Contractor : Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi

1. Autoritatea contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior şi a Cercetării Științifice Universitare (UEFISCSU) Contractor: Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi Studii cu privire la răspunsul plăcilor curbe anizotrope (din materiale compozite stratificate, asociate, sisteme echivalente pe cabluri) la acțiuni statice şi dinamice (vânt, seism, incendiu). Director de proiect: Conf. dr. ing. Mihai Vrabie Tipul proiectului: PCE IDEI Cod CNCSIS: ID_619 Contract nr.: 60/2007

2. ARTICOLE PUBLICATE • Diaconu – Şotropa D., Ibănescu M., Vrabie M., General and Particular in Checking up the Building Structures to Fire Actions According to Eurocodes, “Intersections” International Journal/ Revista “Intersecții”, Vol. 4 (New Series), No. 3, “Structural Mechanics”, 2007, p. 152–160, (revista categ. B+, www. Intersections.ro/revista/index.html); • Vrabie M., Ungureanu N., About Analysis of Multilayered Plates by Using the Finite Element Method, Acta Technica Napocensis, Section: Civil Engineering – Architecture, 51, Vol. I (Proc. Of the Int. Conf. Constructions, 2008, 9 – 10 May, Cluj – Napoca), revista categ. B. • Vrabie M., Ungureanu N., Anisotropic Materials of Technological Interest in Constructions, Proc. Int. Conf. VSU 2008, 29 – 30 May, Sofia, Bulgaria, vol. I, p. IX – 155 – IX – 159. • Ungureanu N., Vrabie M., Lamatic C., About Analysis with Finite Elements of Some Tanks Made of Anisotropic Materials, Proc. Int. Conf. VSU 2008, 29 – 30 May, Sofia, Bulgaria, vol. I, p. IX – 77 – IX – 82; • Lamatic C., Ungureanu N., Vrabie M., The Analysis of Liquid – Filled Cylindrical Tank`s Wall Flexibility, Proc. Of the Sixth International Symposium “Computational Civil Engineering 2008”, Iași, May 30, 2008, p. 287 – 297, ISBN 978 – 973 – 8955 – 41 – 7; • Capitolele 8 si 9 elaborate de prof. Dan Diaconu – Şotropa din cartea “Securitatea la incendiu a construcțiilor si instalațiilor”, autori Lucian Burlacu, Dan Diaconu – Şotropa, Ed. Societății Academice, “Matei – Teiu Botez”, Iași, 2008, ISBN 978 – 973 – 8955 – 46 – 2; STADIUL REALIZĂRII INDICATORILOR DE PERFORMANŢĂ

3. ARTICOLE TRIMISE SPRE PUBLICARE 1. Vrabie M., Coupling effects in the response of composite materials and structures, Revista Materiale Plastice; 2. Vrabie M., Ungureanu N., Diaconu-Şotropa D., - Transfer matrix method for orthotropic cylindrical shells with variable wall-thickness, Proceeding of the Romanian Academy Series A: Mathematics, Physisc, Technical Sciences, Information; ARTICOLE ÎN PREGĂTIRE • Ungureanu N., Vrabie M., Căciulă D., - The bending of the anisotropic shallow thin shells, Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, Construction. Architecture Section. • Vrabie M., Ungureanu N., Toma I.O., Toma A.M. – Analytical and numerical studies of anisotropic shells response to dynamic and seismic loads, 14th European Conference on Earthquake Engineering, September 2010, Ohrid, Macedonia. • Ungureanu N, Vrabie M. - A solution in displacements for nonsymmetrical loaded orthotropic cylindrical shells, International Journal of Solids and Structures

4. OBIECTIVE 2009 • OB1. DEZVOLTĂRI ŞI EXTINDERI LA PLĂCILE CURBE ANIZOTROPE ALE METODELOR ŞI PROCEDEELOR ANALITICE DE DETERMINARE A RĂSPUNSULUI LA ACŢIUNI • OB2. DEZVOLTAREA ŞI EXTINDEREA UNOR METODE NUMERICE EFICIENTE PENTRU ANALIZA RĂSPUNSULUI STRUCTURAL AL PLĂCILOR CURBE ANIZOTROPE, CU ACCENT PE METODA ELEMENTELOR FINITE • OB3. SINTEZA ŞI ANALIZA COMPARATIVĂ A MODELELOR ŞI METODELOR ANALITICE CU CELE NUMERICE ŞI VALIDĂRI EXPERIMENTALE

