universitatea transilvania din brașov - old.unitbv.roold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...
TRANSCRIPT
1
Investeşte în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov
Universitatea Transilvania din Brașov Școala Doctorala Interdisciplinară
Departament: Inginerie mecanică
Ing. Vasile GHEORGHE
STRUCTURI CU RIGIDITATE RIDICATĂ, DIN MATERIALE
COMPOZITE, UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA DE
AUTOVEHICULE
HIGH STIFFNESS COMPOSITE STRUCTURES USED IN
AUTOMOTIVE ENGINEERING
Conducător ştiinţific
Prof. univ. dr. ing. mat. Sorin VLASE
BRASOV, 2013
2
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525 RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov Nr. 5981 din 26.07.2013
Preşedinte: Prof. univ. dr. ing. Ioan Călin ROŞCA DECAN - Facultatea de Inginerie Mecanică Universitatea “Transilvania” din Braşov
Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. mat. Sorin VLASE, Universitatea Transilvania din Brasov
Referenți: Prof. univ. dr. ing. Polidor BRATU, Universitatea „Dunărea de Jos‟ din Galați
Prof.dr.ing. Iuliu NEGREAN, Universitatea Tehnică din Cuj-Napoca
Cercet. st. pr. I, dr.mat. Ventura CHIROIU, Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Române
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 11.12.2013, ora 12:00,
Colina Universității, corp C, sala CP8 Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa: [email protected] Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.
3
CUPRINS
Pag.
teză
Pag.
rezumat
1. INTRODUCERE................................................................................................................. 10 9
1.1. Industria autovehiculelor rutiere. Materiale clasice şi componente. Principiile
proiectării „end of life cycle“.........................................................................................
17
9
1.2. Obiectivele şi oportunitatea prezentei cercetări…………..…………........................... 17 12
2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL PRODUCERII ŞI
UTILIZĂRII MATERIALELOR COMPOZITE............................................................
20
14
2.1. Definirea materialelor compozite……....………………............................................... 20 14
2.2. Structura materialelor compozite, clasificare……………………................................ 21 15
2.3. Tehnologia de obţinere a materialelor compozite şi a componentelor fabricate din
acestea………………………………………………………………………………....
28
16
2.4. Utilizări industriale ale materialelor compozite…………….……................................ 36 19
3. PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR COMPOZITE….............................................. 45 23
3.1. Proprietăți mecanice ale compozitelor........................................................................... 45 23
3.2. Valori ale proprietăților 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 EXPERIMENTALĂ A PROPRIETĂŢILOR
MATERIALELOR COMPOZITE LA SOLICITĂRILE DIN EXPLOATARE..........
57
30
4.1. Caracteristicile solicitărilor mecano-termice................................................................. 57 30
4.2. Pregatirea epruvetelor şi determinarea proprietăţilor materialelor compozite….......... 59 31
4.2.1. Pregatirea epruvetelor……………………………………..…………………. 60 31
4.2.1.1. Prelucrarea epruvetelor……………...………………………….…. 60 31
4.2.1.2. Forma şi 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 şi 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. Construcția 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 anduranță……….....…………….....…………………… 72 38
4.3.2.1. Construcția standului de încercare la anduranță.….....………..……. 72 38
4.3.2.2. Funcționarea standului de încercare la anduranță…….…….…….... 78 40
4.3.3. Instalaţia de determinare a coeficientului de conductivitate termică ……..…. 81 40
4.3.3.1. Construcția instalaţiei de determinare a coeficientului de
conductivitate termică.……….……...………………………….….
82
41
4.3.3.2. Funcționarea instalaţiei de determinare a coeficientului de
conductivitate termică....…….………………………...…………….
83
42
4.4. Rezultatele încercărilor la încovoiere a structurii compozite…………..…………….. 84 42
4.4.1. Tipuri de epruvete utilizate……………….………………..…………………. 84 43
4.4.2. Rezultatele încercărilor la încovoiere………..……..………...………………. 86 43
4.4.3. Moduri de rupere a epruvetelor…………….………………………...……….. 120 55
4.5. Rezultatele încercărilor la anduranta a structurii compozite…………..….…..……… 136 58
4.5.1. Tipuri de epruvete utilizate…….……………………………...………………. 136 58
4.5.2. Rezultatele încercărilor la anduranță……………….………..…………...…… 138 58
4.5.3. Moduri de rupere a epruvetelor…………….…………………………………. 155 69
4.6. Rezultatele încercărilor de determinare a coeficientului de conductivitate
termică………………………………………………………………………………...
157
70
4.6.1. Tipuri de epruvete utilizate……………………………………………...……. 157 70
4.6.2. Rezultatele încercărilor de determinare a coeficientului de conductivitate
termică….……………………………………………………………………..
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 anduranță la încovoiere…………..…... 170 78
4.7.3. Concluzii referitoare la determinarea coeficientului de conductivitate termică. 172 79
5. COMPONENTE AUTO DIN MATERIALE COMPOZITE.......................................... 174 81
5.1. Realizarea unei fețe exterioare de portieră auto....………….………………………... 174 81
5.2. Realizarea unei rame interioare de portieră auto……………….…………………….. 178 83
5.3. Realizarea unei portiere auto……………………..………….……………………….. 183 84
6. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A COMPONENTELOR REALIZATE DIN
MATERIALE COMPOZITE.............................................................................................
186
86
6.1. Modelarea matematică a structurii auto………………..……….……………………. 186 86
6.2. Realizare stand de încercare a structurii auto................................................................ 192 87
5
6.3. Funcționarea standului de solicitare a portierei………………………………………. 197 88
6.4. Cercetare experimentală a unei structuri clasice din metal............................................ 200 89
6.5. Cercetare experimentală a unei structuri realizate din materiale compozite…............. 210 91
6.6 Optimizarea structurii realizate din materiale compozite.............................................. 220 92
6.7. Evaluarea comparativă a componentelor din materiale clasice şi compozite……..…. 226 93
6.8. Concluzii……………………………………………................................................. 227 93
7. CONCLUZII FINALE ŞI PRINCIPALELE CONTRIBUŢII ALE TEZEI DE
DOCTORAT. OPORTUNITĂŢI DE DEZVOLTARE A CERCETĂRII……..……
229
94
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
Anexa 1. Rezumat
Anexa 2. Curriculum Vitae
6
TABLE OF CONTENTS
Pag.
teză
Pag.
rezumat
1. INTRODUCTION............................................................................................................... 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. Defining composite materials………….………………................................................ 20 14
2.2. Structure 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. Durability of the components made of composite materials and environmental
impact………………………………………………………………………………….
52
27
3.4. Recycling capability………………………………….................................................. 54 28
4. EXPERIMENTAL IN–OPERATION MEASUREMENT OF COMPOSITES
PROPERTIES ...................................................................................................................
57
30
4.1. Characteristics 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. Calculation 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. Installation for the measurement of thermal conductivity …………...………. 81 40
4.3.3.1. Design of the measurement installation for thermal conductivity …. 82 41
4.3.3.2. Operation of the measurement installation 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 the 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. Conclusions of the bending fracture test………………………….……..……. 164 75
4.7.2. Conclusions of the endurance bending test…………………..…………..…... 170 78
4.7.3. Conclusions 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 bench 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 evaluation 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 şi componente. Principiile
proiectării „end of life cycle“
Industria constructoare de autovehicule este cea mai mare consumatoare de materiale din
economie. Această industrie utilizează și integrează produsele obținute în aproape toate
industriile moderne: metalurgie, chimie, electronică, textile etc. fiind principalul consumator
pentru cele mai multe din aceste industrii. Pe durata funcționării, autovehiculele reprezintă un
important consumator de produse petroliere și de fluide industriale. Astfel progresul tehnic,
concurența din acest domeniu și exigențele impuse autovehiculelor necesită cunoașterea
proprietăților materialelor, dezvoltarea de noi materiale, de noi tehnologii de prelucrare.
În etapa actuală de dezvoltare a economiei mondiale bazată pe legile economiei de piață,
alegerea și utilizarea corectă a materialelor și proceselor de prelucrare a acestora trebuie să se
facă conform rigorilor științifice, pentru a răspunde unor exigențe din ce în ce mai mari. În
proiectare, alegerea optimă a materialelor se face în funcție de condițiile de utilizare, de
solicitările existente, de procesele de prelucrare, de forma, dimensiunile și performanțele
produselor, de reglementările în vigoare și nu în ultimul rând de cost.
Alegera materialelor și proceselor de prelucrare a acestora, este o etapă dificilă dar foarte
importantă pentru performanțele și costul produsului.
Alegerea are la bază promovarea de materiale ieftine și ușor de achiziționat, valorificarea
optimă a proprietăților tehnologice. La ora actuală ponderea în industria constructoare de
autoturisme o au materialele metalice, dar prognozele arată că aceste materiale vor fi înlocuite de
materiale compozite.
Înlocuirea materialelor metalice utilizate până în prezent, în industria constructoare de
automobile, a condus la creșterea duratei de funcționare, a sporirii absorbției zgomotului și
vibrațiilor pentru izolarea exterioară și intercompartimentală a autovehiculelor precum și pentru
preluarea energiei cinetice a șocurilor în caz de accidente. În domeniul jantelor auto se
preconizează utilizarea materialelor compozite care asigură o flexibilitate și o rezistență mai
mare în condițiile reducerii inerției corespunzătoare turațiilor ridicate cu care rulează în general
roțile autoturismelor performante. Este de menționat de asemenea utilizarea tehnologiei
compozitelor de vârf în domeniul sistemelor de frânare fabricate din materiale ceramice pe
suprafețele active de către constructorii MERCEDES BENZ, PORSCHE, FERRARI.
10
Perfecționarea constructivă a subansamblurilor autovehiculelor clasice este legată de
utilizarea unor materiale cu calități superioare și de extinderea acționării prin intermediul
echipamentelor electronice asigurând controlul continuu al funcționării tuturor componentelor.
Într-o măsură deosebit de mare, siguranța în funcționare este condiționată de trei factori:
concepția constructivă, materialele utilizate și controlul electronic.
Se constată că cu fiecare generație de autovehicule se mărește volumul de mase plastice
armate cu fibră de carbon și a materialelor compozite concomitent cu evoluția spectaculoasă a
calității acestor materiale.
Pe fondul necesităţii unei resurse sustenabile de materii prime, precum şi a problemelor
de mediu cauzate de materialele plastice şi cele metalice, greu degradabile, producători de
automobile sunt mereu în căutarea unor noi materiale, în special cele compozite, cu impact redus
asupra mediului, care după încheierea ciclului de viaţă să fie uşor reciclabile şi biodegradabile,
care să asigure aceleaşi performanţe, dar să fie produse întru-un mod cât mai ecologic posibil. În
căutarea de soluţii ştiinţa şi industria la rândul ei, au luat în considerare materiale noi. Mari
firme din industria auto ca Volkswagen, grupul Audi, BMW, Opel, Ford folosesc materiale
compozite [104].
Proiectarea ecologică este o metodologie folosită pentru proiectarea produselor ce are ca
scop reducerea amprentei acestora asupra mediului înconjurător dar cu menţinerea unui nivel de
performanţă şi a unor functionalităţi similare. Evoluţiile industriale şi standardizarea
metodologiei de analiză ciclului de viaţă sunt factorii care contribuie la dezvoltarea proiectării
ecologice. Mediul înconjurător ocupă un loc foarte important în societate. Simultan, catastrofe
ecologice şi constatări cum ar fi epuizarea resurselor naturale au condus la sensibilizarea
populaţiei cu privire la amprenta produselor şi serviciilor asupra mediului. Prin urmare aceste noi
comportamente contribuie la apariţia pe piaţă a „produselor verzi”. Originea acestor acte este
legată de noţiunea de dezvoltare durabilă, apărută pentru prima dată într-un raport oficial în 1987
[19].
În plus faţă de preocuparea privind resursele lăsate generaţiilor viitoare, acest concept
este reprezentat ca intersecţia a trei sfere ce desemnează mediul înconjurător, societatea şi
economia (fig.1.1.1)
Proiectarea ecologică poate fi definită prin considerarea mediului înconjurător în etapa
de proiectare a unui produs, pentru a-i reduce amprenta asupra mediului pe întreaga durată a
ciclului său de viaţă cu păstrarea identică a performanţelor calitative şi funcţiilor produsului sau
serviciului oferit. O posibilitate pentru a dezvolta eco-proiectarea reprezintă folosirea
metodologiei Analiza Ciclului de Viaţă (ACV) aşa cum este ea descrisă în normele internaţionale
[51,52].
11
Fig.1.1.1. Reprezentarea clasica a dezvoltării durabile
Primul concept al acestei metodologii, cunoscut sub sloganul „de la leagăn la mormânt” a
fost urmat de un altul, „de la leagăn la leagăn” [61]. În anumite sectoare industriale, metodologia
ACV poate fi folosită ca şi criteriu permițând proiectantului alegerea materialelor [62]. O altă
metodă, este promovarea şi dezvoltarea produselor cu amprentă asupra mediului diminuată. Dar
analiza trebuie făcută pe durata întregului ciclu de viaţă al produsului, folosind instrumente cum
ar fi metodologia ACV. Aceasta a doua abordare se numeşte „abordarea produs”.
Evident, în cadrul aplicării oricărei dintre metode: se impune evaluarea amprentei asupra
mediului înconjurător.
Impactul poate fi clasificat în trei categorii principale:
- Epuizarea resurselor, atât materialele regenerabile cât şi cele neregenerabile și
energiile neregenerabile, obţinute cu ajutorul combustibililor fosili;
- Poluarea datorită activităţilor umane, ce poate fi măsurată în aer, în apă şi în sol;
aceasta poluare generează diferite impacturi ce se pot identifica şi măsura la scară
locală şi globală;
- Toxicitate şi riscuri cu privire la sănătatea umană, ce se pot datora accidentelor
sau folosirii unor substanţe periculoase (chimice).
In concluzie:
- Oțelul și fonta au constituit ,,inima” progresului din principalele sectoare
industriale;
- Tendința pe termen lung este de a utiliza materiale mai ușoare, mai rezistente și
mai durabile;
- O problemă importantă o constituie utilizarea rațională a materiilor prime;
- Inginerii din domeniul automobilelor se preocupă de alegerea optimă a combinării
materialelor și a tehnologii specifice care se impune, în condițiile unor cheltuieli
Mediul înconjurător
EconomiSocietatea
Dezvoltare durabilă
12
minime, a îmbunătățirii constante a calității, prin procedee nepoluante pentru
mediul înconjurător.
1.2. Obiectivele lucrării
Conform Planului Naţional de Cercetare Dezvoltare Inovare 2007–2013, proiectul se
încadrează în:
Domeniul 7 Materiale, procese şi produse inovative.
Subdomeniul 7.5 Produse şi tehnologii inovative destinate transporturilor şi producţiei de
automobile.
Aria Tematică 1 Produse şi tehnologii care sporesc eficienţa energetică a mijloacelor de
transport şi reduc efectele poluante;
Obiectivele operaţionale ale tezei sunt:
1. Analiza critică a stadiului actual în construcţia structurilor utilizate în industria auto;
2. Realizarea modelului matematic pentru analiza unei structuri auto cu rigiditate ridicată ;
3. Modelarea şi optimizarea virtuală a unei structuri auto realizată cu ajutorul materialelor
compozite;
4. Dezvoltarea şi optimizarea prototipului structurii auto cu rigiditate ridicată realizată cu
ajutorul materialelor compozite;
5. Diseminarea şi valorificarea rezultatelor.
Pentru îndeplinirea obiectivelor s-a realizat o cercetare bibliografică, motivată de faptul că
literatura în domeniu creşte, în ultimii ani, exponenţial. Informațiile din domeniul producerii și
utilizării materialelor compozite este extrem de vast.
Pentru început s-a realizat o analiză a domeniului materialelor compozite şi al utilizărilor
acestora. Studiul analizează stadiul actual, cât și al posibilităţilor de dezvoltare ale acestei ramuri
moderne. S-a făcut o trecere în revistă a principalelor tipuri de materiale compozite şi a
principalelor aplicaţii. S-a insistat în special pe compozitele cu o mai mare răspândire în
aplicaţiile tehnice.
Analiza critică privind materialele compozite are ca scop o alegere a acestora pentru
realizarea structurilor cu rigiditate ridicată, utilizate în construcţia de autovehicule.
