Contribuţii la determinarea, prin metode nedistructive, a caracteristicelor mecanice la materialele ortotrope

Conducător ştiinţific DoctorandProf. univ. dr. ing. SZÁVA Ioan JAKAB Katalin

Rezumat

În contextul dezvoltării accelerate a cercetării în domeniul ingineria materialelor, o direcţie reprezentativă se referă la determinarea cât mai exactă a caracteristicelor mecanice aferente materialelor ortortope. Lucrarea de doctorat se înscrie în această direcţie, având ca obiectiv principal stabilirea ecuaţiilor matematice în care intervin caracteristicele de material, măsurarea acestor caracteristici prin metode nedistructive, iar prin metoda diferenţelor finite, compararea datelor măsurate cu cele calculate analitic. În urma analizei critice a stadiului actual s-a ajuns la concluzia că nu există referiri la modul schimbării direcţiilor principale ale tensiunilor şi deformaţiilor specifice, când în timpul solicitării planul de ortotropie închide diferite unghiuri cu direcţia fundamentală. În determinarea cât mai exactă pe cale experimentală a caracteristicilor mecanice ale materialelor ortotrope pe bază de lemn au fost utilizate două metode de investigare: metoda tensometriei electrice rezistive (TER) şi metoda corelării digitale a imaginii (DIC). Pentru metodologia de investigare DIC a fost elaborat un program de concepţie proprie, cu care au devenit posibile efectuarea unor teste pentru verificarea şi validarea măsurătorilor prin TER. A fost conceput şi realizat un stand de încercare destinat monitorizării deformaţiilor epruvetelor solicitate la compresiune. În cercetările experimenatle s-au folosit epruvete din diferite specii lemnoase având forma unui disc cu diametrul de 80 mm şi grosimea de 10 mm. Metoda numerică propusă în modelarea materialelor ortotrope a fost metoda diferenţelor finite. Astfel a fost prezentată o metodă de calcul cu diferenţe finite pentru integrarea ecuaţiilor diferenţiale cu derivate parţiale care descriu starea plană de deplasare sau de tensiune a materialelor ortotrope, respectiv o rezolvare numerică bazându-se pe criterii energetice.

Contributions to evaluate the mechanical characteristics of orthotropic materials by NDT methods

Summary

In the context of accelerated research growth in the field of material engineering, a representative direction refers to the more exact determination of mechanical characteristics regarding orthotropic materials. The thesis aims in this direction, with the following main objectives: to determine the mathematical equations in which the characteristics of the material intervene; to measure these characteristics by non-destructive methods; and to compare the measured data with those analytically calculated using the finite difference method. After a critical analysis of the state of the art, it was concluded that there are no references to the changes of the main directions of the principal stresses and strains, the orthotropic plane closes different angles with the fundamental direction when a load is applied. In order to determine experimentally the accurate orthotropic mechanical characteristics of wood-based materials there have been used two methods to investigate: the method based on Rosette Gage Theory (TER) and the Digital Image Correlation method (DIC). A new conception program was developed for the DIC investigation methodology, by which it became possible to conduct tests to verify and validate the measurements made with the TER method. A testing device was developed and realized exclusively for specimens which require compressive deformation monitoring. Identical specimens of different species of wood were prepared and used as samples. The samples were cut parallel to the wood fibers and cut into specimens having the shape of a disc with a diameter of 80 mm and a thickness of 10 mm. The numerical method proposed in modelling orthotropic materials was the finite-difference method. Thus a finite-difference computational method for the integration of differential equations was presented with partial derivatives which describe the plane state of displacement or stress of the orthotropic materials, respectively numerical solution based on energy criteria.