5. A1.1. IDENTIFICAREA DE MODELE ŞI PROCEDEE ANALITICE DE CALCUL LA PLĂCI CURBE IZOTROPE Modelele de calcul corespund delimitării unor clase de plăci curbe după grosime (conform tabel). Starea de eforturi şi deformaţii: - particulară (de membrană) - generală (de încovoiere). Sistemul general de ecuaţii se reduce: - metoda deplasărilor (u, v, w); - metoda forţelor; - metoda mixtă (F, w). Ipoteze simplificatoare suplimentare: - geometrii particulare; - ipoteza de placă pleoştită; - teoria de membrană; - simetria axială totală

6. METODE DE REZOLVARE TEORETICE (DE CALCUL) - ANALITICE (integrare directă; separarea variabilelor; serii de puteri; integrare prin serii trigonometrice; integrare asimptotică) - NUMERICE (metoda diferenţelor finite; metoda elementelor finite; metoda elementelor de frontieră; metoda reţelelor; metoda fâşiilor finite; teoria echivalenţelor) - VARIAŢIONALE (Ritz, Galerkin, Trefftz, colocaţiei) - ANALOGII STATICE (de grindă; de arc) EXPERIMENTALE Încercări pe modele la scară redusă sau naturală Tehnici de investigare: tensometria electică, studiul fotoelastic, holografia, lacuri casante

7. A1.2. ADAPTĂRI ŞI EXTINDERI ALE MODELELOR IDENTIFICATE LA PLĂCI CURBE ANIZOTROPE - Teoria de membrană Soluţie analitică în deplasări pentru turn cilindric circular acţionat de vânt

8. Variante de material analizate • Compozit ortotrop cu: EX= EL=181000 N/mm2; νLT= νxθ=0,28 (Tripathy, Rao 1993)ET= Eθ=10270 N/mm2 ; νTL= νθx=0,016 GLT= G=7070 N/mm2 ; EX/G=25,6 • Compozit ortotrop cu : E1= Ex=50000 N/mm2; (Kuptov, 1978) E2= Eθ=37500 N/mm2 E2/E1=0,75; ν1= νxθ=0,25; ν2= νθx=0,1875; EX/G12=10; • Izotrop (otel) cu : E= 207000 N/mm2; G=82000 N/mm2 ; ν=0,3; E/G=2,5. Tabelul 1.1. Deplasări maxime la x = L (multiplicator 10-6q/h)

10. Teoria de încovoiere • Plăci curbe cilindrice ortotrope axial simetrice Fig. 2.1 Elemente geometrice şi eforturi

11. Ecuaţia încovoierii Rigidităţi la încovoiere h=const. Neglijând efectul termenului cu Nx unde coeficientul de amortizare

12. Soluţia ecuaţiei de încovoiere: -pentru  = L  5  cilindri scurţi -pentru  = L  5  cilindri lungi Eforturi:

13. OB2. DEZVOLTAREA ŞI EXTINDEREA UNOR METODE NUMERICE EFICIENTE PENTRU ANALIZA RĂSPUNSULUI STRUCTURAL AL PLĂCILOR CURBE ANIZOTROPE, CU ACCENT PE METODA ELEMENTELOR FINITE A.2.1 METODA DIFERENTELOR FINITE APLICATA LA PLACI CURBE CILINDRICE ORTOTROPE CU GROSIMEA PERETILOR VARIABILA CONTINUU (REZERVOARE VERTICALE). Grosimea peretilor variabila: - liniar - parabolic Parametru adimensional Ecuatia diferentiala de incovoiere: Fig. 1.1. Elemente geometrice şi puncte de diviziune în MDFdevine

14. cu notatiile: Transcriere in diferente finite in nodul i: Se fac notatiile: Ecuatia devine: Din conditiile de rezemare necunoscutele suplimentare. Cu Wi calculate se deduc celelalte marimi statice:

