, Bucure ști, 1987
78. Popescu, M.: The advanced materials joining: composite materials. Eurostampa Ed.,
Timi șoara, Romania, 2002, ISBN 973 -8244 -76-5.
79. Preda, G.M., Influen ța factorilor tehnologici asupra calit ății pieselor din materiale composite
poliester -fibre de sticl ă, utilizate în construc ția automobilelor, tez ă de doctorat, Craiova
2000
80. Puck, A., Grundlagen der Faserverbund -Konstruktion, Vorlesungs -skript,
Gesamthochschule Kassel, 1988
81. Purcarea R., Stanciu A., TENSILE TESTS ON POLYLITE 440 -M888 REINFORCED
WITH RT 300 ROVING FABRIC, The 2nd International Conference on Computational
Mechanics and Virtual Engineering “COMEC 2007 ” 11-13 October 2007 Brasov, ISBN
978-973-598-117-4 , pp533 -536
82. Purcărea, R., Gheorghe, V. , Munteanu, M.V., Endurance tests on specimens from
compozite materials sandwich type, The 4th International Conference „Advanced
Composite Materials Engineering ” COMAT 2012
83. Purcărea, R., Gheorghe, V. , Proiectare și realizare stand în vede rea determin ării de curbe
wohler la oboseal ă pentru materiale compozite – lucrare prezentat ă la Seminarul Actualit ăți
și perspective în inginerie mecanic ă – APIM 2012, organizat de Asocia ția General ă a
Inginerilor din România – Filiala Bra șov, din data de 19.01.2012
84. Purcărea, R., Gheorghe, V. , Studiul comport ării materialelor compozite la solicit ările de
încovoiere – lucrare prezentat ă la Sesiunea Cercurilor Stiintifice Studentesti – 24.05.2012
85. Purcărea, R., Contribu ții la determinarea, prin meto da elementelor finite, a caracteristicilor
mecanice, a materialelor compozite armate cu fibre, Teză de doctorat. Universitatea
Transilvania Bra șov, 2010
101 86. Reifsnider, K.L., Damage in composite structures, in Handbook of Composites, Vol.2 –
Structures an d Design, 1989, Elsevier Science Publishers
87. Roșu, D., Goia, I., Teodorescu, H. – Static and dynamic analysis of an advanced sandwich
composite structure. Proceedings of the International Conference on Structural Analysis of
advanced Materials ICSAM 20 05, Politehnica University of Bucharest, September 15 -17,
2005, ISBN: 973 -8449 -98-7, p. 81 -86
88. Schlabach, T.D., Compression Shear Evaluation of Glass Resin Joint, 20th Conf. SPI
Reinforced Plastic Division, 1965
89. Smith, E.W., Pascoe, K.J., The role of shear deformation in the fatigue failure of a glass
fibre-reinforced composite, Composites, oct. 1977, p. 237 -243
90. Sterman, S., A New Interpretation of the Glass Coupling Agents Surface Through Use
Electronic Michroscopy, 19th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1964
91. Sterman, S., The Newer Silane Coupling Agents, 20th Conf. SPI Reinforced Plastic
Division, 1965
92. Suemasu, H., Effects of multiple delaminations on compressive buckling behaviors of
composite panels, Journal of Composite Mate rials, Vol. 27, No. 12, 1993, p. 1172 -1192
93. Sun, C.T., Jih, C.J., Quasi -static modeling of delamination crack propagation in laminates
subjected to low -velocity impact, Composite Science and Technology 54 (1995), p. 185 -191
94. SUTTON, A. M., ORTEU, J . J., SCHREIER, W., H., Image Correlation for Shape, Motion
and Deformation Measurements, Springer Verlag, 2010.
95. SZÁVA, I., Rezisten ța Materialelor, curs, Editura Universit ății Transilvania din Bra șov,
1999.
96. Ștefănescu F., Neagu G., Mihai A., Mat eriale compozite, Editura didactica si pedagogica,
Bucuresti, 1996
97. Talug, A., Reifsnider, K.L., Analysis of stress fields in composite laminates with interior
crack, VPI -E-78-23, College of Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State
Univers ity, Blackburg, AA, 1978
98. Teodorescu, D.H., Vlase, S., Motoc, D.L., Scutaru, M.L., Purcarea, R., – On the Elastic
Properties of Some Advanced Composite Laminates Subjected to Off -Axis Loading
Systems. 1st WSEAS Int. Conf. on Materials Science, Buchares t, 2008
99. Teodorescu, F., Avramescu, V. Cr ăciunoiu, S.T., Stanca, G., Teodorescu, H., Expansiunea
utilizarii materialelor compozite. Noi materiale compozite, noi aplicatii si noi tendinte ale
dezvoltarii in viitor. Aspecte tehnologice. Aspecte privind r eciclarea acestora. Abordari
actuale si de perspectiva, Revista Construc ția de Ma șini, 58, nr. 1, 2006, 75 -78.
