Click here to load reader

Proiect Materiale compozite

  • View
    634

  • Download
    19

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Proiect Materiale compozite

Text of Proiect Materiale compozite

Cuprins

Capitolul 1. Introducere..................................................................................................................3 Capitolul 2. Materiale compozite cu aplicaii n industria militar.....6 2.1. Materiale compozite pentru blindaje7 2.2. Materiale compozite folosite n construcia de aeronave militare..............................14 2.3. Materiale compozite folosite n construcia rachetelor cu combustibil solid.19 2.4 Humvee, maina de rzboi elicopter-avion..................................................................22 Capitolul 3. Concluzii....................................................................................................................24 Bibliografie....................................................................................................................................25

Proiect Structuri Compozite

Capitolul 1. IntroducereDefinit n sens larg, un material compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au materialele constituente n parte. n multe cazuri, materialele, naturale sau sintetice, se gsesc n combinaie cu alte materiale i nu acionnd n mod individual. Este cazul corpului uman, construit din carne i oase sau al betonului armat, unde cimentul este turnat pe un cadru metalic. Compozitele sintetice au aprut prima oar n industria aerospaial, din necesitatea controlrii i mbuntirii proprietilor materialelor, n conformitate cu cerinele impuse de destinaie. Exist mai multe variante de definiie a materialelor compozite. Cea mai cuprinztoare, caracteriznd cel mai bine natura acestora este cea dat de P. Mallick. Conform lui Mallick, un material compozit este o combinaie ntre dou sau mai multe materiale diferite din punct de vedere chimic, cu o interfa ntre ele. Materialele constituente i menin identitatea separat (cel puin la nivel macroscopic) n compozit, totui combinarea lor genereaz ansamblului proprieti i caracteristici diferite de cele ale materialelor componente n parte. Unul din materiale se numete matrice i este definit ca formnd faza continu. Cellalt element principal poart numele de ranforsare (armatura) i se adaug matricei pentru a-i mbunti sau modifica proprietile. Ranforsarea reprezint faza discontinu, distribuit uniform n ntregul volum al matricei. Fibrele sunt elementul care confer ansamblului caracteristicile de rezisten la solicitri. n comparaie cu matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, n timp ce alungirea corespunztoare este redus. Matricea prezint o alungire i o rezilien la rupere mult mai mari, care asigur c fibrele se rup nainte ca matricea s cedeze. Trebuie insa subliniat faptul c materialul compozit este un ansamblu unitar, n care cele dou faze acioneaz mpreun, aa cum sugereaz curba efort alungire pentru compozit. Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obinute utiliznd toate tehnologiile textile: esere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot aduga i procesele caracterizate de producerea ranforsrii i a materialului compozit n aceeai etap, cum sunt nfurarea filamentelor i poltruderea. Criteriile utilizate n alegerea procesului tehnologic pentru fabricarea ranforsrii se refer la2

Proiect Structuri Compozite

stabilitatea dimensional, la proprietile mecanice impuse, precum i la proprietile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare. Avantajele materialelor compozite sunt urmtoarele:

greutate sczut n comparaie cu materialele clasice rezistena mare la uzur, coroziune caracteristici mecanice n concordan cu necesitatea ulterioar a produsului.

Costul mai ridicat al acestor materiale se justific prin precizia, calitatea produselor obinute, iar funcionarea acestora conduce la o mrire a fiabilitii, mentenanei, i dac este vorba de industria automobilelor i a aeronauticii, de un consum sczut de energie. tiina materialelor compozite a aprut din necesitatea unor studii multidisciplinare, pornind de la faptul c elaborarea acestora este complex, condiiile de operare n care aceste materiale trebuie s funcioneze sunt severe, proprietile fizice, chimice, magnetice, electrice i mecanice sunt influenate de compatibilitatea i modul de dispunere a elementelor componente. Efortul oamenilor de tiina se orienteaz ctre materialele noi, i implicit asupra tehnicilor de prelucrare i proiectare analitic a elementelor active necesare prelucrrii acestora. Studiul unor tehnologii au scos la iveal c acestea ar putea fi aplicate la scar industrial pentru avantajele economice, performana i simplitatea proiectrii. Din punct de vedere istoric, conceptul de material compozit este foarte vechi. n Egiptul antic crmizile de argil erau ntrite cu paie; la Muzeul Britanic din Londra, este expus un vas de depozitare din perioada merovingienilor 900 d.H de pe teritoriul Scoiei, realizat dintr-un material format din fibr de sticl ntrit cu o rin, ceea ce ar corespunde astzi unui compozit de tip rin epoxidic ntrit cu fibr de sticl. n secolul al XIX-lea vergelele de fier erau folosite pentru zidrie punndu-se bazele materialelor armate pentru construcii. Prima ambarcaiune din fibr de sticl a fost realizat n 1942 i de asemenea, la acel timp, acest material a fost utilizat n aeronautic i pentru componentele electrice. Primele fibre de bor i de carbon, cu rezisten mare la rupere, au aprut la sfritul anului 1960 fiind aplicate n materialele avansate folosite la componente de avion, prin 1968.3