15. A.2.2. ELEMENTE FINITE PENTRU ANALIZA PLACILOR CURBE ANIZOTROPE -PLANE -CURBE -MASIVE DEGENERATE In cazul placilor curbe axial simetrice: -ELEMENTE FINITE INELARE -ELEMENTE FINITE UNIDIMENSIONALE Fig. 2.1. Tipuri de elemente finite pentru plăci curbe

16. PROGRAME DE CALCUL BAZATE PE M.E.F. ŞI POSIBILITĂŢI DE UTILIZARE ÎN DETERMINAREA RĂSPUNSULUI PLĂCILOR CURBE ANIZOTROPE - ABACUS; ADINA; ANSYS; AXIS 3D;-COSMOS/M; LUSAS; SAP 2000;-ROBOT; NASTRAN; NISA/DISPLAY.

17. ELEMENTE FINITE UNIDIMENSIONALE (LINIARE) - CU DOUA GDL PE NOD Fig. 3.1. Element finit unidimensional a) fâşie de lăţime unitară; b) forţe şi deplasări nodale; c) presiunea hidrostatică

18. ELEMENT FINIT DE GRINDA PE MEDIU ELASTIC Fig. 3.3. Element finit de grindă pe mediu elastic Rigiditatea echivalenta la noduri Solutia ecuatiei omogene asociate ecuatiei de incovoiere a peretelui unde:

19. Functii de forma (de interpolare): Matricea de rigiditate: unde:

20. MODEL DE CALCUL CU ELEMENTE FINITE PENTRU PLĂCI CURBE DE ROTAŢIE ANIZOTROPE AXIAL SIMETRICE Fig. 3.5. Fâşie de cupolă de rotaţie Fig. 3.7. Modelarea cu grinzi încovoiate discretizată în elemente finite curbe cu reazeme elastice de grindă pe mediu elastica) reazeme elastice echivalente în noduri b) rezemare continuă elastică c) element finit i-j Matricea de rigiditate a elementului finit:

21. ELEMENTE FINITE BIDIMENSIONALE (PLANE) Fig. 3.8. Modelare cu elemente finite plane: Fig. 3.9. Element finit patrulater a) suprafaţă cilindrică; b) suprafaţă de rotaţie a) deplasări nodale; b) forţe nodale echivalente Campul de deplasare pe e.f. Coordonate adimensionale Rotirile:

22. Matricea de rigiditate a e.f.: unde: Matricea functiilor de forma

23. METODA ELEMENTELOR FINITE PENTRU CALCULUL DINAMIC AL PLACILOR CURBE ANIZOTROPE ECHIVALENTE Fig. 3.10. Discretizarea plăcii curbe Fig. 3.11. Proiectarea nodurilor plăcii discretizate cu elemente finite plane - matricea geometrică ce depinde de funcţiile de formă, N (ξ, η); - matricea constitutiva; J – jacobianul transformarii de coordonate; - aria elementului finit ;

24. Ecuatiile de miscare ale sistemului structural-vibratii libere neamortizate -vibratii libere cu amortizare -vibratii fortate Ecuatii de miscare ale unui element finit - matricea consistenta a maselor - matricea de amortizare.

25. OB3. Sintezaşi analiza comparativă a modelelorşimetodeloranaliticecu cele numericeşivalidăriexperimentale A3.1. Efectuarea de studii şi analize comparative între modelele teoretice şi cele numerice 1.1. Turn cilindric circular acţionat de vânt 1. 2. 3. Modelare cu elemente finite si deplasari

26. 1.2. Rezervor cu grosimea pereţilor variabilă în trepte – analiza prin MEF cu ANSYS

27. Deplasari Tensiuni maxime principale la exterior Tensiuni maxime principale la interior Tensiuni minime principale la exterior

28. ST1 incarcari Modelare cu programul AXIS Incarcari Moment incovoietor Forta taietoare

29. Fig. 1 Discretizare in elementefiniteFig. 2 Aplicarea incarcarii hidrostatice cu programul ROBOT Momente incovoietoare

30. Forta taietoare Deplasari radiale

31. 1.3. Rezervor cilindric ortotrop axial simetric cu grosimea pereţilor variabilă continuu Modelare cu programul SAP2000

32. Deplasări w la rezervorul cu pereţi de grosime Eforturi circumferenţiale Nθ variabilă

33. 1.4. Elemente finite unidimensionale Elemente finite unidimensionale de bara incovoiata Elemente finite de grinda pe mediu elastic

