TEZ DE DOCTORAT Rezumat - unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat...TEZ DE DOCTORAT Rezumat Cercetri pri vind utilizarea materialelor noi în structurile sistemelor

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV Facultatea de Inginerie Mecanică

Şcoala Doctorală Interdisciplinară

Drd. Ing. Viorel GHEORGHIŢĂ

TEZĂ DE DOCTORAT

Rezumat

Cercetări privind utilizarea materialelor noi în structurile

sistemelor de siguranţă ale autovehiculelor

Research upon using new materials in structure of the

automotive safety systems

Conducător ştiinţific:

Prof. Dr. Ing. Anghel CHIRU

Braşov, 2014

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

Universitatea Transilvania din Braşov Bd. Eroilor 29, 500036 Braşov, Romania, Tel/Fax: +40 268 410525, +40 268 412088

www.unitbv.ro

D-lui (D-nei)………………………………………………………………………………..

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6534 din 14. 04. 2014

PREȘEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Ioan Călin ROŞCA

DECAN – Facultatea de Inginerie Mecanică

Universitatea “Transilvania” din Brașov

CONDUCĂTOR

ȘTIINȚIFIC : Prof. univ. dr. ing. Anghel CHIRU


REFERENȚI: Prof. univ. dr. ing. Eugen Mihai NEGRUȘ

Universitatea “Politehnica” din București

Prof. univ. dr. ing. Traian FLOREA

Academia Navală “Mircea cel Bătrân” din Constanța

Prof. univ. dr. ing. Sorin VLASE


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 18.06.2014, ora 11:00, sala U II 3.

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării, vă rugăm săle transmiteţi

în timp util, pe adresa: [email protected].

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat.

Vă mulţumim.

http://www.unitbv.ro/

ii

Cuvânt înainte:

Înainte de a finaliza acest capitol din viaţa mea aş dori să aduc mulţumiri tuturor celor care au

fost, în tot acest timp, alături de mine şi m-au susţinut.

Aş începe, în primul rând, cu mulţumirile adresate domnului Prof. Dr. Ing. Peter Kuchar pentru

suportul moral şi tehnic fără, de ajutorul căruia nu aş fi reuşit să duc la final această lucrare.

Mulţumesc în mod deosebit domnilor Dr. Ing. Joachim Strittmatter şi Prof. Dr. Ing. Paul Gümpel

pentru ajutorul ce mi l-au acordat pentru a realiza un studiu aprofundat al aliajelor cu memoria

formei şi domeniilor de aplicabilitate, respectiv sistemele de siguranță ale autovehiculelor.

De asemenea, adresez mulţumiri domnului Prof. Dr. Ing. Anghel Chiru pentru sfaturile şi

îndrumarea necondiţionată, asigurate pe parcursul elaborării tezei.

Apreciez sfaturile primite în cadrul susţinerii rapoartelor de cercetare, în Departamentul de

Autovehicule şi Transporturi de la domnii Prof. Dr. Ing. Nicolae Ispas, Prof. Dr. Ing. Gheorghe

Bobescu, Prof. Dr. Ing. Gheorghe Mogan.

Recunoștințele mele pentru colegii din Laboratorul de Studiul Materialelor al Universității de

Ştiinţe Aplicate din Konstanz pentru ajutorul oferit cu privire la investigaţiile realizate şi aici

amintesc pe: Dr. Ing. Cristina Hoffmann, Stud. Arturo Lopez Cheron, Stud. Pitayya Akarasanon,

Stud. Alejandro Rioja şi Stud. Victor Clipa.

A fost o plăcere să studiez această temă.

În speranţa că rezultatele obținute vor diminua efectele (materiale şi umane) ale coliziunilor

închei acest capitol....

....Vă mulţumesc!

Viorel Gheorghiță

Konstanz, 01.04.2014

iii

Cuprins: Pagină Pagină

Teză Rezumat 1. Introducere 1 2

1.1 Generalităţi 1 2

1.2 Statistici referitoare la accidente rutiere şi vătămari 4 3

1.2.1 Cauzele accidentelor rutiere 5 4

1.2.2 Statistica accidentelor rutiere în UE 8 4

1.2.3 Statistica accidentelor rutiere în Romania 9 5

2. Obiectivele şi etapele de dezvoltare a lucrării 11 6

2.1 Definirea temei de cercetare 11 6

2.2 Obiectivele tezei 13 6

2.3 Etapele dezvoltării tezei 14 7

3. Nivelul tehnic de dezvoltare 17 9

3.1 Aliaje cu memoria formei (AMF) 17 9

3.1.1 Apariţia şi dezvoltarea AMF 17 -

3.1.2 Transformarea Martensită-Austenită 19 9

3.1.3 Caracteristici ale AMF 22 12

3.1.4 Clasificarea AMF 25 14

3.1.5 Aplicaţii ale AMF 29 -

3.1.6 Avantajele şi dezavantajele utilizării AMF în construcţia actuatoarelor 38 -

3.2 Sistemele de siguranţă ale autovehiculelor 42 16

3.2.1 Sisteme active de siguranţă 46 18

3.2.2 Sisteme pasive de siguranţă 56 -

3.3 Clasificare. Sisteme de siguranţă în structurile cărora se pot utiliza AMF 62 20

3.4 Concluzii. Propuneri pentru programul de cercetare 65 22

4. Aparate şi echipamente utilizate în cadrul cercetarii 67 24

4.1 Echipamentele utilizate pentru cercetare a proprietăţilor fizico – mecanice ale AMF

67 24

4.1.1 Structura generală a standului destinat cercetării comportamentului AMF 67 24

4.1.2 Programarea standului 71 -

4.1.3 Procedura de achiziție a datelor 72 25

4.2 Structura standului destinat testelor pentru viteze mici și medii 72 24

4.2.1 Principiul de funcționare al standului W&B 73 -

4.2.2 Programarea standului 74 -

4.2.3 Procedura de achiziții a datelor 75 -

4.2.4 Modalități de testare 75 -

4.3 Structura standului pentru viteze de testare mari – regim dinamic 76 26

4.3.1 Principiul de funcționarea al standului dinamic 77 27

4.3.2 Programarea standului 81 28

4.3.3 Placa de achiziție de date. Senzori standului 85 -

4.3.4 Etalonarea traductoarelor și a ştandului 88 29

5. Cercetarea experimentala a firelor din NiTi 96 33

5.1 Cercetarea procesului de activare a EMF 97 334

5.1.1 Procesul de testare 98 -

5.1.2 Metodica prelucrării datelor experimentale 98 34

5.1.3 Concluzii 101 35

iv

5.2 Determinarea capacităţii, firelor din AMF, de a disipa energie mecanică în condiţii de viteze mici și medii

103 36

5.2.1 Determinarea capacității de a disipa energie mecanică în materiale de tip pseudoelastic

103 37

5.2.2 Determinarea capacității de a disipa energie mecanică în materiale de tip actuator

109 38

5.2.3 Concluzii 111 39

5.3 Determinarea capacităţii de a disipa energie mecanică în condiţii dinamice, viteze mari

111 40


112 41


122 44

5.3.3 Concluzii finale subcapitol 133 51

6. Modelul matematic pentru comportamentului AMF 135 52

6.1 Modele existente 135 -

6.1.1 Modele microscopice 135 -

6.1.2 Modele mezoscopice 136 -

6.1.3 Modele macroscopice 136 -

6.2 Modelul matematic pentru determinarea energiei electrice necesare deformării 137 52

6.2.1 Modelul electric 139 -

6.2.2 Modelul mecanic 140 -

6.2.3 Modelul termic 140 -

6.2.4 Simulări pentru identificarea valorii elongației 143 54

6.2.5 Concluzii. Modelul electric 144 56

7. Aplicații ale AMF în structurile sistemelor de siguranță 146 57

7.1 Aplicații pentru coloana de direcție 146 57

7.2 Aplicație pentru sisteme Pre-Crash 151 59

7.3 Aplicație a AMF pentru sistemul centurii de siguranță 155 61

8. Concluzii. Contribuţii originale. Diseminarea rezultatelor 157 63

8.1 Concluzii 157 63

8.2 Contribuții proprii 160 66

8.3 Diseminarea rezultatelor 161 67

9. Rezumat 163 68

9.1 Rezumat în limba română 163 68

9.2 Rezumat în limba engleză 164 69

10. Lista cu figuri și tabele 166 -

11. Referinţe 169 71

12. Anexe 176 -

v

Table of Contents: Page Page

PhD Summary 1. Introduction 1 2

1.1 Overview 1 2

1.2 Statistics regarding accidents and injury 4 3

1.2.1 Cause of the road accidents 5 4

1.2.2 Accidents statistic in UE 8 4

1.2.3 Accidents statistic in Romania 9 5

2. Objectives and stages of work development 11 6

2.1 Research definition 11 6

2.2 Research items 13 6

2.3 Developmentstages 14 7

3. State of art 17 9

3.1 Shape memory alloy (SMA) 17 9

3.1.1 Development of SMA 17 -

3.1.2 Martensite-Austenite transformation 19 9

3.1.3 SMA charachteristics 22 12

3.1.4 SMA clasification 25 14

3.1.5 SMA applications 29 -

3.1.6 Advantage and disadvantage to use SMA in actuators 38 -

3.2 Automotive safety systems 42 16

3.2.1 Active safety systems 46 18

3.2.2 Pasive safety systems 56 -

3.3 Classification. System where it can be use SMA 62 20

3.4 Conclusions. Proposal for the research program 65 22

4. Device and equipment used in the research 67 24

4.1 Equipment used to study physic-mechanic properties of the SMA 67 24

4.1.1 General structure of the testing plant 67 24

4.1.2 Testing plant programming 71 -

4.1.3 Procedure for the data acquisition 72 25

4.2 Structure of the testing plant for slow and medium speeds 72 24

4.2.1 Working principle 73 -

4.2.2 Testing plant programmimng 74 -

4.2.3 Procedure for the data acquisition 75 -

4.2.4 Testing methode 75 -

4.3 Structure of the testing plant for high speeds – dynamic tests 76 26

4.3.1 Working principle 77 27

4.3.2 Testing plant programming 81 28

4.3.3 Data aquisitions. Sensors 85 -

4.3.4 Testing plant calibration 88 29

5. Research upon the mechanical behaviour of the SMA 96 33

5.1 Research upon the activation on Cercetarea procesului de activare a EMF 97 334

5.1.1 Testing procedure 98 -

5.1.2 Working methodology 98 34

5.1.3 Conclusions 101 35

5.2 Damping capacity for SMA for slow and medium speeds 103 36

vi

5.2.1 Damping capacity for pseudoelastic samples 103 37

5.2.2 Damping capacity for actuator samples 109 38


5.3 Damping capacity for high speeds – dinamic conditions 111 40

5.3.1 Damping capacity for pseudoelastic samples 112 41

5.3.2 Damping capacity for actuator samples 122 44


6. Numerical model for SMA behavoiur 135 52

6.1 Actual models 135 -

6.1.1 Microscopic models 135 -

6.1.2 Mezoscopic models 136 -

6.1.3 Macroscopic models 136 -

6.2 Mathematical model to find the electrical energy 137 52

6.2.1 Electrical model 139 -

6.2.2 Mechanical model 140 -

6.2.3 Thermal model 140 -

6.2.4 Simulations 143 54

6.2.5 Conclusions. Electrical model 144 56

7. SMA application in the automotive safety systems 146 57

7.1 Application for steering columns 146 57

7.2 Application for Pre-Crash systems 151 59

7.3 Applications for seat belt systems 155 61

8. Conclusions. Personal contributions. Results diseminations 157 63

8.1 Conclusions 157 63

8.2 Personal contributions 160 66

8.3 Results diseminations 161 67

9. Summary 163 68

9.1 Summary in romanien laguage 163 68

9.2 Summary in english language 164 69

10. Figure and table contents 166 -

11. Reference 169 71

12. Anexe 176 -

Universitatea Transilvania din Brașov

Teza de doctorat-Rezumat 2

1. Introducere

1.1 Generalităţi

O dată cu apariţia civilizaţiei moderne apare un nou termen,„transportul”. Pentru realizarea

sa a fost nevoie de mijloace noi – unul dintre acestea este automobilul.

În paralel cu dezvoltarea automobilului şi a sistemelor de propulsare s-au dezvoltat şi

sistemele auxiliare, din care amintim:

A. Sistemul de direcție:

- 1900 – Inventarea sistemul de direcţie mecanic de câtre Robert E. Twyford [108];

- 1965 - Sistemul de direcţie hidraulic este introdus pentru prima dată în 1965 pe un Citroen

SM;

- 1970 - sistemul de direcţie electrohidraulic este introdus în 1970 de către Ford [109];

- 2010 - Tendinţa de dezvoltare a sistemelor de direcţie este să se elimine legatura mecanică

dintre volan şi roţi denumită generic Steer by Wire [32], [77].

B. Sistemul de fânare:

- 1902 – dezvoltarea sistemul de frânare pe disc disc este dezvoltată în prima fază de William

Lanchester (1902);

- 1902 - Luis Renault inventeaz frâna pe tamburi;

- 1918 - Malcolm Lougheed elaborează proiectul pentru sistemul de frânare hidraulic;

- 1929- Gabriel Voisin dezvoltă pentru întâia data conceptul unui sitemul ABS–afost utilizat

în industria aeronautica;

- 1971 – Firma Crysler introduce sistemul ABS de frânare pe autovehicule de serie;

- 2010 – Dezvoltarea sisteme de frânare înglobează și sistemele de control a stabilităţii

(exemplu: ESP, TCS, EBD) [65].

C. Sistemele de siguranță:

- 1888 – Edward J. Claghorn realizează sistemul centurilor de siguranţă, în a cărui concept,

centura de siguranţă este un dispozitiv pentru a proteja pasagerii de obiecte fixe [28];

- 1951 - Walter Linderer dezvoltă conceptul sistemului airbag;

- 1955 - Roger W. Griswold and Hugh De Havenau inventat centura de siguranţă în trei

puncte (1955)[78];

- 1959 - Niels Bohlin dezvoltă conceptul de centură de siguranță în forma modernăşi montată

întâia datăpe autovehicule produse de firma Volvo (1959) [7];

http://en.wikipedia.org/wiki/Hugh_DeHaven



- 1967 – Firma Daimler echipeaza autovehiculele cu sisteme airbag;

- 2010 - Sistemele modernede centuri de siguranță, permit prestrângerea ocupantului într-un

timp foarte scurt, fapt ce îi asigură o mai bună protecție. Aceste sisteme înglobează o celulă

pirotehnică [33], [81]sau un electromotor [92]. Funcţionarea lor este coordonată de o unitate

de comandă. În momentul de faţă în doemniul sistemelor airbag tendința este de a se realiza

o protecție pentru: picioare, corp și cap (prin airbaguri frontale, laterale, etc) [102]. Acest

lucru confirmă interesul producătorilor de automobile pentru protecţia pasagerilor.

Analiza intreprinsă permite să se afirme faptul că dezvoltarea autovehiculului a fost în prima

fază orientată spre sistemele mecanice (majoritatea componentelor fiind ansamble mecanice),

ulterior, în faza a doua, aceste sisteme au fost înlocuite de actuatori, subansable electrice,

electronice și echipamente mecatronice performante.

În paralel cu dezvoltarea autovehiculului s-au dezvoltat și sistemele de siguranță. O deosebită

atenţie este oferită de către industria constructoare de autovehicule protecţiei pasagerilor, respectiv

diminuarea consecințelor produse de o coliziune.

1.2 Statistici referitoare la accidente rutiere şi vătămari

Circulaţia pe drumurile publice reprezintă un proces complexă. Cu toate condiţiile

create pentru desfăşurarea fluentă şi în siguranţă a traficului, ritmul şi proporţiile în care se

dezvoltă acestea, pe de o parte şi comportamentul unor participanţi la trafic, pe de altă

parte,determină producerea unor evenimentelor de circulaţie cu toate consecinţele

negative ce decurg din acestea [17].

Accidentul de circulaţie este evenimentul care întruneşte, cumulativ, următoarele condiţii:

a) s-a produs pe un drum deschis circulaţiei publice ori a avut originea într-un asemenea loc;

b) a fost urmat de decesul/rănirea uneia sau mai multor persoane ori avarierea a cel puţin unui

vehicul sau alte pagube materiale;

c) în eveniment a fost implicat cel puţin un vehicul în mişcare;

d) s-a produs ca urmare a încălcării unei reguli de circulaţie [17];

e) a apărut în urma unui defect tehnic al unui autovehicul [72].

Ultima cauză a deceselor notată de Eurostat, agenţia de statistică a Uniunii Europene, sunt

accidentele rutiere (figura 1.1). Acest lucru înseamnă faptul că acest flagel necesită o importanţă

majoră.



Un accident de circulaţie poate produce pagube materiale şi în cel mai grav context,

vătămări sau chiar decesul pasagerilor.Pentru a reduce evoluţia acestor doi factori, producătorii de

autovehicule dezvoltă continuu sistemele de siguranţă, sisteme care sunt capabile, în acest moment,

sa aticipeze o posibilă coleziuneşi să „pregătească” autovehiculul şi pasagerii pentru aceasta. Toate

aceste măsuri au ca scop evitarea şi/sau reducerea vătămărilor umane.

1.2.1 Cauzele accidentelor rutiere

Cu toate că un accident de circulaţie apare aleatoriu, el nu este imprevizibil sau inevitabil.

În analiza cauzelor care au determinat producerea unui accident de circulaţie se ţine cont de trei

factori: factorul uman (conducătorul auto), factorul tehnic (autovehiculul) şi factorul de mediu

(condiţiile meteorologice) (figura 1.6).

Principalele cauze care stau la baza producerii accidentelor de circulaţie din cauzafactorul

uman sunt:

- neatenţia conducătorului auto;

- excesul de viteză;

- efectuarea greşită a manevrelor de depăşire;

- nerespectarea normelor privind acordarea priorităţii;

- consumul de alcool,de droguri sau medicamente;

- lipsa de experienţă;

- starea de oboseală a conducătorului auto [111];oboseala duce la încetinirea manevrelor de

conducere, la nesincronizarea mişcărilor, la scăderea atenţiei şi la apariţia unei stări

subiective de tensiune nervoasă.

1.2.2 Statistica accidentelor rutiere în UE

Pentru a realiza o statistică a accidentelor rutiere la nivelul UE este necesară o bază de date

care să înglobeze informaţii de la statele membre Comunității Europene. În acest sens, cele mai

cunoscute baze de date cu privire la accidentele rutiere sunt: CARE şi Eurostat.

Numărul de accidente rutiere începând din anul 1991 şi până în anul 2000 are o uşoară

creştere, ca mai apoi să scadă substanţial pînă la valoarea de 45.000 accidente pe an în 2011 (figura

1.3). Numărul de decedaţi şi cel al persoanelor vătămate este descrescătr la finalul anului 2011.

Acest lucru demonstrează că sistemele de siguranţă au fost dezvoltate și optimizate.



Un autovehicul echipat cu un sistem de siguranță care acționează promt este adaptat la

situația produsă de coliziune (frânează autovehiculul din timp, pregătește conducătorul auto pentru

o coliziune, prestrânge centura de siguranță, umple sacul airbag-ului în funcție de greutatea

conducătorulului, etc.) poate transforma conducătorul auto sau pasagerii din posibili decedați în

persoane vătămate.

Figura 1. 1Evoluţia accidentelor, decedaţilor şi a persoanelor vătămate în UE [29-30]

1.2.3 Statistica accidentelor rutiere în Romania

În România, începând cu anul 2008, numărul de accidente rutiere scade de la 3065 la 2018,

în anul 2012 (figura 1.5). Acelaşi trend îl păstrează şi numărul de decedaţi respectiv persoane cu

vătămări rezultate în urma accidentelor.

Figura 1. 2 Influenţa factorilor implicaţi asupra siguranţei

Factorul

uman

Conducătorul

auto

Factorul

tehnic

Autovehiculul

Factorul de

mediu

Calea de rulare

Reducerea

consecinţelor

coliziunilor

rutiere

An [-]

Decedați Accidente Vătămări

Acc

iden

te, V

ătăm

ări

Dec

edaț

i



Pentru a reduce consecinţele coliziunilor rutiere este nevoie ca cei trei factori (uman, de

mediu şi tehnic să conlucreze împreună) (figura 1.6). În cadrul acestei lucrări va fi analizat factorul

tehnic, autovehiculul.

2. Obiectivele şi etapele de dezvoltarea lucrării

2.1 Definirea temei de cercetare

Exigențele actuale, privind siguranța rutieră, impune dezvoltarea unor noi soluții tehnice

pentru sistemele vitale ale autovehiculului. Caracteristicile și performanțele acestora sunt

dependente de capacitățile reperelor componente de a satisface cerințele din caitul de sarcini.

Funcționarea optimă a autovehiculului este asigurată, la rândul ei, de mai multe grupe de

sisteme auxiliare. Acestea, la rândul lor, sunt realizate din materiale și componente cu funcții

multiple. Caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor influențează, în mod decisiv,

performanțele tehnice ale sistemelor.

În cadrul caracteristicilor menționate, s-a optat penru studierea performanțelor fizico-

mecanice ale aliajelor cu memoria formei, care pot fi utilizate pentru realizarea actuatoarelor șo

omponentelor sistemelor de siguranță ale automobilului modern.

Din domeniul vast al ştiinţei materialelor este ales domeniul materialelor care răspund unui

stimul extern şi în special aliajele cu memoria formei.