O evaluare a proprietăţilor mecanice ale compozitelor s-a realizat cu ajutorul standurilor
de încercări. În acest sens s-au construit dispozitive de adaptare cu ajutorul cărora epruvetele au
putut fi încecate pe sandurile și instalațiile existente la INSTITUTUL DE AUTOVEHICULE
RUTIERE INAR Brașov și în cadrul Laboratorului de Încercare a Materialelor al Catedrei de
13
Mecanică a UNIVERSITĂŢII TRANSILVANIA Braşov. S-a realizat un stand, folosin o
caroserie de autoturism, cu ajutorul căruia s-a putut solicita structura auto construită din materiale
compozite.
S-au realizat plăci, din materiale compozite, de diferite dimensiuni, folosind mai multe
tipuri de constituienți. Materialele folosite pentru armarea plăcilor sunt fibra de sticlă și fibra de
carbon. Din aceste plăci s-au debitat epuvetele necesare realizării încercărilor pe stand.
Stabilirea caracteristicilor materialelor compozite alese pentru utilizarea la construcţia
structurilor auto s-a făcut în urma încercărilor de rupere la încovoiere şi de anduranță la
încovoiere, pe stand cu ajutorul, epruvetelor realizate. Datele înregistrate în timpul încercărilor au
permis alegerea materialelor pentru realizarea unei structuri auto.
Structura auto realizată este o portieră de autoturism. Portiera este realizată din două
repere, o față exterioară și o ramă interioară. Ambele repere au fost construite din materiale
compozite. Fața exterioară a fost realizată din fibră de carbon, iar rama interioară din fibră de
sticlă. Alegerea materialelor din care s-au realizat cele două repere ale portiereie auto s-a făcut
pornind de la caracteristicile materialelor compozite analizate, dar tinând cont și de posibilitățile
de construcție ale reperlor.
S-a analizat comportarea structurii auto realizate din materialele compozite alese, cu
ajutorul metodei elementelor finite pentru determinarea solicitărilor din structură.
S-au efectuat verificări experimentale în scopul validării modelului propus şi a relaţiilor
de calcul folosite.
Diseminarea rezultatelor obţinute în urma testelor de laborator a presupus participarea la
conferinţe naţionale şi internaţionale.
14
Capitolul 2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL PRODUCERII
ŞI UTILIZĂRII MATERIALELOR COMPOZITE
2.1. Definirea materialelor compozite
Materialul compozit reprezintă o combinație între doi sau mai mulți constituienți de
același tip, sau diferiți, din punct de vedere fizic și chimic. Materialele își mențin identitatea
separată în compozit. Combinarea lor oferă materialului compozit proprietăți și caracteristici
diferite de cele ale constituienților. Materialul de bază se numește matrice. Celălalt constituient
poartă numele de armătură. Armătura poate fi sub formă de fibre sau particule și se adaugă
matricei pentru a-i îmbunătăți calitățile. În compoziția materialului compozit găsim și adaosuri
tehnologice.
Funcţia unei matrice, a unui material compozit, este de a asigura un mediu relativ rigid
care este capabil să transfere efortul la componenţii fibroşi ai materialului. Matricea înglobează
armătura.
Funcţia armăturii dintr-un material compozit este de a prelua efortul încărcării transferat
prin matrice. Încărcarea trebuie astfel să fie distribuită între matrice şi armătură [xx]. Armătura
este inclusă de către materialul matricei.
În formarea compozitelor, un aspect important al combinării matricei şi armăturii este
formarea unei legături chimice.
Adaosurile tehnologice au rol de catalizator, de accelerator, de ignifugare, de protecție
împotriva razelor ultravioletelor, etc.
Materialele compozite fac parte din categoria „noilor materiale” şi sunt create pentru a
răspunde unor exigenţe în ceea ce priveşte:
- rezistenţa la acţiunea agenţilor chimici;
- rezistenţa la coroziune;
- rezistenţa mecanică şi rigiditatea;
- rezistenţa la solicitări variabile;
- rezistenţa la şoc şi la uzură;
- stabilitatea dimensională;
- greutatea scăzută.
15
2.2. Structura materialelor compozite, clasificare
Structura materialelor compozite este schematizată în figura 2.2.1.
Figura 2.2.1. Structura materialelor compozite
Atât matricea cât și armătura unui material compozit, pot fi obținute din diferite tipuri de
materiale. Clasificarea materialeleor compozite se poate face în funcție de tipul materialului matricei,
materialul de armare, modul de realizare a compozitului, utilizare, proprietățile mecanice, fizice sau
chimice, etc. [101].
Funcție de tipul materialul matricei, se disting trei clase de materialele compozite. Astfel se
poate vorbi despre:
- Materiale compozite cu matrice polimerică sau Polymer Matrix Composites (PMC) - sunt
materialele a căror matrice este realizată dintr-o răşină polimerică;
- Materiale compozite cu matrice metalică sau Metal Matrix Composites (MMC) - sunt
materialele a căror matrice este realizată din aluminiu;
- Materiale compozite cu matrice ceramică sau Ceramic Matrix Composites (CMC) – sunt
materialele a căror matrice este realizată dintr-o carbură de siliciu SiC, nitrură de siliciu Si3N4,
oxid de aluminiu Al2O3, etc.
Funcție de tipul materialului de armare [85], se disting două mari clase de materialele
compozite: - Materiale compozite armate cu particule – la care dimensiunea principală a componentei de
armare este mică în comparaţie cu dimensiunile structurii;
- Materiale compozite armate cu fibre – la care dimensiunea principală a componentei de
armare este de acelaşi ordin de mărime cu dimensiunile structurii.
Adaosuri tehnologice
Matrice Armătură
Material compozit
16
Materialele compozite armate cu fibre se împart, la rândul lor, în două clase, după forma și
dimensiunile relative ale materialului de armare:
- Materiale compozite nestratificate stratificate – la care una dintre dimensiunile componentei
de armare este de acelaşi ordin de mărime cu dimensiunile structurii.
- Materiale compozite stratificate (ˮtip sandwichˮ) – la care două dimensiuni principale ale
constituenţilor sunt de acelaşi ordin de mărime cu dimensiunea structurii.
În figura 2.2.2 este ilustrată o schemă de clasificare a materialelor compozite funcție de forma
și dimensiunile relative ale materialului de armare
Figura 2.2.2. Clasificare a materialelor compozite, după materialul de armare
2.3. Tehnologia de obţinere a materialelor compozite şi a componentelor fabricate din
acestea
Pentru realizarea materialelor compozite este nevoie de producerea constituienților.
Materialele pentru matrice și materialele pentru armare au moduri diferite de obținere.
După cum s-a menționat anterior, cele mai utilizate materiale pentru matrice sunt rășinile.
Răşinile folosite pentru realizarea materialelor compozite polimerice sunt materiale artificiale de
sinteză, de natură organică. Ele pot fi polimerizate prin intermediul unui compus chimic numit
întăritor.
Materialele de armare, funcție de natura lor, au procedee diferite de obținere.
MATERIALE COMPOZITE
Compozite cu fibre
Compozite cu Particule
Stratificate
Nestratificate
Microparticule
Particule mari
Cu fibre continue
Unidurecționale
Multidirecționale
Orientate
Neorientate
Orientate
preferențial
Orientate aleatoriu
Cu fibre discontinue
17
Schematic, procesul de obținere al fibrei de sticlă este ilustrat în figura 2.3.1.
Materia primă, formată din nisip, caolin, piatră de var și dolomit, se amestecă și se topesc
în cuptorul de topire. Amestecul topit este transformat în filamente cu ajutorul duzelor de filare.
Filamentele sunt răcite cu ajutorul aerului și apoi înfășurate pe rolă.
Fibrele de carbon sunt mai rezistente decât oţelul, mai rigide decât titanul şi mai uşoare
decât aluminiul prezentând cea mai ridicată rigiditate specifică. Fibrele de carbon au o rezistenţă
foarte ridicată atât la tracţiune cât şi la compresiune. Rezistenţa la impact a acestor fibre este mai
redusă decât cea a fibrelor de sticlă sau aramidice, astfel încât fibrele de carbon sunt combinate
cu aceste fibre pentru a forma structurile stratificate hibride.
Schema procesului de producţie al fibrelor de carbon este schematizat în figura 2.3.2.
Figura 2.3.1. Schema procesului de producţie a fibrei de sticlă
3
2
4
5
6
7
8
1
1. Siloz materiale de carieră 2. Cuptor de topire; 3. Duze de filare; 4. Instalație de răcire; 5. Instalație de apretare; 6. Rolă de înfășurare; 7. Filamente; 8. Fibră.
18
Figura 2.3.2. Schema procesului de producţie a fibrelor de carbon
Obţinere materialelor compozite constă în procesul de unire, pe cale chimică şi mecanică,
a straturilor materialului de armare cu cel al matricei.
Metodele şi procedeele de formare a pieselor compozite se aleg în funcţie de natura
materialului matricei şi a armăturii. Procedeele de obţinere a materialelor compozite sunt variate
și depind de mai mulți factori: tipul de materiale folosite, de proprietăţile acestora, numărul de
repere de realizat, domeniul de utilizare al reperelor construite, de exigenţele cerute produsului
de executat, condiții de calitate, preț de producție, etc.
Printre procedeele de obținere a reperelor din materiale compozite cele mai utilizate sunt:
- formarea prin turnare;
- formarea prin contact;
- formarea prin pulverizare simultană;
- formarea în sac;
- formarea prin injecție sub vid;
- formarea prin presare la rece;
- formarea prin presare la cald;
- formarea premixurilor;
- formarea prin stratificare continuă;
- formarea prin pultruziune;
- formarea corpurilor de revoluție prin răsucire filamentară;
- formarea corpurilor de revoluție prin centrifugare;
- formarea materialelor termoplastice.
Fibre pe bază de PAN, gudron, celuloză
Oxidare (stabilizare) 180-300°C
Carbonizare 300-1600°C
Grafitizare 1600-3000°C Fibre de carbon HT
Fibre de carbon HM
19
2.4. Utilizări industriale ale materialelor compozite
Materialele compozite sunt folosite la realizarea structurilor performante. Avantajul
principal al acestora este raportul ridicat între rezistența și greutatea lor volumică.
În figura 2.4.1 se prezintă consumul unor asemenea materiale până în anul 2010, în
comparaţie cu materialele clasice ori cu produsele naturale.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Anul
Con
sum
ul x
1 0
00 0
00 t Produse naturale
Materiale compozite
Metale
Figura 2.4.1. Consumul materialelor până în 2010
Sfera aplicaţiilor acestor materiale este foarte largă (figura 2.4.2), fiind prezente în toate
sectoarele activităţii economice.
În domeniul electronicii şi electrotehnicii, compozitele pe bază de răşini poliamidice,
policarbonaţi, sulfură de polifenilenă, oxid de polifenilenă, siliconi, polibutilen tereftalat, etc., se
folosesc pentru izolatoare de înaltă tensiune, suporturi pentru circuite, întrerupătoare, carcase,
conductoare, platforme, cabine, corpuri de iluminat etc.
Circuitele integrate, microprocesoarele şi memoriile folosite în domeniul calculatoarelor
sunt sisteme hibride stratificate compuse dintr-un număr de materiale care au diferite funcţii
[85]. Din punct de vedere mecanic, o atenţie deosebită trebuie acordată durabilităţii sub acţiunea
factorilor de mediu.
20
Figura 2.4.2. Schema aplicațiilor materialelor compozite
Industria auto este una din cele mai importante ramuri economice şi totodată generează
un impuls pentru alte ramuri.
Un autovehicul se realizează dintr-o multitudine de repere. În figura 2.4.10 este un
exemplu de componență a unui autoturism Volkswagen Golf 2.
Recipienţi sub presiune
Proteză
Microcalculator
Oglindă telescopică
Elemente de construcţie
Utilaj chimic
Ortopedie
Medicină
Chimie
Optică
Construcţii
Electronică
APLICAŢII
Energetică
Generator eolian
Electrotehnică
Aparate
Ambalaje
Container
Schiuri Materiale
sportive
Construcţii de maşini
Material rulant
Maşini agricole
Tractor
Autovehicule
Maşini de ridicat
Ascensor
Iaht
Construcţii navale
Construcţii aeronautice
Ambarcaţiuni
Avion
Eleron
Aripi
Elicopter
Planor
Dispozitiv de hipersustenţie
Ampenaj
Motor cu reacţie
Structură portantă
Deflector
Fuselaj
Stabilizator
Cabină
21
Figura 2.4.10. Componența unui autoturism
Reperele din componența unui autovehicul sunt realizate dintr-o paletă largă de materiale
(metalic, plastic, textil). Materialelul de bază, până nu demult, era metalul. Materialele plastice și
compozite erau utilizate inițial doar pentru realizarea unui număr redus de repere, cu precădere
elemente de decor. Apariţia pe piaţa de materiale a unui mare număr de mase plastice a condus la
o largă dezvoltare a acestora în industria automobilelor, în special prin armarea cu fibră de
sticlă sau carbon. Pe măsura dezvoltării compozitelor, numărul reperelor executate din aceste
materiale a început să crească și elemente de structură din construcția autovehiculelor au început
să fie executate din compozite. Materialele compozite sunt soluţia pentru dezvoltarea de vehicule
eficiente din punct de vedere energetic. Înlocuiriea metalelor cu materiale compozite duce la
reducerea greutății autovehiculelor, ceea ce implică reducerea consumului de carburant al
acestuia, deci, o reducere a poluării dar și la o creștere a performanțelor.
Până în 2010 circa 10% din masa automobilului era construită din mase plastice armate.
Tendința este ca acest procentaj să crească în anii următori.
Cele mai multe utilizări ale materialelor compozite polimerice, 56%, îl constituie
construcţia elementelor de caroserie ale autovehiculelor: aripi, uşi, pavilioane, capote etc.
Elemente din structura șasiului, din sistemul de suspensie, repere ale motorului și ale transmisiei
sunt realizate din materiale compozite.
În figura 2.4.11 sunt prezentate o serie de repere ce se realizează din materiale compozite.
22
Figura 2.4.11. Repere ce se realizează din materiale compozite
Materiale compozite prezintă proprietăţi mecanice superioare materialelor plastice
obişnuite. Compozitele se impun datorită greutății scăzute, rezistentei la coroziune şi radiaţii,
proprietăților termoizolante, uşurința cu care se pot prelucra.
Ford Motor Company, un lider în domeniu, foloseşte materiale compozite pentru a reduce
greutatea și pentru a reduce costurile. O nouă aplicație este un scut termic pentru a izola
rezervorul de combustibil de temperatura înaltă generată de sistemul de evacuare a gazelor arse
ale motorului. Reperul este un laminat realizat prin turnare din rășină AOC (SMC) armat cu fibre
de sticlă scurte. Acesta a fost special realizat pentru că scutul trebuie să beneficieze de proprietăţi
mecanice superioare, fiind expus la temperaturi ridicate sau coroziune.
Mahle produce, de asemenea, sisteme de admisie a aerului, din polipropilenă (PP), pentru
cele mai noi motoare pe benzina ale firmei Volkswagen. Este prima utilizare a unui material de
PP în această aplicație. Se spune că această construcţie duce la economii de greutate de până la
15%, rezistență mare la solicitari mecanice, precum și stabilitate termică ridicată, performanță
acustică mai bună.
Vehiculele electrice şi hibride sunt văzute 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 compensată creşterea greutăţii autovehiculului datorată utilizării bateriilor.
Cercetatorii de la Imperial College din Londra, inclusiv Volvo Corp, au dezvoltat un
prototip de vehicul electric, din fibră de carbon, la care stocarea energiei electrice se face în
Mască față
Capotă motor
Aripă față Protecție laterală
Plafon Trapă
Scut
Cadru ușă
Flapsuri laterale
Capac roată
Oglindă retrovizoare
Eleron spate
Suport număr
Capac rezervor
Stopuri spate
Lampi laterale
Lămpi față
Panou ușă
Bară spate
Bară față
Praguri
Mască climatizare
Scut spate
Mânere uși
23
materialul compozit din care este realizată caroseria. Cele mai recente nanomateriale fabricate
din fibre extrem de subțiri și puternice de carbon inlocuiesc panourile caroseriei din oțel ale
autovehiculului si pot fi folosite la realizarea plafonului, ușilor, capotelor și a podelei.
Compozitul, patentat, format din fibre de carbon și rașină polimerică, ar putea schimba
construcţia de vehiculele electrice hibride. Materialul este proiectat pentru a stoca și a furniza
uşor energie electrică, dar este suficient de rezistent pentru a fi folosit la realizarea de
componente structurale sau panouri de caroserie. Mașina, în sine, ar putea deveni o baterie.
Materialul este capabil să stocheze și să furnizeze cantități mari de energie, mult mai rapid decât
bateriile convenționale. Procesul de reîncărcare nu implică nici una din reacțiile chimice care
provoacă degradarea bateriile în timp (figura 2.4.12).