34. Deplasări şi eforturi în cazul rezervorului încastrat în radier Deplasări şi eforturi în cazul rezervorului articulat în radier

35. OBIECTIVE 2010 • OB1. EVALUAREA RĂSPUNSULUI PLĂCILOR CURBE ANIZOTROPE LA ACŢIUNI SEVERE • OB2. FORMULAREA DE CONCLUZII ŞI RECOMANDĂRI PENTRU PROIECTARE • OB3. REALIZAREA ŞI PUBLICAREA UNEI MONOGRAFII CONSACRATE RĂSPUNSULUI STRUCTURAL AL PLĂCILOR CURBE ANIZOTROPE LA DIVERSE ACŢIUNI

36. A.3.2. Confectionarea de modele la scara redusa si efectuarea de incercari pe modele incarcate static

37. DESCRIERE MODEL EXPERIMENTAL • Rezervor vertical din poliester armat cu fibre de sticlă (PAFS) • Volumul: 10 mc. • Materiale folosite pentru: - ramforsari – fibra de sticla tip E sub forma de rovinguri continue -matrice – rasina de poliester nesaturata (ENYDYNE – D20-526-TAE) - intaritor pe baza de peroxizi de metiletilcetona (LUPEROX K1) • Tehnologia de fabricatie: - infasurare filamentara • Fluid de incercare: - apa • Obiectivul experimentului: - determinarea răspunsului în deformaţii şi tensiuni în peretele cilindric şi în calota sferică a capacului şi verificarea stabilităţii; • Acţiuni: - presiunea hidrostatică aplicată în trei trepte (1m, 2m, 3m – rezervor plin); - încărcare verticală prin lestare pe capac. • Procedeu de măsurare a deformaţiilor: tensometrie electrică rezistivă (marci tensometrice de uz general tip LY şi rozete tip XY cu fire de conectare) • Achiziţia şi prelucrarea datelor: amplificator multicanal tip SPIDER 8 şi soft CATMAN; • Verificarea teoretică a rezultatelor: conform teoriei laminatului (etapa 2008) şi programe de calcul automat (ANSYS);

38. ÎNCERCAREA UNUI MODEL EXPERIMENTAL PE PLATFORMA SEISMICĂ

39. Echipamente utilizate la încercarea pe platforma seismică • Platforma seismica cu deplasare pe 3 directii, domeniul acceleratiilor max. ag=3g • Sistem de achizitie a datelor model ESAM TRAVELLER CF – 48 canale cu achizitie simultana in timp real

40. OBIECTIVE ŞI PROBLEME ALE EXPERIMENTULUI • Determinarea răspunsului modelului la acţiuni dinamice armonice (de tip sinus glisant) şi seismice (accelerograma cutremurului Vrancea); • Evidenţierea efectului de val la grade de umplere cu lichid 1/3 şi 2/3; • Măsurarea presiunilor cu traductoare de presiune pentru a determina amplificările datorate mişcării lichidului şi flexibilităţii pereţilor modelului (presiunile hidrodinamice); • Determinarea caracteristicilor dinamice ale modelului (frecvenţa proprie) • Verificarea structurii de rezistenţă (pereţi, fund, capac) considerând presiunile hidrodinamice şi forţele de inerţie de pe structură determinate pentru răspunsul seismic în acceleraţii şi deplasări; • Verificarea alunecării rezervorului pe platformă la acţiunea forţei seismice totale şi, dacă este cazul, dimensionarea unui sistem de ancorare; • Verificarea stabilităţii la răsturnare a rezervorului şi a ancorajelor; • Verificarea presiunilor pe teren luând în considerare şi momentul încovoietor produs de forţa seismică totală

41. A3.2. Analiza comportării plăcilor curbe anizotrope la acţiunea focului – studii numerice şi experimentale

42. Obiectivul experimentului:Determinarea modului de răspuns în deformaţii a unei suprafeţe cilindrice realizată din material compozit la acţiunea focului2. Modul de realizare al experimentului1. Partea pregătitoare:1.1 realizarea unui cuptor din cărămidă de şamotă, în spaţiul liber interior al acestuia putându-se depozita 1m3 de lemn pentru care se poate calcula, pe baza puterii calorifice inferioare, cantitatea de căldură degajată;1.2 realizarea unui panou semicilindric din material compozit (PAFS), prin decuparea în lungul a două generatoare extreme a unei porţiuni de 2 m dintr-un rezervor existent;1.3 amplasarea pe sistemul de rezemare al cuptorului a panoului şi instalarea sistemului de măsurare a temperaturilor la interiorul cuptorului şi a deplasării la partea superioară a panoului (la mijlocul generatoarei de înălţime maximă);

