materiale compozite

  • View
    152

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

materiale compozite

Text of materiale compozite

  • MATERIALE COMPOZITE

    - note de curs -

    s.l. Adrian Catangiu Facultatea IMMR

    Universitatea Valahia din Targoviste

  • CUPRINS

    1. Scurt istoric al materialelor compozite 1

    2. Scopul i obiectivele cursului 2

    3. Descrierea capitolelor 3

    4. Descrierea materialelor compozite 4

    5. Componentele unui material compozit 10

    5.1 Rina 10

    5.1.1 Caracteristicile rinilor 14

    5.1.2 Rinile epoxidice 16

    5.2 Fibrele 19

    5.2.1 Caracteristicile fibrelor 19

    5.2.2 Fibrele de sticl 22

    6. Materiale compozite structurale 28

    7. Procedee de punere n form a materialelor compozite 30

    8. Tehnologia preimpregnatelor 36

    9. Factori ce influeneaz complexitatea cunoaterii materialelor compozite

    46

    10. Modele de omogenizare a caracteristicilor compozitului pornind de la caracteristicile componentelor

    48

    10.1 Modele de omogenizare a caracteristicilor mecanice 48

    10.2 Modele de omogenizare a caracteristicilor termice 53

    11. Consideraii despre comportarea n exploatare a materialelor compozite

    66

    11.1 Degradarea compozitelor - generaliti 66

  • 11.2. Modelarea degradrii la oboseal a compozitelor 72

    11.2.1 Determinarea curbei de durabilitate 72

    11.2.2. Metode hibride micro-macromecanice bazate pe noiunea de rezisten rezidual

    74

    11.2.3. Modele bazate pe pierderea de rigiditate 78

    11.2.4. Modele bazate pe micromecanisme de degradare 81

    11.3. Cumulul degradrii 82

    12. Materialele utilizate la experimente 84

    12.1 Construcia plcilor prin tehnologia de termoformare cu sac vidat

    84

    12.2 Construcia tuburilor prin nfurare filamentar 90

    13. Aparate i metode utilizate pentru investigaii 102

    14. Msurarea caracteristicilor termofizice ale materialelor compozite cu matrice organic

    123

    15. Msurarea difuzivitii i conductivitii termice a plcilor 135

    16. Caracteristicile mecanice ale plcilor din materiale compozite stratificate [0/90]s

    149

    16.1 Traciunea epruvetelor asupra crora fora de traciune s-a aplicat pe direcia fibrelor din straturile exterioare

    150

    16.2 Traciunea epruvetelor asupra crora fora de traciune s-a aplicat pe direcia ce formeaz un unghi de 900 cu direcia fibrelor din straturile exterioare

    160

    16.3 Traciunea epruvetelor asupra crora fora de traciune s-a aplicat pe direcii ce formeaz unghiuri de 150, 250 respectiv 450 cu direcia fibrelor din straturile exterioare

    165

    17. Msurarea modulului de forfecare plan 170

    18. Modelarea matematic a comportrii plcilor din materiale compozite stratificate sticl epoxi la traciune

    180

    19. Estimarea degradrii materialelor compozite prin intermediul 193

  • rezistenei reziduale

    20. Degradarea prin ncovoiere a plcilor din materialelor compozite cu matrice organic

    200

    21. Caracteristicile mecanice ale tuburilor din materiale compozite stratificate

    214

    21.1 ncercarea tuburilor la oboseal 215

    21.2 ncercarea tuburilor la presiune intern 220

  • 1. SCURT ISTORIC AL MATERIALELOR COMPOZITE

    Termenul compozit ar fi trebuit probabil s dateze din perioada n care s-

    a utilizat pentru prima dat chirpiciul n construcii. De asemenea, betoanele au

    fost fabricate cu mult nainte ca termenul s le fie asociat.

    Compozitele polimerice au aprut la nceputul secolului XX, cnd s-a

    nregistrat primul patent de obinere a rinilor fenol formaldehidice, depus de

    Leo Hendric Baekeland, iar n 1910 a luat fiin n SUA General Bakelite

    Company.

    Utilizarea pentru prima dat a fibrelor de sticl ca material de armare a

    polimerilor dateaz din 1940 dup care apare o adevrat explozie a

    fenomenului compozit, datorat n principal nceperii produciei de rini

    epoxidice. Firma Ciba-Geigy unul din principalii furnizori mondiali de rini

    epoxidice a produs primele rini de acest tip n 1946.

    Dei fundamentele industriale ale producerii materialelor compozite

    dateaz de la mijlocul secolului trecut, trecerea de la aplicaii de uz curent la

    aplicaiile de nalt performan s-a realizat dificil, datorit n principal nevoii de

    utilizare a materialelor n medii de lucru agresive, tendinei de utilizare la

    temperaturi din ce n ce mai ridicate i nu n ultimul rnd necesitii de atingere a

    unor caracteristici specifice de excepie.

    Astfel, pe lng rafinarea din punct de vedere compoziional a matricilor

    polimerice s-a urmrit producerea de materiale de ranforsare cu caracteristici

    superioare: fibrele de sticl, fibrele de carbon Union Carbide (1957), fibrele de

    bor, kevlarul (patent al firmei Du Pont de Nemour).