Figura 2.4.12. Elemente de caroserie din material compozit generator de energie
În concluzie, materialele compozite sunt utilizate din ce în ce mai mult. Calitățile lor le
impun în fața materialelor clasice fiind mai uşoare, mai fiabile, uşor de realizat. În industria auto,
folosirea acestor materiale duce la creșterea rezistenței concomitent cu scăderea greutății
vehiculelor, ceea ce se traduce prin reducerea consumului de combustibil și creşterea
performanțelor.
24
Capitolul 3.
PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR COMPOZITE
Materialele compozite fac parte din categoria „noilor materiale”. Ele nu există în stare
naturală, ci sunt create artificial pentru a răspunde unor exigenţe bine definite. Printr-o alegere
corespunzătoare, atât calitativ, cât și cantitativ a materialelor constituente se pot realiza materiale
compozite cu prorietăți superioare materialelor tradiționale.
3.1. Proprietati mecanice ale compozitelor
Materialele compozite sunt realizate prin combinarea, la scară macroscopică, a cel puţin
doi constituenţi. Legăturile mecanice şi chimice, ce apar între matricea și armătura compozitului
dau naștere unui material al cărui ansamblu de proprietăţi este superior celui al constituenţilor
luaţi separat.
Din acest motiv proprietăţile materialelor compozite sunt influenţate de proprietăţile
materialelor constituente, de fracţiunea volumică a componentei de armare, de orientarea
armăturii în compozit, etc.
Pentru materialelor compozite polimerice armate cu fibre, orientarea fibrelor armăturii,
generează proprietăţi diferite pe direcţii diferite de solicitare ale materialului (anizotropia).
Aceasta este una dintre caracteristicile fundamentale ale materialelor compozite. Printr-o
orientare judicioasă a fibrelor, compozitul poate prelua sarcinile din exploatare.
3.2. Valori ale proprietăților materialelor compozite
Cele mai multe termoplaste posedă proprietăţi bune la compresiune ceea ce face ca
limitările impuse în utilizarea lor, să fie rare. În tabelul 3.2.1 se prezintă rezistenţele la
compresiune a unor termoplaste [128].
Temperatura materialului influențează proprietățile de tracțiune ale răşinilor. Temperatura
ridicată duce la scăderea modulului de elasticitate la tracţiune, a rezistenţelor de curgere şi
rupere, iar alungirile la curgere şi rupere cresc.
Figurile 3.2.1 și 3.2.2 prezintă curbele de variaţie a modulului de elasticitate şi a
rezistenţei la tracţiune în funcţie de temperatură pentru trei tipuri de materiale.
25
Tabelul 3.2.1.
Tipul răşinii Rezistenţa la compresiune
[MPa]
Acrilonitril-butadien-stiren (ABS) 48
ABS armat cu 20% fibre de sticlă 62
Poliamidă PA 6/6 34
Policarbonat (PC) 86
Policarbonat (PC) armat cu 10% fibre de sticlă 96
Polipropilenă (PP) 21
Polieterul de fenilen (PPE) modificat ptr. impact 110
Polistiren (PS) de uz general 83
Polistiren (PS) modificat ptr. impact 44
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
200 225 250 275 300 325 350 375 400
T [K]
E [N
/mm
2]
Poliamidă 11
Poliamidă 6/6
PVC
Figura 3.2.1. Variaţia modulului de elasticitate în funcţie de temperatură
Proprietăţile la încovoiere ce caracterizează un material oarecare sunt:
- Rezistenţa la încovoiere – reprezintă tensiunea maximă la încovoiere în fibrele
exterioare ale unei epruvete, la momentul ruperii;
- Modulul de elasticitate la încovoiere – este raportul, determinat la încovoiere, dintre
tensiune şi alungire, în interiorul limitei de elasticitate.
26
0
10
20
30
40
50
60
70
80
200 225 250 275 300 325 350 375 400
T [K]
σ t [N
/mm
2]
Poliamidă 11
Poliamidă 6/6
PVC
Figura 3.2 2. Variţia rezistenţei la rupere în funcţie de temperatură
În tabelul 3.2.2 sunt prezentate proprietăţile la încovoiere a unor termoplaste [129].
Tabelul 3.2.2.
Tipul răşinii Rezistenţa la încovoiere [MPa]
Modulul de elasticitate la încovoiere
[GPa] Acrilonitril-butadien-stiren (ABS) 69 2,2
Poliamidă 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 răşini termoplaste este prezentat
în tabelul 3.2.3.
Tabelul 3.2.3.
Tipul răşinii 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.
Rezistență la tracțiune
σ
Modul de elasticitate
E
Densitate ρ
Rezistență specifică
kσ
Modul specific
kE
Diametrul fibrei
[GPa] [GPa] [kg/m3] 103 103 [μm]
Alumină 2,4-4,1 470-530 3960 100 13300 20-500
Aramidă 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
Carbon de înaltă rezistență 2,5 240 1900 134,1 12881 5-11
Cuarț 6,0 74 2200 2700 3360 10
Kevlar 2,8 130 1500 190,3 8838 -
Polietilenă 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
Datorită faptului că materialele compozite au un raport rezistenţă-greutate redus, o
rezistenţă bună la uzură și coroziune acestea au început să înlocuiască din ce în ce mai mult
materialele tradiționale.
Integritatea structurală a materialului compozit asigură performanţe ridicate.
Caracteristicile materialelor compozite stratificate armate cu fibre se reduc din cauza
concentratorilor de tensiuni, ca şi la metale, dar și din cauza deteriorărilor. Acestea sunt
numeroase, dar şi diferite față de cele ale metalelor. Deteriorările materialelor compozite pot fi
de două tipuri:
- deteriorări proprii compozitului, apărute în timpul realizării compozitului;
- deteriorări dobândite, cauzate de solicitările la care sunt supuse reperele realizate din
aceste materiale.
28
Deteriorările proprii, apărute în timpul realizării compozitului, sunt legate de defecțiunile
materialelor constituente, dar țin și de tehnologia de fabricație. Aceste deteriorări sunt produse de
neuniformități ale grosimii straturilor, lipsa paralelismului între fibre, întreruperi ale fibrelor,
goluri (pungi de aer) sau alte imperfecţiuni în structură, delaminări, dar și din cauza sculelor
neadecvate, sau incorect folosite.
Deteriorările dobândite sunt produse de sarcinile ce acționează asupra pieselor realizate
din materialele compozite, sau de acțiunea factorilor de mediu.
Deteriorările ce apar la un material compozit stratificat, armat cu fibre, pot fi [57]:
- fisurarea sau crăparea matricei compozitului;
- creşterea golurilor din matrice;
- delaminarea;
- ruperea fibrelor;
- dezlipirea de matrice a fibrelor orientate pe direcţii diferite de cea de încărcare;
- desprinderea de matrice a fibrelor orientate pe direcţia încărcării.
Aceste deteriorări pot apare din cauza solicitărilor statice de întindere–compresiune,
încovoiere, forfecare sau torsiune, dar și din cauza oboselii structurii. Defectele pot apărea
instantaneu sau pot fi rezultatul cedării progresive a materialului.
3.4. Posibilitatea de reciclare
În componență unui autovehicul (figura 3.4.1) intră multe tipuri de materiale: metalice,
plastice, textile, etc. Procentele sunt variate funcție de tipul autovehiculului, destinația acestuia,
zona climatică în care va fi exploatat, performanțelor pe care le dezvoltă, sau clasei sociale căreia
i se adresează.
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 totuși limitate. Se preconizează
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 totală a maşinilor scoase din uz 75% se reciclează, iar 25% rămâne praf
rezidual.
Dintr-un autoturism se reciclează: 70,1% materiale feroase; 3,4% materiale neferoase;
1,5% echipamente electrice.
29
Praful rezidual, ceea ce nu se recuperează 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. Componența unui autovehicul
Din masa prafului rezidual 70% este alcătuită din fibre şi plastic. Reciclarea maselor
plastice şi a cauciucurilor se face într-un procent redus. Fibrele nu se pot încă recicla. Sticla
reprezintă 40 de kilograme din greutatea totală a maşinii iar procentul de reciclare al acesteia este
mic.
Se preconizează că circa 85% din masa automobilelor (cele care ies din funcțiune la data
menționată) să fie reciclabilă iar pentru cele noi proiectate procentul să fie 90%. Pe un termen
mai lung se preconizează că în procent de 95% din masa automobilului să fie reciclabilă. Din
aceste punct de vedere, tot mai multe firme constructoare de autovehicule încep să-și
regândească modul de dezvoltare al produselor.
În figura 3.4.2, cu culoarea galbenă sunt evidențiate reperele pe care firma Opel le
realizează din materiale reciclate.
Figura 3.4.2. Repere reciclate
30
Capitolul 4.
DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A PROPRIETĂŢILOR
MATERIALELOR COMPOZITE LA SOLICITĂRILE DIN EXPLOATARE
4.1. Caracteristicile solicitărilor mecano-termice
Utilizarea materialelor compozite pentru construcția de piese supuse la solicitări
mecanice, termice şi chimice, impune cunoaşterea caracteristicilor acestor materiale.
Principalele caracteristici mecanice şi fizice ale fibrelor sunt:
- σu - rezistenţa la tracţiune;
- E - modulul de elasticitate longitudinal;
- ρ - densitatea sau greutatea specifică.
Rezistenţa maximă la tracţiune, σu, şi modulul de elasticitate longitudinală, E, pentru
câteva fibre tipice utilizate în compozitele avansate se determină prin încercarea la întindere (la
tracţiune), în urma căreia rezultă curbe caracteristice liniare ca în fig. 4.1.1. Pe lângă acestea, în
literatura de specialitate [110], sunt definite rezistenţa specifică şi rigiditatea specifică.
Rezistenţa specifică este defintă ca raport între rezistenţa de tracţiune şi densitatea
materialului:
kσ = σu / ρ (4.1.1)
unde: kσ - rezistenţa specifică;
σu - rezistenţa la tracţiune;
ρ - densitatea sau greutatea specifică.
Rigiditatea specifică numită şi modulul specific se defineşte similar cu rezistenţa
specifică, prin raportul între modulul de elasticitate E şi densitatea materialului:
kE = E / ρ (4.1.2)
unde: ke - rigiditatea specifică;
E - modulul de elasticitate longitudinal;
ρ - densitatea sau greutatea specifică.
Aceste proprietăţi sunt citate adesea ca indicatori ai eficienţei structurale a unui material [x47].
31
4.2. Pregatirea epruvetelor şi determinarea proprietăţilor materialelor compozite
Pentru a se obţine rezultate reproductibile şi comparabile ale încercărilor este necesar să
se utilizeze anumite metode de preparare şi de condiţionare [85] și să se respecte normativele
existente.
4.2.1. Pregatirea epruvetelor
În cazul materialelor pentru formare şi stratificare, se realizează o placă în conformitate
cu ISO 1268 sau în orice alt mod de lucru precizat.
Din placă se decupează epruvete individuale sau seturi de epruvete.
În cazul produselor finite (de exemplu, pentru controlul calităţii în fabricare sau la
livrare), epruvetele se prelevează din zonele plane.
Parametrii de prelucrare ai epruvetelor sunt prevăzuţi în ISO 2818.
4.2.1.1. Prelucrarea epruvetelor
Pentru realizarea epruvetelor, în timpul prelucrărilor, se are în vedere următoarele:
- Prelucrarea epruvetelor trebuie făcută în condiţii care să nu creeze o creştere puternică a
căldurii în epruvetă (se recomandă a utiliza un lichid de răcire). Dacă este utilizat un
astfel de lichid, epruvetele se usucă imediat după prelucrare;
- Toate suprafeţele prelucrate ale epruvetei trebuie să fie lipsite de defecte de prelucrare.
Dacă nu este posibilă prelevarea epruvetelor din obiectul finit, se pregătesc foi sau plăci
care reproduc pe cât posibil modul de fabricare al produsului considerat.
Dacă materialul prezintă diferenţe importante ale caracteristicilor la încovoiere pe două
direcţii principale, trebuie supus încercării pe ambele direcţii.
4.2.1.2. Forma şi dimensiunile epruvetelor
Indiferent de epruvetă, grosimea în partea centrală, pe o treime din lungime, nu trebuie să
varieze cu mai mult de 2% din valoarea sa medie. Variaţia maximă corespunzătoare pentru
lăţime este de 3%. Secţiunea transversală trebuie să fie dreptunghiulară iar margile să nu fie
marginile rotunjite.
Pentru materialele care au proprietăţi fizice diferite, funcție de direcţia fibrelor
materialului de armare, epruvetele trebuie alese astfel încât, în cursul încercării, tensiunea de
32
încovoiere să fie aplicată pe aceeaşi direcţie ca aceea în care produsele sunt solicitate în
funcționare [85].
Atunci când materialul prezintă o diferenţă semnificativă a proprietăţilor de încovoiere pe
două direcţii principale, acesta trebuie încercat pe cele două direcţii. Orientarea epruvetelor în
raport cu direcţiile principale trebuie notată. Dacă într-o aplicaţie materialul este supus unei
tensiuni pe o direcţie specifică faţă de direcţia principală, se recomandă ca materialul să fie
încercat pe această direcţie.
4.2.1.3. Metodica de experimentare
Maşina de încercare trebuie să fie conform ISO 5893. Maşina de încercare trebuie să fie
capabilă să menţină viteza de încercare pe parcursul probei.
Poziţia epruvetei la începutul încercării este prezentată în figura 4.2.6. Raza R1 a
poansonului semisferic şi raza R2 a suporţilor trebuie să fie următoarele:
- 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 să fie reglabilă. Eroareade măsurare pentru forţa indicată nu
trebuie să depăşească ±1%, iar pentru săgeata indicată nu trebuie să depăşească ±1% pe toată
scara. Se va utiliza un dispozitiv de măsurare cu exactitate de cel puţin 0,01 mm.
Figura 4.2.6. Poziţia epruvetei la începutul încercării
33
4.2.1.4. Modul de încercare al epruvetelor
Epruvetele folosite la încercările 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 măsoară lăţimea B a epruvetei cu exactitatea de 0,1 mm, în secţiunea centrală a
epruvetei. Se fac trei măsurări ale grosimii C şi se utilizează media aritmetică pentru calculele
ulterioare. Se ajustează lungimea între suporturi, L. Se măsoară lungimea între reazeme cu
exactitatea de 0,5%.
Se aşează epruveta simetric în raport cu suporturile paralele asigurându-se că lungimea
epruvetei este perpendiculară pe aceste suporturi. Se asigură poziţionarea capului de apăsare
central exact la mijlocul distanţei dintre suporturi şi se aplică forţa pe epruvetă cu o viteză
uniformă, evitându-se şocurile.
Dacă trebuie determinat modulul de elasticitate, se citesc simultan valorile forţei şi ale
săgeţii, suficient de frecvent pentru a se putea trasa o curbă forţă-săgeată precisă. Este preferabil
să se înregistreze continuu forţa şi săgeata sau să se traseze curba forţă săgeată.
Încercarea se desfășoară până se produce ruperea epruvetei.
4.2.1.5. Calculul şi exprimarea rezultatelor
Rezistențî la încovoiere, fσ , în timpul solicitării unei epruvete, pe stand, se calculează cu
ajutorul formulei:
WM
f =σ (4.2.1)
unde: fσ - rezistența la încovoiere, în [MPa];
M - este momentul de încovoiere solicitant, în [Nm];
W - este modulul de inerţie al secţiunii drepte, în [mm3].
34
Momentul de încovoiere se calculează cu formula:
4LFM ⋅
= (4.2.2)
unde: M - este momentul de încovoiere solicitant, în [Nm];
F – forța de apăsare pe epruvetă, în [N];
L - este distanța dintre suporturile pe care se sprijină epruveta, în [mm].
Modulul de inerţie al secţiunii drepte, W este dat de formula:
6
2hbW ⋅= (4.2.3)
unde: W- este modulul de inerţie al secţiunii drepte, în [mm3];
b - este lățimea secțiunii epruvetei, în [mm];
h - este grosimea secțiunii epruvetei, în [mm].
Rezultă că rezistența la încovoiere se poate calcula cu relaţia:
223
hbLF
f ⋅⋅
=σ (4.2.4)
unde: fσ - rezistența la încovoiere, în [MPa];
F – forța de apăsare pe epruvetă, în [N];
L - este distanța dintre suporturile pe care se sprijină epruveta, în [mm].
b - este lățimea secțiunii epruvetei, în [mm];
h - este grosimea secțiunii epruvetei, în [mm].