100. Teodorescu, F., Contribu ții la modelarea structurilor materialelor compozite armate cu fibre.
Teză de doctorat. Universitatea Transilvani a Bra șov, 2001
101. Teodorescu, H., Fundamentele și mecanica materialelor compozite polimerice, Ed.
Universit ății ,, Transilvania,, Bra șov, 2007
102 102. Teodorescu, P.P., Probleme plane în teoria elasticit ății, vol. I și II, Ed. Academiei,
Bucure ști, 1961
103. Teodorescu,H., Stanciu,A., Purcarea, R., Munteanu,M.V., An original Pre -Tensioning
Technique of PMC Tubes for Dynamic Applications, 2007 WSEAS International
Conferences, Archachon France, October , 2007 , ISBN:978 -960-6766 -08-04, ISSN: 1790 –
5117, pp 218-223
104. Terciu,M., Curtu, I. Tendinte în utilizarea materialelor moderne la componentele auto
interioare, Buletinul AGIR nr. 1/2011 ianuarie – martie pg 60
105. Thesken, J.C., A theoretical and experimental investigation of dynamic delamination in
composites, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, Vol. 18, No. 10,
1995, p. 1133 -1154
106. Trivissiono, N.V., The Effect of Glass Finishing Agents on the Strenght of Polyester –
Fiberglass Laminates, 12th Conf. SPI Reinforced Plasti c Division, 1957
107. Trivissono, N., Adhesion of Polyester Resin ot Treated Glass Surfaces, Ind. Eng. Chem., 50,
912 (1958)
108. Tsai, S.W., Wu, E.M., A general theory of strength for anisotropic materials, Journal of
Composite Materials, No. 5, 1971, p . 50-80
109. Vanderbilt, B.M., Effectiveness of Coupling Agents in Plastic Materials Reinforcement,
Modern Plastics, Nov 1996, p.79
110. Vasiliev, V., Morozov,, E., Mechanics and Analysis of Composite Materials, Elsevier
Science Ltd.
111. Vlase, S., Deliu, Gh., Modrea, A., Deliu, M., Some Properties of Symmetric Flexible Multi –
Bady Systems, ESMC, Grecia, 2003
112. Vlase, S., Mih ălcică, V., Modrea, A., Cotoros, D., On The Reactions Eliminating in the
Virtual Dynamic Analysis of t he Mechanisms Bul, Institutul Politehnic din Ia și, Tomul L,
Fascicola 6A, p.77 -82, 2004
113. Vlase, S., Teodorescu, H., Goia, I., Modrea, A., Scutaru, M.L., Materiale compozite
– Metode de calcul, Editura Universitatii Transilvania , Brasov 2007.
114. Vlase, S., Teodorescu, H., Nan, N., Apopei (Purc ărea), R ., Stanciu, A., On the motion
equations of the three -dimensional mechanical systems with elastic elements,Proceedings
Technical University Varna, ISSN 0861 -9727, 31 June – 02 July 2006., Jrebchevo,
Bulgaria , pp 89 -92
115. Vlase, S., Teodorescu, H., Purc ărea, R., Modrea, A., Mecanica materialelor compozite
armate cu fibre, Ed. Infomarket,, Bra șov, 2008
116. Vlase, S., Tofan, M., Goia, I., Modrea, A., On the Vibrations of the Multibody Systems with
Structural Symmetries, a II a Conferin ță Interna țional ă SRA de acustic ă și vibra ții, oct.
2004, Bucure ști
117. Vlase, S., Tofan, M., Goia, I., Modrea, A., On the Vibrations of the Multibody Systems with
103 Structural Symmetries. A II
118. Vlase, S.; Modrea , A.; Burca, I., Purcarea, R., Munteanu, M.V.; Scutaru, M.L.,
Experimental Results Concerning The Geometric, Structural And Dimensional Differences
In Fiber Reinforced Composites, The 19th DAAAM International Symposium "Intelligent
Manufacturing & Automati on, 22
119. Vlase, S.; Purcarea, R.; Munteanu, M. V.; Scutaru, M.L., On The Dynamic Analysis Of An
Elastic Multi
120. Vlase, S.; Purcarea, R.; Scutaru, M.L., Munteanu, M.V., Eigenvalues And Eigenvectors Of
The Elastic Systems With Three Identical Parts, The 19th DAAAM International
Symposium "Intelligent Manufacturing & Automation , 22
121. Vlase,S., Mihalcic ă,V., Modrea, A,Cotoros, D., On the Reactions Eliminating in the
Virtual Dynamic Analysis of the Mechanisms. Bul. Institutului Politehnic din I ași. Tomul L,
Fascicola 6A, p.77
122. Wang, J.Z., Socie, D.F., Failure strength and damage mechanisms of E -glass/epoxy
laminates under in -plane biaxial compressive deformation, Journal of Composite Materials,
Vol. 27, No. 1, 1993, p. 49 -57
123. Whitcomb, J.D., Parametric analytical study of instability -related delamination growth,
Composites Scr. and Techn., No. 25, 1986, p. 19 -84
124. *** – VIC -3D 2010, Reference Manual, Correlated Solutions, ISI -Sys GmbH, USA,
Germany, 2010.