Combinând cele două domenii,ştiinţa materialelor şi funcțiile sistemele de siguranţă ale

autovehiculelor s-a definit tema lucrării: Cercetări privind utilizarea materialelor noi în structurile

sistemelor de siguranţă ale autovehiculului.

2.2 Obiectivele tezei

Scopul acestei lucrări este de a furniza informaţii utile pentru construirea unui actuator, din

aliaje cu memoria formei, capabil să-i înlocuiască pe cei clasici (pirotehnic şi electric -

electromotor) în structurile sistemelor de siguranţă. În cadrul sistemelor de siguranță (sistemul

centurii de siguranță, sistemul de blocare a coloanei de direcție, etc.) sunt înglobate și sisteme de

comfort. Pentru a evalua limitele fizico-mecanice a aliajelor cu memoria formei şi posibilităţile

acestora de a fi utilizate în structurile sistemelor de siguranţă, au fost formulate următoarele

obiective:

- studiul proprietăților fizico-mecanice ale AMF;



- identificarea componentelor sistemelor de siguranță ale autovehiculelor în care se pot utiliza

actuatoare cu memoria formei;

- determinarea caracteristicilor funcționale ale AMF;

- evaluarea energiei electrice necesare pentru activarea efectului de memorie a formei pentru

firele de NiTi, pentru anumite deformări și tensiuni mecanice;

- cercetarea capacității firelor din NiTi, de a disipa energie mecanică, pentru anumite valori

ale vitezelor de deformare;

- conceperea unor tipuri de actuatoare pentru sistemele de siguranță ale autovehiculelor;

- proiectarea și realizarea unor standuri, pentru cercetarea și determinarea comportamentului

firelor din NiTi în condiții de impact (de șoc);

- elaborarea unui model matematic pentru studiul comportamentului NiTi (când efectul de

memorie a formei este activat electric).

2.3 Etapele dezvoltării tezei

Conform obiectivelor stabilite, în lucrarea de doctorat au fost determinate performanțele

fizico-mecanice ale AMF, precum și posibilitățile acestora de a fi utilizate în structurile sistemelor

de siguranță ale autovehiculelor. Este analizat activarea efectului de memorie a formei, atât termic

cât şi electric, capacitatea aliajelor de NiTi de a răspunde într-un timp scurt (t=1s) şi foarte scurt

(t<0.6s), gradul de absorbţie a energiei mecanice și posibilitatea,componentelor din AMF, de a fi

ansamblate în structurile sistemelor de siguranță ale autovehiculelor.Lucrarea este structuratăîn opt

capitole după cum urmează:

Capitolul 1: Introducere

În capitolul 1 se analizează situaţia accidentelor rutiere, deceselor şi vătămărilor la nivelul

UE şi al României. Datorită noilor reglementări impuse de Structurile Comisiei Europene de

Transport, prin care se doreşte reducerea prametrilor amintiţi rezultă definirea unor noi teme de

cercetare, printre care şi lucrarea de faţă.

Capitolul 2: Obiectivele şi etapele dezvoltării lucrării

În acest capitol sunt definite obiectivele şi etapele de dezvoltare a lucrării de doctorat.

Capitolul 3: Nivelul de dezvoltare

Aliajele cu memoria formei prezintăproprietatea de a reveni la forma iniţială prin

schimbarea temperaturii. Dintre acestea,aliajul de NiTi prezinta cele mai bune proprietăţi fizico-

mecanice pentru a fi utilizat ca actuatoareîn sistemele de siguranţă. Sistemul de referinţăanalizat în

aceastălucrare este cel al centurii de siguranţă. În momentul de faţă sistemul pirotehnic şi cu



electromotor sunt cunoscute ca având câteva dezavantaje, dintre care amintim: cost ridicat,

înlocuire după coliziune, zgomot în funcţionare, greutate ridicată. Avantajele utilizarii AMF în

cazul actuatorilor sunt: reversibilitate, funcționeaza fără zgomot și greutate redusă.

Capitolul 4: Aparate şi echipamente utilizate în cadrul cercetării

Sunt descrise echipamentele şi dispozitivele de măsurare şi control care au fost folosite în

cadrul acestei lucrări. Pentru determinarea domeniului reversibil la viteze mici și medii

(v<33mm/s) s-a utilizat echipamentul W&B Machine. Pentru studiul comportamentului în

domeniul reversibil la viteze mari (v>33mm/s) s-a proiectat şi realizat un ştand de probă.

Colectarea datelor şi controlul standului s-a realizatcuprogramul LabView în paralel cu un

programator logic (PLC).

Capitolul 5: Cercetarea experimentală a firelor din NiTi

Pentru fiecare probă în parte s-au desfășurat încercări experimentale, cu scopul de a

demonstra faptul că AMF pot fi utilizate în cadrul sistemelor de siguranţă. Aceste rezultate sunt

prezentate în cadrul capitolului. Lipsa unui dispozitiv, în autovehicul, de activare termică a

efectului de memorie a formei într-un timp corespunzator unei posibile coliziuni,impune activarea

efectului de memorie a formei pe cale electrică.În acest scop s-au măsuratşi înregistrat valoarile

maximă ale forţei, elongaţiei, tensiunii electrice, intensităţii electrice şi a forţei de pretensionare.

Capitolul 6: Modelul matematic conceput pentru studiul comportamentului firelor din NiTi

Datorită limitelor constructive și al investigațiilor proceselor interne ale AMF, realizate cu

ajutorul standurilor experimentale a fost dezvoltat un model matematic adecvat.

Acest model matematic permite aprecierea modului în care reacționează un AMF la

diametre diferite, atunci când EMF este activat electric. Modelul matematic a fost validat cu

ajutorul rezultatelor testelor realizate.

Capitolul 7: Aplicații ale firelor din NiTi în structurile sistemelor de siguranță

Rezultatele obţinute în urma acestei cercetări sunt utilizate pentru realizarea unor

actuatoaredin sistemele de siguranţă. Actuatorul prezentat este un prototip pentru coloana de

direcţie. Eliberarea coloanei de direcţie şi aducerea ei (printr-un sistem de arcuri) într-o poziţie

ideală, înainte de crash are ca avantaj realizarea unui spaţiu mai mare pentru airbag şi reducerea

vătămărilor pentru cap. Acestă configurație trebuie realizată înainte de coliziune, ceea ce înseamnă

că sistemul are nevoie de o unitate de control şi comandă. Modelul în faza de prototip al acestei

unități de comandă și control este prezentat în acest capitol. Această unitate trebuie să permită şi

poziţii intermediare ale AMF. O altă aplicaţie a rezultatelor este dată de un actuator pentru sistemul



centurii de siguranţă.În această configurație AMF actuator (lucrează ca retractor+limitator de forță)

şi AMF pseudoelastic (lucrează ca limitatorul de forţă) să lucreze în tandem.

Capitolul 8: Concluzii. Contribuţii originale. Diseminarea rezultatelor

În urma cercetării realizate se poate concluziona faptul că AMF pot fi utilizate în structurile

sistemelor de siguranță ale autovehiculelor, daca necesarul de energie electrică este îndeplinit.

Pentru analiza comportamentului AMF în regim dinamic, corespunzător unei coliziuni, s-a

proiectat și realizat un stand de testare. Particularițăile acestui stand sunt determinate de condiția

dinamică (eliberarea instant a unei cantități de energie mecanică asupra probei/probelor) de testare.

Rezultatele demonstreaza faptul că AMF poate disipa energie mecanică într-un timp foarte scurt.

Limatare constuctivă a standurilor de testare, impune elaborarea unui model matematic prin care se

poate aprecia comportamentul AMF, atunci când efectul de memorie a formei este activat electric.

Rezultatelor au fost disemniate în publicații și lucrări științifice la diferite congrese

naționale și internaționale.

3. Nivelul tehnic de dezvoltare

Temele actuale ale cercetării în domeniul ştiinței şi ingineriei materialelor [40]vizează

dezvoltarea unor materiale metalice cu performanțe superioare, care să răspundă exigențelorsporite

ale industriei moderne, simultan cu aplicarea unor tehnologii de prelucrare de maximă eficiență

economică. Înainte de a elabora preogramul de cercetare al acestei lucrări este necesar un studiual

nivelului tehnic actual și al evoluţiei, proprietăţile şi aplicaţiilorAMF.

În acest capitol sunt formulate răspunsuri la câteva întrebări majore din domeniul aliajelor

cu memoria formei. Acestea se referă la următoarele aspecte:

- ce reprezintă AMF?;

- care sunt principalele materiale metalice cu memoria formei?;

- care sunt limitele proprietăților fizico-mecanice ale AMF?

- care sunt aplicațiile actuale dar și posibile pentru AMF, în structurile sistemelor de siguranță

ale autovehiculelor?.

Tot în cadul acestui capitol sunt analizate performanțele sistemelor de siguranță ale

autovehiculelor.

3.1 Aliaje cu memoria formei (AMF)

3.1.2 Transformarea Martensită-Austenită



Baza efectului de memorie a formei o constituie transformarea de fază martensitică a

structurii materialului. Această transformare de structură este cunoscută din domeniul călirii

oţelului.

Figura 3. 1 Schema efectului de memorie a formei

Denumirea transformarii provine de la produsul de reacţie:

– martensită – 'un microconstituent din oţelul călit caracterizat printr-un model acicular sau

aciform, obţinut dintr-o soluţie solidă stabilă la temperaturi înalte;

- austenită - pe baza de Fe, reprezintă o reţea cristalină cubică cu feţe centrate (cfc) – (a

fost observată pentru prima dată la oţelurile-carbon) [16].

În cazul stărilor structurale, care apar la AMF, se folosesc în parte aceleaşi noţiuni, ca în

cazul transformărilor din oțelurile Fe/C, dar cu particularități diferite. În funcţie de condiţiile

termodinamice de frontieră – în special de temperatură şi solicitare mecanică – apar două structuri

diferite. Ele sunt întâlnite în ingineria materialelor ca martensită (faza de temperatură scăzută) şi

austenită (faza de temperatură înaltă).

Transformarea structurii nu se petrece aici prin difuzia atomilor singulari, ci prin deplasarea

grupelor de atomi. Ea se bazează pe forţă care rezultă din diferenţa entalpiei libere a celor două

faze. Fiecare atom îşi păstrează, după deplasare, atomii vecini direcţi, ceea ce influențează

reversibilitatea transformării structurii martensitice. Alte cauze ale reversibilităţii transformării sunt

posibilitatea dublării structurii martensitei şi faptul că apar doar puţine tensiuni elastice, care

practic nu determină deformări plastice ireversibile prin mişcarea de deplasare.

Austenită (faza temperaturilor înalte)

Martensită (faza temperaturilor joase)

reversibil



Figura 3. 2 Inducerea transformarii martensită-austenită, prin variaţia temperaturii, fără încărcare mecanică

[62]

Acest mod de transformare a structurii apare în numeroase metale, doar puţine dintre ele

prezintă efect de memorie a formei.

Analiza imaginii din figura 3.2 arată că prin răcirea AMF cu structură austenitică, fară o

tensiune mecanică, aceasta se transformăîntr-o structură dublă – geamănă, începând cu Ms.

Respectiv, prin încălzirea unui AMF cu structură martensitică, aceasta începe să se transforme într-

una cubică (începând cu As ), structură care va fi complet cubică în punctul de temperatură Af.

Dacă se răceşte un AMF, din faza de temperatură înaltă,atunci austenita se transformă, la

scăderea temperaturii sub valoarea temperaturii de început a apariției martensitei (Ms) în

martensită. Această transformare decurge fără difuzie, prin mişcări de forfecare şi se încheie după

ce temperatura a coborât sub valoarea de sfârşit a formării martensitei (Mf). În domeniul

temperaturilor sub Mf, structura este constituită din martensită pură, ordonată într-o structură dublă

- geamănă. Martensita este uşor deformabilă prin deplasarea frontierelor mobile ale celor două

structuri. Această deformare pseudoplastică persistă până când AMF se încălzeşte peste

temperatura de început a apariției austenitei (As) [62].

Martensită Structură geamănă

Austenită Structură cubică

Mf Ms

Mf Ms

As Af

As Af

TEMPERATURĂ

TEMPERATURĂ



Figura 3. 3 Transformarea martensită-austenită, prin variaţia de temperaturii şi încărcării mecanice [16],

[46], [62], [64], [73]

Dacă în structuramartensitică dublă – geamănă se aplică o tensiune mecanică, aceasta se va

transforma într-una rombică (figura 3.3). De reţinut este faptul că la înlăturarea solicitării mecanice

structura martensitică revine la cea dublă-geamănă - structura inițială.

3.1.3 Caracteristiciale AMF

Principalele caracteristici ale AMF sunt reprezentate de: efectul de memorie a formei

(simplu sens, dublu sens şi triplu) şi pseudoelasticitatea (PSE).

EMF este un efect termo-mecanic, pe când PSE este un efect mecanic. Prin urmare, în urma

deformării mecanice a unei probe din AMF, EMF va fi activ dacă asupra acesteia se va acţiona cu

o sursă de căldură. Forma la care va reveni va fi forma iniţială. În cazul PSE o probă este solictată

mecanic şi va avea o anumită formă. La încetarea solicitării mecanice proba revine la forma

iniţială.

Din punct de vedere al materialului, caracteristicile sunt dependente de: temperaturile de

transformare, condiţiile de aliere şi microstructura aliajului. Principalele caracteristici sunt:

Efectul simplu de memorie a formei (ESMF)reprezintă revenirea spontană a formei calde, în

urma încălzirii materialului aflat în forma rece. Forma caldă este caracteristică domeniului

austenitic, iar forma rece celui martensitic[16] [62], [64], [73]. Când proba din AMF este în stare

rece (după ce temperatura T<As) ea poate fi deformată (îndoită, răsucită, etc) şi îşi va menţine

această formă. Prin încălzire, proba, va reveni la forma iniţială. Pe durata procesului de răcire-

încălzire structura AMF nu este afectată. Deformarea mecanică are întodeauna loc la temperatura

joasă, iar revenirea la forma inţială începe îndată ce temperatura a ajuns la valoarea As.Procesul se

încheie complet când temperatura ajunge la valoarea Af. Punctele de temperatură când, la nivel

TEMPERATURĂ

ÎNCĂRCARE MECANICĂ

Martensită – structură geamănă

Martensită – structură deformată

Încălzire

Încărcare

Răcire

Austenită



microscopic, structura începe să se schimbe sunt caracteristice pentru fiecare aliaj în parte şi pot

varia între -150 şi 200°C.

Efectul de memorie a formei în dublu sens (EDMF)reprezintă efectul prin care aliajul reţine

două forme, cea rece şi cea caldă. Pe scurt, acest efect apreciazăredobândirea spontană atât a

formei calde cât şi a celei reci, la încălzire respectiv răcire [16] [62], [64], [73]. Această revenire

poate avea loc fără acţiunea unei forţe externe. Un aliaj poate avea EDMF numai prin educare în

condiţii speciale.

Datorită frecărilor interne între interfaţa austenită - martensită EDMF se poate pierde în

timp, necesitând reactivare prin educare.

Efectul triplu de memorie a formei [2], [19], este capabil să fixeze două forme temporare şi

să revina secvenţial de la prima formă temporară la a doua formă temporară şi eventual la cea de-a

treia forma permanentă; bineînţeles, proba este încălzită-răcită. În general, acest tip de efect este

datorat unei reţele de polimeri multi-fază, care sunt asociaţi cu o temperatură de tranziţie. ETMF

este des utilizat în industria chimică[5], fizică [2], [19], sau în sisteme unde necesită structuri în

straturi [6]. Datorită faptului că acest efect triplu se obţine în condiţii speciale de educare [6] şi este

utilizat pentru aplicaţii speciale, pentru această cercetare s-au folosit proprietăţile AMF de

pseudoelasticitate, ESMF şi EDMF.

Pseudoelasticitatea (sau superelasticitatea [69]) este apreciată prin neliniaritatea curbei

tensiune – deformaţie în timpul descărcării. În funcţie de procesul prin care se produce, PSE poate

fi: pseudoelasticitate de maclare sau pseudoelasticitate de transformare.

Pseudoelasticitatea de transformare sau superelasticitateaeste o caracteristică a aliajelor cu

memoria formei care se produce doar la temperaturi superioare punctului critic Af.

O altă proprietate, care rezultă din fenomenul pseudoelastic, prezentăla AMF este

capacitatea de a disipa energie mecanică, numită capacitate de amoritizare. AMF prezintă această

capacitate în stările martensitică şi austenitică [51]. Capacitatea de absorbţie la AMF rezultă din

mişcările graniţelor martensitice. Acest efect este mai mare decât efectul de absorbție datorat

schimbării martensită-austenită, prin încălzire [51], [64].

Otsuka şi Waymann propun o metodă matematică şi una grafică de calcul a capacităţii de

amortizare. Metoda matematică constă în calculul tuturor frecărilor interioare dintre atomi. Pe când

metoda grafică, constă în determinarea ariei descrisă de curbaforță – deplasare [73]. Se calculează

aria internă şi externă, şi prin raportarea celor două suprafețe se obţine o anumită valoarea

caracteristică (figura3.4).



0

Figura 3. 4 Capacitatea de amortizare a energiei mecanice a AMF [73]

3.1.4 Clasificarea AMF

Dunn, în raportul prezetat la Forumul de materiale pentru secolul 21, făcea precizarea că

AMF pot fi clasificate în două mari grupe: AMF utilizate în industria medicală şi AMF care nu

sunt utilizate în industria medicală [27]. Această clasificare se datorează şi faptului că în medicină,

piesele utilizate trebuie să deţină o precizie și o funcţionalitate de 99,9%.

O clasificare amplă şi detaliată este prezentată de Bujoreanu în cartea Materiale Inteligente.

Acesta împărte AMF în funcţie de structura austenitei. Structura cristalină a austenitei, la AMF,

poate fi cubică cu volum centrat (de tip β) sau cubică cu feţe centrate (de tip γ) [3], [16].

Cele mai importante AMF sunt aliajele pe bază de NiTi, CuZnAl, CuAlNi, CuAlBe [71],

[105], a căror proprități sunt prezentate în tabelul 3.1.

Elongaţie [%]

Solic

itar

e m

ecan

ică[

N/m

m2]



Tabelul 3. 1 Principalele caracterisitici, mecanice și fizice ale AMF [4], [16], [54], [62], [64], [73]

Aliaj Proprietăți

Unitate de măsură

NiTi CuZnA CuAlNi CuAlBe

Punctul de topire °C 1260-1310 950-1020 1000-1050 970-990

Densitatea Kg/m3 6400-6500 7800-8000 7100-7200 7300

Rezistența electrică Ωmx104 0.5-1.1 0.7-.012 0.1-0.14 0.7-0.09

Conductivitatea termică W/mK 10-18 120 75

Coeficientul de expansiune

10-6K-1 6.6-10 17 17

Căldura specifică J/kgK 190 390 440

Entalpia de transformare J/kg 28000 7000 9000 7200

Modulul lui Young kN/m2x106 95 70-100 80-100 90

Rezistența la rupere kN/m2x103 800-1000 800-900 1000 900-1000

Alungirea la rupere % 30-50 15 8-10 15

Rezistența la oboseală kN/m2x103 350 270 350

Mărimea grăuntelui μm 20-100 50-300 30-300 100-500

Domeniul de transformare °C -100 la 100 -100 la 100 -100 la 170 -200 la 150

Histerezis (As-Mf) °C 20-40 10-20 20-25 20-25

Elongația maximă - ESMF - EDMF

Cicluri 102

Cicluri 105 Cicluri 107

% 8 5 5 2

2.5

3-5 2 1

0.8 0.5

3-6 3

1.2 0.8 0.5

3-5 2

Temperatura maximă °C 400 160 300 400

Pseudoleasticitatea - Policristalin - Monocristalin

% 4

10

2

10

2

10

3

10

Amortizare SDC - % 15 30 10

Rezistența la coroziune Forate bună

Medie Bună Medie

Biocompatibilitate Bună Scăzută Scăzută Scăzută

În urma documentări, aliajul ales pentru studiu a fost cel pe bază de NiTi (tabelul 3.3).

Din lieratura de specialitate [18], [54], [62], [64] nu rezultă, modul cum a fost determinat

valoarea lui SDC.

Privite în ansamblu, aliajele NiTi au cele mai bune proprietăţi pentru a fi utilizate în

industria automobilistică. Dintre acestea pot fi amintite:

- rezistenţă bună la coroziune în multe medii (acide, bazice, etc.);

- capacitate înaltă de supraîncălzire;

- număr mare de cicluri de lucru în cazul solicitărilor uni- şi bidirecţionale, de acest motiv

sunt recomandate pentru utilizarea ca actuatoare şi senzori;

- proprietăţi bune de biocompatibilitate, ceea ce determină utilizarea în tehnica medicală;



- domeniul temperaturilor de transformare aflat în intervalul -100°C....100°C (120°C) [57],

[101].

În funcţie de domeniul de utilizare şi aplicție, aliajele din NiTi prezintă următoarele

proprietăţi, ditre care amintim:

- prelucrabilitate dificilă;

- inerţie la transformare, rezultată din durata lungă de răcire a aliajului, respectiv timpul lung

necesar pentru modificarea temperaturii, mai ales la elementele groase;

- posibilităţi limitate de creştere a temperaturilor de transformare, în detrimentul unor

proprietăţi funcţionale importante (cursă, solicitare mecanică) [94].

- pentru activarea EMF – electric, într-un timp foarte scurt (t<1s) este necesară o cantitate

mare de energie electrică [36], [99].