Pentru determinarea modulului de elasticitate la flexiune Eb, se trasează curba Forţă-
Săgeată, se înregistrează cel puţin cinci valori ale săgeţii şi forţei din zona rectilinie a acestei
curbe valori ce se introduc în formula:
dF
bhLEb ∆
∆= 2
3
2 (4.2.5)
unde: Eb - este modulul de elasticitate, în [MPa];
L - este distanța dintre suporți, în [mm];
b - este lăţimea epruvetei, în [mm];
h - este grosimea epruvetei, în [mm];
F∆ - variaţia forţei pe partea rectilinie iniţială a curbei forţă – săgeată, în [N];
d∆ - variaţia săgeţii corespunzătoare variaţiei forţei F∆ , în [mm].
35
Sarcina de încovoiere este aceea care corespunde suprafeţei epruvetei, presupunând linia
neutră situată la mijlocul grosimii.
Aceste relații vor fi folosite împreună cu datele experimentale pentru determinarea
caracteristicilor materatialelor compozite încercate.
4.3. Stand de încercare
Caracteristicile materialelor, mai ales a celor compozite, trebuie să se determine și
experimental. În acest sens sunt realizate standuri cu ajutorul cărora, se pot supune la probe
epruvetele realizate din materialalele de încercat. Epruvetele pot fi supuse la diverse solicitări.
Ele pot fi încercate la întindere, la compresiune, la încovoiere, la torsiune, etc. Tipul de solicitare
se alege funcție de rolul pe care trebuie să-l îndeplinească structura realizată din aceste materiale.
În cazul de față s-a dorit studierea comportării unor materiale compozite supuse la
solicitări de încovoiere. S-au determinat forțele maxime la care au rezistat epruvetele realizate
din materialele compozite, săgețile maxime de deformare a epruvetelor, până în momentul ruperii
acestora. Pentru unele materiale s-au făcut și probe de anduranță la încovoiere, pentru a se vedea
comportamentul materialului în timp.
Aceste probe au fost realizate cu ajutorul unor standuri adaptate pentru încercări de
încovoiere sau pentru încercări de anduranță.
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 deformează epruvetele în timpul solicitărilor.
4.3.1.1. Construcția standului de încercare la încovoiere
Standul a fost realizat pornindu-se de la o instalație existentă destinată încercărilor de
tracțiune sau compresiune. Instalația este folosită pentru realizarea probelor de tracțiune și
compresiune. Ea poate dezvolta o forță maximă de tracțiune-compresiune de 25 kN.
Schema de principiu a acestei instalații este prezentată în figura 4.3.1.
Instalația este compusă din trei părți:
- postul de lucru;
- postul de comandă;
- postul de înregistrare a datelor.
36
Postul de lucru este o maşină de tracţiune cu două coloane (1). Postul de lucru este
compus dintr-o masă (2) pe care sunt montate două coloane verticale (3). Pe aceste coloane poate
culisa în sus și în jos o traversă (4) pe care este montat traductorul de forță (5). Pe masa mașinii
este montat un cilindru servohidraulic (6) de al cărui piston este atașat un traductor de cursă (7).
Pistonul cilindrului servohidraulic acționează asupra dispozitivului (8) de solicitare a epruvetei
(9).
Postul de comandă este un dulap electric de comandă, măsură și control (10). În acest
dulap se află toată instalația electrică și electronică necesară acționării și controlării postului de
lucru. Tot în acest dulap se află un generator de semnal (11) cu ajutorul căruia se poate controla
mișcarea pistonului cilindrului servohidraulic de acționare după anumite funcții impuse.
Figura 4.3.1. Instalaţie servohidraulică de 25 kN pentru tracţiune-compresiune
1. Maşină cu două coloane; 2. Masă de lucru; 3. Coloane; 4. Traversă mobilă; 5. Traductor de forţă; 6. Cilindru servohidraulic de acţionare; 7. Traductor de cursă înglobat în cilindru; 8. Dispozitiv de solicitare a epruvetei; 9. Epruveta; 10. Dulap electric de comandă, măsură şi control; 11. Generator de rampă; 12. Amplificator semnal traductor forţă; 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 cărora se amplifică semnalele primite de la traductoare (12), se afișează (13) și se
înregistrează (14).
Pentru a realiza solicitare de încovoiere, s-a construit dispozitivul de solicitare a
epruvetei. Dispozitivul de solicitare a epruvetei este format dintr-un împingător şi două reazeme.
Figura 4.3.2. Montajul epruvetei
Montajul epruvetei în dispotitivul de solicitare este prezentat în figura 4.3.2. Se vede că
epruveta este sprijinită la ambele capete pe reazemele cilindrice, iar la jumătatea acesteia
acţionează împingătorul.
Epruveta nu este încastrată la nici unul din capete, permiţând o încovoiere pură.
4.3.1.2. Funcționarea standului de încercare la încovoiere
Schema de solicitare la încovoiere în trei puncte a epruvetei este prezentată 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 așează pe cele două rezeme cilindrice aflate
la 80 mm unul de celălalt, iar pe mijlocul părții superioare acționează împingătorul. Sub acțiunea
forței F de apăsare epruveta se defomează cu săgeata f.
După ce proba a fost fixată, se comandă acționarea cilindrului servohidraulic. Deplasarea
pistonului cilindrului servohidraulic de acționare este înregistrat de traductorul de cursă atașat
pistonului, iar forța de solicitare este înregistrată de traductorul de forță de pe traversă.
Semnalele emise de traductoare sunt amplificate și apoi colectate de dispozitivul de înregistrare.
4.3.2. Stand de încercare la anduranță
Standul de încercare la anduranță are rolul de a supune epruveta unor cicluri de solicitare
la încovoiere, pentru a studia comportamentul acesteia în timp. Standul, realizat, asigură o
solicitare alternant simetrică, alternant asimetrică, sau pulsatorie.
4.3.2.1. Construcția standului de încercare la anduranță
O descriere generală a standului de anduranță este prezentată în figura 4.3.4.
Standul este compus din trei părți:
- postul de lucru;
- postul de comandă
- postul de înregistrare a datelor.
Postul de lucru este alcătuit dintr-un șasiu (1), pe care se află mecanismul bielă-manivelă
(2), culisa (6), dispozitivul de solicitare a epruvetei (3), brațul oscilant (7), traductorul de forță
(8) și traductorul de cursă (9).
40 40
50
100
h
F
N N
f
39
Postul de comandă este alcătuit din dulapul electric de comandă (2), unde se află partea
electrică de acționare a standului și un contor pentru ciclurile de solicitare electromecanic (10).
Postul de înregistrare a datelor este alcătuit din aparatura de măsură și control (11).
Figura 4.3.4. Standul de anduranță la încovoiere
Solicitarea epruvetelor se va realiza cu ajutorul unui dispozitiv, construit special în acest
scop. El este format din două părți, una fixă și una mobilă.
1. Stand; 2. Dulap electric de commandă; 3. Dispozitivul de solicitare a epruvetei; 4. Mecanism bielă manivelă; 5. Excentric pentru reglarea amplitudinii; 6. Culisă 7. Braţ oscilant; 8. Traductor de forţă; 9. Traductor de cursă; 10. Contor cicluri de solicitare; 11. Aparatură de măsură şi control.
1
2
3
8 9
7
4
10
11
5
6
40
4.3.2.2. Funcționarea standului de încercare la anduranță
În figura 4.3.5 este schema de solicitare a epruvetei la încercare de anduranță. Forţa va
acţiona perpendicular pe suprafaţa epruvetei solicitând-o la încovoiere.
Figura 4.3.5. Schema de solicitare a epruvetei la încercare de anduranță
Fixarea epuvetelor se face în dispozitivul de solicitare.
Astfel, dacă în momentul în care standul este oprit în poziția de zero şi mijlocul epruvetei
se află în linie cu capetele acesteia, solicitare va fi alternant simetrică. Dacă mijlocul epruvetei nu
se află în linie cu capetele acesteia, fiind dezaxat faţă de linia care uneşte cele două capete ale
epruvetei solicitare va fi:
- alternant asimetrică, dacă dezaxarea este mai mică decât amplitudinea de solicitare;
- pulsatorie, dacă această dezaxare este egală cu amplitudinea de solicitare;
- oscilantă, dacă dezaxarea este mai mare decât amplitudinea de solicitare.
Standul este prevăzut cu traductor de forţă pentru înregistrarea solicitării epruvetei şi cu
traductor de cursă pentru înregistrarea deformaţiei acesteia. Standul este echipat şi cu un contor
ce va înregistra numărul de cicluri efectuate de fiecare epruvetă supusă la încercare.
Pentru că se știe că solicitarea alternant simetrică este cea mai distructivă pentru epruvetă,
standul a fost reglat ca încercările de anduranță să fie realize în acest regim.
4.3.3. Instalaţia de determinare a coeficientului de conductivitate termică
Instalaţia de determinare a coeficientului de conductivitate termică al materialelor
izolatoare plane, omogene, microporoase, fibroase sau sub formă de particule este instalația Dr.
Bock. Domeniul de lucru al acestei instalații este ( )mKW977,1...029,0=λ .
2f
F
41
4.3.3.1. Construcția instalaţiei de determinare a coeficientului de conductivitate termică
Schema de principiu a acestei instlații este prezentată în figura 4.3.6 [x45].
Fig. 4.3.7. Schema de principiu a instalaţiei pentru determinarea coeficientului de conductivitate
termică
12
7
5
2
14
8
13
10
1
11
4
15
16 9 18 10a
17
9a
8
3
6
1. Ceas; 2. Epruvetă; 3. Placă rece; 4. Placă încălzitoare; 5. Termocuplu; 6. Termometre placă rece; 7. Termometre placă încălzitoare; 8. Micrometre; 9. Termostat circuit răcire; 10. Termostat circuit încălzire; 11. Transformator; 12. Milivoltmetru; 13. Contor electric; 14. Reostat; 15. Termometru apă; 16. Robinet; 17. Debitmetru; 18. Robinet; 9a. Termoregulator; 10a.Termoregulator.
42
4.3.3.2. Funcționarea instalaţiei de determinare a coeficientului de conductivitate termică
Determinarea coeficientului de conductivitate termică se bazează pe metoda plăcii
încălzitoare cu un singur corp de probă.
Proba de material (2) se aşează între două plăci metalice plane, cea superioară (4) cu o
temperatură mai mare - constantă, denumită încălzitoare, prevăzută cu o rezistență electrică, iar
cea inferioară (3) cu o temperatură mai scăzută - constantă, denumită rece, care cedeză căldura.
Temperatura plăcii de protecţie este menținută constantă prin conectarea ei la circuitul de
încălzire al termostatului (10) prevăzut cu termoregulatorul (10a). Menţinerea constantă a
temperaturii plăcii reci se realizează cu ajutorul circuitului de răcire al termostatului (9) prevăzut
cu termoregulatorul (9a).
Apa de răcire, care circulă prin serpentina termostatelor, pe al cărei traseu se află
termometrul (15) şi debitmetrul (17), reduce inerţia termică a apei de termostatare în termostatul
plăcii calde şi preia căldura cedată către placa rece şi respectiv către termostatul aferent ei.
Cu ajutorul termometrelor (7) se determină valoarea medie a temperaturii agentului
termic în placa de protecție. Termometrele (6) determină valoarea medie a temperaturii agentului
termic din placa rece. Cu aceste termometre se poate calcula căderea de temperatură în probă.
În circuitul rezistenței electrice este intercalat reostatul cu douăsprezece poziţii (14).
Menţinerea constantă a temperaturii plăcii superioare pe toată suprafaţa de contact cu proba de
material este realizată de termocuplul (5), care este conectat la milivoltmetrul (12).
Consumul de energie electrică furnizată plăcii încălzitoare este înregistrat de un contor
electric (13) amplasat în circuitul rezistenţei electrice. În circuitul de alimentare de la reţea este
amplasat transformatorul variabil cu şapte poziţii (11).
Plăcile metalice sunt înconjurate în timpul măsurătorilor de o cutie protectoare, care are
rolul de a reduce pierderile de căldură în exterior.
Cu ajutorul a patru micrometre (8) fixate pe placa superioară se măsoară grosimea probei
de material.
Aceste standuri au fost realizate pentru a fi folosite la încerările efectuate pe epruvetele
realizate din materiale compozite.
4.4. Rezultatele încercărilor la incovoiere a structurii compozite
Epruvetele pentru încercările experimentale au fost obținute din materiale realizate de
către SC COMPOZITE SRL Brașov. Încercările experimentale de solicitare la încovoiere au fost
realizate în cadrul INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR Brașov și în cadrul
43
Laboratorului de Încercare a Materialelor al Catedrei de Mecanică a UNIVERSITĂŢII
TRANSILVANIA Braşov.
4.4.1. Tipuri de epruvete utilizate
Epruvetele au fost prelevate din diferite tipuri de materiale compozite. Pentru că s-au
efectuat numai încercări de solicitare la încovoiere, epruvetele au fost realizate conform schiței
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 funcție de grosimea plăcii din care s-au obținut
epruvetele
Principiul de lucru este următorul:
Epruveta, se sprijinită ca o pârghie, pe două rezeme și este supusã la încovoiere cu viteză
constantă, pânã la rupere. În timpul încercãrii sunt măsurate forța aplicată pe epruvetă si săgeata
de deformație a acesteia (deplasarea unui punct situat la mijlocul distantei dintre punctele de
sprijin). Aceste măsurători sunt materializate într-un grafic Forță-Săgeată.
Epruveta se consideră ruptă la prima cădere a graficului Forță-Săgeată.
4.4.2. Rezultatele încercărilor la încovoiere
Materialele compozite, utilizate pentru obținerea epruvetelor, au fost realizate sub forma
unor plăci plane, de grosimi diferite. Pentru primele epruvete încercate la rupere prin încovoiere,
s-a realizat o placă din material compozit, din fibră de sticlă. Materialul compozit realizat este
din rășină poliesterică, armat cu 5 straturi de ţesătură din fibră de sticlă, RT 800, cu masa
specifică de 845g /m2. După depunerea celor cinci straturi, materialul a fost lăsat să polimerizeze
la temperatura mediului ambiant.
Din această placă s-au obținut, prin debitare, 20 de epruvete, având dimensiunile
următoare:
- lungime 100 mm;
44
- lăţime 10 mm;
- grosime 4,5 mm.
Epruvetele au fost numerotate şi marcate pentru identificare cu numere de la 1 la 20.
Înainte de începerea încercării, epruvetelor li s-au măsurat dimensiunile.
Încercarea de rupere la încovoiere s-a făcut pentru nouă epruvete. Au fost supuse la
încercarea de rupere la încovoiere epruvetele cu numererele 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 şi 14.
Viteza de apăsare a epruvetei este de 0,1mm/s, la temperatura mediului ambiant de 20ºC.
Epruvetele au aceeași temperatură ca și mediul.
În figura 4.4.2 se vede deformarea epruvetei în timpul încercării de încovoiere pe stand.
Figura 4.4.2. Încercarea epruvetei, din RT-800, pe stand
Pentru fiecare epruvetă încercată s-a realizat un grafic Forţă-Săgeată. Pe axa orizontală
este înregistrată săgeata de deformare a epruvetei, în milimetri, iar pe verticală este înregistrată
forţa de apăsare, în daN.
Epruveta nr. 12 RT-800
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Inregistrarea primei rupturi
Figura 4.4.3. Graficul Forță-Săgeată înregistrat pentru solicitarea epruvetei 12 din RT-800
45
În figura 4.4.3 este reprezentat graficul Forță-Săgeată înregistrat în timpul solicitării de
încovoiere a epruvetei cu numărul 12. Punctul de rupere al epruvetei este considerat primul punct
în care apare o cădere a forței de solicitare înregistrată grafic. În figura 4.4.4 este reprezentat
graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de încovoiere a celor nouă epruvete.
RT-800
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12 14Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
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 Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea epruvetelor din RT-800
Valorile maxime înregistrate în timpul solicitării de rupere la încovoiere pentru cele nouă
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 epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate RT-800 Forţa 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 încercările de încovoiere este realizat tot din rășină
poliesterică, dar având în componență 7 straturi de ţesătură din fibră de sticlă, cu masa specifică
de 845g /m2, codificat 107.
Din placa realizată s-au debitat 25 de epruvete, cu dimensiunile:
- lungime 100 mm;
- lăţime 10 mm;
- grosime 6 mm.
Și aceste epruvete au fost numerotate şi marcate cu numere de la 1 la 25.
Epruvetele au fost măsurate dimensional. Rezultatele măsurătorilor au fost înregistrate în
fișa de măsurători.
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 şi 12.