125. *** – VIC -3D 2010, Te sting Guide, Correlated Solutions, ISI -Sys GmbH, USA, Germany,
2010.
126. *** EN 12667/2001. Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and
heat flow meter methods – products of high and medium resistance
127. *** Wärmedurchgangs prüfer nach Dr. Bock – Bedienungsanweisung FEUTRON – Fabrik
Elektro -Physical Geräte – Greitz, 1962
128. ***, ASTM D 671, Oboseala la încovoiere a materialelor plastice utilizând for ță de
amplitudine constant ă
129. ***, Designing with Thermoplastics, D OW Plastics, 1992
130. ***, Techno Japan; Vol. 31; No.11; November 1998
104 Anexa 1.
REZUMAT
Cercet ările efectuate în cadrul aceastei lucr ări de doctorat î și propun s ă răspund ă
următoarelor obiective:
1. Îmbun ătățirea performan țelor autovehiculel or prin utilizarea materialelor noi;
2. Mărirea gradului de siguran ță pasiv ă pentru persoanele aflate în autovehicule;
3. Scăderea pre țului de produc ție a structurilor auto.
Pe fondul necesit ății unei resurse sustenabile de materii prime, precum și a problemelor de
mediu cauzate de materialele plastice și cele metalice, greu degradabile, produc ători de
automobile sunt mereu în c ăutarea unor noi materiale, în special cele compozite, cu impact redus
asupra mediului, care dup ă încheierea ciclului de via ță să fie u șor reciclabile și biodegradabile,
care s ă asigure acelea și performan țe, dar s ă fie produse întru -un mod cât mai ecologic posibil.
Produc ătorii de autovehicule încep s ă aibă o alt ă abordare a problemelor din acest ă
ramur ă industrial ă din cauza preocup ării co ntinue pentru a dezvolta autovehicule tot mai
performante, mai sigure, mai prietenoase cu mediul înconjur ător, dar și la un pre ț scăzut. Din
acest motiv, întreg procesul de realizare a autovehiculelor, începând cu faza de proiectare,
testare, fabricare și mergând pân ă la faza de recuperare a produsului dup ă ieșirea din uz a
acestuia trebuie regândit. Materialele tradi ționale, folosite pân ă în prezent, nu mai pot r ăspunde
în totalitate acestor cerin țe, motiv pentru care materialele compozite încep s ă înlocui ască din ce
în ce mai mult materialele clasice.
În aceast ă idee, lucrarea con ține o vedere de ansamblu asupra materialelor utilizate în
mod frecvent în construc ția reperelor și structurilor din industria constructoare de autovehicule.
Lucrarea și-a propus să găseasc ă solu ții constructive de utilizare într -un mod cât mai eficient a
materialelor compozite existente, în realizarea de componente din industria auto, și nu s ă
descopere alte tipuri de materiale compozite.
După o trecere în revist ă a domeniilor în care materialele compozite încep s ă fie tot mai
folosite, și o clasificare a acestor materiale lucrarea face o analiz ă a propriet ăților materialelor
compozite folosite cu prec ădere la realizarea autovehiculelor. Analiza este f ăcută din punct
vedere teoret ic și practic.
S-au construit, în cadrul lucr ării, câteva standuri și instala ții cu ajutorul c ărora s ă se poat ă
realiza încerc ări și probe, atât pentru epruvetele din materiale compozite, cât și pentru reperul
auto realizat. Pentru epruvete s -au folosit ma teriale compozite, realizate pe plan local și folosite
cu prec ădere în industria româneasc ă. Epruvetele testate au fost realizate din mai multe tipuri de
materiale compozite din fibr ă de sticl ă și din fibr ă de carbon.
În cadrul lucr ării de doctorat s -a realizat o portier ă de autoturism din materiale
compozite. Portiera produs ă este o portier ă dreapta fa ță pentru un autoturism VW Golf 3, cu
cinci u și. Portiera este compus ă din dou ă repere, o fa ță exterioar ă realizat ă din material compozit
din fibr ă de carbo n și o ram ă interioar ă realizat ă dintr -un material compozit din fibr ă de sticl ă.