3.2 Sistemele de siguranţă ale autovehiculelor

Siguranţa rutieră urmăreşte sesizarea, cunoaşterea şi modelarea factorilor care concură la

evitarea producerii accidentelor de circulaţie rutieră sau, în extremis, la diminuarea consecinţelor

acestor accidente.

Întrucât în structura sistemelor de siguranță intră componente care pot fi realizate din AMF,

acestea vor fi analizate din această perspectivă.

Din punct de vedere al funcționării sistemelor de siguranță ale autovehiculelor, ele pot

fiactive și pasive [50], [59]. Legătura dintre sistemele de siguranţă active şi pasive este realizată de

sistemele Pre-Crash,care au rolul de a atenţiona şi pregăti conducătorul auto pentru o coliziune

[59]. Pentru a încheia „lanţul” sistemelor de siguranţă ale autovehiculelor, constructorii au

dezvoltat sistemele Post-Crash. Acestea aurolul de a anunţa, imediat, cel mai apropiat serviciu de:

ambulanţă, pompieri şi control al circulației [22], [68]. În viitor autovehiculul va fi controlat de

sisteme electronice (senzori, radar, camere de luat vederi – unitate de control şi comandă –

actuatoare) care vor aprecia ”cât mai din timp” posibilitatea unei coliziuni şi vor pregătiautovehicul

şi al pasageri pentru coliziune [8], [12], [21], [68]. Pilotul automat sau autovehiculul care “vede”,

vorbeşte sau salvează vieţi, începe tot mai mult să prindă contur. Sistemele inteligente gen „steer

by wire”, în care comanda mecanică a volanului (virajul) este echivalentă cu un semnal electric,

este încă în faza de proiect pentru constructorii de automobile.



Necesarul de energie electrică pentru acționarea noilor sisteme inteligente [74], [80] este

unul în creştere. Din acest motiv autovehiculul viitorului va funcționa cu sisteme electrice având

tensiuni nominale de 24V, 38V, sau 42V [44].

Sistemele de siguraţă activă se referă la totalitatea echipamentelor şi capacităţilor unui

autovehicul de a evita producerea de coliziuni. Practic,sistemele din cadrul siguranţei active au ca

scop prevenirea accidentelor.

Sistemele pasive înglobează totalitatea funcţiilor unui autovehicul care au rolul de a proteja

viaţa şi integritatea corporală a pasagerilor şi a pietonilor în timpul şi după producerea coliziunilor.

Ele sunt active din momentul coliziunii, urmând ca îndată după producerea contactului să fie

activate sisteme de Post-Crash [34].

Figura 3. 5 Dezvoltarea sistemelor de siguranţă [59]

O dată cu provocarea adusă de CE prin diferite programe (EU IST 6th Framework FP6, EU

7th Framework FP7 extins până în 2013 [68])de reducere a numărului de accidente, de decedaţi şi

vătămari, a apărut în industria sistemelor de siguranţă termenul „adaptabilitate”. Sistemele de

siguranţă (de exemplu: centura de siguranţă;– airbagul) adaptează (prestrânge centurii de siguranță

a conducătorul autovehiculului în funcţie de obstacolele întâlnite; decide detonarea capsulelor

pirotehnice în funcţie de greutatea conducătorului auto), parametrii de funcţionare ţinând cont de :

obstacolele întâlnite, greutatea conducătorului auto şi viteza de deplasare [48]. Din acest motiv,

sistemul centurii de siguranţă – adaptiv [25-26], [82], este inclus în grupa sistemelor de siguranţă



active. În schimb, sistemele centurii de siguranţă de tip mecanic [79], [90], [93] şi cu actuator

pirotehnic[9], [11], [14], [23], [75] sunt incluse în sistemele de siguranţă pasive.

Figura 3. 6 Timpul de activare al sistemelor de siguranţă [20], [31], [59], [84], [110]

În cazul unei coliziuni frontale (figura 3.32), sistemele de avertizare întră în funcţie cu

aproximativ t=2.5s înainte de coliziune. Atunci când sunt active unitatea de control şi comandă

emite semnale acustice şi vizuale. Dacă conducătorul autovehiculului nu reacţionează asupra

sistemului de frânare, atunci autovehiculul va fi frânat automat (ca şi cum pedala de frână ar fi

apăsată 30-40%), în paralel cu pretensionarea centurii de siguranţă.

Această acţiune corespunde intervalului de timp t = [1.5s....0.6s]. În intervalul de timp t=

[0.6s....0s] autovehiculul va fi complet frânat (ca şi cum pedala de frână ar fi apăsată 100%),

centurile de siguranţă vor fi pretensionate la maxim (cursa de pretensionare completă de 150-

300mm, depinde de varianta constructivă) [25], [59], [87-89].

3.2.4 Sisteme active de siguranţă

Totalitatea sistemelor autovehiculului, care au rolul de avertizare şi evitare a coliziunilor

poartă denumirea de sisteme de siguranţă active.

Sistemele de atenţionare a unei posibile coliziuni sunt denumite sisteme Pre-Crash. Aceste

sisteme detectază posibilitatea unei coliziuni şi transmit semnale acustice şi vizuale conducătorului

autovehiculului [1], [31], [35], [74], [60], [84]. Dacă conducătorul autovehiculului nu reacţionează,

atunci unitatea de control şi comandă acţionează sistemul de frânare al autovehiculului cu o

anumită intensitate, în funcţie de distanţa dintre obstacol și autovehicul și viteza de deplasare

[20],[60], [85].

Sistemele Pre-Crash au în componenţa lor, echipamente radar care lucrează pe frecvenţe

lungi şi scurte, un sistem optic de pulsuri şi un sistem video de monitorizare a traficului. Un de

Sisteme active de siguranţă Sisteme pasive de siguranţă

Avertizare Preventive Adaptarea Acţionare Sisteme de urgenţă

t~2.5s t~1.5s t=0.7-0.6s t=0 t>0.1s

Coliziune



astfel de sistem este sitemul PRORETA 1 şi 2 dezvoltat de Institutul de cercetare de la

Universitatea Tehnică din Darmstadt (figura 3.40).

Figura 3. 7 Sisteme radar de prevenire a unei coliziuni [55]

Un parametru important alacestui sistem este timpul de atenţionare şi activare a sistemului

de frânare, respectiv a sistemului centurii de siguranţă. Un exemplu elocvent în acest sens este

oferit de cercetările realizate de firma Daimler AG[13], [15], [26], [76], [107].

Figura 3. 8 Exemplu de sistem Pre-Crash [13], [15], [26], [76], [107].

În cazul detectării unei posibile coliziuni frontale (în urma procesării semnalelor de la mai

multe sisteme) unitatea de control şi comandă a sistemului Pre-Crash acţionează astfel (figura

3.42):

- cu un avans de 2,6s sistemul Pre-Crash detectează şi anunţă o posibilă coliziune;

- centurile de siguranţă pentru conducătorul autovehiculului şi a pasagerului din dreapta se vor

tensiona la 140N, cu scopul de a “strânge” corpul în scaun;

- scaunele din faţă se mişca într-o poziţie favorabilă sistemului de prestrângere a centurii de

siguranţă;

- pernele laterale ale scaunelor din faţă se umflă (în funcţie de greutate şi poziţia scaunului)

pentru a menţine corpul cât mai fix;

- în cazul lipsei de reacţie sau pentru o reacţie prea lentă a conducătorului auto asupra pedalei

de frână, cu 1,6s înainte de coliziune unitatea de control şi comandă a sistemului decide să

acţioneze sistemul de frânare ca şi cum pedala este apăsată la 40% din cursa ei;

ECU pentru autovehicule ECU pentru retractor

Sistemul centurii de siguranță

Sistem radar

Sistem de frânare autonom



- la circa 0,6s înainte de coliziune sistemul de frânare este acţionat 100%.

Figura 3. 9 Timpii de acţionare a sistemului Pre-Crash[13], [15], [26], [76], [107].

Ca şi rezultat al frânării “automate”, sistemul Pre-Crash,de frânare automată,poate reduce

energia de impact cu până la 55% [13], [15].

Pornind de la exigențele impuse sistemelor Pre-Crash, pentru studiile și cercetările

intreprinse s-a ales două valori ale timpului de activare a firelor din AMF și anume: 1s, respectiv

0.6s.

În cazul în care pericolul este îndepărtat, sistemul Pre-Crash aduce în poziţia iniţială

sistemele implicate. Nu se poate afirma faptul că aceleaș proces (de revenire) este parcurs și de

sistemul centurilor de siguranță (subcapitolul. 3.2.2).

Sistemul centurilor de siguranţă adaptive constă în adaptarea tensiunii mecanice în chingă

în funcţie de nevoile sistemului. Un astfel de sistem adaptiv pentru centura de siguranţă este

sistemul cu actuator electric (un motor pas cu pas)[10], [58], [81].

3.3 Clasificare. Sisteme de siguranţă în structurile cărora se pot utiliza AMF

Sistemele de siguranță sunt analizate tabelar (tabelul 3.2) performanțelor (timp de acționare,

cursă realizată și forța mecanică dezvoltată). În urma analizării caracteristicilor tehnice ale

sistemelor destinate asigurării siguranței autovehiculelor și pasagerilor, în condițiile unei coliziuni,

au rezultat oportunitățile pentru utilizarea AMF în concepția actuatoarelor și elementelor de

acționare ale acestora (tabelul 3.2).

În dreptul coloanei „observaţii” este completat cu „Da” (verde), „Posibil”(galben) şi

„Nu”(roşu) ceea ce reprezintă posibilitatea utilizării AMF în structurile acestor sisteme.

Aproximativ 2.6s Aproximativ 1.6s Aproximativ 0.6s Coliziune



Tabelul 3. 2Evaluarea performanțelor sistemelor de siguranţă

Sisteme de siguranţă Tipul actuatorului

Performanţe Observaţii

Timp

[s]

Cursa

·[mm]

Forţa

[N]

Da/

Posibil/

Nu

Ajustarea fasciculului luminos electrici 4 10 7

pneumatici 4 10 7-8

hidraulici 5 10 7

piezo-electrici 3-4 10 7-9

AMF 4-5 10 7-8

Adaptarea luminilor de intâlnire în

funcţie de frafic

electrici 3 10 5

Sistem de avertizare a prezenţei unui

vehicul în „unghiul mort”

-

Vizualizare pe timp de noapte -

Sistem de control al presiunii în

pneuri

-

Sistem de asistare a virajului -

Sistem de recunoastere a semnelor de

circulaţie

-

ABS (sistem împotriva blocării

roţilor)

hidraulic 0.1 3 fără inf.

pneumatic 0.1 3 fără inf.

ESP, ESC(sistem împotriva pierderii

stabilităţii)

hidraulic 0.1 3 fără inf

ACC (sistem de menţinere a vitezei) -

Coloana de direcţie <1s 5 5000

Sisteme Pre-Crash -

EBD (sistemul electric de frânare) hidraulic 0.6 3-5 fără inf

electric 0.6 3-5 fără inf

Centura de siguranţă – adaptivă electric 0.6 150-240 1000-2000

Sistemul de retragere a scaunului electric 2.6 100 ~1000N

Caroseria (partea frontală) -

Caroseria (partea laterală) electro-mecanic 0.060 115

Sistemul centurii de siguranţă pirotehnic 0.008-0.018 150-240 1500-4000

Sistemul Air-bag (Air-bag frontal,

pentru picioare, lateral pentru corp,

lateral pentru cap)

pirotehnic

Sistemul tetierelor active electric 2.6s ~100 10-50

Protecţia pietonilor mecanic 0.6 ~70 ~300N

pirotehnic 0.2 ~90 ~300N

AMF 0.249 ~80 ~300N



Sistemele marcate cu roşu, sunt sisteme de avertizare şi prelucrare de date, unde funcţia

realizată de un actuator lipseşte. Prin urmare, ele au fost introduse în categoria sistemelor în a căror

structuri nu pot fi utilizate AMF.

Sistemul centurii de siguranţă pirotehnic impune un timp de acţionare foarte mic (0.008-

0.018s). Ţinând cont de faptul că funcţionează doar o singură dată (în caz de coliziune), acest

sistem poate fi înlocuit cu actuatori cu AMF care sunt reversibili.

Pe de altă parte sistemul centurii de siguranţă cu actuator electric, poate fi înlocuit cu

actuatori din AMF.

Pentru ca AMF să poată fi introduse în structura sistemelor de siguranță este necesar să se

desfășoare cercetări și studii pentru determinarea soluțiilor tehnice capabile să realizeze:

- activarea într-un anumit interval de timp (t=1s și t=0.6s);

- capacitatea de disipare a unei anumite energii mecanice în condiții de impact.

Cu toate că în structura caroseriei autovehiculelor nu sunt actuatori care să preia diferite

sarcini, ea a fost inclusă în categoria sistemelor în care se pot utiliza AMF. Pentru aceasta, în cadrul

lucrării se va determina capacitatea AMF de a disipa energie mecanică, la diferite viteze și

temperaturi.

Sistemul airbag este inclus în grupa cu potenţial crescut de a utiliza AMF. O posibilitate de

a utiliza AMF în structura airbagului este aceea de a modifica orificiul de umplere a sacului,

controlat de unitatea electronică a sistemelor Pre-Crash. Pentru aceasta, în cadrul aplicațiilor se va

prezenta un prototip de microcontroler, capabil să controleze pozițiile intermediare ale firului din

AMF.

Este bine ştiut faptul că fiecare conducător al auto are o poziție față de ansamblul volan-

coloană de direcţie. Aprecierea rezultată în urma studiului este aceea că într-un procent de 70%,

capul conducătorului autovehiculului nu este în poziţia ideală pentru airbag („in position” sau „out

of position”), fapt ce poate duce la vătămări ulterioare. Din această perspectivă există posibilitatea

de a utiliza AMF în cadrul ansamblului amintit.

3.4 Concluzii. Propuneri pentru programul de cercetare

În urma analizei performanțelor materialelor metalice noi, cele mai bune proprietăți de a fi

utilizate le deține aliajul de NiTi. Faptul că, prin procesul de aliere și procentul de Ni, respectiv Ti,

pot determina temperaturile schimbării de fază, acest aliaj poate fi utilizat în structurile sistemelor

de siguranță. Acest fenomen determină și două tipuri de probe din NiTi cu structuri diferite, cele de



tip actuator (care la temperatura camerei au o structură martensitică) și cele de tip pseudoelastic

(care la structura camerei au o structură austenitică).

Sistemele de siguranță nu trebuie să fie activate la o temperatură mai mică de 80°C. Ținând

cont de acest aspect, se realizează un caiet de sarcini, pentru firma producătoare de AMF.

Principalele cerințe sunt:

- principalii compuși de aliere să fie Ni-Ti;

- probe care manifestă la temperatura camerei un platou elastic (de tip pseudoelastic), cu

As>-23°C;

- probe care prezintă la încălzire EM (de tip actuator), As>90°C.

Avantajul de a fi reversibile și de a funcționa fără zgomot, le recomandă pentru a fi utilizate

și în sistemele de confort.

Parametrii care recomandă ca AMF să fie utilizate în industria auto sunt:

- valoarea elongație, care poate fi ε=3....5%;

- numărul de cicluri mare, N>10000;

- tensiunea mecanică, σ=450N/mm2;

- greutate redusă;

- reversibilitatea;

- funcționare fără zgomot.

Pentru ca AMF să poate fi utilizate în structurile sistemelor de siguranță este necesar să se

realizeze investigații asupra următoarelor aspecte:

- activarea EM electric într-un timp scurt (1s) și foarte scurt (t<0.6s);

- determinarea domeniului reversibil pentru viteze de testare: mici (v=0.1mm/s....20mm/s),

medii (v=20mm/s....33mm/s) și mari (v>2m/s....4m/s);

- infleunța temperaturii asupra domeniului reversibil; T=-30°C....30°C, pentru probe de tip

pseudoelastice și T=23°C, respectiv T>90°C pentru probe de tip actuator;

- capacității de a disipa energie mecanică (SDC) la viteze de testare: mici

(v=0.1mm/s....20mm/s), medii (v=20mm/s....33mm/s) și mari (v>2m/s....4m/s);

- inflența numărului de cicluri asupra comportamentului AMF la viteze de testare mici

(v=0.1mm/s....20mm/s), medii (v=20mm/s....33mm/s) și mari (v>2m/s....4m/s);

- comportamentul AMF la viteze mari de testare (v>2m/s....4m/s), în condiții de impact;

- determinarea condițiilor în care elongația AMF este controlată;

Rezultatele conduc la realizarea unor actuatoare pentru sistemele de siguranță. Prototipul

acestora, lor este prezentat în captitolul 8.



4 Aparate şi echipamente utilizate în cadrul cercetarii

Pentru a cerceta posibilitatea utilizării AMF în structurile sistemelor de siguranţă ale

autovehiculelor este nevoie de echipamente standuri, aparate, programe de calcul şi dispozitive

performante care pot răspunde condiţiilor impuse acestor sisteme.

4.1 Echipamentele utilizate pentru cercetare a proprietăţilor fizico – mecanice ale AMF

Un prim obiectiv al activității de cercetare este acela de a determina energia electrică

necesară pentru a realiza o anumită elongație, pentru o probă de tip actuator din NiTi.

Testele sunt finalizate atunci când proba se contractă cel puțin 4%, în timp de 1s. Este

înregistrată valoarea energiei electrice, pentru diferite încărcări mecanice ale probei.

4.1.1 Structura generală a standului destinat cercetării comportamentului AMF

Pentru realizarea testelor amintite mai sus, a fost conceput un stand experimental, a cărui

schemă este prezentată în figura 4.1.

Figura 4. 1 Circuitul electric pentru determinarea tensiunii şi intensităţii electrice (varianta 2)

1-sursă de energie electrică, 2 – modulator de timp, 3 – proba de NiTi, 4 – computer, 5 – Rezistența

electrică, 6 – solicitarea mecanică a probei, 7- senzor optic pentru deplasare, 8 – placă de achiziții date

1 2

4

5 6

3 7

8



Structura mecanică a standului a fost racordată la o serie de echipamente, destinate

efectuării încercărilor, achiziției și prelucrării datelor.Adițional verificarea semnalelor a fost

realizată cu un osciloscop, care va fi prezentat mai jos.

Activarea efectului de memorie a formei este realizată conform schemei electrice prezentate

în figura 4.2. Energia electrică de la sursă (1) este introdusă în modulator de timp (2) (de unde este

reglat timpul de activare a probei). În paralel cu proba de NiTi (3) (care este solicitată mecanic)

este legată și rezistența constantă (6), cu ajutorul căreia se măsoară intensitatea curentului.

4.1.3 Procedura de achiziție a datelor

La inițierea testului în programul, realizat special pentru această aplicație, are loc activarea

probei. Datorită efectului Joule, energia electrică este transformată în căldură și produce o

elongație a firului (figura 4.2).

Figura 4. 2 Procedura de măsurare şi înregistrare a datelor

a)defromarea probei, b) măsurarea parametrilor

Timpul de activare a efectului de memorie a formei este de 1s. Acest timp a fost ales

conform cerinţelor impuse sistemelor de confort, dar și datorită faptului că sistemele de siguranță

Pre-Crash încep activarea cu 2.5s înainte de coliziune (deci a fost aleasă o valoare între 2.5s și

0.6s). Pentru testele dinamice se foloseste acest timp de activare. Pentru probele de tip actuator,

timpula fost redus la 0,6s (timp definit ca ”no return point”). Răcire s-a realizat în 25s, suficient

pentru aliaj pentru a reveni la temperatura iniţială (T- aproximativ 20°C).

Eenergia electrică pentru testul următor va crește, până când elongația de 4% este obținută

(figura 4.2).

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10

U [

V]

t [s]

Tensiune electrică la AMF

Elongație

b)

e [%

]

Încăzit Răcire

Elongație Elongaţie

a)



4.2 Structura standului destinat testelor pentru viteze mici și medii

Ştandul de testat la viteze mici și medii a fost dezvoltat într-un proiect de cercetare

împreună cu firma W&B Machine [45], de unde provine și denumirea.

Standul a fost conceput pentru a evalua :

- analiza fenomenelor de histereziz pentru forțe constante care solictă firele din AMF;

- caracteristicile de histerezis pentru situații în care probele sunt acționate cu o forță variabilă;

- procesul de educare a probelor din AMF la diferite temperaturi.

Pe acest stand se pot efectua cercetări pentru probe din AMF (de tip pseudoelastic și de tip

actuator) cu următoarele caracteristici:

- diametrul probei: d=0.017mm....1mm;

- lungimea probei: L=200-600mm;

- temperatura: T=-30°C....200°C;

- viteze de testare: v=0.1mm/s....33mm/s;

- forța: Fmax=2000N.

4.3 Structura standului pentru viteze de testare mari – regim dinamic

Pentru a demonstra faptul că aliajele de NiTi pot fi utilizate în strucurile sistemelor de

siguranţă ale autovehiculelor este necesarăîncercarea acestora pe un stand pe care să se simuleze

fenomenul de impact. Cercetările sunt încadrate în categoria testelor dinamice. Întrucât nu s-a

dispus de un stand dinamic pentru studiul comportamentului AMF în aceste condiții se va recurge

la proiectarea unui echipament.Echipamentul nou proiectat și realizat poartă denumirea de stand de

probe al AMF în regim dinamic și satisface următoarele condiții:

- permiteîncercări în condiţii dinamice (eliberarea instantanee a unei cantităţi de energie

mecanică);

- asigură testarea probelor de tip actuator şi de tip pseudoelastic;

- facilitează activarea efectelor: termic, electric, pentru probele actuator;

- permite testarea a cel puţin două probe concomitent;

- sunt posibile teste la v>33 mm/s;

- lungimea activă a probei max. 1000mm;

- diametrele probelor pot fi de 1mm;



- ajustarea energiei electrice (a tensiunii şi a intensităţii curentului), ajustarea poziţiei greutăţii

suspendate, ajustarea timpilor de activare a probelor și de eliberare a greutăţii; conform

programului de cercetare;

- măsurarea şi înregistrarea: energiei electrice, deplasării, forţei şi a timpului.