Proba s-a realizat la o viteză de apăsare de 0,1mm/s, la temperatura de 20ºC.
În figura 4.4.5 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor trei epruvete.
107
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN] Epruveta 10
Epruveta 11
Epruveta 12
Figura 4.4.5. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea epruvetelor, din materialul
compozit 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 componenţă un strat de coremat. Corematul este un material utilizat la
laminatele compozite, realizat dintr-o pâslă, sub formă de coală, ce se pune între straturile de
47
fibră de sticlă. Corematul este de aproximativ 4 mm şi este impregnat cu răşină poliesterică prin
pensulare. Placa de material compozit a fost realizată la o grosime de 8 mm. Materialul a fost
polimerizat 24 de ore la o temperatură de aproximativ 20°C.
Tabelul 4.4.2.
Dimensiuni epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate E Material compozit
107 Forţa 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 placă din material de tip
"sandwich", având în componenţă un strat de coremat. Corematul este un material utilizat la
laminatele compozite, realizat dintr-o pâslă, sub formă de coală, ce se pune între straturile de
fibră de sticlă. Corematul este de aproximativ 4 mm şi este impregnat cu răşină poliesterică prin
pensulare. Placa de material compozit a fost realizată la o grosime de 8 mm. Materialul a fost
polimerizat 24 de ore la o temperatură de aproximativ 20°C.
Materialul compozit a fost realizat din rășină poliesterică, având următoarea succesiune
de straturi:
- Gelcoat, care este un strat de răşină pigmentată;
- MAT din fibră de sticlă cu masa specifică 450g /m2 ;
- Firet Coremat XX de 4 mm;
- MAT din fibră de sticlă cu masa specifică 450g /m2 ;
- 2 straturi RT 800 ţesătură din fibră de sticlă cu masa specifică de 845g /m2;
- 1strat RT 500 ţesătură din fibră de sticlă cu masa specifică de 485g /m2;
Din acestă placă s-au tăiat zece epruvete cu dimensiunile:
- lungime 100 mm;
- lăţime 15 mm;
- grosime 8 mm.
Dimensiunile epruvetelor au fost înregistrate în fișa de măsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s-a făcut pe șase epruvete. La încercarea de rupere la
încovoiere au fost supuse epruvetele marcate cu numererele 2, 5, 6, 7, 8 şi 9.
În figura 4.4.6 este redat graficul, cumulat, pentru solicitarea de încovoiere a celor șase
epruvete.
48
COREMAT
0
10
20
30
40
50
60
70
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta nr. 2Epruveta nr. 5Epruveta nr. 6Epruveta nr. 7Epruveta nr. 8Epruveta nr. 9
Figura 4.4.6. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea de încovoiere a epruvetelor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicitării 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 epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate COREMAT Forţa 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 placă de material compozit din rășină poliesterică armată cu 15 straturi de
împâslitură (MAT din fibră de sticlă cu masa specifică 450g /m2). Grosimea plăcii este de 12
mm. Polimerizarea a avut loc la temperatura de 20ºC. Din acestă placă s-au tăiat 20 de epruvete
cu dimensiunile:
- lungime 100 mm;
49
- lăţime 14,5 mm;
- grosime 12 mm.
Epruvetelor li s-a întocmit o fișă de măsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s-a făcut pe șase epruvete. La încercarea de rupere la
încovoiere au fost supuse epruvetele cu numererele 1, 2, 3, 4, 5, și 6.
În figura 4.4.7 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor șase epruvete.
Împâslitură 12mm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 2 4 6 8
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta 1
Epruveta 2Epruveta 3
Epruveta 4Epruveta 5
Epruveta 6
Figura 4.4.7. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea de încovoiere a epruvetelor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicitării de rupere la încovoiere pentru cele trei
epruvete încercate, dimensiunile și valorile calculate pentru sarcina de încovoiere [σ] și modulul
de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabelul 4.4.4.
Epruvetele realizate din acest material au fost supuse unui proces de încălzire pentru a se
vedea cum le variază rezistența la rupere, la încovoiere, funcție de temperatură.
Pentru aceasta, nouă epruvete au fost introduse într-o etuvă, unde au fost încălzite. Etuva
a fost programată să încălzească epruvetele la o temperatură de 50ºC.
50
După ce epruvetele au atins temperatura de 50ºC, trei epruvete au fost scoase, pe rând, și
supuse încercării de rupere la încovoiere. Temperatura epruvetei a fost verificată, pe stand, cu
ajutorul unui termometru electronic (figura 4.4.8).
Tabelul 4.4.4.
Dimensiuni epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate ÎMPÂSLITURĂ Forţa 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 aceeași viteză de apăsare a epruvetei de 0,1mm/s, la temperatura
mediului ambiant de 20ºC, dar epruvetele se aflau la temperatura de 50ºC. 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 50ºC a epruvetei, cu ajutorul termometrului
electronic
În figura 4.4.9 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor trei epruvete.
51
Împâslitură 12mm50ºC
0
50
100
150
200
250
300
0 2 4 6 8
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta 7
Epruveta 8
Epruveta 9
Figura 4.4.9. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea de încovoiere a epruvetelor
În tabelul 4.4.5 sunt prezentate valorile maxime înregistrate în timpul solicitării de rupere
la încovoiere pentru cele trei epruvete încercate.
Tabelul 4.4.5.
Dimensiuni epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate
ÎMPÂSLITURĂ
LA 50ºC
Forţa 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 rămase în etuvă, au fost încălzite la o temperatură de 65ºC.
Când epruvetele au atins temperatura de 65ºC, alte trei epruvete au fost scoase, pe rând, și
supuse încercării de rupere la încovoiere. Temperatura epruvetei a fost verificată și de această
dată cu ajutorul termometrului electronic.
Încercarea de rupere la încovoiere, la temperatura de 65ºC a epruvetei, s-a făcut pe
epruvetele marcate cu numerele 10, 11 și 12.
52
În figura 4.4.10 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor trei epruvete supuse încercărilor la temperatura de 65ºC.
Împâslitură 12mm65ºC
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 5 10 15 20 25 30
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta 10
Epruveta 11
Epruveta 12
Figura 4.4.10. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea de încovoiere a epruvetelor
Valorile maxime înregistrate în timpul solicitării 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 tabelul 4.4.6.
Tabelul 4.4.6.
Dimensiuni epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate ÎMPÂSLITURĂ
LA 65ºC Forţa 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 rămase în etuvă au fost încălzite la o temperatura de 100ºC, apoi au
fost lăsate să se răcească până la temperatura mediului ambiant, după care s-au reluat încercările
53
de rupere la încovoiere. S-a dorit să se vadă influență temperaturii asupra comportamentului
acestui material.
La încercarea de rupere la încovoiere au fost supuse epruvetele 13, 14 și 15. Epruvetele
au avut temperatura de 20ºC, aceeași ca a mediului ambiant, după ce au fost încălzite la 100 ºC.
În figura 4.4.11 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor trei epruvete.
Împâslitură 12mmîncălzită la 100ºC, răcită la 20ºC
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8 10 12
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta 13
Epruveta 14
Epruveta 15
Figura 4.4.11. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea de încovoiere
Valorile maxime înregistrate pentru cele trei epruvete încercate, 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 epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate ÎMPÂSLITURĂ
LA 100ºC Forţa 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 încercările de încovoiere este realizat din rășină
epoxidică armată cu fibre de carbon. S-a realizat o placă din șase straturi de țesătură din fibră de
carbon, cu masa specifică 300g/m2 și un strat exterior de poliester. Din această placă s-au debitat
zece epruvete, având dimensiunile următoare:
- lungime 100 mm;
- lăţime 15 mm;
- grosime 3 mm.
Epruvetele au fost numerotate şi marcate pentru identificare cu numere de la 1 la 10
(figura 4.4.12).
Figura 4.4.12. Epruvete folosite
Dimensiunile epruvetelor au fost măsurate înainte de testare. Rezultatele măsurătorilor au
fost înregistrate într-o fișă de măsurători.
Încercarea de rupere la încovoiere s-a făcut pentru cinci epruvete. Au fost supuse la
încercarea de rupere la încovoiere epruvetele cu numărerele 1, 2, 3, 4 şi 5.
Pentru fiecare epruvetă încercată s-a realizat un grafic Forţă-Săgeată. Pe axa orizontală
este înregistrată săgeata de deformare a epruvetei, în milimetri, iar pe verticală este înregistrată
forţa de apăsare, în daN.
În figura 4.4.13 este reprezentat graficul Forță-Săgeată, cumulat, pentru solicitarea de
încovoiere a celor cinci epruvete.
55
Carbon
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta 1
Epruveta 2
Epruveta 3
Epruveta 4
Epruveta 5
Figura 4.4.13. Graficul Forță-Săgeată cumulat pentru solicitarea epruvetelor din carbon
Valorile maxime înregistrate în timpul solicitării de rupere la încovoiere pentru cele cinci
epruvete încercate, dimensiunile acestora, cât și valorile calculate pentru sarcina de încovoiere
[σ] și modulul de elasticitate [Eb], sunt prezentate în tabelul 4.4.8.
Tabelul 4.4.8.
Dimensiuni epruvetă Sarcina de încovoiere
Modulul de elasticitate FIBRE DE
CARBON Forţa de apăsare Săgeată
Lățime Grosime σ Eb
[daN] [mm] [mm] [mm] [MPa] [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 poliesterică armată straturi RT 800 din ţesătură din fibră
de sticlă au suferit ruperi în zona mediană, în timpul încercării de rupere la încovoiere.
56
În figurile 4.4.14 ÷ 4.4.16 sunt prezentate detalii ale zonelor de rupere suferite de aceste
epruvete.
Figura 4.4.14. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei supuse la încovoiere
Figura 4.4.15. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei supuse la încovoiere
Figura 4.4.16. Detalii ale zonelor de rupere ale epruvetelor supuse la încovoiere
În figura 4.4.17 este un detaliu al modului de rupere al epruvetelor cu coremat.
57
Figura 4.4.17. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei supuse la încovoiere
Un detaliu al modului de rupere al epruvetelor din împâslitură, după ce au fost supuse
încercării de rupere, este prezentat în figura 4.4.18.
Figura 4.4.18. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei din împâslitură supuse la încovoiere
În figura 4.4.19 se prezintă un detaliu al ruperii epruvetelor din fibre de carbon.
Figura 4.4.19. Detaliu al zonei de rupere a epruvetei din fibre de carbon
58
4.5. Rezultatele încercărilor la anduranta a structurii compozite
Epruvetele folosite la încercările de anduranță au fost prelevate din materiale realizate de
către SC COMPOZITE SRL Brașov. Încercările experimentale de sanduranță la solicitarea de
încovoiere au fost realizate în cadrul INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR
Brașov, pe standul construit special pentru aceste încercări.
4.5.1. Tipuri de epruvete utilizate
Încercările de anduranță s-au efectuat tot pentru solicitarea de încovoiere. Epruvetele
folosite au fost identice cu cele utilizate la încercările de rupere la încovoiere.
4.5.2. Rezultatele încercărilor la anduranta
Solicitarea epruvetelor la încovoiere se realizeaza cu ajutorul dispozitivului construit
special în acest scop şi montat pe stand.
În figura 4.5.1 este prezentată 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 anduranță la încovoiere, pe stand, au fost prelevate
din placă de material compozit realizat din rășină poliesterică armat cu 5 straturide ţesătură din
fibră de sticlă, RT 800, cu masa specifică de 845g /m2.
1
4
3
2
1. Epruvetă; 2. Suport fix; 3. Suport mobil 4. Şurub de fixare
59
Dintre acestea, epruvetele cu numererele 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 şi 14 au fost supuse la
încercarea de rupere la încovoiere.
Valorile înregistrate ale săgeților de rupere, la încercarea de rupere la încovoiere, au fost
cuprinse între 3,75 și 7,85 mm.
Astfel, s-a convenit ca epruvetele să fie supuse la încercarea de anduranță, alternant
simetrică, pentru trei valori diferite ale săgeții de încovoiere. Cea mai mare săgeată de
deformare, la care au fost supuse la încovoiere alternant simetrică patru epruvete, a fost de ±3,5
mm. Alte patru epruvete au fost supuse la o săgeată de deformare de ±2 mm. Trei epruvete au
fost încercate la anduranță pentru o săgeată de deformare de ± 1 mm.
În tabelul 4.5.1 – 4.5.4 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele patru epruvete
încercate la anduranță la o săgeată 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 masurata 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 incercării de anduranță la încovoiere pentru o săgeată de
deformare de ± 3,5 mm (figura 4.5.2).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
Epruveta nr. 11Epruveta nr. 7Epruveta nr. 17Epruveta nr. 18
Cicluri solicitare
Forţ
ă so
licita
re [d
aN]
.
Figura 4.5.2. Reprezentarea grafică a încercării de anduranță la încovoiere de ± 3,5 mm
În tabelul 4.5.5 sunt înregistrate valorile forțelor maxime, inițiale și a celor minime, finale
pentru cele patru epruvetele supuse la încercarea de anduranță la o săgeată de încovoiere de ± 3,5
mm.
Tabelul 4.5.5.
Epruveta 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 procentuală 86,67% 90,50% 85,14% 88,29%
Săgeată ±3,5 mm
Număr cicluri solicitare 26737 7573 43027 66442
După realizarea încercării de anduranță la încovoiere pentru cele patru epruvete solicitate
la o săgeată de deformare de ±3,5 mm, s-a trecut la încercarea epruvetelor la anduranță la
încovoiere pentru o săgeată de deformare de ±2 mm.
62
În tabelul 4.5.6 – 4.5.9 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele patru epruvete
încercate la anduranță la o săgeată 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 33254 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 incercării de anduranță la încovoiere pentru o săgeată de
deformare de ± 2 mm.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000
Epruveta nr. 15Epruveta nr. 9Epruveta nr. 10Epruveta nr. 19
Cicluri solicitare
Forţ
ă so
licita
re [d
aN]
.
Figura 4.5.3. Reprezentarea grafică a încercării de anduranță la încovoiere de ± 2,5 mm
În tabelul 4.5.10 sunt înregistrate valorile forțelor maxime și a celor minime pentru cele
patru epruvetele supuse la încercarea de anduranță la o săgeată de încovoiere de ± 2 mm
66
Tabelul 4.5.10.
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 procentuală 51,38% 21,16% 31,69% 38,67%
Săgeată ±2 mm
Număr cicluri solicitare 83530 116831 65441 83308
După realizarea încercării de anduranță la încovoiere pentru cele patru epruvete solicitate
la o săgeată de deformare de ±2 mm, s-a trecut la încercarea epruvetelor la anduranță la
încovoiere pentru o săgeată de deformare de ±1 mm.
În tabelul 4.5.11 – 4.5.13 sunt prezentate valorile înregistrate pentru cele trei epruvete
incercate la anduranță la o săgeată de ±1 mm.
Tabelul 4.5.11.
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 4.5.12.
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 4.5.13.
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 95054 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 grafică a datelor înregistrate în
tabelele 4.5.11, 4.5.12, și 4.5.13 pentru cele trei epruvete supuse incercării de anduranță la
încovoiere pentru o săgeată de deformare de ± 1 mm.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000
Epruveta nr. 16Epruveta nr. 13Epruveta nr. 20
Cicluri solicitare
Forţ
ă so
licita
re [d
aN]
.
Figura 4.5.5. Reprezentarea grafică a încercării de anduranță la încovoiere de ± 1 mm
În tabelul 4.5.14 sunt înregistrate valorile forțelor inițiale și a celor finale pentru cele trei
epruvetele supuse la încercarea de anduranță la o săgeată de încovoiere de ± 1 mm, iar în figura
4.5.12 este o reprezentare grafică a acestor date.
69
Tabelul 4.5.14.
Epruveta nr. 16 13 20
max 10,58 10,68 11,00 Forță [daN] min 9,18 8,75 8,93
Scădere procentuală 13,24% 18,03% 18,86%
Săgeată ±1 mm
Număr cicluri solicitare 285049 215773 286524
Toate datele înregistrate în timpul acestor încercări de anduranță sunt prezentate, cumulat,
în graficul din figura 4.5.5.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000
Epruveta nr. 16Epruveta nr. 7Epruveta nr. 17Epruveta nr. 18Epruveta nr. 15Epruveta nr. 9Epruveta nr. 10Epruveta nr. 19Epruveta nr. 16Epruveta nr. 13Epruveta nr. 20
Cicluri solicitare
Forţă
sol
icita
re [d
aN]
.
