Search

Izuzetna mehanička svojstva polimera ojačanih vlaknima (eng. Fiber Reinforced Polymers, FRP) rezultirala su značajnim porastom njihove primjene, posebice u zahtjevnim inženjerskim konstrukcijama. Zbog kombinacije visoke čvrstoće i krutosti, otpornosti na zamor te male mase postali su temeljni materijali brojnih industrija, poput automobilske, zrakoplovne i svemirske, ali i brodogradnje. Međutim, kako bi se njihovo složeno ponašanje, koje je uzrokovano heterogenom mikrostrukturom, pravilno opisalo potrebno je provesti sveobuhvatna eksperimentalna ispitivanja. U tu svrhu koriste se napredne optičke metode koje u kombinaciji s nerazornim metodama ispitivanja (npr. akustičnom emisijom, termografijom, računalnom tomografijom) daju uvid u cjelovito ponašanje materijala. U ovom diplomskom radu provedeno je monotono i cikličko ispitivanje vinilester smole ojačane staklenim pletenim vlaknima uslijed jednostavnog smičnog opterećenja koje je narinutno primjenom modificiranog Arcan prihvata. Mehanička karakterizacija promatranog materijala provedena je na leptirastim ispitnim uzorcima debljine 3 mm. Tijekom ispitivanja korišteni su mono- i stereovizijski optički mjerni postav. Svaki sustav bilježio je slike s jedne strane/površine ispitnog uzorka. Primjenom stereovizijskog sustava omogućeno je praćenje izvanravninskih pomaka temeljem kojih se procijenila greška nastala primjenom ravninskog mjerenja. Zabilježene digitalne slike analizirane su primjenom korelacije digitalne slike (eng. Digital Image Correlation, DIC) temeljene na metodi konačnih elemenata (eng. Finite Element, FE). Budući da je eksperimentalni protokol proveden ex-situ, ispitni uzorak skeniran je u rasterećenom stanju primjenom računalne tomografije X-zraka. Zabilježeni skenovi analizirani su pomoću korelacije digitalnih volumena (eng. Digital Volume Correlation, DVC). Za analize su korišteni korelacijski algoritmi Correli 3.0 te EikoTwin temeljeni na globalnom pristupu korelacije digitalne slike. Iz izmjerenih polja pomaka izračunata su polja deformacija te je određen globalni odziv. Globalni pristup korelacije digitalne slike/volumena omogućio je uvid u polja korelacijskih reziduala pomoću kojih se pratila inicijacija i razvoj oštećenja na površini i unutar ispitnog uzorka. Rekonstruirani volumen pružio je uvid u oštećenja nastala u unutrašnjosti ispitnog uzorka. Kako bi se detaljnije pratilo mehanizme oštećenja koja se javljaju pri različitim vrijednostima mehaničkog opterećenja provedeno je cikličko ispitivanje čiji su ciklusi određeni s obzirom na globalni odziv materijala definiran iz monotonog ispitivanja. Outstanding mechanical properties of fiber reinforced polymers led to a significant increase of their application, especially within the demanding engineering constructions. They became fundamental material for numerous industries, e.g., automotive, aircraft, aerospace, and naval architecture due to their distinguished combination of high strength and stiffness, fatigue resistance and low mass. However, to describe their complex mechanical behavior, caused by corresponding heterogeneous microstructure, it is necessary to conduct comprehensive experimental investigations. For that purpose, advanced optical methods are used simultaneously with the non-destructive testing (e.g., acoustic emission, thermography, computed tomography), providing the insight into the overall behavior of the investigated material. In this master thesis monotonic and cyclic investigation of vinyl ester resin reinforced with glass woven fabric subjected to simple shear loading is performed. Mechanical load is imposed by modified Arcan fixture. Mechanical characterization of the investigated material is done on 3 mm thick butterfly test specimens. During the experimental investigation, mono- and sterevision optical setups were employed. Each of the systems captured one side/surface of the test specimen. The application of stereovision setup enabled measurement of out of plane displacements. Based on the out of plane displacements, the error of the planar measurements was evaluated. Acquired digital images were analyzed with Digital Image Correlation based on the finite element method. Moreover, which means that the test specimens were scanned in unloaded state by using X-ray Computed Tomography, i.e., ex-situ experimental protocol was applied to determine kinematics over the entire of the observed region using Digital Volume Correlation. The analyses were performed by using correlation algorithms Correli 3.0 and EikoTwin which are based on the global approach. Measured full-field displacements were used to calculate strain fields and to determine global response of the investigated material. Global Digital Image/Volume correlation approaches resulted with correlation residual maps which gave insight into initiation and propagation of surface and bulk damage. The reconstructed volume provided the insight of the damage origin inside the test specimen. In order to follow the evolution of damage mechanism, which develops at different load states, cyclic investigation was conducted. Each cycle was determined regarding the global response of the investigated material determined from the monotonic test.