4.3.1 Principiul de funcționarea al standului dinamic

Schema de principiu pentru standul utilizat pentru teste dinamice este prezentată în figura

4.3.Standul are în componența sa un traductor de forță (1), care este fixat de ramă. În partea opusă

există un dispozitiv utilizat pentru fixarea probelor (10). Acest dipozitiv este ansablat pe un lagăr

liniar. Legătura dintre cele două dispozitive de prindere se realizează prin intermediul

probei/probelor (2).

Figura 4.3 Schiţa standului dinamic

1-senzor de forță, 2-proba/probe AMF, 3 – senzor deplasare, 4 – cablu metalic, 5 – cilindri

pneumatici, 6 – greutatea ce se eliberază (m1), 7 – taler pentru pretensionarea probei (m2), 8 – senzor

deplasare, pentru verificare, 9 – cameră video

Cel de-al doilea dispozitiv de fixare a probelor, este cuplat cu un cablu special (4) (cu o

tensiune admisibilă de 210kN/mm2), care trece peste o rolă și apoi prinsă de talerul 7. S-a apelat la

acest sistem (cu rolă) pentru a micşora dimensiunile scheletului standului şi pentru a statisface

condiţia de a testa probe cu lungimea maximă de 1m. Greutatea, ce urmează a fi, eliberată (6) este

reţinută la o înălţime predefinită, de doi cilindri pneumatici (5). Dispozitivul de prindere a probei

din partea dreaptă este un dispozitiv mobil, care se deplasează odată cu alingirea ei. Din acest

motiv senzorul de deplasare (3) este fixat pe dispozitivul mobil de fixare a probei. Un alt senzor de

deplasare (8) este montat pe talerul 7. Pentru eliminarea, din investigări, elasticitatea sistemului

(cablul, ansamble filetate, elasticitatea pieselor de fixare, etc) se utilizează doi senzori pentru

evaluarea deplasării probei. Greutatea (6) suspendată, după eliberare, loveşte talerul 7 în centrul

1

2

3

4

6

9

5

7

8

10



lui, ceea ce înseamnă faptul că întreaga energie mecanică este transmisă probei/probelor. După

dispozitivul de prindere din dreapta tot sistemul (cablu 4+taler 7) au propria greutate care

pretensionează proba/probele.

4.3.2 Programarea standului

Timpii de funcţionare a ştandului sunt controlaţi prin intermediul softului LabView 2011.

Comunicarea calculator – stand şi retur are loc prin intermediul plăcii de achiziţie DAQ-NI 6210

[199].

Structura circuitului semnalelor electrice generate de tipul probelor este prezentată în figura

4.4.

Figura 4. 4 Circuitul semnalelor Computer-Activare Probe - Date înregistrate

Semnalul de la computer, prin interfaţa LabView este trimis la placa de achiziţie şi de aici

la PLC care (în urma programării) activeză electrovalva ce eliberează cilindrii pneumatici (5 –

figura 4.3). După un timp bine stabilit (t4 cuprins între 0.1s-0,15s – depinde de tipul testului) este

activat releul de comandă a modulatorului de timp.

Timpul necesar parcurgerii distanței xi se poate determina prin calcul, sau printr-un test cu o

probă de timp pseudoelastic. Din acest considerent seria de teste realizate în regim dinamic este

începută cu probele de tip pseudoleastic.

Computer + LabView

Placă de achiziţii

PLC – Programator logic

Electrovalvă – Cilindri penumatici

Modulator de timp

Cameră - video

Tensiune - Sursă

Tensiune - Probe

Elongaţie – Senzor 1

Elongaţie – Senzor 2

Forţă



4.3.4 Etalonarea traductoarelor și a ştandului

După asamblarea și punerea în funcțiune a standului , s-a procedat la etalonarea acestuia.

Traductoarele pentru deplasare sunt verificate și calibrate periodic, conform unor proceduri

standard.

Procedeul de verificare a valorilor a constat în solicitarea treptată a senzorului cu greutăţi

etalonate în prealabil. Senzorul trebuie să indice valoarea în N a greutăţilor.

Verificarea acurateții măsurătorilor realizate pe stand se realizează în urma comparării

mărimilor măsurate cu cele calculate (figura 4.5).

Pentru a realiza această etapă se parcurg următorii paşii:

- se alege un fir de tip pseudoelastic (este eliminată etapa de activare a firului din PLC), din

NiTi cu d=0.5mm, L=250mm;

- se fixează pe stand proba şi se măsoară distanţa dintre m1 și m2 (h=274mm figura 4.5)

- se cântăresc masele (atât cele ataşate cât şi suportul de susţinere a lor: talere, ghidaje, etc).

Este eliberat m1, care după ce parcurge h intră în contact cu m2 (are loc o ciocnire dintre

două corpuri).

Figura 4. 5 Schema de calcul pentru evaluarea efectelor ciocnirii

Viteza teoretică pe care o are m1 înainte de impact este calcultă (în urma conservării

energiei mecanice) cu relația de mai jos:

(4.1)



Viteza reală de testare este deci:

(4.2)

Energia cinetică teoretică maximă dezvoltată de m1 este:

(4.3)

Se desfășoară un test pentru proba aleasă şi după prelucrarea (sub formă grafică)datelor se

obţine raportul dintre forţă/timp şi respectiv deplasare/timp (Figura 4. 5). Domeniul de interes este

cel marcat între cele două linii roşii (zona B). Se alege, acest domeniu – pe diagrama forţă/timp, ca

fiind din punctul de contact până la valoarea 0 a forței (în unele cazuri ultima valoare înainte de a

deveni negativă). Timpul dintre cele două valori se înregistrază şi se urmăreşte graficul

deplasare/timp corespunzător acestor valori. Deci, pe axa timpului se pot defini trei zone în

funcțiemomentul impactului (înainte deimpact- A, solicitarea probei –B, după împact –C).

În acest caz,caracteristicile celor trei zone sunt următoarele:

- Zona A, t = (0 - 0.297) s; atât forța (~7.85N) cât și deplasarea (~0.01mm) sunt constante;

- Zona B, t = (0.297 - 0.411) s; are loc solicitarea mecanică a probei, domeniul de interes,

forța (242.6N) și deplasarea absolută (26.45mm) ating valori maxime

- Zona C, t = (0.411 – 1) s, au loc oscilații libere amortizate după care forța (30N) și

deplasarea absolută (3mm) devin constante.

Figura 4. 6 Rezultate ale măsurătorilor pe stand

a)forță în raport cu timpul, b) deplasare în raport cu timpul

În graficul, din figura 4.6a (forţă raportat la timp), momentul impactului corespunde

începutului solicitării mecanice a probei (încărcarea). Din punctul maxim al alungirii are loc

revenirea liberă până la valoarea de interes definită mai sus. Pe graficul forţă/timp se observa faptul

că, până în punctul de contact, valoarea forţei este constantă şi reprezintă valoarea forței dată de

solicitarea masei m2. Reprezentarea grafică (forţa în raport cu deplasarea) a solicitării probei

supuse investigaţiei este reprezentată în figura 4.7.

1

1

A B

C A B C

a) b)



Figura 4. 7 Rezultateale variației dependenței forței – deplasare pentru un fir de AMF

Aria dreptunghiului, din figura 4.7, este calulată cu valori măsurate utilizând relația:

(4.4)

Raportând valoarea energiei măsurate la cea teoretică se poate calcula precizia standului,

care este:

(4.5)

În acest caz avem de a face cu o valoare a preciziei de 99,519%. Deci valorile măsurate,

față de cele teoretice au o eroare de 0.481%.

Viteza comună de deplasare se calculeză cu formula:

(4.5)

Energia totală descrisă de această masă comună este:

(4.6)

Această energie, denumită energia de solicitare a probei (EL),(aria aflată sub curba verde)

poate fi calculată (utilizând valorile înregistrate) prin planimetrare și are valoarea 4.485J.

(4.7)

Unde:

EL – energia de solicitare a probei

Utilizând formula 4.10 putem determina și ER , iar ED=EL-ER=3.365J, Valoarea lui ED

reprezintă valoare în Jouli a energiei disipate de probă.



Un alt aspect al graficului forță vs timp (observat în figurile 4.6a) este nelianiaritatea curbei.

Acest fenomen poate să apară datorită faptului următorilor 2 factori:

1- lungimea cablului metalic 4 (figura 4.3); legatura dintre bacul mobil (din figura 4.3) și

talerul de pretensionare 7 (din figura 4.3) este realizat prin intermediul unui cablu

metalic 4 (din figura 4.3). Datorită lungimii cablului pot să apară oscilații necontrolate.

2- rama standului nu este rigida; senzorul de forță nu este izolat de rama standului.

Pentru a analiza influența lungimii cablului metalic în procesul de măsurare s-a realizat

următorul test. În cazul de mai sus, lungimea cablului metalic este de 1200mm. Pentru viteza de

testare v=3.1m/s, lungimea cablului este redusă la 370mm, prin modificarea prinderii senzorului de

forță (figura 4.8).

Figura 4. 8 Poziție de testare pentru senzorul de forță: 1 - cablu metalic cu lungimea de 1200mm, 2 cablu

metalic cu lungimea de 370mm

Rezultatele pentru un fir de tip actuator cu d=0.5mm, m1=2.4kg, la o viteză teoretică de

testare de v=3.1m/s, sunt prezentate în figura 4.9.

Figura 4. 9 a) Variația forței în raport cu timpul; b) Variația tensiunii mecanice în raport cu elongația

-50

0

50

100

150

200

250

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

F [N

]

t [s]

23.54N

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10

s [

N/m

m2 ]

e [%]

23,54N

b)

1

2

a)



Pentru porțiunea corespunzătoare zonei B (conform cu figura 4.6) este reprezentată grafic

variația tensiunii mecanice în funcție de elongație. În comparație cu situatia precedentă (figura

4.6a) forma curbei este una aproape lipsită de neregularități (Neregularitățile care apar sunt

datorate faptului că senzorul de forță nu este izolat de rama standului, cazul 2).

Pentru testele viitoare se va păstra lungimea inițială a cablului metalic. Perturbațiile care

apar datorită lungimii lui (a cablului metalic) sunt apropiate de situația reală din sistemele de

siguranță.

5. Cercetarea experimentală al firelor din NiTi

Pornind de la obiectivele stabilite în capitolul 2, pentru lucrarea de doctorat și de la cerințele

impuse componentelor sistemelor de siguranță ale autovehiculelor, care pot fi executate din AMF,

s-a optat pentru ca aliajul de NiTi să fie cel testat.

Pentru a determina performanțele fizico-mecanice ale aliajelor cu memoria formei din NiTi,

precum și a limitelor în care acestea satisfac cerințele im în caietul de racini ale sistemelor de

siguranță, au fost cercetate fire cu diverse diametre.

Producătorul de AMF ales a fost SAES Getters S. p. A. cu sediul în Italia. Producătorul este

certificat ISO TS 16949:2009 (CISQ Automotive) ca şi producător de component cu AMF în

construcţia de autovehicule.Procesul de producţie pentru AMF este conceput astfel încât produsul

final (probele primite) să fie deja educat (pentru fiecare aplicație în parte AMF trebuie educat

conform cu solicitările la care va lucra). Un alt aspect important, de care se ţine seama în procesul

de producţie este cel al stabilirii temperaturilor de transformare a fazei (martensită-austenită), deci

As peste 90°C (în cazul probelor de tip actuator). Este aleasă această temperatură datorită

temperaturilor tot mai ridicate din mediul înconjurător pe timp de vară. Dacă actuatorul care va

conţine AMF va fi montat în interiorul autovehiculului (care va sta sub razele soarelui o zi), atunci

la o temperatură cuprinsă între 80-90°C, EMF, nu trebuie să se activeze. Stoeckel afirmă faptul că

temperatura de transformare trebuie să fie în jur de 80°C [100]. Prin urmare, cerinţa adresată

producătorului de AMF a fost ca valoarea temperaturii de transformare să fie peste 90°C, în cazul

probelor din NiTi de tip actuator.

În cazul probelor de tip pseudoelastic, structura lor la temperatura camerei este deja

austenitică. S-a definit temperatura de transformare de -23°C.

Pentru a putea formula o opinie corectă asupra actuatorilor din AMF, capabili să lucreze în

cadrul sistemelor de siguranţă,a fost cercetată o gamă largă de fire cu următoarele caracteristici:



- pentru probe NiTi de tip actuator, diametrele (d) probelor: 0.1mm; 0.2mm; 0.3mm; 0.5mm

- pentru probe NiTi de tip pseudoelastic, diametrele probelor: 0.127mm; 0.18mm; 0.25mm;

0.3mm; 0.5mm.

- lungimea activă (L) a probei este determinată de primele șuruburi de prindere din

dispozitivele de fixare.

5.1 Cercetarea procesului de activare a EMF

Scopul acestor încercări a fost acela de a determina necesarul de energie electrică, atunci

când EMF din firele de NiTi trebuie activat,într-un timp corespunzător celui intrării în funcțiune a

sistemelor Pre-Crash (1s). Datorită efectului Joule, energia electrică este transformată în căldură;

iar structura martensitică, datorită conducției de energie electrică prin AMF, devine

unaaustenitică.Reacția probei este aceea dea-și modifica forma, formă la care revine după încetarea

activării electrice, respectiv procesul de răcire liberă.

Acest comportament, la activarea electrică sau termică aEMF, poartă denumirea de

comportament tip ”actuator”.

Condiții de testare:

- diametru, d=0.1....0.5mm:

- lungime activă, L=250mm;

- tensiune mecanică, σ=100...400N/mm2;

- timpul de activare: t=1s;

- elongația, ε≥4%.

5.1.2 Metodica prelucrării datelor experimentale

Programul pentru această aplicaţie lucrează sub formă de pachet de date. După rularea

testului, care durează 2s (informaţiile sunt înregistrate cu 0.5s înainte şi 1.5s după

activare).Mărimile evaluate sunt transmise către computer sub formă de fişier xls.



Figura 5. 1 Tensiunea electrică măsurată la sursa de energie electrică şi la probă (d=0.5mm, I=4A,

σ=301.02N/mm2)

1-tensiunea electrică la sursă, 2-tensiunea electrică la probă, 3 – tensiunea electrică minimă la sursă, 4-

tensiunea electrică maximă la probă, 5-timpul de activare

În urma transformării martensitei în austenită, după ruperea la sursă, firul din NiTi îşi

modifică rezistenţa internă, fapt ce determină căderea de tensiune asupra sa (Figura 5. 1).

Intensitatea curentului este constantă pe tot parcursul testului.

În aceste graficcele obținute se potidentifica următoarele dependențe:

- elongația în funcție de tensiunea electrică, pentru diferite tensiuni mecanice în fir

(σ=100N/mm2 ....400N/mm

2);

- elongația în funcție de intensitatea electrică a curentului;

- elongația în funcție de puterea electrică.

5.1.3 Concluzii

Dependențele U=f(σ), I=f(σ) și Pel=f(σ) (figura 5.2 și figura 5.3), arată că valoarea acestor

parametrii crește proporțional cu tensiunea mecanică (panta curbelor variază în limite reduse).

Interpretarea curbelor de dependență arată că:

- tensiunea electrică, pentru σ=constant, scade odată cu majorarea diametrului firului de la

0.1mm la 0.5mm;

- intensitatea și puterea electrică necesară cresc proporțional cu majorarea diametrului firului.

Sursă Probă

t [s] U

[V

]



Figura 5. 2 Tensiunea electrică şi intensitatea curentului în funcţie de tensiunea mecanică pentru ε=4%

Figura 5. 3 Puterea electrică în raport cu tensiunea mecanică pentru ε=4%

În schimb, puterea electrică necesară unui fir cu d=0.1mm pentru a realiza ε=4% este relativ

redusă (2W-4.5W). Cea mai bună alegere, din punct de vedere al necesarului de energie electrică,

este firul cu diametrul 0.2mm (timpul de răcire măsurat este aproximativ 3s).

La conectarea în serie parametrul care variază liniar (U=5.8N+2) este tensiunea electrică, în

timp ce intensitatea curentului este constantă (I~1.5A). În schimb la conectarea în paralel

intesitatea curentului variază liniar (I=2.025N+0.018), iar tensiunea rămâne constantă (U~12V).

5.2 Determinarea capacităţii, firelor din AMF, de a disipa energie mecanică în condiţii de viteze

mici și medii

Condiţiile de viteze mici și medii, aşa cum au fost definite mai sus, reprezintă condițiile la

care vitezele de testare ale ştandului prezentat la subcapitolul 4.2, sunt considerate vitezele

cuprinse între 0.1mm/s şi 20mm/s, iar vitezelemedii reprezintă vitezele mai mari de 20mm/s (în

6

8

10

12

14

16

18

20

50 150 250 350 450

U [

V]

σ [N/mm2]

Tensiunea mecanică în raport cu tensiunea electrică

0.1 mm

0.2 mm

0.3 mm

0.4 mm

0.5 mm

0

1

2

3

4

5

6

50 150 250 350 450

I [A

]

σ [N/mm2]

Intensitatea curentului în raport cu tensiunea mecanică

0.1 mm

0.2 mm

0.3 mm

0.4 mm

0.5 mm

0

10

20

30

40

50

60

50 150 250 350 450

Pel

[W

]

σ [N/mm2]

Puterea electrică în raport cu tensiunea mecanică

0.1 mm

0.2 mm

0.3 mm

0.4 mm

0.5 mm



cadrul testelor cu ”viteze” medii a fost aleasă o singură viteză de testare şi anume viteza maximă,

pe care o poate dezvolta standul mai sus menţionat, de 33mm/s).

5.2.1 Determinarea capacității de a disipa energie mecanică în materialede tip pseudoelastic

Probele care prezintă structură austenitică la temperatura camerei sunt denumite probe de

tip pseudoelastic. Efectul pseudoelastic [62], [64] se caracterizează prin deformațiile elastice mari

rezultate în urma solicitărilor mecanice. Structura lor la temperatura camerei este una austenitică,

iar prin solicitare mecanică se obține o structură martensitică indusă.

Aceste probe au fost investigate în următoarele condiții:

- viteza de testare: v=0.1mm/s....33mm/s;

- temperatură: T=-30°C....+30°C;

- teste ciclice.

Comparând cele două tipuri de viteze de testare în funcţie de SDC se poate observa o

diferență de aproximativ 7% (Figura 5. 4). Însă pentru a investiga posibilitatea utilizării AMF în

structurile sistemelor de siguranţă este necesar de a verifica această valoare a lui SDC în regim

dinamic.

Figura 5. 4Influenţa vitezei de testare asupra lui SDC, pentru proba de NiTi cu d=0.3mm

Testarea ciclică a acestor probe demonstrează faptul că structura aliajului nu se

deterioarează, cu toate că valoarea lui ED scade datorită procesului de educare (figura 5.5).

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40

SDC

[%

]

v [mm/s]



Figura 5. 5 Influența numărului de cicluri asupra lui SDC dar și a formei graficului

a)tensiune mecanică în raport cu elongația, b) SDC în funcție de numărul de cicluri

Neregularitățile curbei superioare, apărute la primul ciclu se reduc începând cu ciclul 10.

Suprafața interioară a graficului reprezintă energia disipată de probă, care scade până când proba

este educată. Acest tip de probă (tip pseudoelastic și cu lungimea de 250mm), după 25 de cicluri

este educată.

Figura 5. 6 Influenţa temperaturi asupra lui SDC la v=0.5mm/s şi v=33mm/s, pentru d=0.5mm

Valoarea energiei absorbite scade de la 1.16J la 0.77J (ciclul 25) și la 0.73J (ciclul 50), în

urma procesului de educare.

Temperatura de testare influențează direct valoarea lui SDC cu aproximativ 30% (Figura 5.

6). O dată cu creșterea temperaturi, se majorează și domeniul platoului reversibil de la 250N/mm2

la 470N/mm2.


Caracteristicile probele de tip actuator au fost investigate în funcţie de temperatură şi în

funcţie de viteza de testare. O sinteză a testelor realizate pentru aceste probe este prezentată tabelar

in varianta lunga a lucrarii. Au fost alese temperaturile T=20°C şi T>90°C pentru că la aceaste

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8

s [

N/m

m2 ]

e [%]

1 Ciclu

25 Cicluri

50 Cicluri

a)

67,72 64,64 64,28

1,16 0,77 0,73 0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 25 50

SDC [%] SDC [J] ED·[J]

b) n [-]

30

40

50

60

70

80

90

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

SDC

[%

]

T [°C]

0.5mm/s

33mm/s



valori, structura probelor este complet martensitică, respectiv începe trasformarea austenitică. A

fost definită ca temperatură de referință valoarea mai mare de 90°C, pentru ca rezultatele să poată

fi comparate înregistrate pe standul dinamic. Pentru standul dinamic temperatura de testare nu a

fost măsurată, însă activarea EMF are loc după ce aceasta depășește valoarea de90°C (conform

certificatului producătorului). La fel ca și la în cazul precedent, se utilizează o singură probă

(limitare dată de construcția ștandului).