Figura 4.5.5. Reprezentarea grafică cumulată a încercării de anduranță la încovoiere
4.5.3. Moduri de rupere a epruvetelor
Epruvetele folosite la încercarea de anduranță la încovoiere pentru o săgeată de
deformare de ± 3,5 mm și-au pierdut rigiditatea, dar nu s-au rupt. Rășina din zona mediană s-a
distrus. După cum se vede în figura 4.5.6 rășina este plină de fisuri transversale în zona de mijloc
a epruvetei.
Diferențele dintre forțele inițiale de solicitare și cele finale sunt mari. Forțele de solicitare
ale epruvetelor supuse la încovoiere cu o săgeată de deformare de ± 3,5 mm au scăzut cu
procente cuprinse între 85,14% și 90,50%.
70
Figura 4.5.6. Fisurile apărute în epruvetele încercate la anduranță la încovoiere
Nici epruvetel încercate la anduranță la încovoiere pentru săgeata de solicitare de ± 2 mm
nu s-au rupt în urma probelor, dar și ele și-au pierdut rigiditatea. Și pe suprafața acestor epruvete
au apărut fisuri transversale în rășină. Forțele de solicitare la încovoiere ale celor patru epruvete
supuse la o săgeată de deformare de ± 2 mm au scăzut cu procente între 21,16% și 51,38%.
Și pe cele trei epruvetele supuse încercării de anduranță la o săgeată de ± 1 mm au apărut
câteva fisuri transversale în zona mediană. Rigiditatea acestor epruvete poate fi considerată
nemodificată deoarece, forțele de solicitare au avut scăderi de 13,24% până la 18,86%.
4.6. Rezultatele încercărilor de determinare a coeficientului de conductivitate termică
Epruvetele pentru încercările experimentale au fost realizate din materiale fabricate de
către SC COMPOZITE SRL Brașov. Încercările de determinare a coeficientului de
conductivitate termică au fost realizate în cadrul Laboratorului de Încercare a Materialelor al
UNIVERSITĂŢII TRANSILVANIA Braşov.
4.6.1. Tipuri de epruvete utilizate
Epruvetele folosite în cadrul acestor încercări au fost obținute dintr-o placă [x45]
realizată din rășină poliesterică, armată cu 15 straturi de împâslitură de fibră de sticlă (MAT din
fibră de sticlă cu masa specifică 450g /m2). Epruvetele au fost realizate conform schiței 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 plăcii din care s-au
prelevat epruvetele).
Figura 4.6.1. Forma epruvetelor folosite
Principiul de lucru este următorul:
Proba de material se aşează între două plăci metalice plane, cea superioară cu o
temperatură mai mare - constantă, denumită încălzitoare, prevăzută cu o rezistență electrică, iar
cea inferioară cu o temperatură mai scăzută - constantă, denumită rece, care cedează căldura.
Cu ajutorul termometrelor se determină valoarea medie a temperaturii agentului termic în
placa încălzitoare și în placa rece. Cu aceste termometre se poate calcula căderea de temperatură
în probă.
Epruvetele încercate în cadrul acestei lucrări au fost decupate dintr-o placă realizată din
15 straturi de împâslitură din fibre de sticlă. Grosimea plăcii din fibră de sticlă este de
aproximativ 12 mm, dar pentru că placa a fost mulată liber în matriță deschisă, grosimea acesteia
nu este constantă, iar una dintre suprafete acesteia (cea care nu a fost în contact cu matrița) nu
este plană.
Epruvetele utilizate trebuie să aibă ambele fețe plane și paralele. Epruvetele trebuie să
aibă grosime constantă, pentru a putea sta în contact perfect cu plăcile de lucru ale instalației.
Din acest motiv epruvetele realizate au fost supuse unei prelucrări de frezare.
4.6.2. Rezultatele încercărilor de determinare a coeficientului de conductivitate termică
Coeficientul de conductivitate termică caracterizează proprietatea materialelor de a
conduce fluxul termic. Conductivitatea termică a materialelor solide are valori foarte diferite,
funcţie de natura şi proprietăţile materialelor [x43].
A
B
C
72
Coeficientul de conductivitate termică este numeric egal cu fluxul termic [x44], care
traversează unitatea de suprafaţă a unei plăci de grosime unitară, când diferenţa de temperatură
între suprafeţele exterioare este egală cu unitatea. Deci:
∆δ⋅
=λmKW
tq
.
Determinarea acestui coeficient presupune măsurarea experimentală a mărimilor q , δ şi t∆ .
Funcţie 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 experimentală a conductivității
termice a materialului compozit. În urma frezării epruveta cu numărul 1 a ajuns la o grosime de
10,5 mm, iar epruveta cu numărul 2 la o grosime de 9,50 mm. Epruvetele au fost montate, pe
rând, între plăcile de lucru ale instalației.
După intrarea instalaţiei în regim staţionar de funcţionare, se fac următoarele determinări,
din 15 în 15 minute (0,25 ore), care se înregistrează:
- ora şi minutele indicate de ceas;
- indicaţia contorului de energie electrică;
- temperatura agentului termic citită la termometrele amplasate la intrare şi la ieşire din
placa superioară (tci, tce), respectiv la termometrele ale plăcii inferioare (tri, tre);
- temperatura încăperii;
- temperatura apei de răcire;
- se măsoară grosimea probei la sfârşitul experimentului cu ajutorul celor patru
micrometre.
Pentru epruveta cu numărul 1 datele înregistrate 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 sticlă 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 sticlă 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
Tabelul 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 încercărilor, 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
constituienți diferiți și în diferite combinații.
Pentru unele din materialele realizate s-a folosit țesătură din fibră de sticlă, de tip roving.
Aceste ţesături sunt utilizate, în general, pentru armarea răşinilor poliesterice şi epoxidice şi
prezintă proprietăţi bune de impregnabilitate. Au o grosime de 0,75 mm și o masă specifică de
845 g/m2.
Fibra de sticlă a fost folosită și sub formă de straturi de împâslitură. Straturile de
împâslitură aveau grosimea de 0,8 mm.
Un alt constituent utilizat este corematul. Corematul este un material utilizat la laminatele
compozite, realizat dintr-o pâslă, sub formă de coală, ce se pune între straturile de fibră de sticlă.
Este un material mai vâscos. Este folosit pentru a absorbi surplusul de rasină.
Tot pentru armare s-au folosit și țesături din fibre de carbon.
Astfel, primul material testat, prezentat în capitolul anterior a fost realizat din rășină
poliesterică, armat cu 5 straturi de ţesătură din fibră de sticlă cu masa specifică de 845g /m2, RT
800. Al doilea material încercat a fost realizat tot din rășină poliesterică, armat cu 7 straturi de
ţesătură din fibră de sticlă cu masa specifică de 845g /m2, codificat 107. Aceste două tipuri de
materiale au fost realizate din aceiași constituienți, diferind doar numărul de straturi de țesătură
din fibră de sticlă folosite.
Din primul material s-au realizat epruvete având o grosime de 4,5 mm. Epruvetele
realizate din cel de-al doilea material au avut o grosime de 6 mm.
În urma încercărilor, epruvetele obținute din materialele realizate din 5 sau 7 straturi de
ţesătură din fibră de sticlă s-au rupt parțial. Câteva straturi, din cele solicitate la întindere, s-au
rupt în întregime. La nici una dintre epruvete nu a apărut o desprindere între straturi, cu excepția
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 încercărilor de rupere la încovoiere a fost un material din rășină
poliesterică, de tip "sandwich", din straturi de țesătură de fibră de sticlă, dar având în
componenţă și coremat. Epruvetele obținute din acest material au o grosime de 8 mm. Aceste
epruvete au suferit deteriorări ale stratului de coremat, înainte de a se produce ruperea
propriuzisă. Absolut toate epruvetele au suferit desprinderi între straturile constituiente din cauza
stratului de coremat incorporat. Sarcina de încovoiere la rupere pentru aceste epruvete, a avut
valori mult mai mici decât față de cea a epruvetelor care nu conțineau coremat, și a variat între
5,85 și 8,81 [MPa].
76
Fibra de sticlă sub formă de împâslitură a fost folosită pentru armarea unei plăci din
rășină poliesterică, din care s-au debitat epruvete având o grosime de 12 mm. Pentru realizarea
acestei plăci de material compozit s-au folosit 15 straturi de împâslitură. Epruvetele din acest
material au fost supuse la încercarea de rupere la încovoiere, în mai multe condiții.
Cele încercate la rupere la încovoiere, la temperatura mediului ambiant (20ºC), 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 obținute pentru epruvetele fără coremat.
Epruvetele din acest material, încercate la o temperatură de 50ºC, au suferit ruperi tot ale
straturilor supuse la intindere. Sarcina de încovoiere la rupere pentru epruvetele încercate la
temperatura de 50ºC, a avut valori mai mici decât valorile înregistrate 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 temperatură de 65ºC, au
suferit ruperi ale straturilor supuse la intindere, dar și desprinderi multiple între straturi. În timpul
acestor încercări, desprinderile dintre straturi au apărut cu mult înainte ca epruvetele să se rupă.
Practic, rășina a permis alunecarea straturilor de împâslitură, unul fașă de altul. Sarcina de
încovoiere înregistrată la rupere, σ, a avut valori foarte mici, între 1,49 și 2,31 [MPa].
Din acest material, trei epruvete au fost încălzite până la temperatura de 100ºC, după care
au fost lăsate să se răcească până la temperatura mediului ambiant, când a avut loc încercarea de
rupere la încovoiere. Deși au fost încălzite, epruvetele s-au comportat asemănător cu cele care nu
au fost deloc încălzite. Sarcina de încovoiere la rupere pentru epruvetele încălzite la temperatura
de 100ºC și încercate la temperatura mediului ambiant, a avut valori între 19,51 și 22,25 [MPa].
Ruperea s-a produs tot la straturile supuse la întindere și au apărut și desprinderi între straturi, în
zona mediană.
În figura 4.7.1. sunt reprezentatate grafic înregistrările din timpul încercărilor de rupere la
încovoiere, pentru cîte o epruvetă realizată din împâslitură, solicitată în cele patru condiții de
încercare. Din acest grafic se observă că epruvetele încercate la temperatura mediului ambiant
(înregistrarea cu culoarea albastră) au același comportament cu epruvetele încălzite la 100ºC și
lăsate să se răcească la temperatura mediului ambiant, când au fost încercate (înregistrarea de
culoare verde). Tot din acest grafic reiese că rezistența epruvetelor realizate din rășină
poliesterică, armată cu împâslitură din fibră de sticlă, scade cu creșterea temperaturii rășinii.
Dintre constituenții materialului compozit, matricea, a fost afectată de creșterea temperaturii.
Ultimul material încercat a fost realizat din rășină epoxidică, armat cu cinci straturi din
țesături din fibre de carbon și un strat din poliester. Aceste epruvete au suferit ruperi totale, una
singură prezentând și desprideri între straturi. S-ar putea spune, mai degrabă, că aceste epruvete
77
s-au spart în timpul încercărilor de încovoiere. Sarcina de încovoiere înregistrată la rupere pentru
aceste epruvete încercate a avut valori între 52,95 și 77,87 [MPa].
Împâslitură 12mm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 2 4 6 8 10
Săgeată [mm]
Forţ
ă [d
aN]
Epruveta la20ºC
Epruveta la50ºC
Epruveta la65ºC
Epruveta100ºC la 20ºC
Figura 4.7.1. Graficele înregistrate în condiții de încercare diferite
În tabelul 4.7.1 sunt prezentate valorile pentru sarcinile 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 ºC
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 sticlă
Strat de împâslitură
de la 100 la 20 19,51 22,25
Fibră de carbon la 20ºC 52,95 77,87
78
Din tabelul 4.7.1 reiese că materialul compozit realizat din fibră de sticlă, atât țesătură,
cât și strat de împâslitură, are valori apropiate pentru σ, sarcina de încovoiere, la temperatura
mediului ambiant (20ºC). Chiar dacă utilizarea corematului în structura materialului compozit
prezintă multe avantaje, din punct de vedere economic, prezența acestuia diminuiază
performanțele materialului compozit.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
la 20ºC la 20ºC la 20ºC la 50ºC la 65ºC la 100ºC-20ºC
la 20ºC
Țesăturădin fibre
Țesătură+ coremat
Strat de împâslitură
Fibră de sticlă Fibră decarbon
Sarc
ina
la în
covo
iere
σ[M
Pa]
Sarcina deîncovoiere larupere,σ[MPa] min
Sarcina deîncovoiere larupere,σ[MPa] max
Figura 4.7.2. Reprezentarea grafică a σ înregistrată în încercările efectuate
Valorile înregistrate în tabelul 4.7.1 sunt reprezentate grafic în figura 4.7.2.
Analizând graficul din figura 4.7.6 se constată că materialul compozit realizat cu țesătură
din fibre de carbon suportă cea mai mare încărcare. Și materialul compozit realizat din fibre de
sticlă suportă o încărcare considerabilă dacă se află în condiții normale de temperatură și dacă nu
are în componență materiale ce-i pot deteriora structura omogenă.
4.7.2. Concluzii referitoare la încercarea de anduranță la încovoiere
După cum am prezentat în capitolele anterioare, 11 epruvete din material compozit
realizat din rășină poliesterică și țesătură din fibră de sticlă, RT-800, au fost supuse încercărilor
de anduranță la încovoiere, pe stand. Epruvetele au fost supuse la o solicitare alternant simetrică.
Patru epruvete au fost solicitate cu o săgeată de încovoiere de ±3,5 mm, alte patru epruvete au
fost la o săgeată de solicitate de ±2 mm și ultimele trei la o săgeată de ±1 mm. În timpul
79
încercării de anduranță, săgeata de deformație a epruvetei a fost constantă. Pentru că înregistrarea
datelor nu s-a putut face continuu, și pentru că încercarea a durat în timp, standul a fost oprit
periodic pentru citirea datelor urmărite. Încercarea a fost oprită, de fiecare dată, atunci când forța
nu a mai prezentat modificări majore.
Datele înregistrate pentru toate epruvetele încercate 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
Număr cicluri 26737 7573 43027 66442 83530 116831 65441 83308 285049 215773 286524
Încă de la prima acționare a standului, încercarea era însoțită de zgomote de distrugere a
matricei. Imediat după începerea încercărilor de anduranță la încovoiere, pe suprafața
epruvetelor, au apărut mici fisuri în rășină, în zona mediană a acestora, chiar dacă încercarea a
avut loc în domeniul elastic al materialului epruvetelor. Pe măsură ce încercarea continua, mai
ales pentru săgețile de deformare de ±3,5 mm și ±2 mm aceste fisuri au crescut ca dimensiune,
dar și ca număr. În acest timp forța de încărcare a epruvetei a scăzut. După un timp, rășina din
zona mediană a epruvetei și-a pierdut rigiditatea, fiind distrusă de fisurile apărute, epruveta
nemaiopunând rezistență. Forța de solicitare s-a stabilizat. Epruvetele nu s-au rupt, ele păstrându-
și integritatea datorită straturilor de țesătură din fibre de sticlă din componență. Dacă, la
începutul încercării epruveta se comporta ca un arc lamelar, spre sfărșitul probei aceasta se
comporta mai degrabă ca o articulație.
4.7.3. Concluzii referitoare la determinarea coeficientului de conductivitate termică
Coeficientul de conductivitate termică caracterizează proprietatea materialelor de a
conduce fluxul termic. Acesta este o constantă fizică ce depinde de caracteristicile materialelor și
de condițiile în care se găsesc aceste materiale. Coeficientul de conductivitate termică creşte cu
creşterea gradului de umiditate al corpului. Coeficientul de conductivitate termică este redus în
cazul materialelor poroase datorită conţinutului mare de aer din structura poroasă (aerul are un
coeficient de conductivitate termică foarte scăzut - mKW024,0 ). Coeficientul de
conductivitate termică crește cu creșterea densității materialelor.
80
Valoarea coeficientului de conductivitate termică, obţinută prin determinare experimen-
tală, se poate compara cu valorile coeficientului pentru alte materiale din tabelele termodina-
mice, tabelul 4.7.3. Astfel, materialul poate fi încadrat într-o anumită 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)]
Alamă 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
Oţel (1%C) 45 Poliuretan 0,04
Oţel inox 16 Rumeguş 0,07 – 0,09
Plumb 33 Sticlă 0,70 – 0,81
Staniu 59 Vată minerală 0,07
Tantal 55 Vată de sticlă 0,03 –0,07
Zinc 110 Zgură 0,22 –0,29
Pentru epruveta cu numărul 1, valoarea obținută pentru coeficientul de conductivitate
termică este λ=0,133835907834897 [kcal/(hmgrad)] sau λ=0,156 [W/(mK)], iar pentru epruveta
cu numărul 2, este de λ=0,0911042736053292 [kcal/(hmgrad)] sau λ=0,106 [W/(mK)].