43. 2. Efectuarea experimentului:2.1 pregătirea focului la interiorul cuptorului utilizând 1 m3 lemn de foioase; focul este acoperit cu un capac metalic până la generalizarea acestuia, pentru uniformizarea temperaturii la interiorul lui, dupa care se descoperă, prin tragerea capacului, lăsându-l liber să acţioneze asupra elementului din material compozit;2.2 citirea (cu un dispozitiv, fie cu laser verde fie cu traductor inductiv, plasate la distanţă) a deplasării pe verticala a punctului de mijloc al generatoarei celei mai înalte a cilindrului.2.3 prelucrarea informaţiilor achiziţionate (temperaturi la interiorul cuptorului şi deplasări la nivelul generatoarei).3. Valorificarea rezultatelor prin includerea lor într-o procedură ce apelează la analize numerice efectuate cu programul ANSYS în vederea identificării unei legi de variaţie a modulului de elasticitate cu temperatura.

44. IMPLICAREA TINERILOR CERCETĂTORI ŞI MODUL ÎN CARE SE REFLECTĂ ÎN CHELTUIELILE DE PERSONAL CĂCIULĂ STAN DRAGOŞ - inginer, doctorand cu frecvenţă: 1.X.2007 - 31.X.2007; - doctor inginer, angajat cu contract de muncă în regim de 2 ore/zi: 1.XI.2007 – 30.IX.2010; - teza de doctorat: “CONCEPŢIA ŞI REALIZAREA UNOR STRUCTURI SPECIFICE PENTRU CONSTRUCŢII URBANE DE UTILITATE PUBLICĂ”(31.X.2007), cond. ştiințific prof. dr. ing. N. Ungureanu. LAMATIC MIHAI CIPRIAN - inginer, doctorand cu frecvenţă: 1.X.2007 – 31.X.2008; - doctor inginer, angajat în regim de 2 ore/zi: 1.XI.2008 – 30.IX.2010 - teza de doctorat: “CONTRIBUŢII LA CALCULUL ŞI PROIECTAREA REZERVOARELOR METALICE CILINDRICE AMPLASATE ÎN ZONE SEISMICE”(31.X.2008), cond. ştiințific prof. dr. ing. N. Ungureanu.

45. Implicarea în activitățile proiectului • - căutare, selectare, traducere bibliografie din domeniul aferent proiectului; • - participare la pregătirea şi desfășurarea experimentelor pe materiale compozite şi modele de structuri anizotrope, prelucrare de date, tehnoredactare rapoarte de cercetare; • - instruire în utilizarea programului de calcul ANSYS, participare la realizarea unor modele numerice de calcul (dr. ing. Dragoș Căciulă); • - activități legate de achiziții de echipamente şi materiale, diseminare rezultate. • Modul in care se reflecta în cheltuielile de personal

46. DIFICULTĂŢI ÎNTĂMPINATE ÎN DERULAREA PROIECTULUI (STIINŢIFIC ŞI/SAU ADMINISTRATIV) • Procedurile legale pentru achiziții de echipamente, materiale, servicii se desfășoară cu mare greutate (se introduc în planul universității, se așteaptă să se adune mai multe referate de necesitate care solicită eventual aceleași produse, se stabilește procedura de achiziție) → durată mare de timp → afectează termenele planificate. • Câștigătorii licitațiilor prelungesc termenele de execuție a contractelor de furnizare, nu asigură service la cerere; • Licitații la care nu se prezintă ofertanți pentru unele echipamente; • Incertitudinea legată de fixarea bugetului pe 2009 a condus practic la înjumătățirea timpului rămas pentru realizarea obiectivelor prevăzute → decalarea termenelor de predare a fazei; • Nu se decontează cheltuielile legate de deplasări interne, deși asemenea deplasări sunt necesare.