Zbog njihovih specifičnih mehaničkih svojstava, upotreba vlaknima ojačanih kompozita je u stalnom porastu. No, zbog neadekvatne karakterizacije i trenutnih ograničenja u procjeni oštećenja, puni potencijal ove klase inženjerskih materijala ostaje neiskorišten, a današnje kompozitne konstrukcije su predimenzionirane. Stoga su napredne metode nerazornih ispitivanja, poput računalne tomografije X-zrakama, te in-situ eksperimentalna ispitivanja polimera ojačanih vlaknima ključan element u identifikaciji oštećenja u ovim materijalima te opisivanju makroskopskog odziva. U ovom radu je provedena dinamička analiza konstruirane in-situ cikličke kidalice koja omogućuje eksperimentalna ispitivanja unutar CT skenera. Prvo je provedena frekvencijska analiza te su određene glavne forme vibriranja ovog ispitnog uređaja. Dinamičkom analizom pokriven je frekvencijski interval od 1 do 100 Hz, a proučavan je najkonzervativniji slučaj kada amplituda pomaka ispitnog uzorka iznosi 1 mm. Nadalje, prilikom rada razvijene in-situ cikličke kidalice javljat će se vibracije koje mogu oštetiti rotacijski stol tomografa i/ili utjecati na kvalitetu zabilježenih projekcija. Stoga su u ovom radu određene reakcijske sile koje djeluju na rotacijski stol CT skenera.

Polimeri ojačani vlaknima (FRP) nalaze primjenu u zrakoplovnoj, automobilskoj, pomorskoj i građevinskoj industriji. Sastoje se od polimerne matrice u čiju su strukturu uklopljena vlakna koja imaju zadatak poboljšati svojstva matrice. Silikoni su sintetski polimeri elastomernih svojstava, a njihovi nedostaci su mala čvrstoća, otpornost na habanje i vlačnu čvrstoću. Zbog toga se dodatkom punila i /ili vlakana nastoje poboljšati mehanička svojstva silikona. U ovom radu su mehaničkim zamješavanjem pripravljeni kompoziti silikonskog brtvila s različitim masenim udjelom staklenih vlakana (0,1 %, 0,3%, 0,5% i 1%). Metodom kontaktnog kuta ispitivana je slobodna površinska energija i određeni su parametri adhezije kompozita. Diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom i termogravimetrijskom analizom određena su toplinska svojstva uzoraka, a utjecaj staklenih vlakana na toplinsku vodljivost silikona ispitan je THB uređajem. Mehanička svojstva pripravljenih kompozita ispitana su rasteznim ispitivanjem. Rezultati su pokazali loša adhezijska svojstva na međupovršini silikon/stakleno vlakno. Toplinskom analizom utvrđeno je povećanje toplinske stabilnosti kompozita povećanjem udjela staklenih vlakana u kasnijim stadijima razgradnje. Dodatak staklenih vlakana nema značajan utjecaj na temperaturu taljenja i kristalizacije silikona, ali utječe na smanjenje toplinske vodljivosti. Optimalna mehanička svojstva uzoraka postižu se pri nižim koncentracijama staklenih vlakana (0.5%). Fiber reinforced polymers are often used in aerospace, automotive, marine and construction industry. They are made from polymer matrix and fibers which improve matrix properties. Silicon sealants are synthethic polymers, elastomers, with poor strength, wear and tensile strength. To improve the mechanical properties, fillers and/or fibers are added to silicon matrix. In this work silicone/glass fibers composites, with different fiber weight ratio (0,1 %, 0,3%, 0,5% i 1%) were prepared by mechanical mixing. Contact angle was used to study the surface free energy and adhesion parametars of the composites. Differencial scanning calorimetry and thermogravimetric analysis were used to determine thermal properties of samples and THB device to investigate glass fiber influence on thermal conductivity of silicone. Tensile tests were preformed in order to investigate mechanical properties of prepared samples. Results showed poor adhesion properties on the silicone/glass fiber interface. Thermal analysis showed that increase in glass fiber concentration leads to increase in thermal stability of composite at later stage of degradation. Based on obtained results, addition of glass fibers does not have significant impact on melting and crystallization temperature. Moreover, addition of glass fibers decreases thermal conductivity. Tensile test results indicate optimal mechanical properties of samples at lower concentration of glass fibers (0,5%).

Tema diplomskog rada je proračun ojačanja armiranobetonskih konstrukcija s kompozitnim materijalom - polimerom ojačanim vlaknima. Rad se sastoji od dva dijela, teorijskog i praktičnog. U teorijskom dijelu pretražena je postojeća literature na temu kompozitnih materijala, konkretnije polimera ojačanih vlaknima. Također, u teorijskom dijelu opisana su svojstva pojedinih materijala od kojih je kompozit napravljen, te u konačnici kompozita u cjelosti. Nanošenje postojećih sustava i proizvodni proces industrijski proizvedenih ojačanja, te područje primjene u ovisnosti o tipu konstrukcija i vrsti konstruktivnih elemenata uz dane primjere izvedenih ojačanja polimerima ojačanim vlaknima, također je sastavni dio teorijskog dijela rada. Praktični dio rada sadrži proračun ojačanja primjenom polimernih traka ojačanih vlaknima, armirano betonske grede proizvodne hale koju je uslijed prenamjene potrebno ojačati. Proračun ojačanja napravljen je za različite trake, te je analizirano povećanje nosivosti grede za primjenjene trake.