Proiect Structuri Compozite

Materialele compozite cu matrice metalic au fost introduse n 1970. Dupont a realizat fibrele de Kevlar (sau aramid) n 1973. La sfritul anilor 70 materialele compozite s-au extins n aeronautic, la automobile, articole sportive i medicin. Sfritul anilor 1980 a marcat o cretere semnificativ n utilizarea materialelor cu fibre avnd modul de elasticitate ridicat, astfel, s-au dezvoltat materiale care s rspund cerinelor funcionrii, deci s-a introdus conceptul de proiectare a materialului plecnd de la cerinele tehnice ale produsului. n ultimii ani, pe de o parte datorit creterii spectaculoase a consumurilor de material i, pe de alt parte, datorit rezultatelor cercetrii tiinifice, a studiilor privind proprietile intime ale unor materiale, s-a trecut la realizarea materialelor compozite, numite de specialiti de generaia a II-a care prezint o serie de avantaje certe pentru o mare gam de produse, avantaje dintre care menionm:

masa volumic mic n raport cu metalele (compozitele cu rini epoxidice armate cu fibre de Si, B, C, au mas volumic sub 2 g/cm3); rezistena la traciune sporit Rm (compozitul Kevlar are Rm de dou ori mai mare dect al sticlei); coeficient de dilatare mic n raport cu metalele; rezistena la oc ridicat; durabilitate mare n funcionare (n aceleai condiii de funcionare, 1kg de Kevlar nlocuiete 5 kg de oel, la o durat egal de funcionare); capacitate mare de amortizare a vibraiilor; siguran mare n funcionare (ruperea unei fibre dintr-o pies din compozit nu produce o amors de rupere a piesei, ca n cazul materialelor clasice); consum energetic sczut la elaborare, n comparaie cu metalele (pentru obinerea polietilenei se consuma 23 kcal/cm3, iar pentru oel 158 kcal/cm3; rezisten la coroziune;4

Proiect Structuri Compozite

stabilitate termic i rezisten mare la temperatura ridicat (fibrele de Kevlar, teflon, Hyfil sunt stabile pn la 500 oC, iar fibrele ceramice tip SiC, Si3Ni4, Al2O3 sunt stabile pn la 1400 oC 2000 oC.

Capitolul 2. Materiale compozite cu aplica ii n industria militar5

Proiect Structuri Compozite

n industria militar se folosesc urmatoarele tipuri de fibre: Fibrele de carbon conin 8095% C, sunt uoare, rezistente la aciunea agenilor chimici i a mediului nconjurtor, stabile la temperaturi nalte, bune conductoare de cldur i electricitate i rezistente la traciune i compresiune. Se obin din materii prime solide (crbune amorf, asfalt de petrol, fibre organice), lichide (gudron, petrol, uleiuri aromatice) sau gazoase (acetilen, hidrocarburi) care se supun unui proces de combustie incomplet (piroliz con-trolat). Dac arderea are loc la 10001500 oC se obin fibre de nalt rezisten, iar la 1.8002.000 oC se obin fibre cu module de elasticitate foarte bune. Fibrele de carbon se utilizeaz n construcia avioanelor militare i a vehiculelor de nalt performan (discuri de frn), a articolelor sportive (undie de pescuit, crose de golf, rachete de tenis, schiuri, arcuri de tir, cadre de biciclete), precum i a filtrelor de gaze pentru temperaturi nalte. Fibrele de aramide provin din poliamide aromatice i au fost introduse pe pia n 1973 de ctre firma DuPont, sub numele de kevlar. Sunt rezistente la traciune, la oc i la abraziune. De asemenea, sunt rezistente la foc i la cldur (nu se topesc), precum i la aciunea solvenilor organici. Se folosesc n construcii aeronautice cu aplicaii militare, la fabricarea unor ambarcaiuni uoare sau piese pentru vapoare (crme, catarge, rezervoare i sprgtoare de valuri), la fabricarea vestelor antiglon i a ctilor de protecie. Fibrele de bor au fost obinute n 1959 de firma Texaco din SUA i utilizate pentru armarea unor compozite folosite de aviaia militar. Ele au un miez de wolfram pe care se depune, prin vaporizare, un strat subire de bor i prezint rezistene la rupere i la compresiune foarte bune, precum i un modul de elasticitate nalt i o rezisten la oboseal excepional. Utilizarea lor este limitat de costul ridicat, de fragilitatea i duritatea care au valori mari. Duritatea ridicat ngreuneaz prelucrrile mecanice ulterioare care necesit scule armate cu diamant. Pentru nlturarea acestor dezavantaje, fibrele de bor ce combin cu fibre de sticl i de carbon i se utilizeaz n aviaia militar (lonjeroane, volei, panouri de fuselaj) sau la fabricarea unor articole sportive de performan (rachete de tenis, undie de pescuit).6

Proiect Structuri Compozite

2.1. Materiale compozite pentru blin