Figura 5. 7 Influenţa vitezei de testare asupra lui SDC, pentru proba de tip actuator de NiTi cu d=0.3mm

a)SDC în funcție de viteza de testare, b) ED în funcție de viteza de testare

Valoarea lui SDC în cazul probelor de tip actuator, la viteze de testare mici și viteza medie

de testare,sunt relativ constante (diferență de 2%). Valoarea efectivă a energiei mecanice disipate

este redată sub formă grafică în figura 5.7b.

5.2.3 Concluzii

În urma testelor realizate la viteze mici și medii se poate afirma faptul că valoarea lui SDC,

în cazul probelor de tip actuator dar și pseudoelastic, este relativ constantă (49.5% este calculată

valoarea medie pentru fiecare probă). O influență majoră asupra lui SDC o are temperatura (Figura

5. 6) la care se realizează testarea.

Pentru aplicații este necesar ca firul/firele să fie educate conform cu cerințele sistemului

(figura 5.7).

Este bine știut faptul că o coliziune are loc în regim dinamic, o cantitate mare, de energie

este instantaneu eliberată în sistem.

În faza următoare s-a determinat comportamentul probelor din AMF în regim dinamic

(viteze de testare mari).

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40

SDC

[%

]

v [mm/s] a)

0,235

0,24

0,245

0,25

0,255

0,26

0,1 0,5 20 33 E D

[J]

v [mm/s] b)



5.3 Determinarea capacităţii de a disipa energie mecanică în condiţii dinamice, viteze mari

Regimul dinamic este un regim cu totul special prin faptul că vitezele de testare sunt foarte

mari (v=2m/s) în comparație cu regimul vitezelor de testare mici și medii. Energia mecanică este

eliberată instantaneu asupra probei. Ca urmare, determină solicitarea probei/probelor se produce

într-un timp foarte scurt (t<0,15s). Pentru această încercare a trebuit să se realizeze un nou stand de

probă (subcapitolul 4.3). Aliajele supuse investigației (în regim dinamic sunt din același lot de

probe, atât cele de tip actuator cât și cele de tip pseudoelastic). Diametrele sunt cuprinse între

d=0.1-0.5mm.

Conform lui Otsuka şi Waymann este definit un termen (SDC) care reprezintă capacitatea

specifică de absorbție de energie [73]. Dacă se explicitează forța ca o funcție de deplasare (F=f(x)),

atunci prin integrare acesteia (

se poate calcula mecanică disipată în urma

contactului consideăm Dacă considerăm faptul că forța este descrisă ca o funcție de deplasare,

F=f(x), putem scrie faptul că

.

Valoarea lui SDC se raportează la cantitatea de energie mecanică pe care o dezvoltă m1+m2

în momentul impactului. Din acest motiv este necesară introducerea unui nou termen care să fie

raportat la cantiatea de energie disponibilă, înainte de impact. Acest termen va fi notat cu DC și va

fi raportul dintre ELcalulatși Ecalculat. DC evaluează cât din energia mecanică inițială este absorbită de

către proba de NiTi.

Prin urmare:

(5.1)

(5.2)

Unde,

DC – capacitatea de absorbție a energiei mecanice[%];

SDC – capacitatea specifică de absorbție a energiei mecanice[%];

ED – energia absorbită[J];

EL – energia corespunzătoare solicitării probei[J];

ER – energia corespunzătoare reveniriilibere a probei [J];

(5.3)

(5.4)




Probele de NiTi de tip pseudoelastic la temperatura camerei (As>-23°C, Af~30°C),au o

structură austenitică. Ele sunt capabile să disipeze o cantitate considerabilă de energie mecanică.

Pentru a determina valoarea energiei disipate, probele au fost testate cu diferite mase. Valorea lui

x0 determină în mod direct mărimea vitezei de testare. Limita superioară a vitezei de testare

(4.0m/s) este impusă, prin construcția standului, pentru a evita deteriorări ale echipamentelor

standului.Ca urmare, limita energiei mecanice, care poate fi testată pe acest stand este limitată

constructiv la 20J.

Valorile maselor alese pentru încercare au fost stabilite pentru a studia comportamentul

aliajului de NiTi la diferite energii mecanice aplicate. Pentru fiecare măsurare în parte rezultatele

au fost prezentate grafic (forță în raport cu timpul, deplasare în raport cu timpul, forță în raport cu

deplasarea și tensiune mecanică în raport cu elongația, iar în cazul probelor de tip actuator și

tensiunea electrică la fir și la sursă în raport cu timpul). Lungimea de testare a probei s-a păstrat

constantă (250mm).

Procesul de testare a fost unul progresiv. El a demarat cu valori mici ale masei m1(0.58kg)

și s-aîncheiat pentru valori relativ mari ale acesteia (2.4kg – limită impusă de construcția

standului).

A fost aleasă proba cu d=0.5mm pentru a fi analizată. A fost ales acest diametru pentru

faptul că la încercările cu v=2.1m/s și v=3.1m/s a fost utilizată o singură probă. Pentru încercările

realizate la v=4.0m/s s-a folosit 2 probe, iar în ultimul caz (m1=2.4kg) - 3 probe.

Procedura de măsurare și testare constă în următoarele etape:

- se pretensionează proba cu o masă, m2 = 0.8kg;

- se eliberarează m1 = 0.58kg....2.4kg la x0 =250mm....820mm (figura 4.5);

- se măsoară: forța și deplasarea.

Pentru a determina energia mecanică disipată în probă se realizează graficul forță în raport

cu deplasarea pentru domeniul de interes, domeniul B (Figura 4. 6). Suprafața descrisă de forță în

raport cu deplasarea este tocmai energia disipată (ED) de fir (care se calculează prin planimetrare).

O dată cu creșterea vitezei de testare se majorează și energia dezvoltată de m1. Valoarea

energiei mecanice disipate (ED) este direct proporțională cu valoarea lui m1.



Figura 5. 8Dependeța tensiune mecanică în funcție de elongația, pentru d=0.5mm, pseudoelastic, regim dinamic

a) v=2.1m/s, b) v=3.1m/s, c) v=4m/s

Cu excepția vitezei de testare de 2.1m/s, unde se poate observa un vârf al solicitări

mecanice (aproximativ 1200N/mm2), solicitarea mecanică pentru v=3.1m/s și v=4m/s este

aproximativ constantă în jurul valorii de 1000N/mm2.

Aplicațiile posibile sub formă de actuatori, ale acestor aliaje, impune testarea lor ciclică.

Este important să analizăm comportamentul ciclic al probelor de NiTi, în regim dinamic.

Comportamentul la oboseală a AMF depinde de o serie de factori, precum: procesul de fabricație,

tratamentul termic, tipul de încărcare (statică, dinamică, ciclică, pulsatorie, etc) sau transformările

microstructurale. De obicei, actuatorii pe bază de AMF au o durată de viață limitată, (tabelul 3.1).

Pentru a determina influența numărului de cicluri, în cazul testelor dinamice, asupra

parametrilor SDC și DC s-a efectuat un test cu două probe cu d=0.5mm, montate în paralel. În

acest caz, x0a fost 820mm (corespunde vitezei teoretice de testare de aproximativ 4m/s).

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15

s [

N/m

m2]

e [%]

v=2.1m/s 5,79N

11,57N

14,83N

20,61N

23,54N

a) -200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15

s [

N/m

m2 ]

e [%]

v=3.1m/s

5,79N 11,57N 14,83N 23,54N

b)

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15

s [

N/m

m2

]

e [%]

v = 4/s

5,79N 11,57N 14,83N 20,61N 23,54N

c)



Figura 5. 9Variația tensiunii mecanice în raport cu elongația,pentru d=0.5, pseudoelastic, 15 Cicluri

Analiza graficului tensiune mecanică raportată la elongație (confirmă faptul că structura

internă nu se deteriorează),arată faptul că o dată cu creșterea numărului de cicluri, perturbațiile

(date de senzorul de forță) se ”amortizează”. O explicație a acestui efect ar putea fiaceea că probele

sunt educate să lucreze în condițiile date (m1=0,59kg, h=820mm, m2=0.9kg) (Figura 5. 9).

Valoarea lui EDcrește proporțional, cu diametrului probei (figura 5.10).

Figura 5. 10 Influența diametrului probei de tip pseudoelastic, asupra lui ED, pentru v=3.1m/s și v=4.0m/s,

m1=2.4kg

Faptul că profilul dependențeienergiei disipate (ED), în funcție de diametrul firului, pentru

v=3.1m/s și v=4.0m/s, arată că aceasta nu este influențat de viteză (tabelul 5.5). Dacă considerăm

pentru ultimile două viteze dinamice de testare ultimul test, pentru m1=2.4kg, la v=3.1m/s, ED este

3.9J (test realizat cu 2 probe), iar pentru v=4.0m/s ED este 4.28J (test realizat cu 3 probe). Această

mică diferență demonstrează faptul că valoarea maximă a energiei disipate de o probă de NiTi, de

tip pseudoleastic, cu d=0.5mm și L=250mm este de aproximativ 4J.

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

s (

N/m

m2 )

e [%]

Test 1

Test 4

Test 8

Test 15

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55

E D [

J]

d [mm]

ED - 3100

ED - 4000 ED - 3.1 ED - 4.0



Figura 5. 11 Influența vitezei asupra parametrilor SDC, ED și DC pentru d=0.5mm, tip pseudoelastic

Testele efectuate, precum și calculele realizate pentru SDC, ED și DC au asigurat

posibilitatea stabilirii limitelor fizice ale firelor din NiTi

Solicitarea mecanică maximă obținută, pentru o probă cu diametru de 0.5mm, este de

aproximativ 1200N/mm2 (Figura 5. 8) la o elongație maximă de 10.5%.

Dezvoltarea unui actuator având la bază aceste AMF de tip pseudoelastic trebuie să țină

cont de acestă limitare. Dacă actuatorul este supus unor solicitări mai mari decât limitele admisibile

trebuie atunci se utilizeate fire cu diametre mai mari sau mai multe fire.


Probele din NiTi de tip „actuator”, la temperaturamediului ambiant, au o structură

martensitică. Efectul termic de memorie a formei al acestui tip de probe poate fi activat electric sau

termic.Analizala nivel macrostructural arată că activarea EMF (electric sau termic), se produce o

modificare a formei. Privind însă microstructural, prin activarea EMF, proba își modifică structura

și rezistența electrică.

Procedura de măsurare și testare constă în următoarele etape:

- se pretensionează proba cu o masă, m2 = 0.8kg;

- se activează EMF al probei în 0.6s;

- se eliberează m1 = 0.58kg....2.4kg la x0 =250mm....820mm (figura 4.5);

- se măsoară: forța, deplasarea, intensitatea curentului și tensiunea electrică.

Când valoarea forței este zero (sau cea mai apropiată valoare înainte de a-și schimba

sensul) se consideră faptul că proba nu este solicitată. La fel ca și în cazul precedent, se consideră

3,36 3,9 4,28

75,01

83,01 88,98

52,12

65,24 71,26

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2,10 3,10 4,00

ED SDC DC

v [m/s]



zonele de interes A, B și C (figura 5.12). Se alege din setul de teste o viteză teoretică v=4m/s (a

fost aleasă această variantă, datorită timpului de achiziție a datelor selectat pentru acest set la 2s)

varianta realizată cu m2=1.5kg (a fost aleasă această variantă, pentru o mai bună explicare a

comportamentului probelor în timpul procesului de testare).

Testul a fost realizat pentru două fire cu diametru d=0.5mm și lungimea activă a firului de

250mm.

Figura 5. 12Variația elongației în funcție de timp pentru proba cu d=0.5mm, la v=4m/s

Zonele caracteristice ale curbelor de dependență au următoarele elemente specifice:

- Zona A: este cuprinsă între t=0, timpul de start a testului și t=0.709s (timpul corespunzător

valorii maxime a deformării). Datorită efectului Joule, are loc transformarea energiei electrice în

căldură. Ca urmare se produce transformarea structurii interne a materialului, dar și modificarea

unor parametri precum: lungimea, volumul, rezistență electrică. În funcție de valorile energiei

electrice, tensiunii mecanice (influențeză temperaturile de schimbare a structurii) și alți factori, care

sunt prezentați în modelul matematic, EMF poate fi activat t<0,6s.

Tensiunea electrică este limitată la 20V, iar intensitatea curentului la 5,5A. Deci pentru un

fir cu d=0.5mm și L=250mm, valoarea intensității curentului este de 2.75A. În urma măsurării și

prelucrării datelor se obține graficul dependențatensiunii electrice în raport cu timpul. Curba roșie

reprezintă tensiunea electrică măsurată la extremitățile probei, iar curba albastră tensiunea electrică

măsurată la sursa de energie electrică (figura 5.13).

Tensiunea măsurată la extremitățile probei pentru un timp de aproximativ 0,02s,crește până

la 8.92V, datorită dislocării atomilor din structura martensitică. Această tensiune se stabilizează

apoi în jurul valorii de 2.92V, până în momentul impactului. Din momentul impactului și până la

terminarea testului (zona B din Figura 5. 12 și Figura 5. 13) tensiunea are o inflexiune de 0.7V

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

x [m

m]

t [s]

14.81N

A B C



(datorată modificării lungimii probei). Timpul efectiv de activare a EMF pentru probele testate a

fost de 0.589s

Figura 5. 13a)Tensiunea electrică măsurată la sursă și proba de tip actuator cu d=0.5mm; b) Zona de interes

mărită

După impact, valoarea tensiunii,măsurată la extremitățile firului, revine la zero, iar

tensiunea la sursa de energie electrică revine la cea inițială. Revenirea tensiunii măsurate la sursa

de energie electrică la valoarea inițială are loc numai după ce apare o inflexiune (situată în

intervalul t=0.769s-1.3s). Această inflexiune apare datorită contactelor interne ale sursei.

Diferența care apare între cele două curbe (aproximativ 3V) se datorează rezistenței interne

( care se regăsește în modulatorul de timp.

Necesarul de energie electrică, pentru un posibil actuator cu două fire cu următoarele

caracteristici d=0.5mm, L=250mm,smm2, timpul de activare ≤ 0.6s, este de 16.05W.

- Zona B: este cuprinsă între t=0.710(timpul corespunzător contactului masei m1 respectiv

m2) și t=0.769s (timpul corespunzător valorii forței 0).Ea reprezintă domeniul de solicitare

mecanică a probei, datorită impactului produs de m1 și m2. Dacă schimbă originea în punctul dat de

coordonatele x=10.034mm și t=0.769s putem considera faptul că acestă probă are un

comportament pseudoelastic (similar cu cel al probelor de tip pseudoelastic prezentate anterior).

Domeniul este caracterizat de transformarea structurii interne a probelor din austenită în martensită

indusă. Datorită acestui proces, valoarea maximă a deplasării, înregistrate, este de 16,43mm, iar a

forței este de 242N. Semnalele înregistrate de la senzorii de forță, respectiv de deplasare, nu sunt

filtrate. Inflexiunile care apar în cazul graficului forță în raport cu timpul, pentru zona B, se

datorează și faptului că nu există un contact perfect între talerul superior și greutățile atașate

(împreună formează m1). Filtrarea, realizată în LabView, a semnalului primit de la senzorul de

forță anulează valoarea maximă și diminuează aria calculată (pentru graficul forță deplasare) cu

valori 5%....10%. Pentru a realiza un calcul precis al bilanțului de energie, se va utiliza mărimile

nefiltrate de senzori.

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

U[V

]

t [s]

Sursa de energie electrică

Proba de NiTi, d=0.5mm

a) -1

1

3

5

7

9

0,65 0,7 0,75 0,8 0,85

U[V

]

t [s]

Sursa de energie electrică

Proba de NiTi, d=0.5mm

A B C

b)



Analizând figura 5.12, se observă faptul că disiparea energiei (aprox. 90%)are loc în acest

interval. Prin urmare pentru acest interval se va studia variația forței în timp respectiv a tensiunii

mecanice în funcție de elongație (figura 5.14).

Figura 5. 14 a) Forța în raport cu deplasarea; b) Tensiune mecanică în raport cu elongația

Din analiza grafică a rezultatelor testelor dinamice, atât pentru probe de tip pseudoelastic,

cât și pentru cele de tip actuator rezultă faptul că forța maximă nu se obține la deplasarea maximă.

Energia dispată în structura probelor de NiTi crește odată cu diametrul acestora, dar și cu

masam1(figura 5.15).

Figura 5. 15 Influența diametrului probei de tip pseudoelastic, asupra lui ED, pentru v=3m/s și v=4m/s,

m1=1.51kg

Considerăm pentru vitezele de testare v=3m/s și v=4m/s, ultimul test pentru m1=2.4kg, unde

avem pentru ED următoarele valori 5.13J (test realizat pentru 2 probe), respectiv 5.38J (test realizat

pentru 3 probe). Faptul că aceste valori sunt relativ apropiate, indică limitarea energiei disipate

(ED) de proba de tip actuator, ca fiind aproximativ de 5.25J.

Solicitarea maximă a probelor, apare în cazurile extreme (viteze mari, mase mari). Analiza

graficelor vitezelor dinamice de testare arata că o dată cu majorarea vitezei cresc și parametrii

analizați ED, SDC și DC. Limita acestor creșteri este dată de solicitarea maximă obținută, cuprinsă

între 1000N/mm2 și 1250N/mm

2, la o alungire maximă cuprinsă între 9.5% și 11.5% (figura 5.16).

0

50

100

150

200

250

300

-5 0 5 10 15 20

F [N

]

x [mm]

14,81N

a) -200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-2 0 2 4 6

s [

N/m

m2

]

e [%]

14.81N

b)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

ED

[J]

d [mm]

ED - 3000

ED - 4000

ED - 3 ED - 4



Figura 5. 16 Influența vitezei de testare asupra lui ED, SDC și DC

a)tensiune mecanică în raport cu elongația, b) valorile lui ED, SDC și DC în raport cu viteza de testare

- Zona C: este cuprinsă între t=0.77, (timpul corespunzător valorii forței 0) și t=2s, (timpul

maxim de achizițiea datelor). Aceast domeniu este caracterizat de revenirea liberă a dimensiunilor

probelor. Structura internă este austenitică (timpul de schimbarea a structurii austenitice în

martensită, în cazul probelor luate ca exemplu mai sus, cu d=0.5mm este de aproximativ 20s).

Solicitarea suplimentară a probelor datorită oscilațiilor ulterioare schimbă din nou structura

asutenitică, în una martensitică (numai când valoarea forței crește).

Trecerea prin poziția de echilibru se face cu viteze tot mai mici. Viteza de revenire liberă

este mai mică decât viteza de solicitare a probelor, fapt pentru care nu revine în 0 deplasarea.

Având aceste trei elemente (perioadă aproximativ constantă, trecerea prin 0 cu viteze tot mai mici,

viteza de revenire mai mică decât viteza de solicitare a probei) [47]afirma faptul că avem de a face

cu oscilații libere amortizate datorită unei forțe exterioare.

De obicei, pentru încercările dinamice proba de NiTi este echivalată cu un arc cu o

caracteristică constantă [64], [66]. În acest caz viteza de solicitare ar trebui să fie egală cu viteza de

revenire liberă, ceea ce nu se întâmplă. Din acest motiv trebuie să fie introdus un factor, cu o

constantă de amortizare” b”, care să depindă de viteză.

Dacă se admite că din punctul de maxim al elongației masele m1+m2 împreună vor efectua o

mişcare de oscilatie armonică amortizată, în jurul unei noi pozitii de echilibru static care se observa

în figura 5.17. Din punctul de maxim alelongației are loc o oscilaţie armonică pe ¼ dintr-o

perioadă, apoi masele sar în camp gravitaţional, apoi din nou oscilează pe ½ din perioadă şi iarăşi

sar. În total au loc patru fracţiuni de oscilaţie, urmate de patru sărituri în camp gravitaţional. Deci

fiecare fracțiune de oscilație va fi tratat individual, cu proprii parametri.

Considerăm că după ciocnire masa care solicită proba este m=m1+m2, atunci se poate scrie

ecuația diferențialăpentru modelul ales :

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-1 4 9

s [

N/

mm

2]

e [%]

v = 2000 mm/s v=3000mm/s v = 4000 mm/s

a)

2.1m/s 3m/s 4m/s

2,85 5,13 5,38

85,11 90,02

95,5

72,59

83,11 76,52

0

20

40

60

80

100

120

2,10 3,00 4,00

ED SDC DC

v [m/s]



(5.5)

(5.6)

Se fac următoarele notații:

unde:

- m=m1+m2;

- – acelerația;

- – viteza;

- – deplasarea;

- – funcția forței în raport cu timpul;

- – constanta de amortizare;

- – constanta elastic;

- ω – pulsația proprie a oscilației;

- δ –coeficientul de amortizare;

-

.

În urma notațiilor realizate și conform teoriei oscilațiilor libere

amortizate obținem următoarea relație:

, (5.7)

Figura 5. 17 Modelul mecanic pentru impact

Pentru relația 5.7 se obține în urma calculului soluția de mai jos

(5.8)

(5.9)

unde:

A – constantă de integrare;

ω – frecvența proprie a oscilațiilor amortizate;

δ – coeficient de amortizare.

Folosind metoda abaterii pătratice minime se vor determina valorile lui A, ω și δ pentru

fiecare semi-perioadă.

Tabelul 5. 1 Parametrii de integrare

Oscilația A ω δ

I 19.2 56.8 14.1

II 4.3 80.1 5.6

III 2 87.5 4.8

IV 1.05 90 6



Pe baza acestor valori se va construi modelul teoretic. Comparația dintre modelul teoretic

obținut respectiv cel măsurat este expusă în figura 5.18.

