Piesele compozite au proprietăți excelente care nu pot fi realizate cu alte materiale. Utilizarea lor este foarte universală. Acestea sunt utilizate în principal în industria aerospațială, marină și auto. Au câștigat noi locuri de muncă în ingineria electrică, electronică, energie și inginerie mecanică. Scopul lucrării este o viziune teoretică asupra utilizării materialelor compozite în proiectarea suprastructurilor ușoare de stingere a incendiilor pentru echipamentele mobile existente utilizate în HaZZ SR și Lesy SR, care ar dori să crească reprezentarea echipamentelor de stingere a incendiilor forestiere în terenuri inaccesibile pentru a fi utilizat pe terenuri dificile ale pădurilor montane, este necesar să le monitorizăm greutatea în timpul proiectării lor. Propunerile se vor baza pe presupunerea că reprezentarea unei astfel de tehnici este redusă. În special, există o lipsă de tehnologie care ar putea transporta apă în volume de 400 - 2.000 l în condiții dificile de teren ale pădurii.
MATERIAL SI METODE
Materialele compozite pot fi definite, de exemplu, ca materiale eterogene formate din două sau mai multe componente care diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile lor fizice și chimice, care conferă produsului final proprietăți noi pe care niciunul dintre componentele sale nu le are în sine. Cu toate acestea, conform acestei definiții, compozitele ar include majoritatea materialelor și aliajelor naturale și sintetice. Prin urmare, este nevoie de o definiție și mai precisă.
Pentru ca un material multicomponent să fie considerat un compozit, acesta trebuie să îndeplinească anumite condiții, inclusiv, de exemplu, (Campbell 2010; Kratochvíl și colab. 2005; Ptáček 2002):
• fracția de volum a armăturii din material trebuie să fie mai mare de 5%,
• Proprietățile mecanice, chimice și fizice ale matricei și ale armăturii sunt semnificativ diferite,
• Materialul compozit trebuie preparat prin amestecarea componentelor.
* * * * *
Considerăm că un compozit este un material obținut prin combinarea a două sau mai multe componente cu compoziție chimică diferită și în același timp proprietăți mecanice fizice, în care componenta de bază este o fază continuă (matrice), iar componenta secundară este o fază discontinuă (armare), cel mai adesea sub formă de particule sau fibroase.
Kender (2013)
* * * * *
Principalele motive pentru utilizarea materialelor compozite în comparație cu alte materiale metalice sunt reducerea greutății structurii în timp ce se obține aceeași rezistență sau mai mare. În comparație cu oțelul (Tabelul 1), compozitele cu matrice polimerică au rezistență comparabilă și mai mare, cu o greutate specifică de aproximativ un sfert.
| Tab. 1: Compararea proprietăților mecanice ale materialelor (site-ul companiei GDP KORAL) |
În prezent există nenumărate tipuri de materiale compozite și se adaugă altele noi. Din acest motiv, este necesar să le clasificăm în grupuri sau să le clasificăm într-un fel. Materialele compozite pot fi împărțite în funcție de diferite aspecte și de o serie de parametri. Diviziunile de bază sunt în funcție de materialul matricei, în funcție de materialul armăturii și în funcție de geometria armăturii.
Printr-o combinație adecvată de material matricial, material de armare, geometria armăturii și numărul de faze individuale și alți factori, se obțin proprietățile specifice ale materialului compozit rezultat.
Matricea materialelor compozite poate fi:
• matrice metalică întărită cu fibre lungi, precum și particule,
• matrice polimerică întărită cu sticlă, carbon, fibre de aramidă sau particule anorganice,
• o matrice ceramică întărită cu fibre lungi sau scurte, în unele cazuri particule aciculare,
• matrice de carbon.
Cele mai importante matrice metalice includ aliaje de aluminiu, magneziu, titan, nichel, cupru și altele asemenea. Materialele matricilor ceramice sunt în mare parte pulberi de oxizi, carburi, nitruri și boruri. Cu toate acestea, cele mai utilizate matrici sunt rășinile polimerice și poliesterice. (Míšek 2003)
Compozitele pot fi împărțite în funcție de materialul (tabelul 2) al armăturii în (Campbell 2010; Kratochvíl și colab. 2005; Ptáček 2002): cu armătură ceramică, cu armătură metalică, cu armătură din sticlă, cu armătură polimerică, cu armătură carbonică compozite ranforsate cu fibre monocristale (mustăți).
| Tab. 2: Proprietăți mecanice de bază ale anumitor tipuri de fibre de armare din materiale compozite (Harangozóová 2006) |
REZULTATE SI DISCUTII
Pentru experiment, am ales trei rezervoare de incendiu proiectate, unde prima soluție a fost realizată din oțel și a doua soluție din fibre de sticlă. Am ales aceeași grosime a materialului pentru ambele materiale (6 mm).
| FIG. 1: Dimensiunile de bază ale rezervoarelor de incendiu a) rezervor pentru Nissan Navara, b) rezervor pentru Land Rover Defender, c) rezervor pentru LKT |
Am încărcat modele selectate cu forțe care acționează pe fundul și pereții rezervorului inundați până la marginea superioară cu apă. Mărimea sarcinii care acționează pe fundul rezervorului este de 1 000 Pa/m2.
| FIG. 2: Analiza rezistenței tancurilor de incendiu selectate a) rezervor pentru Nissan Navara, b) rezervor pentru Land Rover Defender |
La modelele selectate, am observat schimbarea în greutate și două proprietăți mecanice de bază: rezistența și deformarea. O comparație a greutăților rezultate ale rezervoarelor de incendiu folosind materialul oțel și fibra de sticlă este dată în Tab. 3.
| Tab. 3: Compararea greutăților rezervoarelor de incendiu |
CONCLUZIE
Posibilitatea utilizării practice a compozitelor este adesea influențată de doi factori de bază. Pe de o parte, există proprietăți mecanice excelente și, pe de altă parte, o tehnologie de producție relativ complexă și un preț relativ mai mare, care afectează în prezent posibilitatea aplicării practice a acestor materiale de construcție.
În prezent, se pune un mare accent pe dezvoltarea materialelor utilizate în aproape orice industrie de prelucrare. Materialele existente precum oțelul, aluminiul sau magneziul sunt deja limitate și trebuie dezvoltate materiale noi care să îndeplinească cerințele cu cerințe mai mari. Cea mai recentă tendință este materialele compozite, care sunt foarte ușoare și au proprietăți mecanice bune.
* * * * *
Principalele motive pentru utilizarea materialelor moderne, în soluția de suprastructuri pentru mașinile de bază utilizate pentru stingerea incendiilor, cum ar fi sticla sau. fibra de carbon reprezintă o reducere a greutății componentelor, crescând în același timp proprietățile de rezistență, reducând consumul de combustibil și crescând parametrii de siguranță.
* * * * *
TEXT/FOTO: Michaela HNILICOVÁ Richard HNILICA, Universitatea Tehnică din Zvolen
Referent: Dobransky Jozef, ing., Dr.