Fața exterioar ă este realizat ă din r ășină epoxidic ă armat ă cu dou ă straturi de țesătură din fibre de
carbon și un strat de poliester. Rama interioar ă de u șă este realizat ă din rășină poliesteric ă armat ă
cu dou ă straturi de împâslitur ă din fibr ă de sticl ă (MAT din fibre scurte). Reperele au fost
executate manual, prin mulare liber ă, în matri țe deschise, și polimerizare la temperatura și
presiunea mediului ambiant.
O portier ă metalică de acela și tip, dar și portiera din materiale compozite au fost supuse
pe stand unor solicit ări comparative pentru se putea scoate în eviden ță avantaje le și dezavantajele
folosirii acestor materiale în industria constructoare de autovehicule.
105 ABSTRACT
The research work perfomed within this doctoral thesis intends to meet the following
objectives :
1. Improving vehicle performance through the use of new materials;
2. Increasing passive safety for motor vehicles occupants ;
3. Reduction of production price for automotive structures .
Amid the need for sustainable resources of raw materials and of environmental problems
caused by plastic and metal materials which are hard ly degradable , the car manufacturers are
always looking for new materials, particularly composites with low environmental impact , which
at the end of life are easily recyclable and biodegradable, providing the same performance, being
manufactured in the most environmentally friendly way.
The automotive manufacturers proves to have a new ap proach on this industrial branch
due to the continuous concern for the designing of safer, more performant and more
environmentally friendly vehicles, at the lowest price.This is the reason for rethinking of the
whole vehicle life cycle, starting with de signing, testing, manufacturing, up to recycling at the
end of life.The traditional materials which are still used today cannot meet all the requirements,
so composite materials tend to replace the conventional ones.
Having this idea in mind, the thesis is an overview on the most frequently used materials
in the components and structures of automotive industry.The work intends to find solutions for
the efficient use of existent composite materials within the manufacturing of automotive
components and not to deploy other type of composites.
After a classification and a presentation of the fields in which the composites are used
most, the thesis analyses theoretically and practically the properties of composite materials used
in automotive engineering.
With in the research activities there were designed several test benches by means of which
to be performed tests, both for composite test specimens and for the automotive components.
The test specimens were made of local manufactured composites used in Romanian industry,
glass fibers and carbon fibers.
In the frame of doctoral thesis a passenger car door was manufactured from composite
materials. The door is a right front door of a five -door VW Golf 3 .The door is made of two parts,
an outer panel made of carbo n fiber and an inner frame made of glass fiber composite.The outer
panel uses epoxy resin reinforced with two layers of carbon fibers and a layer of polyester.The
inner frame has a polyester resin reinforced with two layers of felted glass fibers . The part s were
manually produced through free moulding in open dies, with polymerisation at ambient
temperature and pressure.A metal door of the same type and several composite doors were
comparatively tested on the bench in order to emphasize the advantages and disadvantges of the
use of composites in the automotive engineering.
106 Anexa 2.
Curriculum Vitae
Date personale:
Nume GHEORGHE
Prenume Vasile
Data și locul na șterii 14.10.1967 , Urla ți, Prahova
Naționalitatea Român ă
E-mail ghesil e@yahoo.com
Studii:
1987 –1992 Universitatea “TRANSILVANIA ”Brasov
Facultatea de INGINERIE MECANIC Ă
Specializarea AUTOVEHICULE RUTIERE
1982 – 1986 Liceul Industrial pentru Construc ții Ma șini Nr. 1 Ploie ști
Electromecanic CM
Activitate profe sional ă:
1993 -prezent S.C. INAR S.A. Bra șov
Cercet ător
1992 – 1993 INMT Bra șov
Inginer cercetare
Limbi str ăine cunoscute: Francez ă
Lucr ări publicate: 12 lucr ări
Experien ță acumulat ă Participarea în programe și proiecte în calitate de
– Coordonator: 2 proiecte;
– Membru : 11 proiecte.
107 Curriculum Vitae
Personal data
Family name GHEORGHE
Forename Vasile
Birth date and place 14.10.1967, Urla ți, Prahova
Nationality Romanian
E-mail ghesile@yahoo.com
Studi es:
1987 –1992 “TRANSILVANIA ” University Brasov
MECHANICAL ENGINEERING Faculty
ROAD VEHICLE –Training Program
1982 – 1986 Industrial Highschool for Machine Building No. 1 Ploie ști
Electromechanics CM
Professional ac tivity:
1993 -present S.C. INAR S.A. Bra șov
Research Engineer
1992 – 1993 INMT Bra șov
Research Engineer
Foreign languages : French
Published papers : 12 papers
Acquired e xper tise Participation in programs and projects as :
– Coordinator : 2 projects
– Member : 11 proje cts.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Investe ște în oameni [622609] (ID: 622609)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.