Figura 5. 18 Comparație între Model real - Model teoretic

Analizând figura 5.18, unde modelul obținut pe cale teoretică este aproape similar (precizia

de 98%) cu cel determinat pe cale experimentală.Se constată că acest model ne da o aproximație

bună pentru deplasare, daca se consideră mișcare armonică amortizată sub poziția de echilibru

static.

În cazul testelor realizate cu același tip de material s-a observat pentru (m1=2.1kg), că

elongația în zona A nu ajunge la aceiași valoare de cel puțin 4%. Aceste fenomene apar datorită

deteriorării memoriei. Pentru acest lucru este necesar să se realizeze teste ciclice.

Primul set de teste ciclice a fost realizat în următoarele condiții:

- numărul maxim de cicluri a fost limitat la 15;

- m1=0,59kg, se urmărește influența numărului de cicluri asupra comportamentului probelor

de NiTi;

- perioada de testare a fost de 2 minute.

După un număr de 15 teste s-a observat faptul că deformarea în zona A, scade cu

aproximativ 30% (de la 10.5 mm la o valoare de 7.2mm). Această scădere progresează cu

numărulde ciclu. Comportamentul în regim dinamic (din zona B), valoarea lui ED scade cu

aproximativ 3%-5%. Ținând cont de faptul că tipul de probă este actuator, în derularea testelor nu

s-a ținut cont de timpul de răcire pentru probe.

Setul al doilea de teste s-a desfășurat cu o perioadă de 15minute. După 9 teste,

comportamentul probei nu s-a schimbat. În continuare sunt prezentate rezultatele pentru primul test

( 1), un test intermediar (4) și ultimul față de care nu apar modificări (9).

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

x [m

m]

t [s]

Model real - măsurători

Model teoretic - Calcul



Figura 5. 19 a) Deplasare în raport cu timpul, b) Tensiune mecanică în raport cu elongația , pentru 9 cicluri

După 4 teste în condițiile prezentate, deplasarea din zona A, scade, pînă la 8.3mm. Valoarea

inițială a fost de 10.3mm, iar valoarea finala 8.15mm (obținută pentru testul 9). În graficul de

reprezentare a tensiunii mecanice în raport cu elongația, diferența de valori pentru primul și ultimul

test este nesemnifcativă (~1%). Prin urmare, structura materialului nu este degradată. Diferența din

zona A este datorată faptului că materialul nu este educat pentru condițiile de testare. După primul

test are loc o aranjare a atomilor favorabilă condițiilor dinamice de testare.

5.3.3 Concluzii

Rezultatele acestor teste dinamice demonstrează faptul că structura probelor din NiTi nu se

deteriorează. Valorile lui ED, SDC și DC, după educarea probelor rămân constante. Firele de NiTi

pot disipa energie mecanică (în condiții de impact) în faza structurilor austenitice.

Pentru proiectarea actuatoarelor este important de reținut următoarele aspecte:

- valorile obținute pentru:

a) ED – arată valoarea energiei, pe care firul testat, o poate disipa și crește o dată cu aria

solicitată. Din teste s-a obținut: pentru fire pseudoelastice 4.28J (pentru condițiile limită

testate, v=4m/s și m1 = 2.4kg) iar pentru cele de tip actuator 5.38J;

b) SDC – arată cât din energia totală este disipată de probă. Pentru testele dinamice, s-a

obținut valori cuprinse între 65%...95%, care sunt mai mare decât 15%, valoarea indicată

în literatură (tabelul 3.2) ;

c) DC – arată cât din energia totală este disipată de probă. Pentru testele dinamice s-a

obținut 55%...90% .

- probele de NiTi pot disipa energie mecanică de pînă la 90% din valoarea energiei de intrare;

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1

x [m

m]

t [s]

Test 1

Test 4

Test 9

a) -200

0

200

400

600

800

1000

1200

-0,1 0,4 0,9 1,4 1,9 2,4

s [

N/m

m2 ]

e [%]

Test 1

Test 4

Test 9

b)



- solicitarea mecanică, nu trebuie să depășească 1200N/mm2 (pentru probe pseudoelastice),

1250N/mm2 (probe actuator); valori care sunt mai mari decât cele din literatură (800-

1000N/mm2) (tabelul 3.2);

- elongația maximă este: de 10.5% (probe pseudoelastice) și 11.5% (probe de tip actuator)

care sunt mai mari decât valorile din literatură (8-10%) (tabelul 3.2);

- puterea electrică necesară pentru activarea EMF, în t=0.6s (pentru d=0.5mm, L=250mm)

este de aproximativ 16W (doar pentru aplicația prezentată în cadrul testelor);

- în regim dinamic probele pot fi echivalate cu funcționarea unui arc și amortizor;

- modelul demonstrează faptul că are loc o pierdere de energie (90%...92% din energia intrată

în sistem), pe prima ramură (din momentul impactului până la alungirea maximă);

firele de AMF, pentru a fi ansamblate în actuatoare, necesită, în prealabil o educare conform cu

modul de lucru.

6 Modelul matematic conceput pentru studiul comportamentului firelor din

NiTi

Modelarea termodinamică a AMF s-a realizat pornind de la fenomenele fizico-mecanice

cercetate în perioada desfășurării cercetărilor experimentale Pentru prezentarea, elaborarea și

descrierea modelului matematic au fost respectate principalele legi care guvernează fenomenele

mecanice.

Pentru fiecare model în parte este necesar ca rezultatele obținute pe cale matematică să

poată fi cât mai aproape de cele obținute pe cale experimentală.

6.2 Modelul matematic pentru determinarea energiei electrice necesare deformării

Scopul acestei modelări este de a determina puterea electrică necesară unui fir de tip

actuator în anumite condiții de temperatură, care variază în timp și/sau elongația, la solicitare

mecanică constantă (aces lucru este studiat parțial de modelele enumerate mai sus). În cazul în care

se consideră că tensiunea mecanică este constantă atunci se poate realiza schița de lucru utilizând

relația 6.1.

Principiile de baza care stau la modelarea AMF sunt: primul și al doilea principiu al

termodinamicii și inegalitatea Clausius – Duhem [47], [62], [69].

(6.1)



unde:

- - puterea electrică;

- – energia mecanică

- - variația de căldură pierdută;

- - histerezisul realizat de fir;

- , şi ;

- V – volumul firului;

- – entalpia;

- - căldura specifică.

Schema de lucru a modelului matematic (prezentat mai sus prin relația 6.1) constă în

realizarea unor funcții care să expună cât mai fidel comportamentul AMF (schița de lucru mai jos).

Parametrii în funcție de care este modelat comportamentul AMF la activarea EMF electric

sunt: diametru, lungime, tensiune mecanică, etc. (partea stîngă a modelului).

Simularea are la bază trei funcții, modelarea rezistenței electrice în funcție de temperatură și

procentul de martensită, modelarea procentului de martensită în funcție de temperatură și tensiune

mecanică și ultima funcție temperatura în funcție de rezistența electrică și procentul de martensită.

După cum se poate observa, sistemul este unul închis.

Figura 6. 1 Schiță de lucru pentru modelul matematic al comportamentului AMF

Modelarea este realizată în MathLab și ține cont de modele ”parțiale” (modelul electric,

modelul mecanic, modelul termic și fenomenul de histerezis).

Temperaturile de schimbare a structurii trebuie să respecte legea următoare .

mL

Pel= I2R = in

Emec



Pentru modelarea încălzirii firului (Martensită - >Austenită) se folosește relaţia:

(6.2)

Pentru modelarea răcirii firului (Austenită - >Martensită) se folosește relaţia:

(6.3)

Figura 6. 2 Modelul matematic pentru determinarea energiei electrice

Având la bază modelele amintite mai sus (termic, electric şi mecanic) dar și relaţiile 6.2 şi

6.3, se realizează în Matlab-Simulink modelul numeric al firului din NiTi. Diagrama bloc a

modelului este prezentată în figura 6.2.

6.2.4 Simulări pentru determinarea elongației

Programul este conceput pentru aplicații ale AMF în industria actuatorilor. În general se

cunosc parametri ca: forță, cursă, etc. Din acest motiv programul a fost conceput ca o buclă închisă

și astfel se poate determina puterea electrică necesară pentru a realiza o numită cursă sau elongația

în raport cu timpul.

Considerăm faptul că avem un fir din NiTi cu d=0.5mm, L=250mm solicitat mecanic cu

250N/mm2 (figura 6.3). Scopul este de a determina intensitatea curentului și teniunea electrică,

atunci când elongație este de 4%, fără a supraîncălzi proba.



Figura 6. 3 Inserarea parametrilor în program

Deci, vom avea trei situații:

1- putere electrică mică, atunci structura martensitică nu se va transforma total în austenită și

vom obține o elongație redusă (Anexa 9) ;

2- puterea electrică normală, structura martensitică se va transforma în austenită și vom obține

elongația dorită de 4%;

3- puterea electrică prea mare, structura martesnitică se va transforma în asutenită, elongația

de 4% va fi atinsă și va avea loc o supraîncălzire a firului (când atinge firul 400°C

programul se oprește automat).

În cadrul acestui capitol se va prezenta doar punctul 2, cu graficele corespunzătoare.

În figura 6.4a se este reprezentat dependența structurii martensitice în raport cu teperatura.

La T=20°C (considerată temperatura mediului ambiant) structura aliajului este 100% martensitică.

La T=180°C (temperatura maximă până la care se încălzește proba de NiTi), avem structură

austenitică și este realizată cursa de 10.8mm (ε=4.32%) (figura 6.4b).

În figura 6.bc se poate observa faptul că această cursă de 10.8mm este realizată în timp de

1s. Deci, pentru ca un fir cu d=0.5mm, L=250mm și σ=250N/mm2 , să realizeze o elongație de

ε=4.32% într-o secundă, trebuie să dispună de 12V și 4A (fără să deterioreze structura).



Figura 6. 4 Rezultate grafice pentru Modelul AMF, d=0.5mm, L=250mm, σ=250N/mm

2

a)dependența procentului de martensită față de temperatura în fir, b) temperatură – deplasare,

c) variația deplasării în timp

6.2.5 Concluzii. Modelul electric

Calculele realizate cu modelul prezentat sunt sintetizate în tabelul 6.1 (pentru un fir din

NiTi cu d=0.5mm, L=550mm și σ=250N/mm2)

Compararea valorilor măsurate cu cele calculate a permis determinarea preciziei modelului

matematic descris. Estimările arată că aceasta este de 88.8% .

a) b)

c)



Tabelul 6. 1 Comparație rezultate măsurate – rezultate model matematic

Modelul matematic poate fi aplicat pentru fiecare inovație care folosește AMF, la care EMF

este activat electric.

7 Aplicații ale firelor din NiTi în structurile sistemelor de siguranță

Obiectivul lucrării, a fost acela de a evalua performanțele fizico-mecanice ale materialelor

cu memoria formei, din perspectiva introducerii în componența actuatorilor din sistemele de

siguranță ale autovehiculelor.

O altă direcție aprofundată, a fost aceea de a concepe și realiza subsisteme sau sisteme

mecanice și mecatronice, care să valorifice potențialul AMF, ca element al sistemelor auxiliare ale

autovehiculelor.

Întrucât, elementele de detalii ale echipamentelor, sistemelor și componentelor realizate

sunt încă sub protecție, ele nu pot fi prezentate cu suficiente date tehnice în cadrul lucrării. Însă

unele aspecte general, privind principiile de bază care au stat la proiectarea și conceperea acestora,

precum și perspectivele dezvoltării lor, sunt menționate, în limita aprobărilor pe care l-am primit.

7.1 Aplicații pentru coloana de direcție

Prima variantă de prototip de actuator propusă a fostactuatorul de tip tambur (figura 7.1).

Pentru blocarea și deblocarea coloanei de direcție [49] este nevoie de doi actuatori, montați pe

același ax.

Actuatorul de tip tambur are ca principală funcție deschiderea sistemului de blocare într-un

timp mai mic de o secundă. Pentru această aplicație sunt utilizate rezultatele cercetărilor prezentate

în capitolul 5, pentru care EMF poate fi activat în maxim 1s. Pentru a asigura condiția de a realiza

5000 de cicluri (condiție impusă prin caietul de sarcini),s-a optat pentru fire de NiTi capabile să fie

solicitate la o tensiune mecanică de 400N/mm2.



1- fire dinAMF( actuator)

2, 3 - tamburi

4 –arcuri disc

Figura 7. 1 Actuatorul de tip tambur – prototip – varianta CAD [35], [37]

Pentru 100 de fire, este necesară o intensitate a curentului de 350A/actuator (figura 7.1).

Ținând cont de actuala înstalație electrică a autovehiculului acesta nu poate asigura energia

electrică necesară. Din acest motiv cercetările au fost extinse pentru a găsi soluții de reducere a

energiei electrice.

Un alt actuator cu AMF propus pentru coloana de direcție este cel denumit actuatorul lateral

(figura 7.2). La proiectarea acestui nou sistem s-a ținut cont și de faptul că în construcția volanului

este încorporat și sistemul airbag. Reacția fiecărui sistem de siguranță depinde de viteza de

deplasare a autovehiculului. Așa cum s-a prezentat în capitolul 3, reacția sistemului airbag pentru

conducătorul autovehiculului trebuie să se producă în mai puțin de 60ms. Sistemele radar pot

anticipa, daca va avea loc o coliziune sau nu, cu cel puțin 2.6s înainte. Ca o consecință, noul sistem

de blocare trebuie să fie capabil să reacționeze în cel puțin 0.7s.

Figura 7. 2 Actuator lateral - prototip - varianta CAD

1 – fire pentru deschiderea sistemului; 2 – fire pentru închiderea sistemului;3 – pârghia de deschidere a

sistemului;

Sistemul de prindere a coloanei de direcție este fixat de cel de blocare cu o forță de 5000N.

Pentru acest prototip, brațul de deschidere a sistemului de blocare este modificat, iar firele de NiTi

sunt prinse direct pe acesta.

1 2

3

1

2

3 4



Pentru utilizarea firelor cu diametru d=0.5mm, lungimea activă s-a redus la 650mm. Ca și

în cazul precedent,intensitatea curentului necesar pentru activarea EMF este de 3.5A/fir, la o

tensiune electrică de 12V.

În circuitul electric, pentru deschidere este necesarăo intensitate de 7A, iar pentru închidere

de 14A, la o tensiune electrică constantă de 12V(timpul maxim de activare de 0.7s - dacă

funcționează ca și sistem de siguranță și 1s - dacă funcționează ca și sistem de confort).

7.2 Aplicație pentru sisteme Pre-Crash

Modelarea EMF s-a realizat în conformitate cu principiul prezentat în capitolul 6 și

reazultatelor cercetărilor efectuate în capitolul 5

Pentru ca AMF să poată satisface cerințele și condițiile tehnice impuse sistemelor Pre-Crash

este necesar un microcontroler, care trebuie să controleze deformarea și poziția firelor. Sistemele

de sigurață Pre-Crash sunt monitorizate permanent de o unitate de control și comandă. Pentru

actuatorii care au ca element activ AMF, este necesar de un microcontroler.

”NiTi-Controller” – ul, numit generic, este un dispozitiv proiectat să controleze deformarea-

elongația (cursa) firelor din AMF, în special NiTi, atunci când sunt solicitate mecanic și au loc

variații de temperatură.

Aplicația AMF pentru sistemele Pre-Crash, presupune satisfacerea unor condiții (utilizare

simplă-ușoară, să fie reversibil, să reacționeze în mai puțin de 0.6s, etc) de identificare a poziției

firului în orice moment.

Prototipul instalației concepute în acest sens este prezentat în figura 7.6.

Această aplicație poate fi considerată ca un sistem complex de siguranță, care acționează în

faza de Pre-Crash. Firul din NiTi reprezintă actuatorul din sistem, senzorul 1 de deplasare poate fi

asimilat unui sistem radar (care scanează zona din față/spate a autovehiculului), iar NiTi Controller

– ul, unitatea de control și comandă.

Pentru a demonstra comportamentul firului se construiește ștandul din figura de mai sus. În

cadrul acestui ștand sursa de energie electrică și firul de NiTi sunt direct conectate la

microcontroler .

Standul conceput pentru cercetarea aplicației trebuie să îndeplinească următoarele funcții:

- să poată determina deformarea maximă a unui fir de NiTi, fără ca acesta să fie supraîncălzit;

- să realizeze și să mențină o anumită deformare – intermediară, pentru un fir din NiTi;

- să activeze EMF la un semnal extern (semnalul este dat de senzorul de distanță 2, figura

7.3).



Pentru un AMF cu un diametru de d=0.44mm, o lungime de L=700mm și o tensiune

mecanică de σ = 350N/mm2 cunoscută, pe stand se poate evalua deformarea maximă pe care, firul,

o poate realiza. Firul ales se poate deforma până la 8% din lungimea lui. Efectul de memorie a

formei poate fi activat și de la un stimul extern, prin intermediul NiTi Controller-lui, venit de la

senzorul de distanță 2. Această aplicație este realizată cu ajutorul softului LabView.

Figura 7. 3 Standul de validare a funcționării NiTi-Controller-ului

1-pol minus, 2-senzor deplasare, 3 – fir de NiTi, 4 – pol plus, 5 – senzor deplasare, 6 – sursă energie

electrică, 7 – NiTi –Controler

Aplicația în sistemul Pre-Crash presupune că automobilul este echipat cu un radar, care

poate aprecia distanța față de automobilul din fața/spate. În cazul în care unitatea de control și

comandă apreciază că un impact este iminent, atunci firul din AMF este activat. Ca urmare, acesta

va fi deformat (max 4.5%).

Pentru unitatea principală de procesare (figura 7.4) este utilizat un microcontroler

dsPIC30F4013 (1 – figura 7.4) la 30Mips, care poate suporta 30 de milioane de aplicații pe

secundă. În softul microprocesorului este implementat un controler PID [56], [61], care asigură

utilizarea funcțiilor proporționale, integrale sau derivate. Este controlată deformarea deoarece firul

din NiTi prezintă fenomenul de histerezis. Acest tip de aplicație poate anula cu 50% fenomenul de

histerezis. În acelaș timp,programul și interfața devin mai prietenoase.



Transmiterea datelor între computer și microcontroler are loc prin intermediul portului RS-

232. Placa de lucru are o memorie EPROM (electrically erasable programmable read-only

memory) integrată care permite salvarea setărilor realizate (modificarea lor se poate face numai din

LabView). La pornirea programului, ultima setare va fi încărcată [40-41].

Figura 7. 4 Placă de lucru pentru NiTi Controller 1 – microcontroler, 2 – memorie internă, 3 – port de comunicare cu computerul, 4 – ieșirile pentru

firele de NiTi (se pot conecta maxim 3 fire, în aplicația de față un singur fir este conectat), 5 – alimentarea

cu energie electrică a firului de NiTi, 6 – portul de intrare de la cei doi senzori de deplasare, 7 – alimentarea

plăcii cu energie electrică

Pentru inserțiile de intensitate a curentulului este folosit un ”întrerupător” de tip MOSFET

(metal oxide semiconductor field-effect transistor), utilizat fiind pentru capacitatea lui de a controla

cantitatea de curent necesară firului de NiTi [67].

În meniul principal sunt disponibile setări pentru erori, controlul semnalului sau funcțiilor

adiacente (de adăugare –add sau de scădere – substract prin care se dorește reducerea fenomenului

de histerezis) și vizualizarea, în timp real, a valorilor semnalului.

Cu acest microcontroler se poate determina o poziție dorită, a firului (actuatoarelor) din

AMF, fără ca să se deterioreze structura internă pentru acesta.

7.3 Aplicație a AMF pentru sistemul centurii de siguranță

Așa cum s-a amintit, în cazul sistemelor Pre-Crash , ele sunt acționate la semnalul primit de

la un sistem de radare [13], [15]. În structurile autovehiculului au apărut deja aceste sisteme care

1

2

3

4

5

6

7



anunță o posibilă coliziune [20], [103-108]. Un sistem radar și/sau video detectează o posibilă

coliziune, anunță conducătorul autovehiculului și să acționeze sistemele Pre-Crash (amintite în

capitolul 3.2) [70].

O altă aplicație a AMF poate fi aceea a unui actuator pentru sistemul centurii de siguranță.

Acesta va fi activat după ce primeste un semnal de la un sistem radar sau un sistem video..

Prototipul unui astfel de actuator este prezentat în formă CAD în figura 7.5.

Figura 7. 5 Actuator adaptiv pentru centura de siguranță - variantă CAD [42]

1-element de prindere pentru cele 3 puncte ale centurii, 2-fir din NiTi tip actuator, 3 – fir din NiTi tip

pseudoelastic, 4 – ghidaj de prindere în șasiu

Actuatorul adaptiv se solidarizează prin intermediul șuruburilor, care trec prin ghidajele 4,

de șasiu, iar prin orificiul 1 se fixează de centura de sigurață. Atunci cînd sistemele de detectare a

unei posibile coliziuni sunt activate (aprox. cu 2.6s înainte de coliziune) firele actuator (2) sunt

încălzite și își vor modifica forma. În funcție de situație, ele pot realiza o cursă capabilă(100%) sau

una parțială (60%), urmând ca după îndepărtarea pericolului să revină la forma initială.

După coliziune firele actuator trebuie să rămână deformate aproximativ t=0.1s.

Dacă ”energia coliziuni” este transferată și conducătorului autovehicului, limitatorul de forță intră

în acțiune. Limitarea forței are loc prin intermediul firelor pseudoelastice (3), care preiau o parte

din energie (pentru o cursă egală cu contracția firelor actuator), apoi în paralel cu ele vor acționa și

firele actuator până la cursa indicată în încercări (aproximativ 10% din lungimea firelor

pseudoelastice).