Pentru că valorile obținute sunt se încadrează în intervalul 0,02 – 0,15 [W/(mK)], se
poate spune că materialul compozit încercat se comportă ca un material izolant.
81
Capitolul 5.
COMPONENTE AUTO DIN MATERIALE COMPOZITE REALIZATE
EXPERIMENTAL
Multe repere din componența autovehiculelor de astăzi sunt realizate din materiale
compozite. Materialele compozite din care se realizează aceste repere se aleg funcție de rolul 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 obținere a acestor
componente. Reperele pot fi realizate din unul sau mai multe subansamble, din acelașii tip de
material compozit, sau din materiale diferite, demontabile sau nedemontabile.
În cadrul tezei de doctorat s-a optat pentru realizarea experimentală a unei portiere de
autoturism. Varianta aleasă a fost o portieră dreapta față pentru un autoturism GOLF 3 în cinci
uși. Pentru construirea portierei auto a fost nevoie de realizarea a două repere:
- o față exterioară;
- o ramă interioară.
S-a optat pentru un model de portieră existent și din metal pentru a se putea face încercări
comparative.
Având în vedere rezultatele obținute în timpul încercărilor realizate pe epruvetele din
diferite materiale compozite s-a stabilit ca fața exterioară a portierei să se realizeze din fibră de
carbon, iar rama interioară din fibră de sticlă.
Componentele necesare realizării portierei auto au fost executate la sediul SC
COMPOZITE SRL Brașov și sediul Institutului de Autovehicule Rutiere INAR Brașov.
5.1. Realizarea unei fețe exterioare de portieră auto
Prima fază în realizarea feței exterioare a portierei a constat în prelevarea dimensională a
unei portiere de autoturism, de același tip, realizată din metal. Cu ajutorul acestor date s-a realizat
un desen de execuție al acestei fețe de portieră, 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 fața
exterioară a portierei realizate din răsină epoxidică armată cu două straturi de țesătură din fibră de
carbon și un strat din poliester, la interior.
În figura 5.1.3 este prezentat modelul 3D al feței exterioare a portiere. Modelarea s-a
realizat folosind dimensiunile din desenul de execuție din figura 5.1.1.
82
Figura 5.1.1. Desenul feței exterioare a portierei auto
Figura 5.1.2. Fața portierei realizată 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
Execuția ramei interioare a portierei auto a început tot cu o acțiune de prelevare
dimensională a portierei auto metalice. Cu ajutorul acestor date s-a realizat un desen de execuție
al ramei interioare a portierei, care va servi și pentru realizarea modelului 3D al acestui reper.
Desenul realizat cu datele prelevate este prezentat în figura 5.2.1. În figura 5.2.2 se vede
rama interioară a portierei realizate din răsină poliesterică armată cu două straturi de împâslitură
din fibră de sticlă.
Figura 5.2.1. Desenul ramei interioare a portierei auto
Figura 5.2.2. Rama interioară a portierei realizată din fibră de sticlă
Modelul 3D al ramei interioare a portierei, realizat pe baza desenului de execuție 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 realizată din materiale compozite trebuie să fie conform desenului de ansamblu
realizat, cu datele prelevate de la portiera din metal. Ansamblul portierei este realizat prin
montarea împreună 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 realizată din materiale compozite
Rama interioară și fața exterioară s-au fixat una de cealaltă pentru a forma portiera
autoturismului cu ajutorul unor șuruburi, de M4, pe intreg conturul, pentru a permite montarea și
demontarea de câte ori va fi nevoie în timpul probelor pe stand. Portiera realizată nu se va monta
pe un autoturism, ci va fi montata pe un stand, unde va fi supusă unor probe de rezistență la
deformații, comparativ cu o portieră de același tip, dar realizată din tablă de oțel.
85
Portierei din materiale compozite i s-au montat bara antiîmpănare, o pereche de balamale
și un mecanism de inchidere, identice cu cele ale variantei din tablă de oțel.
În figura 5.3.2 se vede portiera realizată din materiale compozite, după asamblare și
vopsire cu alb mat a feței exterioare.
Figura 5.3.4. Portiera montată
Figura 5.3.3 prezintă modelul 3D al portierei, ce a fost realizat pornind de la desenul de
execuție din figura 5.3.1.
Figura 5.3.3. Modelul 3D al portierei auto
86
Capitolul 6. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ 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 metodă numerică de determinare a unor
soluții aproximative la probleme de condiții la limită. Folosește metode variaționale de
minimizare a funcției eroare și de obținere a unei soluții stabile.
Condiția la Limită (Boundary Condition) este o ecuație diferențială care împreună cu un
set de condiții suplimentare definește matematic un sistem fizic. Soluția acestei ecuații este și
soluția problemei definite prin condițiile de limită.
Metoda elementelor finite s-a dezvoltat foarte mult odată cu apariția și perfecționarea
calculatoarelor electronice, în ultimii ani reușindu-se dezvoltarea unor sisteme mecanice
complete exclusiv virtual.
Analiza modală este studiul caracterului dinamic al unui sistem mecanic, definit
independent de încărcarea externă aplicată și de răspunsul sistemului.
Mod Propriu (al unui sistem dinamic) este un model de mișcare al tuturor componentelor
unui sistem, mișcarea se realizează în fază și la aceeași frecvență.
Pentru discretizarea modelului CAD s-a folosit suita software Hyperworks / Hypermesh.
În urma analizei făcute s-au determinat zece Moduri Proprii. În figura 6.1.1 este
reprezentarea grafică pentru Modul 10, la frecvența de 152.01Hz.
Figura 6.1.1 Reprezentarea Modului 10
87
6.2. Realizare stand de încercare a structurii auto
Cercetarea experimentală a portierei auto construită, din materiale compozite, se poate
realiza cu ajutorul unui stand. Standul trebuie să reproducă, 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 uși, pe care portiera realizată din materiale compozite să
se poată monta. Pe caroserie nu sunt montate portierele, capota, hayonul spate, prbrizul.
Caroseria nu dispune de sistemul de suspensie, direcție sau grupul de forță.
Standul a fost realizat pe platforma metalică a Laboratorului de încercări din cadrul
INSTITUTULUI DE AUTOVEHICULE RUTIERE INAR Brașov. Pentru ca portiera să se poată
monta exact ca pe autoturism, pe caroserie s-au păstrat garnitura de etanșare a portierei
(chederul), balamalele portierei, sistemul de zăvorâre al acesteia.
Pe stand portierele, atât cea metalică, dar și cea din materiale compozite au fost solicitate
static și dinamic. Schema de principiu a standului este prezentată în figura 6.2.2.
Figura 6.2.2. Schema dispozitivului de încărcare statică
1. Platformă metalică; 2. Caroserie de autoturism; 3. Montant; 4. Suport mecanism de încărcare; 5. Piuliță; 6. Tijă mecanism de încărcare; 7. Traductor de forță; 8. Portieră. 9. Difuzor fără membrană; 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 suprafeţei din structura portierei supusă solicitărilor, s-a utilizat
Metoda Corelării Digitale a Imaginilor „VIC‟ (Video Image Correlation), prin utilizarea
sistemului produs de compania ISI-Sys GmbH, Kassel, Germania (11).
Pentru această încercare, portierele auto, atât cea metalică, cât și cea din materiale
compozite au fost acoperite, pe fața exterioară, cu un strat de vopsea alb mat. Peste acest strat de
vopsea alb, în zona monitorizată, se vor aplica, prin pulverizare, pete cu dimensiuni, formă şi
distribuţie aleatoare, care vor asigura un bun contrast şi o identificare ulterioară uşoară pentru
camarele sistemului VIC.
Pentru înregistrarea comportamentului portierei în regim dinamic se utilizează un
sonometru.
6.3. Funcționarea standului de solicitare a portierei
Pe caroseria de autoturism, fixată pe platforma laboratorului, se vor monta, pe rând,
portiera din metal și cea din materiale compozite pentru a fi solicitate atât static, cât și dinamic.
Pentru monitorizarea suprafeţei portierei supusă solicitării statice, se utilizează Metoda
Corelării Digitale a Imaginilor „VIC‟ (Video Image Correlation). care permite efectuarea unor
investigaţii experimentale de mare precizie (de ordinul micronilor, μm). Aceasta este o metodă
optică de investigaţie, fără contact direct cu suprafaţa piesei analizate și nu este dependentă nici
de materialul acesteia. Nu intervine în procesul intim al modificării câmpului de deplasări şi de
deformaţii al structurii sub acţiunea unor factori de influenţă externi, la care piesa ar fi supusă
sau interni.
Aplicarea acestei metode a fost posibilă 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 bazează pe utilizarea a două camere video, aflate la o distanță una de cealaltă,
ale căror imagini înregistrate simultan oferă o imagine spaţială a obiectului analizat, asemănător
ochiului uman.
Părţile principale ale sistemul VIC-3D sunt:
- două camere video de înaltă rezoluţie;
- un trepied rigid
- o unitate de calcul.
Cele două camere (1) sunt dispuse pe traversă (2) astfel, încât să vadă obiectul analizat
sub aceleaşi unghiuri, dispuse simetric (figura 6.3.1). Obiectul analizat este vopsit cu pete de
89
dimensiuni, formă şi distribuţie aleatoare, care pe fundalul alb al suprafeței portierei, vor asigura
un bun contrast şi o identificare ulterioară uşoară ale acestora.
Mecanismul de solicitare statică a portierei funcționează pe principiul șurubului-piuliță.
Astfel, rotind piulița (5) din figura 6.2.2, se produce o deplasare orizontală a tijei mecanismului
(6), care, la rândul ei solicită portiera, prin intermediul traductorului de forță (8). În timp ce
traductorul de forță înregistrează forța de apăsare sau de tragere aplicată pe fața portierei,
sistemul VIC înregistrează deformațiile care apar pe suprafața acesteia.
Figura 6.3.1. Elementele de bază ale sistemului VIC-3D
Pentru analizarea comportării portierelor în timpul solicitărilor dinamice, pe acestea se va
monta, cu ajutorul dispozitivului realizat, difuzorul fără membrană. Acesta este alimentat, prin
intermediul unui amplificator, de un generator de semnal, ai cărui parametri sunt controlați. cu
ajutorul unui sonometru, amplasat în dreptul portierei, se va înregistra reacția acesteia.
6.4. Cercetare experimentala a unei structuri clasice din metal
Pentru portiera metalică s-au făcut înregistrări pentru 12 frecvențe diferite de solicitare.
Frecvențele utilizate la solictarea portierei au fost: 80Hz, 90Hz, 100Hz, 115Hz, 130Hz, 160Hz,
170Hz, 200Hz, 250Hz, 360Hz, 500Hz și 600Hz.
1
4 3
2
1. Cameră video de înaltă rezoluție; 2. Suport; 3. Trepied; 4. Lampă LED.
90
Pentru fiecare frecvență, cu ajutorul sonometrului s-au realizat cîte două grafice, unul de
nivel de zgomot și celălalt pentru spectru de frecvențe.
Prima frecvență de solicitare a portierei metalice a fost de 80 Hz. Înregistrările grafice
pentru nivelul de zgomot pentru această frecvență se găseste în figura 6.4.1.
#1 Leq 1s A dB dBTHU 07/11/13 08h24m07 50.4 THU 07/11/13 08h24m27 49.9
Spectrum
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
24m10 24m20 24m30 24m40 24m50 25m00 Figura 6.4.1. Nivelul de zgomot pentru frecvența de 80 Hz
In figura 6.4.2 este ilustrat spectrul de frecvențe pe care-l dezvoltă fața exterioară a
portierei.
#1 Hz;(dB[2.000e-05 Pa], PWR) 80 71.3 160 51.3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k Figura 6.4.2. Spectrul pentru frecvența de 80 Hz
Astfel de grafice s-au realizat și pentru celelalte frecvențe analizate.
Deformările panoului portierei metalice, solicitat static au fost puse în evidență cu
ajutorul sistemului VIC-3D. O astfel de înregistrare este ilustrată în figura 6.4.3.
91
Figura 6.4.3. O imagine 3D a deformației panoului portierei metalice, la apăsare
În rezumat, din lipsă de spațiu nu se pot prezenta toate îregistrările realizate.
6.5.Cercetare experimentala a unei structuri realizate din materiale compozite
Pentru portiera din materiale compozite s-au făcut înregistrări pentru 8 frecvențe diferite
de solicitare. Frecvențele utilizate la solictarea portierei au fost: 80Hz, 100Hz, 130Hz, 160Hz,
200Hz, 250Hz, 500Hz și 600Hz.
Și în acest caz, pentru fiecare frecvență s-au realizat cîte două grafice, unul de nivel de
zgomot și celălalt pentru spectru de frecvențe.
Prima frecvență de solicitare a portierei metalice a fost tot de 80 Hz. Înregistrările grafice
pentru nivelul de zgomot pentru această frecvență se găseste în figura 6.5.1. Astfel de grafice s-
au realizat și pentru celelalte frecvențe analizate.
#1 Leq 1s A dB dBTHU 07/11/13 03h36m14 53.5 THU 07/11/13 03h36m17 50.0
Spectrum
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
36m10 36m20 36m30 36m40 36m50 37m00 Figura 6.5.1. Nivelul de zgomot pentru frecvența de 80 Hz
Deformările panoului portierei din maeriale compozite, solicitat static au fost puse în
evidență cu ajutorul sistemului VIC-3D. O astfel de înregistrare este ilustrată în figura 6.5.3.
92
#1 Hz;(dB[2.000e-05 Pa], PWR) 80 71.5 160 55.9
0
10
20
30
40
50
60
70
80
16 31.5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k Figura 6.5.2. Spectrul pentru frecvența de 80 Hz
Figura 6.5.3. O imagine 3D a deformației panoului portierei din compozite, la apăsare
6.6. Optimizarea structurii realizate din materiale compozit
Analizând modurile de vibrație ale structurii s-a ajuns la concluzia că suprafața 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 fibră de sticlă, lipit
pe partea interioară a feței portierei, peste care se mai lipește încă un strat neted de fibră de sticlă.
Figura 6.6.1. Chesonul realizat din materiale compozite
93
6.7. Evaluarea comparativă a componentelor din materiale clasice şi compozite
Se constată că deformațiile suferite de portiera din materiale compozite au valori
apropiate cu cele înregistrate pentru portiera metalică.
Pentru deformarea portierei din metal a fost nevoie de forțe mult mai mari, de ordinul sutelor de
Newtoni. Pentru portiera realizată din materiale compozite, forțele de solicitare au fost doar de
ordinul zecilor de Newtoni. De aici se poate trage concluzia că portiera din materiale compozite
are o rigiditate mai mică decât portiera din metal
6.8. Concluzii
Portiera din materiale compozite prezintă o rigiditate mai mare decât portiera metalică.
Realizarea unei structuri întărite, închise, similare unui cheson, crește rigiditatea reperului
solicitat. După cum s-a constatat în urma încercărilor de anduranță, efectuate pe epruvete,
datorită depformațiilor la care sunt supuse componentele realizate din materiale compozite, în
rășină încep să apară microfisuri, chiar dacă solicitările sunt în domeniul elastic al materialului.
Dacă sarcinile care solicită aceste repere nu depășesc valorile admisibile, piesele se vor deteriora
mai rapid decât cele metalice. Piesele nu se vor rupe brusc, ci vor ceda treptat, diminuându-și
proprietățile în timpul exploatării. Din momentul apariției microfisurilor în rășină, piesele
realizate din materiale compozite devin vulnerabile în fața condițiilor meteorologice.
94
Capitolul 7. CONCLUZII FINALE ŞI PRINCIPALELE CONTRIBUŢII ALE TEZEI DE
DOCTORAT. OPORTUNITĂŢI DE DEZVOLTARE A CERCETĂRII
Materialele compozite sunt foarte mult utilizate în industria aero-spațială. Proprietățile de
care dispun le fac de neînlocuit în fabricarea aeronavelor, chiar dacă prețul lor este încă destul de
ridicat. În această ramură industrială tehnicul dictează în fața economicului.
Costurile necesare producției reperelor din materiale compozite sunt încă ridicate pentru
industria constructoare de autovehicule. Din acest motiv aceste materiale au fost folosite fără
rețineri în fabricarea componentelor de top ale autovehiculelor, acolo unde contează foarte mult
performanțele, iar prețul este un amănunt nesemnificativ.