    Funcie de aplicaii, n ultimii ani accentul s-a mutat nu att pe materialele

    n sine (din punct de vedere compoziional), ct pe ameliorarea caracteristicilor

    legate de creterea proporiei de element de ranforsare, mrirea aderenei fibre -

    matrice (tratarea suprafeei fibrelor) i respectiv, caracterizrii materialelor

    compozite n principal la solicitri de lung durat.

  • 2. SCOPUL I OBIECTIVELE CURSULUI

    Scopul cursului este familiarizarea studenilor cu noiuni legate de obinerea

    materialelor compozite, componentele i punerea n form a acestora, metodele de

    testare, comportarea la solicitrile termice i mecanice.

    Sistemul compozit ales tratat n detaliu, rina epoxidic armat cu fibre de

    sticl lungi, ce face parte din clasa materialelor compozite de nalt performan,

    prezint o anizotropie accentuat i unul din scopurile cursului este evidenierea

    acesteia. Funcie de orientarea elementului de armare fa de direcia de aplicare a

    sarcinilor n exploatare, comportamentul materialului compozit este diferit. Lucrarea

    i propune s completeze baza de date referitoare la degradarea mecanic a

    materialelor compozite i s se constituie ntr-un instrument util proiectanilor de

    structuri. 3. DESCRIEREA CAPITOLELOR

    Multe structuri moderne necesit materiale care s aib proprieti variabile

    de la un punct la altul, cu o funcionalitate mrit. Posibilitatea conferirii

    caracteristicilor diferite pe direcii diferite (anizotropie) reprezint un pas important n

    cunoatere la care i-au adus contribuia cercettori din ntreaga lume. Sunt

    renumite colile din Frana, Marea Britanie, SUA, Germania, iar n ultimii ani se

    nregistreaz o masiv ofensiv asiatic. Cercetrile materialelor anizotrope au n

    centrul ateniei la ora actual materialele cu gradient (caracteristici variabile continuu

    pe o anumit direcie) n principal datorit aplicaiilor medicale, dar materialele

    compozite armate cu fibre lungi (caracteristici diferite funcie de direcia de armare)

    chiar dac sunt utilizate de mai multe decenii, nu sunt suficient descrise mai ales din

    punct de vedere al comportrii la solicitri ciclice.

    Primele capitole ale lucrrii (partea I) prezint un cadru general asupra

    cursului.

    Lucrarea i propune (n partea a II a), dup o descriere general a

    materialelor compozite (Capitolul 4) i detalierea elementelor componente (Capitolul

    5), prezentarea materialelor compozite structurale (Capitolul 6).

    2

  • n Capitolul 7 sunt trecute n revist principalele procedee de punere n form

    a materialelor compozite i sunt evideniate particularitile acestora. Capitolul 8

    prezint n detaliu tehnologiile care utilizeaz ca materie prim preimpregnatele i

    evideniaz locul i rolul lor n obinerea materialelor compozite de nalt

    performan. Problemele legate de complexitatea nelegerii fenomenului compozit

    sunt explicate succint n Capitolul 9, iar n Capitolul 10 am prezentat un studiu

    bibliografic referitor la modelele matematice simple utilizate la omogenizarea

    caracteristicilor termice i mecanice ale materialelor anizotrope.

    n Capitolul 11 sunt tratate principalele etape care apar n degradarea

    mecanic a structurilor din materiale compozite stratificate i un studiu bibliografic

    asupra modelrii matematice a fenomenelor de degradare.

    Construcia plcilor i tuburilor din material compozit stratificat este descris

    detaliat, cu accent asupra modului de funcionare a mainii de nfurare

    filamentar, n Capitolul 12. Capitolul 13 prezint aparatura utilizat n decursul

    experimentelor precum i principiile de funcionare (unde am considerat c este

    cazul). Capitolele 14 i 15 prezint analiza termic a materialelor compozite din

    rini epoxidice armate cu fibre de sticl realizat prin calorimetrie diferenial

    scanning (determinarea temperaturii limit de utilizare a materialului (temperatura

    de tranziie vitroas), cldura specific), printr-o metod n regim tranzitoriu (flash

    laser) n vederea determinrii difuzivitii i conductivitii termice respectiv, prin

    dilatometrie.

    Capitolul 16 prezint experimentele de traciune asupra epruvetelor prelevate

    din plci cu evidenierea determinrii modulelor de elasticitate, funcie de orientarea

    fibrelor fa de direcia de aplicare a forei de traciune, iar n Capitolul 17 este

    descris procedura de evaluare a modulului de forfecare plan.

    Modalitatea de comportare n spaiul tensiune-deformaie observat n

    Capitolul 16 este modelat n Capitolul 18, pornind de la un model cu un parametru

    dezvoltat de Sun i Chen pentru materialele unidirecionale i adaptat de Ogihara i

    Reifsnider pentru ranforsri de tip estur. Modelul cu parametrii proprii determinai

    din analiza datelor experimentale, modeleaz foarte bine comportarea strat

Search related