Pentru aplicația prezentată, în prima fază (dinaintea coliziunii) firele actuator prestrâng

corpul conducătorului autovehiculului în scaun, iar după coliziune împreună cu firele

pseudoelastice, disipează energi mecanică în structurile lor interne.

Deoarece, în urma încercărilor a rezultat o deformare, a firelor actuator, cuprinsă între

3.5%...4.5%, pentru ca ele să-și îndeplinească funcțiile trebuie ca lungimea lor să fie de

aproximativ 1000mm. Cursa realizată de firele actuator, va fi de 35mm, în cazul extrem. Firele

pseudoelastice trebuie să compenseze această cursă. Compensarea se poate realiza prin intermediul

1 2 3

4 5



unor arcuri. Aceste arcuri mențin intinse firele pseudoelastice pe toată durata activării firelor

actuator. Numărul de fire se calculează în funcție de forța limită pe care trebuie să o suporte corpul

uman (aprox. 2000N).

Firele și sistemul de prinderesunt montate într-o carcasă (5) cu lățime de 70mm, înălțimea

de 50mm și lungimea de 750mm (figura 7.5), care se poate monta în șasiul autovehiculului.

8 Concluzii. Contribuţii originale. Diseminarea rezultatelor

Obiectivul lucrării, a fost acela de a evalua performanțele fizico-mecanice ale materialelor

cu memoria formei, din perspectiva introducerii în componența actuatoarelor din sistemele de

siguranță ale autovehiculelor.

O altă direcție aprofundată, a fost aceea de a concepe și realiza subsisteme sau sisteme

mecanice și mecatronice, care să valorifice potențialul AMF, ca element al sistemelor auxiliare al

autovehiculelor.

Pentru a atinge aceste obiective au fost parcurse următoarele etape:

- studiul proprietăților fizico-mecanice al AMF;

- identificarea componentelor sistemelor de siguranță ale autovehiculelor în care se pot utiliza

actuatoare cu memoria formei;

- determinarea caracteristicilor funcționale al AMF;

- evaluarea energiei electrice necesare pentru activarea efectului de memorie a formei pentru

firele de NiTi, la anumite deformări și tensiuni mecanice;

- cercetarea capacității firelor din NiTi, de a disipa energie mecanică, pentru anumite valori

ale vitezelor de deformare;

- conceperea unor tipuri de actuatoare pentru sistemele de siguranță ale autovehiculelor;

- proiectarea și realizarea unor standuri, pentru cercetarea și determinarea comportamentului

firelor din NiTi în condiții de impact;

- elaborarea unui model matematic pentru studiul comportamentului NiTi.

8.1 Concluzii

Aliajele cu memoria formei pot fi utilizate în structurile sistemelor de siguranță ca: senzori,

actuatoare, amortizor și o combinație actuator și amortizor. La schimbarea temperaturii (valori care



variază între As și Ms ) NiTi realizează o deformare, fapt ce îi permite să fie utilizat ca și senzor dar

ca și actuator, în același element.

Concluziile finale ale acestei cercetări se pot împărți în patru categorii:caracteristici și

proprietăți ale AMF, actuatoare în structurile sistemelor de siguranță, standuri și modelul

matematic descris.

Concluzii referitoare la caracteristicile și proprietățile AMF:

În urma analizei performanțelor materialelor metalice noi, cele mai bune proprietăți de a fi

utilizate le deține aliajul de NiTi. Faptul că, prin procesul de aliere și procentul de Ni, respectiv Ti,

pot determina temperaturile schimbării de fază, acest aliaj poate fi utilizat în structurile sistemelor

de siguranță. Acest fenomen determină și două tipuri de probe din NiTi cu structuri diferite, cele de

tip actuator (care la temperatura camerei au o structură martensitică) și cele de tip pseudoelastic

(care la structura camerei au o structură austenitică).

Sistemele de siguranță nu trebuie să fie activate la o temperatură mai mică de 80°C, prin

urmare este necesar ca aliajul de NiTi de tip actuator să fie realizat (de firma producătoare) cu

As>90°C. În cazul probelor de tip pseudoelastic As este >-23°C.

Privite în ansamblu, aliajele din NiTi au cele mai bune proprietăţi pentru a fi utilizate în

industria auto. Dintre acestea pot fi amintite:

- rezistenţă bună la coroziune în multe medii (acide, bazice, etc.);

- capacitate înaltă de supraîncălzire;

- număr mare de cicluri;

- proprietăţi bune de biocompatibilitate;

- domeniul temperaturilor de transformare aflat în intervalul -100°C....100°C (120°C).

- valoarea elongație poate fi ε=3....5%;

- tensiunea mecanice mari;

- greutate redusă;

- reversibilitatea;

- funcționare fără zgomot.

În urma investigațiilor realizate asupra propriețăților fizico-mecanice ale AMF putem

concluziona faptul că:

- firele din NiTi pot fi activate într-un timp scurt (t=1s) și foarte scurt (t<0.6s). Valoarea

timpului de activare depinde de: valoarea energiei electrice utilizate, elongația dorită și

solicitarea mecanică;

- firele din NiTi pot disipa energie mecanică, la valori negativeși pozitive ale temperaturii;



- valoarea maximă a lui SDC obținută la viteze mici și viteză medie de testare este de 56%;

- valoarea maximă pentru SDC, obținută la testele realizate în regim dinamic este de 96%;

- creșterea lui SDC depinde de viteza de testare;

- solicitarea mecanică admisibilă este de 1200N/mm2, corespunzătoare unei elongații maxime

de 10.5%;

- pentru construcția actuatorilor, firele de NiTi necesită o educare în prealabil;

- elongația firelor din AMF poate fi controlată.

Având aceste rezultate, AMF pot fi utilizate în sistemele de siguranță activă și pasivă.

Dintre acestea sistemele Pre-Crash, reprezintă un domeniu unde se pot aplica cu succes aceste

rezultate. Proprietatea de reversibilitate și controlul elongației, în construcția actuatoarelor,

reprezintă baza de la care s-a realizat procesul de înlocuire a actuatoarelor clasice.

Actuatoarele realizate, în cadrul acestei lucrării,arată partea aplicată a rezultatelor obținute.

Concluzii referitoare la actuatoare cu AMF:

- prin utilizarea AMF se reduc dimensiunile gabaritice ale actuatorului;

- energia electrică pentru actuatoarele din coloana de direcție nu satisface condiția actuală a

energiei electrice disponibile într-un autovehicul;

- actuatorul care are la bază fire din NiTi poate avea poziții intermediare, într-un timp foarte

scurt, fără ca acestea să se deterioreze.

- microcontrolerul – oferă o gamă largă de solicitare a AMF

Concluzii privind programarea și realizarea standurilor:

Programarea standului W&B este realizată cu programul DionPro. Prin procesul de

programare, ales, s-a realizat posibilitatea testării probelor cu viteza limită a standului (v=33mm/s).

Testele dinamice au necesitat realizarea unui nou stand, cu care se analizează

comportamentul firelor în condiții de impact. Standul măsoară: forța, deplasarea, intensitatea

curentului și tensiunea electrică.

Cu acest stand se poate determina capacitatea de a disipa energie mecanică pentru AMF în

condiții dinamice. Datorită soluției constructive alease, se pot testa probe din AMF cu următoarii

parametri:

- lungime activă, L=100....1000mm;

- diametru, d=0.017....1mm;

Standul poate suporta:

- un număr de probe testate, n=1....19;

- un timpde activare a probei, t=0.1....10s;



- o intensitate a curentului , I=0.5....60A;

- o tensiune electrică, U=0.5....60V;

- o forță, F=1N....10kN;

- o deplasare, x=0....300mm;

- înregistrarea video a fenomenului.

Corelarea parametrilor este realizată prin intermediul programului LabView și FST 4.21

(pentru programarea PLC-ului).

Standul are o precizie cuprinsă în intervalul 91.2%....99.51%.

Concluzii referitoare la modelul matematic pentru AMF:

Modelul matematic pentru AMF reprezintă o soluție tehnică, pentru industria actuatoarelor

care au ca elment activ aceste materiale. Față de modelele prezentate, varianta propusă are ca

noutate faptul că activarea firelor din NiTi ține cont de: teniunea mecanică, elongație și timpul de

activare.

Precizia modelului este cuprinsă în intervalul de 88.8%....95%.

8.2 Contribuții proprii

Pe parcursul acestei lucrări a fost necesară optimizarea şi realizarea de noi standuri

capabile să satisfacă condiţiile de testare a firelor din NiTi. Necesitatea de a testa firele din NiTi în

condiţii de impact (regim dinamic), dar şi lipsa unui astfel de stand pe piaţă, a impus proiectarea şi

realizarea unui stand dinamic.

Noutatea acestei lucrări constă în faptul că:

- s-a determinat puterea electrică necesară pentru activarea EMF la o elongație de ε≥4%

obținută într-o secundă, la diferite tensiuni mecanice σ=100-400N/mm2 ;

- s-a programat și optimizat standul W&B, conform cu cerințele testelor;

- s-a determinat capacitatea de a absorbi energie mecanică, când proba este solicitată

mecanic cu viteze de testare cuprinse în intervalul v=0.1mm/s....33mm/s;

- s-a determinat capacitatea de a absorbi energie mecanică, în condiții de impact cu viteze

de testare cuprinse în intervalul v=2m/s....4m/s;

- s-au folosit, în regim dinamic, proprietățile firelor din NiTi: de a se contracta (când sunt

activate electric) și de a disipa energie mecanică, în unul și același fir;

- s-a proiectat, optimizat și realizat un stand de încercat AMF în condiții de impact;



- s-a realizat un model matematic pentru determinarea puterii electrice necesare activării

EMF;

- s-au proiectat și realizat actuatoare destinate sistemelor de siguranță;

- s-a proiectat un microcontroler, cu scopul de a simula o unitate de control și comandă

pentru actuatoare din AMF.

8.3 Diseminarea rezultatelor

În urma studiilor și a cercetărilor efectuate, au fost redactate un numar de 16 lucrări

șiințifice. Eleau fost publicate în jurnale de specialitate și buletinele conferințelor naționale și

internaționale. Acestea au fost indexate ISI sau publicate în reviste tehnice de specialitate, indexate

BDI, B+ și B.

- The13th EAEC European Automotive Congress Fisita,ISBN: 978-84-615-1794-7, 13-16

Iunie 2011, Valencia – 1 Lucrare [36];

- The 22nd International DAAAM 2011 Symposium, ISSN: 1726-9679, 23-26 Noiembrie

2011, Viena– 1 Lucrare [78];

- DAAAM International Scientific Book 2011, ISBN: 978-3-9010509-84-1, 23-26 Noiembrie

2011, Viena – 1 Lucrare [79];

- The XXVI microCAD International Scientific Conference, ISBN: 978-963-661-773-8, 29-

30 Martie 2012, Misckolc – 2 Lucrări [37], [99];

- Annals of Faculty Engineering Hunedoara – International Journal of Engineering, ISSN:

1584-2665, Hunedoara – 1 Lucrare [39];

- ACTA TECHNICA CORVINIENSIS – Bulletin of Engineering, ISNN: 2067-3809,

Hunedoara– 1 Lucrare [97];

- Forum HTWG Konstanz 2010/2011,ISNN:1619-9812, Konstanz – 1 Lucrare [96];

- SMST International Conference – ASM Journal 2013, Praga- 1 Lucrare [95];

- World Automotive Congress Fisita 2012,ISBN: 978-3-642-33746-8, Beijing– 1 Lucrare

[38];

- Journal of Automotive and Transport Engineering, ISSN: 2343-7006, Braşov – 1 Lucrare

[42];

- International Journal of Automotive Technology, ISSN: 1229-9138, Seul – 1 Lucrare [35];

- Journal of Achivements in Materials and Manufacturing Engineering, ISSN: 1734-8412,

Noua Zeelandă – 1 Lucrare [98].



- Journal of Materials Engineering and Performance, ISSN: 1059-9495 – 1 Lucrare [93];

- World Automotive Congress Fisita 2014, Mastricht – 1 Lucrare [34];

- Buletinul SIAR, Iunie 2014 – 1 Lucrare [33]*

Lucrarea notată cu * nu este încă publicată, pentru ea există doar acceptul scris a faptului că

va fi publicată în jurnalul amintit.

De asemenea, o parte din rezultatele cercetării au fost prezentate în cadrul unor Conferinţe

Internaţionale sau Jurnale (Fisita -2014, Maastricht, Journal of Materials Engineering and

Performance).

9 Rezumat

9.1 Rezumat în limba română

Aliajele cu memoria formei (AMF) reprezintă un grup de materiale metalice care sunt

capabile să revină la forma sau mărimea initială, atunci când sunt supuse unei proceduri termice

adecvate. Ele au proprietăți unice, care nu există în celelalte materiale utilizate în aplicațiile din

inginerie. Aliajul de NiTi este considerat unul dintre cele mai apreciate aliaje, datorită unui

domeniu larg de aplicabilitate.

În intervalul temperaturii de funcționare, NiTi prezintă două faze; fiecare din acestea au o

structură cristalină diferită și prin urmare proprietăți diferite. Faza temperaturilor înalte, denumită

”austenită” și faza temperaturilor joase, denumită ”martensită”. Efectul de memorie a formei apare

atunci când AMF este deformat prin solicitare mecanică, fiind în faza martensitică și apoi

nesolicitat revine la forma inițială. La temperatură constantă, acest fenomen este cunoscut ca fiind

un fenomen pseudoelastic, prin revenirea din domeniul elastic. Capacitatea de absorbție a energiei

este definite ca fiind proprietatea de a converti energia mecanică în căldură, prin frecări interne iar

această caracteristică poate fi cuantificată pentru fiecare material. Cu toate acestea, capacitatea de

absorbție de energie mecanică la AMF, este semnificativ mai mare față de materialele clasice.

Acest comportament deosebit, este determinat de schimbarea de fază.

Această lucrare analizează efectul de memorie a formei pentru probe de tip actuator și

pseudoelastic pentru aliajul de NiTi, atunci când probele sunt testate la viteze mici (v<33mm/s) și

la viteze mari (regim dinamic, v>1000mm/s), la diferite variații ale temperaturii. Pentru analiza în

regim dinamic a fost proiectat un stand de probă, capabil să genereze viteze de testare de până la

4000mm/s. Energia dezvoltată de sistem este realizată prin transformarea energiei potențiale a unei

greutăți în energie cinetică, care este transferată în urma impactului la proba de NiTi. Standul de



probă este echipat cu doi senzori de distanță pentru a măsura elongația și un senzor de forță montat

linear cu proba/probele. Adițional se poate înregistra și tensiunea electrică, atunci când efectul de

memorie a formei este activat electric (numai pentru probele de tip actuator). Având în vedere

faptul că energia electrică schimbă forma aliajului, se va studia și comportamentul probelor la

activarea, efectului de memorie a formei , electrică.

Datorită faptului că AMF pot disipa o cantitate semnificativa de energie mecanică, pot fi

utilizate cu success în structurile sisteme de siguranță ale autovehiculelor (în componența centurii

de siguranță sau airbag-ului).

Noutatea acestei cercetări constă în utilizarea, pentru o singură probă, atât a efectului de

memorie cât și a efectului pseudoelastic. Această noutate este concretizată printr-o serie de

actuatoare, dintre care unul pentru sistemele centurii de siguranță, unde fire de tip actuator și

pseudoelastic sunt asamblate. În perioada Pre-Crash, efectul de memorie a formei este activat

electric (folosindu-se energia electrică), iar atunci când impactul are loc atât firele de tip actuator

cât și cele de tip pseudoelastic au o structură austenitică, capabilă să disipe energie mecanică.

Firele de NiTi pot fi utilizate cu success în structurile sistemelor de siguranță, dacă este

statisfăcut necesarul de energie electrică pentru activarea efectului de memorie a formei.

9.2 Rezumat în limba engleză

Shape-memory alloys (SMA) are a group of metallic materials which are capable of

demonstrating the ability to return to a previously defined shape or size when subjected to an

appropriate thermal procedure. They have unique properties which do not exist in many materials

traditionally used in engineering applications. Among the existing shape memory alloys, NiTi

alloys are considered to be the most important due to their advantageous characteristics that

facilitate a large range of applications.

Within the typical operating temperature range, NiTi have two phases, each having a

different crystal structure and therefore different properties. At high temperature, the phase is

called ‘austenite’ (A) and the one at low temperature is called ‘martensite’ (M). The shape memory

effect occurs when the SMA is deformed while being in a martensitic phase and then unloaded at a

temperature below the phase transformation point. At elevated temperatures, these SMAs exhibit

the so-called ‘pseudo-elasticity’ by recovering a significant elastic deformation. Damping capacity

is defined as the ability of a material to convert the mechanical energy into heat, by internal

friction, and it is a characteristic which can be quantized for any material. Nevertheless, the SMA’s



damping capacity is, in general, significantly higher than the one of a standard material. This

special behaviour is determined by the numerous martensitic interfaces between austenite and

martensite, between different varieties of martensite and twin boundaries inside martensite itself.

The paper investigates these effects for actuator and pseudo-elastic type NiTi wires when

subject to slow (v<33mm/s) and fast testing conditions (dynamic conditions, v>1000 mm/s), at

various temperatures. For the dynamic investigations, a new testing plant was designed, capable of

generating impact speeds of up to 4000 mm/s. The energy of the system is produced by converting

the potential energy of a falling weight into kinetic energy, which is then transferred to the NiTi

wire sample through impact. The testing plant is endowed with two displacement sensors, for

measuring elongation and contraction and a force sensor in-line mounted. In addition, the

electrical voltages can be measured when the actuator wires are electrically activated prior to

impact. Since the current applicability range for the shape memory alloys is below its potential, a

more comprehensive study of their behaviour is performed.

In addition, the ability to absorb high amounts of energy recommends it for safety systems,

such as safety belts and/or airbag or other structure of automotive safety.

The results can be used to design new actuators for the automotive safety industry. The most

promising novelty of this research is the possibility to use the memory effect and also the

pseudoelastic properties in one and the same SMA element. A new application is designed in form

of an actuator for a safety seat belt system, where actuator and pseudoelastic wires are assembled.

In the pre-crash phase the shape memory effect is activated (using electrical energy) and when the

impact occurs the pseudoelastic and actuator wires are both in their austenite structures and

therefore able to dissipate mechanical energy.

The NiTi wires can be successfully used in automotive safety structures if the electrical

energy satisfies.



11 Referinţe

1 Abele J., Kerlen C., Krueger S., Baum H., Geißler T., Grawenhoff S., Schneider J. şi Schulz W., Exploratory Study on the potential socio-

economic impact of the introduction of intelligen Safety Systems in Road Vehicles, VDI+VDE Raport, Teltow, Germania, 169 p., 2005

2 Ahn S.K. si Kasi R.M, Exploiting microphase-separated morphologies of side chain liquid crystalline polymer networks for triple shape

memory proprieties. Advanced Multifunctional Materials, 21:4543-9, 2011

3 Ardeleanu R., Bujoreanu L.G., Sacarescu L., Sacarescu G. și Simionescu, M., Materiale nemetalice cu memoria formei, Structură-proprietăţi-

aplicaţii, Editura Cermi, Iaşi, 2007

4 Allafi J.H., Ahmadi B.A. şi Zare M., Biocompatibility and corrosion behavior of the shape memory NiTi alloy in the physiological environments simulated with body fluids for medical applications, Material Science and Engineering, C30, p. 1112-1117, 2010

5 Behl M., Bellin I., Kelch S., Wagermaier W., Öi Lendlein A., One step process for creating triple sape capability of AB polymer networks,

Advance Functional Materials, 19:102-110, 2009

6 Bellin I., Kelch S., Langer R. și Lendline A., Polymeric triple shape materials, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1003:18043-7, 2006

7 Bohlin N., "A Statistical Analysis of 28,000 Accident Cases with Emphasis on Occupant Restraint Value," SAE Technical Paper 670925,

1967

8 Benmimoun M., Fahrenkrog F. şi Benmimoun A., Automatisierte Situationserkennung zur Bewertung des Potentials von Fahrerassistenzsystemen im Rahmen des Feldversuchs "euroFOT",

9 Behr L.W., Electronic seat belt tensioning system, Patent US 5558370 A, 1996

10 Bachmann R., Baumann K.H., Fehring M., Justen R., Nilgen, N. şi Schoeneburg R., Seat belt Lock, US Patent 7584997 B2, 2009

11 Bleg W., Vogeltanz M., Hoenl W.D., Moedinger T. şi Rau T., Belt tensioner for a seatbelt system, US 7887095 B2, 2011

12 Boerger J., Haeringer J., Fassbender B. şi Palm G., A new approach of situation prediction for manifold driver assistance systems, VDI

Raport, 2010

13 Bogenrieder R., Fehring M. şi Bachmann Pre-Safe in rear-end Collision Situations, Raport Daimler AG 09-0129, 2011

14 Brasel K.J., Quickel R., Yaganandan N. şi Weigelt J., Seat Belts are more Effective than Airbags in Reducing Thoracic Aortic Injury in

Frontal Motor Vehicle Crashes, Journal of Trauma-Injury, Infection & Critical Care, Vol 53, p. 309-313, 2002

15 Breuer J.J., Faulhaber A., Frank P. şi Gleissner S., Real World Safety Benefits of Brake Assistance Systems, Raport Daimler-Mercedes nr.