Cu toate acestea, materialele compozite își fac loc din ce în ce mai mult în industria
constructoare de autovehicule. Utilizarea lor pentru producerea de repere pentru autovehicule
trebuie să se facă în cunoștință de cauză pentru a putea obține performanțe maxime fără a ridica
prețurile de producție. Deși există modele matematice cu ajutorul cărora se poate face o apreciere
a performanțelor materialelor compozite, pentru o utilizare judicioasă a lor, în construcția
reperelor auto este bine a fi încercate pe stand.
Încercările reprezintă testul final, în utilizarea unui material, dar un calcul bine condus
poate reduce costurile de experimentare, care sunt, în general, destul de ridicate.
Analizând rezultatele obținute în urma încercărilor de rupere la încovoiere, pe stand, se
constată că materialele compozite dispun de proprietăți diferite funcție de constituienții ce le
alcătuiesc, funcție de proporția pe care o ocupă aceștia în compoziția materialului. Performanțele
materialului sunt condiționate de condițiile de mediu în care sunt nevoite să lucreze.
Materialul compozit realizat din rășină poliesterică, armat cu fibre de sticlă suportă o
încărcare considerabilă dacă se află în condiții normale de temperatură. Creștera temperaturii
duce la scăderea rigidității acestui material. Din acest motiv, din acest tip de materiale nu se pot
realiza elemente de structură din vecinătatea motoarelor termice, sau a sistemelor de evacuare a
gazelor arse, sau alte zone ale autovehiculelor expuse la temperaturi ridicate.
Prezența corematului în compoziția materialului compozit armat cu fibre de sticlă îi
reduce performanțele. Un astfel de material poate fi folosit cu succes pentru repere ornamentale,
sau fără rol important în structura de rezistență a autovehiculelor. Prezența corematului în
componența structurilor de rezistență nu ar face decât să le scadă calitatea acestora.
95
Materialul compozit realizat din rășină epoxidică armat cu țesătură din fibre de carbon
suportă cea mai mare încărcare, dar este foarte rigid. Prețul ridicat îl ține încă la distanță de multe
repere auto din fabricația de serie.
În urma încercărilor de anduranță efectuate, s-a constatat apariția fisurilor în rășină după
un număr relativ mic de cicluri de solicitare. Aceste fisuri duc, în timp, la scăderea
performanțelor reperului realizat din materiale compozite. Fisurile, odată apărute, se pot mări cu
repeziciune din cauza condițiilor meteorologice în care este exploatată structura respectivă.
Prezența apei, combinată cu variații mari și dese ale temperaturii (de la îngheț la dezgheț), pot
distruge rapid o structură în a cărei matrice au apărut fisuri sau microfisuri. Din acest motiv este
de preferat ca structurile realizate din materiale compozite să fie în așa fel proiectate, ca fisurile
sau microfisurile să nu apară prea repede în structura lor.
Pornind de la această constatare și tinând seama și de comportamentul portierelor pe
stand, a apărut ideea rigidizării suprafețelor expuse la vibrații prin construirea unei structuri
închise, de tip cheson.
Din analiza simulărilor efectuate pe modelul 3D al portierei, atât pentru varianta simplă,
cât și pentru varianta cu întăritură se constată o diferență de aproximativ 20Hz a modurilor
proprii de vibrații.
Rezultatele obținute în lucrarea de faţă au fost prezentate la sesiuni ştiinţifice şi publicate
în volumele acestor sesiuni. Astfel, am publicat un număr de 6 lucrări, una indexată ISI.
Ideea de a realiza structuri rigide folosind materiale compozite trebuie exploatată în
continuare. Materialele compozite permit realizarea de astfel de structuri, în comparație 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 Composite Materials, Vol. 28, No. 1, 1994, p. 77-90
2. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Gheorghiu, H., Hadăr, A., Studiul caracteristicilor şi metodelor de calcul adecvate materialelor compozite , Contract M. C. T., 1991-1992
3. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Jiga, G., Calculul structurilor din materiale compozite, Universitatea “Politehnica” Bucureşti, 1993 x34
4. Alămoreanu,E., Chiriţă,R., Bare şi plăci din materiale compozite. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1997.
5. Anghel, V., Constantin, N., Sorohan, S., Petre, C., Dynamic Finite Element Analysis of Composites Laminated Plates. CDM 2001, Braşov, 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 reinforced composites, Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster-Basel, 1989
8. Badea A. Necula H., Stan M., Ionescu L., Blaga P., Darie G. Echipamente şi instalaţii termice. Editura Tehnică, Bucureşti, 2003
9. Bascom, W.D., Some Surface Chemical Aspects of Glass Resin Compozites, 20th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1965
10. Băcanu, G. Termodinamică, transfer de căldură şi masă. Editura Dealul Melcilor, Braşov, 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- Protecţia şi ingineria mediului; Editura Economică 1997
14. Bran Florina, Simon Tamara- Geografie economică mondială; Editura Economică 1996
15. Bratu, P., Vibraţiile sistemelor elastice, Ed. Tehnică, Bucureşti, 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 on 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 and 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 Mecanică Exp., Copenhaga, 1990, Vol. 1, p. 348-355
21. Chiru, Anghel şi Marincaş, Dumitru Tehnologii speciale de fabricare şi reparare a autovehiculelor, Reprografia Universităţii TRANSILVANIA, 1991;
22. Chiru,A., ş.a., Materiale compozite. Vol.I, Ed. Universităţii TRANSILVANIA Braşov, 1999.
23. Cognard, Ph., Les Applications industrielles des materiaux composites, Editions du Moniteur
24. Constantin, N., Jiga, G., Hadăr, A., Numerical modelling of a fibre reinforced composite, Proc. of EUROMAT’95, Padova-Veneţia, 1995, p. 521-524
25. Constantinescu, I. N., Dăneţ, G., Metode noi pentru calcule de rezistenţă, Editura Tehnică, Bucureşti, 1989
26. Constantinescu, I.N., Picu, C., Hadăr, A., Gheorghiu, H., Rezistenţa materialelor pentru ingineria mecanică, Editura BREN, Bucureşti, 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 Bucureşti, 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 in 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., Lihtețchi I., Determination of coefficient of thermal conductivity on glass fibers-reinforced polymer matrix composites - 5th International Conference ″Computational Mechanics and Virtual Engineering ″ COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania
38. Gheorghe V., Bejan C., Sîrbu N., Lihtețchi I., Influence of temperature on mechanical properties of polymer matrix composites subjected to bending - 5th International Conference ″Computational Mechanics and Virtual Engineering ″ COMEC 2013 24- 25 October 2013, Braşov, Romania
39. Gheorghiu, H., Hadăr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din materiale izotrope şi anizotrope, Editura Printech, Bucureşti, 1998
40. Goia, I., Rezistența materialelor, Editura Transilvania Expres, Brașov, 2000
41. Goia, I., Rezistența materialelor, Vol. I, II, Universitatea din Brașov
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, American 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., Mareş, C., Program de calcul al unui material compozit stratificat armat cu fibre, Construcţia de maşini, nr. 8-9, 1995, p. 39-43
45. Hadăr, A., Probleme locale la materiale compozite, Teză de doctorat, Universitatea “Politehnica” Bucureşti, 1997
46. Hadăr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei şi Editura AGIR, Bucureşti, 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 unidirectional fiber composites, Journal of Applied Mech., No. 47, 1980, p. 329-334
49. Hubca, G., Iovu, H., Tomescu, M., Roşca, I., Novac, O., Ivănuş, G., Materiale compozite, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1999
50. ISO 14006: 2011, Environmental management –Environmental 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 - Requirements 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 Composites, 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: case of a front door, Proc. LCA Conference, 2012
63. Mihalcu, M. , Materiale plastice armate, Editura Tehnică Bucureşti , 1986
64. Mihalcu, M., Materiale plastice armate, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1973
65. Mooney, R.D., Resin Glass Bond Study, 14th Conf. SPI Reinforced Plastic Division, 1959
66. Moţiu, M., Palade, I., Răşini poliesterice nesaturate, Ed. Tehnică, Bucuresti, 1987.
67. Mukherjee, Y.X., Gulrajani, S.N., Mukherjee, S., Netravali, A.N., A numerical and experimental study of delaminated layered 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 fabric 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., ş.a., Materiale termorigide armate, Editura Tehnică Bucureşti, 1970
72. Nistor, D., ş.a.Materiale termorigide armate. Ed. Tehnică, Bucureşti, 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 Bucureşti, 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., Muşatescu V., Isbăşoiu E.C. Îndrumar. Tabele, nomograme şi formule termotehnice. Editura Tehnică, Bucureşti, 1987
78. Popescu, M.: The advanced materials joining: composite materials. Eurostampa Ed., Timişoara, Romania, 2002, ISBN 973-8244-76-5.
79. Preda, G.M., Influenţa factorilor tehnologici asupra calităţii pieselor din materiale composite poliester-fibre de sticlă, utilizate în construcţia automobilelor, teză 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 vederea determinării de curbe wohler la oboseală pentru materiale compozite – lucrare prezentată la Seminarul Actualităţi şi perspective în inginerie mecanică – APIM 2012, organizat de Asociaţia Generală a Inginerilor din România - Filiala Braşov, din data de 19.01.2012
84. Purcărea, R., Gheorghe, V., Studiul comportării materialelor compozite la solicitările de încovoiere – lucrare prezentată la Sesiunea Cercurilor Stiintifice Studentesti – 24.05.2012
85. Purcărea, R., Contribuții la determinarea, prin metoda elementelor finite, a caracteristicilor mecanice, a materialelor compozite armate cu fibre, Teză de doctorat. Universitatea Transilvania Brașov, 2010
101
86. Reifsnider, K.L., Damage in composite structures, in Handbook of Composites, Vol.2 - Structures and Design, 1989, Elsevier Science Publishers
87. Roşu, 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 2005, 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 Materials, 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., Rezistenţa Materialelor, curs, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, 1999.
96. Ștefănescu F., Neagu G., Mihai A., Materiale 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 University, 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, Bucharest, 2008
99. Teodorescu, F., Avramescu, V. Crăciunoiu, 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 reciclarea acestora. Abordari actuale si de perspectiva, Revista Construcţia de Maşini, 58, nr. 1, 2006, 75-78.
100. Teodorescu, F., Contribuţii la modelarea structurilor materialelor compozite armate cu fibre. Teză de doctorat. Universitatea Transilvania Braşov, 2001
101. Teodorescu, H., Fundamentele și mecanica materialelor compozite polimerice, Ed. Universității ,, Transilvania,, Brașov, 2007
102
102. Teodorescu, P.P., Probleme plane în teoria elasticității, vol. I și II, Ed. Academiei, București, 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 Plastic 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., Mihălcică, V., Modrea, A., Cotoros, D., On The Reactions Eliminating in the Virtual Dynamic Analysis of the Mechanisms Bul, Institutul Politehnic din Iași, 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 (Purcărea), 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., Purcărea, R., Modrea, A., Mecanica materialelor compozite armate cu fibre, Ed. Infomarket,, Brașov, 2008
116. Vlase, S., Tofan, M., Goia, I., Modrea, A., On the Vibrations of the Multibody Systems with Structural Symmetries, a II a Conferință Internațională SRA de acustică și vibrații, oct. 2004, București
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 & Automation, 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., Mihalcică,V., Modrea, A,Cotoros, D., On the Reactions Eliminating in the Virtual Dynamic Analysis of the Mechanisms. Bul. Institutului Politehnic din Iaşi. 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, Testing 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. *** Wärmedurchgangsprüfer nach Dr. Bock – Bedienungsanweisung FEUTRON – Fabrik Elektro-Physical Geräte – Greitz, 1962
128. ***, ASTM D 671, Oboseala la încovoiere a materialelor plastice utilizând forţă de amplitudine constantă
129. ***, Designing with Thermoplastics, DOW Plastics, 1992
130. ***, Techno Japan; Vol. 31; No.11; November 1998
104
Anexa 1. REZUMAT
Cercetările efectuate în cadrul aceastei lucrări de doctorat îşi propun să răspundă
următoarelor obiective: 1. Îmbunătăţirea performanţelor autovehiculelor prin utilizarea materialelor noi; 2. Mărirea gradului de siguranţă pasivă pentru persoanele aflate în autovehicule; 3. Scăderea preţului de producţie a structurilor auto. Pe fondul necesităţii unei resurse sustenabile de materii prime, precum şi a problemelor de
mediu cauzate de materialele plastice şi cele metalice, greu degradabile, producători de automobile sunt mereu în căutarea unor noi materiale, în special cele compozite, cu impact redus asupra mediului, care după încheierea ciclului de viaţă să fie uşor reciclabile şi biodegradabile, care să asigure aceleaşi performanţe, dar să fie produse întru-un mod cât mai ecologic posibil.
Producătorii de autovehicule încep să aibă o altă abordare a problemelor din acestă ramură industrială din cauza preocupării continue pentru a dezvolta autovehicule tot mai performante, mai sigure, mai prietenoase cu mediul înconjurător, dar și la un preț scăzut. Din acest motiv, întreg procesul de realizare a autovehiculelor, începând cu faza de proiectare, testare, fabricare și mergând până la faza de recuperare a produsului după ieșirea din uz a acestuia trebuie regândit. Materialele tradiționale, folosite până în prezent, nu mai pot răspunde în totalitate acestor cerințe, motiv pentru care materialele compozite încep să înlocuiască din ce în ce mai mult materialele clasice.
În această idee, lucrarea conține o vedere de ansamblu asupra materialelor utilizate în mod frecvent în construcția reperelor și structurilor din industria constructoare de autovehicule. Lucrarea și-a propus să găsească soluții constructive de utilizare într-un mod cât mai eficient a materialelor compozite existente, în realizarea de componente din industria auto, și nu să descopere alte tipuri de materiale compozite.
După o trecere în revistă a domeniilor în care materialele compozite încep să fie tot mai folosite, și o clasificare a acestor materiale lucrarea face o analiză a proprietăților materialelor compozite folosite cu precădere la realizarea autovehiculelor. Analiza este făcută din punct vedere teoretic și practic.
S-au construit, în cadrul lucrării, câteva standuri și instalații cu ajutorul cărora să se poată realiza încercări și probe, atât pentru epruvetele din materiale compozite, cât și pentru reperul auto realizat. Pentru epruvete s-au folosit materiale compozite, realizate pe plan local și folosite cu precădere în industria românească. Epruvetele testate au fost realizate din mai multe tipuri de materiale compozite din fibră de sticlă și din fibră de carbon.
În cadrul lucrării de doctorat s-a realizat o portieră de autoturism din materiale compozite. Portiera produsă este o portieră dreapta față pentru un autoturism VW Golf 3, cu cinci uși. Portiera este compusă din două repere, o față exterioară realizată din material compozit din fibră de carbon și o ramă interioară realizată dintr-un material compozit din fibră de sticlă. Fața exterioară este realizată din rășină epoxidică armată cu două straturi de țesătură din fibre de carbon și un strat de poliester. Rama interioară de ușă este realizată din rășină poliesterică armată cu două straturi de împâslitură din fibră de sticlă (MAT din fibre scurte). Reperele au fost executate manual, prin mulare liberă, în matrițe deschise, și polimerizare la temperatura și presiunea mediului ambiant.
O portieră metalică de același tip, dar și portiera din materiale compozite au fost supuse pe stand unor solicitări comparative pentru se putea scoate în evidență avantajele 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 hardly 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 approach 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 designing, 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.
Within 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 carbon 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 parts 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 nașterii 14.10.1967, Urlați, Prahova
Naționalitatea Română
E-mail [email protected]
Studii:
1987 –1992 Universitatea “TRANSILVANIA”Brasov
Facultatea de INGINERIE MECANICĂ
Specializarea AUTOVEHICULE RUTIERE
1982 - 1986 Liceul Industrial pentru Construcții Mașini Nr. 1 Ploiești
Electromecanic CM
Activitate profesională:
1993-prezent S.C. INAR S.A. Brașov
Cercetător
1992 - 1993 INMT Brașov
Inginer cercetare
Limbi străine cunoscute: Franceză
Lucrări publicate: 12 lucrări
Experiență acumulată 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, Urlați, Prahova
Nationality Romanian
E-mail [email protected]
Studies:
1987 –1992 “TRANSILVANIA” University Brasov
MECHANICAL ENGINEERING Faculty
ROAD VEHICLE –Training Program
1982 - 1986 Industrial Highschool for Machine Building No. 1 Ploiești
Electromechanics CM
Professional activity:
1993-present S.C. INAR S.A. Brașov
Research Engineer
1992 - 1993 INMT Brașov
Research Engineer
Foreign languages: French
Published papers: 12 papers
Acquired expertise Participation in programs and projects as :
- Coordinator : 2 projects
- Member : 11 projects.