07-0103, 2011

16 Bujoreanu L. G., Materiale Inteligente, Editura Junimea, Iasi, 2002

17 Bustiuc E., Dinamica accidentelor rutiere generată de impactul autovehicul – pieton, Iaşi, Lucrare de dizertaţie, 2010

18 Chen Y., Jiang H.C., Liu S.W., Rong L.J. și Zhao, X.Q., Damping capacity of TiNi-based shape memory alloys, Journal of Alloys and

Compounds, 482: 151-154, 2009

19 Chen S.J., Hu J.L., Yuen C.W., Chan L.K si Zhuo, H.T., Triple shape memory effect in multiple crystalline polyurethanes, Polymers for

Advanced Technologies, 21:377-80, 2010

20 Coelingh E., Eidehall A. şi Bengtsson M., Collision Warning with full auto brake and pedestrian detection – a practical example of automatic

emergency braking, în Proceedings of the 13th International IEEE Annual Conference on Intelligen Transportation Systems, p. 155-160, 2010

21 Coelin E., Eidehall A. şi Begtsson Collision Warning with Full Auto Brake and Pedestrian Detection – a practical example of Automatic

Emergency Braking, 13th IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systmes, p. 155-160, 2010

22 Dar K., Bakhouya M., Gaber J., Wack M. şi Lorentz P., Wireless Comunication Technologies for ITS Applications, IEEE Comunications

Magazine, p. 156-162, 2010

23 Dixon S.M., Apparatus and Method for enhancing performance of an occupant restraint system in a vehicle, Patent US5605202, 1997

24 Deliu G., Complemente de Mecanică, Editura universităţii Transilvania Braşov, Braşov, 215 p., 2007

25 Dong K., Adaptive seat belt load limiter and method, Patent US 0891923 B2, 2012

26 Dong K., Wang J.T. şi Huffman Adaptive Load – Limiting Seat belt buckle presenter, Patent US 7997620 B1, 2011

27 Dunne D. P., “Functional Memory Metals”,Materials Forum: Materials and processes of the 21th Century,Vol.24, The Institute of Materials

Engineering Australasia Ltd, Australia, Vol 24, pp 96-97, 2000

28 Edward J., Claghorn of New York, February 10, US 312.085, 1885

29 EU Raport, Respecting the rules - Better road safety enforcement in the EU, Brussell, 36p. 2008

30 EU Raport, Accidents road statistics, Martie 2012

31 Ervin R., Sayer J., Le Blanc D., Bogard S., Mefford M., Hagan M., Bareket Z. şi Winkler, C., Automotive Collision Avoidance System Field

Operational Test Report: Methodology and Results, National Technical Information Service Raport, 2007

32 Fahami S. M. H., Zamzuri H., Mazlan S. A., Zulkarnain N. B., The design of Vehicle active front steering based on steer by wire system, Advance Science Letters, Vol 12, No. 1, pp. 61-65, 2013

33 Gheorghita V., Chiru a., Strittmatter J., Numerical model for SMA as a tool for engineering applications, Buletinul – SIAR – In curs de

aparitie

34 Gheorghita V., Strittmatter J., Guempel P. și Chiru A., NiTi alloys designed for automotive safety systems, Fisita 2014 World Automotive Congress, Număr lucrare :F2014-LWS-050, Mastricht, 8p, 20014 (în curs de apariție)

35 Gheorghiţă V., Guempel P., Chiru A. și Strittmatter J.,Future application of Ni-Ti alloys in automotive safety systems, International Journal

of Automotive Technology, 2013

36 Gheorghiţă V., Guempel P., Strittmatter J., Heitz, T. şi Senn, M., Shape Memory alloys open new possibilitys in automotive safety systems,

Proceedings of EAEC 2011 Fista Congress pe CD, 8 p., 2011

37 Gheorghiță V., Guempel P., Heitz T., Strittmatter J., Shape Memory Alloy Actuators in Steering Columns, Proceedings of the XXVI.

microCAD International Scientific Conference, University of Miskolc, Hungary, 6 pagini pe CD, 29-30 March 2012.

38 Gheorghiță V., Guempel P., Strittmatter J., Chiru A., Heitz T. și Senn M., Using Shape Memory Alloys in Automotive Safety Systems,

Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress, Beijing, China, pp. 909-917, 27.-30. November 2012.

39 Gheorghiță V., Strittmatter J., Guempel P. și Akarasanon, P., New testing machine for measuring the damping properties of shape memory

wires in dynamic conditions, Annals of Faculty Engineering Hunedoara – International Journal of Engineering, 2, p.119-122, 2013.

40 Gheorghiță V., Guempel P., Lopez A. C. și Strittmatter, J., Controling the stroke of the shape memory actuators wires,Procedings of 22nd



International DAAAM 2011 Symposium, pagina 1305-1306, 2011

41 Gheorghiță V., Guempel P., Lopez A. C. și Strittmatter, J., Controling the stroke of the shape memory actuators wires, DAAAM

international Scientific Book 2011, Vienna, Austria, Chapter 46, pp. 563-572, 2011

42 Gheorghiţă V.,Guempel, P., Chiru, A. şi Strittmatter, J., Future applications of Ni-Ti alloys in automotive safety systems, International Journal of Automotive Technology, Vol 15,3, 469-475, 2014

43 Gheorghiţă V., Chiru, A. și Strittmatter J., Research Upon Niti Wires Designed To Be Used In Automotive Actuators, Journal of Automotive

and Transport Engineering, Vol. 1, p. 21-33, 2013

44 Graf A., Stromversorgung auf vier Raedern, Fachzeitschriften Verlag GmbH, 14 pagini, 2006

45 Guempel P., Radu I.S., Bruns A. şi Strittmatter J., Entwicklung einer neuartigen Prüfanlage zur Prüfung von Bauelementen aus

Formgedächtnismetallen, FH Konstanz, Raport, 2004

46 Guempel și 5 Coautori, Formgedaechtnislegierung, TAE Expert Verlag, Renningen, 150 p., 2004

47 Hartl D.J., Volk B., Lagoudas D. C., Calkins F. T. şi Mabe J., Thermomechanical characterization and modeling of Ni60Ti40 SMA for

acutated chevrons, in Proceedings of ASME, International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE), Chicago, IL, pp. 1–

10, 2006

48 Haja A., Prausses C., Katzwinkel R., Klandt J. şi Radimirisch M., Referenzsensorik fuer umfelderfassende Fahrerassistenz, VDI Raport, 2010

49 Heitz, T., Analysis of using CFK-Material for steering column components in passenger vehicles, CONAT 2010, Brașov, pp. 245-253, 2010

50 Heudorfer B. şi Meißner D., Aktiver Eingriff in passive Systeme: von passiver Sicherheit zu sicherem Fahren, în Forschung făr das Auto von Morgen, Springer Berlin Heildelberg New York, Berlin, p. 129-154, 2008

51 Holtzmann G., Meyer H. şi Schumpich G., Technische Mechanik Kinematik und Kinetik, Vieweg+Teubner Verlag, Weisbaden, Ediţia a 10a,

2010

52 Heimann B., Gerth W. şi Popp K., Mechatronik. Komponenten – Methoden – Beispiele, Ediţia a 3-a, Carl Hanser Verlag, München, 2007

53 Hu J., Yhu Y., Huang H. și Lu J., Recent advances in shape – memory polymers; tructure, mechanism, functionality, modeling and

applications, Journal Progress in polymer Science, 750, p. 44, 2012

54 Humbeeck V. J., Damping capacity of thermoelastic martensite in shape memory alloys, Journal of alloys and coumpound, 355:58-64, 2003

55 Isermann, R., Mannale, R. si Schmitt, Collision avoidance system PRORETA: Situation analysis and intervention control, Control

Engineering Practice, Vol 20,1,p. 1236-1246, 2012

56 Jayender J., Patel R.V., Nikumb S. şi Ostojic M., Modeling and control of shape memory alloy Actuators, IEEE Transaction on Control systems technology, Vol 13, p. 279-287, 2008

57 Jost N., Fe-Ni-Basis-Legierungen mit Formgedächtnis, in P. Gümpel şi 5 autori ,Formgedächtnislegierungen – Einsatzmöglichkeiten in

Maschinenbau, Medizintechnik und Aktuatorik, Expert-Verlag Renningen, Bd. 655, pp. 78-92, 2004

58 Johnson A.D. şi Alauddin S.S., Shape memory setting a shape memory alloy dental arch, European Patent, EP 2423338 A1, 2012

59 Kent W.R., Balandin D.V., Bolotnik N.N., Pilkey W.D. şi Purtsezov S.V., Optimal Control of Restraint Forces in an Automobile Impact,

Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 129, 415-424, 2007

60 Kusano K.D. şi Gabler, H.C. Potential occupant injury reduction in pre-crash system equipped vehicles in the striking vehicle of rear end crashes, Annals for the Advancement of Automotive Medicine, Vol 54, p. 203-214, 2010

61 Kwan K. & Nguyen B.K., Position Control of Shape Memory Alloy Actuators Using Self Tuning Fuzzy PID Controller, International

Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 4, no. 6, pp. 756-762, 2007

62 Lagoudas D. C., Shape memory alloys, Springer Science Business Media, Modelin and Engineering Application, New York, 2008

63 Lagoudas D.C., Entchev P.B., Pattor E., Brinson L.C. și Gao, X., Shape memory alloys, Part II: Modeling of poly crystals, Journal of

Mechanics of Materials, 38:430-462, 2006

64 Lexcellant C., Shape memory Alloys - Handbook, John Wiley and Sons, London, 2013

65 Linder, A., DukicT., Hjort, M, Methods for the evaluation of traffic safety effects of Antilock Braking System (ABS) and Electronic Stability

Control (ESC), VTI Rapport, 58:12, 2007

66 Lammering R. și Schmiedt I., Experminetal investigation on the damping capacity of NiTi components, Smart Material Structure, 10, p 853-859, 2001

67 Ma N. & Song, G., Control of shape memory alloy actuator using pulse width modulation, Institute of Physics Publishing, vol. 12, pp. 712-

719, 2010.

68 Martinez F.J., Toh C.K., Cano J.C., Calafate,C.T. şi Manzoni P., Emergency Services in Future Intelligent Transportation Systmes Based on Vehicular Communication Networks, IEEE Inteligent Transportation Systems Magazine, p. 6-20, 2010

69 Mekki O.B. şi Auricchio F., Performance evaluation of shape memory alloy superelastic behavior to control a stay cable in cable-stayed

bridges, Internatioonal Journal of Non – linear Mechanics 46:470-477, 2011

70 Muntzinger M.M., Zuther S. și Dietmayer, K., Probability estimation for an automotive Pre-Crash application with short filter settling times, Inteligent Vehicles Symposium, 411-416, 2009

71 Natomi M., Vilet K.J.V. şi Yip S., Classification and Characterization of the shape memory binary alloys, Material Research Societym Vol

980, 2007

72 OUG 63/2006

73 Otzuka K., WaymanC. M., Shape memory materials, Cambrigdge University Press, Cambridge, 1999

74 Perrone D., Iocchi L. şi Antonello P.C., Real time Stereo Vision Obstacle Detection for automotive safety application, Intelligent Autonomus Vehicles, Vol. 7, 240-245, 2010

75 Pywell J.F. şi Miller H.J., Rollover Seat System, Patent US 5492368, 1996

76 Raport intern VW – Via Vision, Smart Assistance – Safetz and Confort on the Road, Aprilie 2013

77 Robert Bosch DE, US 6219604, 2001

78 Roger W. G.și De Haven H., US Patent 2.710.649,1955

79 Rouhana S.W. şi Bedewi P.G., Seat belt restrain system with movable lap belt guides, Patent US 6769716 B2, 2004

80 Sattler K., Raith A., Brandmaier T. şi Sadou D., Maneuver-based Testing of Itegrated Higly Interconnected Safety Systems, in Porceedings of

the FISITA 2012 World Automotive Congress, Vol 196, p. 1677-1689, 2013

81 Schmied J., Mödinger T., TRW Ocupant Restrain Systems GmbH, Gurtstraffer für Sicherheitsgurt-Rückhalsysteme in Fahrzeugen, EP 0649779B1, 1998

82 Schraumm M., Adaptive Seatbelt Aparatus, Patent US 0162530, 2010

83 Schiedeck F., Entwicklung eines Modells făr Formgedțchtnisaktoren im geregelten dznamische Betrieb, TEWISS, Garbsen, 130p, 2009

http://www.igpr.ro/DPR/oug_63_2006.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Hugh_DeHaven



84 Schindler V. şi Siever, I., Forschung fuer das Auto von morgen – aus Tradition entsteht Zukunft, Springer Berlin Heidleberg New York, 2008

85 Schofield B., Model Based Vehicle Dynamics Control for Active Safety Systems, Teză de doctorat, Departamentul de automatică şi control al

Universităţii din Lund, Lund, 2008

86 Schweitzer M., Ausarbeitung eines Automatisierungskonzepts, sowie Evaluation der zur realisierenden Messketten für einen Prüfstand zur

Hochgeschwindigkeitsbelastung von Formgedächtnislegierungen, HTWG Konstanz, Lucrare de dizertaţie , 101 p., 2011

87 Schoeneburg R. și Baumann H.H., Auf dem Weg zur virtuellen Knautzschutzone – Moeglichkeiten des praeventiven Energiebbaus und Auswirkungen auf Fahrzeug und Insassen in der Vorunfallphase, în 11. Braunschweiger Symposion – Automatisierungs – Assistenzsysteme

und eingebettete Systeme fuer Transportmittel (AAER), p. 11-23, Braunschweig, 2010

88 Schoeneburg R., Die Neue Passive Sicherheit am Beispiel der E-Klasse – Steigerung der Insasseinsicherheit durch Nutzung der

Vorunfallphase, in Verband der Automobilindustrie – 11 Technischer Kongress 2009, p. 33-42, Wolfsburg, 2009

89 Schittenhelm H., The vision of accidnet free driving – haw efficent are we actually in avoiding or mitigation longitudinal real world

accidents, în Proceedings of the 21st International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV), Paper No. 09-510,

Stuttgart, 2009

90 Specht M., Killian T. şi Krauss, W., Seat belt retractor, Patent US 6290159 B1, 2001

91 Specht M., Seer M., Heckmayr T., Kilian T., Seat Belt Retractor with electric motor, EP 1761418B1, 2007

92 Specht M., HS Technik und Design Teschnische Entwicklung GmbH, Pyrotechnischer Gurtstraffer, EP 0685371 B1, 1995

93 Strittmatter J., Clipa V., Gheorghita V., Guempel P., Characterization of NITI Shape Memory damping Elements designed for Automotive

Safety Systems, Journal of Materials Engineering and Performance, 10p, (ISSN 1059-9495), 2014

94 Strittmatter J., Effektstabilität von NiTi – Formgedächtnislegierungen im Hinblick auf sicherheitstechnische Anwendungen im Automobilbau, Universitatea Transilvania din Brașov, Teză de doctorat, 2009

95 Strittmatter J., Gheorghiţă V. şi Guempel P., Characterization of NiTi Shape memory damping Elemnts designed for automotive safety

systems, SMST Conference, 20-24 Mai Praga, 2013

96 Strittmatter, J., Gümpel, P., Gheorghiță, V., Formgedächtnis-Aktoren in der Fahrzeugesicherheitstechnik und deren Alterungsverhalten, HTWG-Forum, Konstanz, pagina 59-66, 2010/2011

97 Strittmatter, J., Guempel, P., Chiru, A., Gheorghiță, V., Electrical Activation of the Shape Memory Effect for NiTi Wires, ACTA

TECHNICA CORVINIENSIS – Bulletin of Engineering, 3, p 65-68, 2013,

98 Strittmatter J., Guempel P., Gheorghiță V., Shape Memory Actuators – Potentials and Specifics of their Technical Use and Electrical Activation, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 55, 2, p 368-377, 2012

99 Strittmatter J., Gheorghiță V., Guempel P., Shape Memory Wires with Activation Times less than one Second, Proceedings of the XXVI.

microCAD International Scientific Conference, University of Miskolc, Hungary, 6 pagini pe CD, 29-30 March 2012

100 Stoeckel D., Shape Memory Actuators for Automotive Applications, Materials & Design, Vol 11, p. 302-307, 1990

101 Skrotzki B., Martensitische Umwandlung und Fomrgedächtnis in Fe-Ni- Basis Legierungen, VDI Verlag, 151p. 1992

102 Takimoto M., Koyama T., Kuriyama Z.,, Knee Protecting airbag device, US 8220830 B2, 2012

103 Vahidi A. și Eskandarian A., Research Advances in Itelligent Collision Avoidance and Adaptive Cruise Control, IEEE Transactions on

Itelligent Transportation Systems, 4, 143-153, 2003

104 Wang H., Xie L.Q., Lu Y.X., Gao J.G. și Zeng, Q., Research of Vehicle Collision Warning System, Applied Mechanics and Materials, 220-223, 1602-1605, 2012

105 Xu J.L., Zhong Z.C., Yu D.Z., Liu F., Luo J.M., Effect of micro-arc oxidation surface modification on the properties of the NiTi shape

memory alloy, Journal of Materials Science:Materials in Medicine, Vol 23, p. 2839-2846, 2012

106 Yong Chen, Daguo Lou, Hua Chen, Fuquan Zhao, (2013), A Study on Performance Simulation and Optimization of an Automatic Transmission, Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress Lecture Notes in Electrical Engineering Volume 193, 2013, pp

283-294.

107 http://www.edmunds.com/car-safety/protect-your-neck.html, Accesat în 20.05.2013

108 http://en.wikipedia.org/wiki/Power_steering, Accesat în 20.08.2013

109 http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_power_steering#Hydraulic_systems, Accesat în 20.08.2013

110 http://mercedes-benz-blog.blogspot.de/2010_03_08_archive.html, Accesat în 20.08. 2013

111 http://www.igpr.ro/DPR/dinamica_accidentelor_de_circulatie.htm, Accesat in 20.08.2013_

http://www.edmunds.com/car-safety/protect-your-neck.html,%20Accesat%20în%2020.05.2013

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_steering,%20Accesat%20în%2020.08.2013

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_power_steering#Hydraulic_systems, Accesat în 20.08.2013

http://mercedes-benz-blog.blogspot.de/2010_03_08_archive.html,%20Accesat%20în%2020.08.%202013

http://www.igpr.ro/DPR/dinamica_accidentelor_de_circulatie.htm



Date personale

Nume Viorel Gheorghiță

Adresă: Gottfried-Keller Str. 25, 78467

Konstanz

e-mail: [email protected]

[email protected]

Data nașterii: 4 Mai 1983

Studii:

2010 – prezent Universitatea Transilvania din Brașov, România Scoala doctorală.- Domeniu –Aliaje cu memoria formei în

sistemele de siguranță ale autovehiculelor 2007 – 2009 Universitatea Transilvania din Brașov, România Diplomă de Master în Mecanică computațională 2002 – 2007 Universitatea Transilvania din Brașov, România Diplomă de Inginer Autovehicule Rutiere 1997 – 2002 Colegiul Tehnic „Traian Vuia“ Galati, România Diplomă de Bacalureat

Experiență profesională:

03.02.2014 – prezent Coordonator de proiect S.C. Stabilus SRL, Brasov 01.03.2010 – 28.02.2014 Cercetător științific

la HTWG Konstanz, Laboratorul de Studiul Materialelor 01.10.2008 – 29.02.2010 Cercetător științific - Realizarea Lucrării de Master

la HTWG Konstanz, Laboratorul de Studiul Materialelor 07.09.2007 – 29.09.2008 Proiectant - Ansamblu General pentru Autocamioane la Firma Roman S.A. 05.03.2007 – 29.08.2007 Student Erasmus – Realizarea Lucrării de Diplomă la HTWG Konstanz, Laboratorul de Autovehicule 10.11.2006 – 03.03.2007 Tehnician la Firma Roman S.A.

Limbi străine: Germană (mediu), Engleză (avansat)

Cunoștințe PC: Office (Word, Excel, PowerPoint), CAD (Catia V5R16,

AutoCAD), Achiziții de date (LabView)

Publicații: 16 publicații



Personal dates:

Name Viorel Gheorghiță

Address: Gottfried-Keller Str. 25, 78467

Konstanz

E-mail: [email protected]

[email protected]

Data of birth: 4 Mai 1983

Studys:

2010 – Present University Transilvania din Brașov, România PhD Student – Field Memory Alloy in Automotive Safey 2007 – 2009 University Transilvania din Brașov, România Master Diploma - Field Mechanical computational 2002 – 2007 University Transilvania din Brașov, România Engineer Diploma - Field Automotive Engineering 1997 – 2002 Technicall College „Traian Vuia“ Galati, România Baccalaureate Diploma

Professional experiences:

03.02.2014 – present Project Manager S.C. Stabilus SRL, Brasov 01.03.2010 – 28.02.2014 Scientific Researcher

at the HTWG Konstanz, Study of Material Laboratory 01.10.2008 – 29.02.2010 Scientific Researcher – Master Thesis

at the HTWG Konstanz, Study of Material Laboratory 07.09.2007 – 29.09.2008 Designer – General Anssably for Trucks at the Firma Roman S.A. 05.03.2007 – 29.08.2007 Student Erasmus – Diploma Work at the HTWG Konstanz, Laboratorul de Autovehicule 10.11.2006 – 03.03.2007 Tehnician at the Firma Roman S.A.

Foreign language: German (medium), English (avance)

Computer knowledge: Office (Word, Excel, PowerPoint), CAD (Catia V5R16,

AutoCAD), Data acquisition (LabView)

Publications: 16 Articles

Documents

TEZ DE DOCTORAT Rezumat - unitbv.roold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de doctorat...TEZ DE DOCTORAT Rezumat Cercetri pri vind utilizarea materialelor noi în structurile sistemelor