Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A szálerősítésű műanyagok (FRP) olyan kompozit anyagok, amelyek nagy-szilárdságú szintetikus szálakból és ágyazó anyagból (mátrix) állnak. Széles körben alkalmazzák őket különféle műszaki alkalmazásokban, vagy önálló szerkezeti elemeket alkotva, mint például autó- vagy repülőgépalkatrészek, vagy hagyományos építőanyagok, pl. beton vagy acél kiegészítő összetevőjeként. Az elmúlt néhány évtizedben szerkezeti fa és szálerősítésű műanyagok kombinációja területén is indultak kutatások és gyakorlati műszaki alkalmazások, többek között fagerendák és keretek megerősítése ilyen anyagokkal a mechanikai viselkedés javítása céljából. Az FRP elemek lehetnek lemezek, lamellák, beágyazott rudak, profilelemek, stb. Az ilyen öszvérszerkezetek viselkedésének megértése elméleti kutatásokat és gyakorlati alkalmazási tapasztalatokat is igényel.

A kutatások fő vonalába tartoznak a régi fagerendák utólagos megerősítése vagy új megerősített szerkezeti elemek tervezése, analitikus számítások és numerikus szimulációk a teherbírásra, merevségre és egyéb jellemzőkre vonatkozóan, illetve egyéb különleges viselkedések vizsgálata, mint például kiszakadás vagy delamináció. Kihívást jelent a fa inhomogén, nemlineáris és erősen anizotrop természete, valamint a szálerősítésű műanyagok nyilvánvaló inhomogenitása is. További problémák adódnak a fa és a megerősítés kapcsolatából és a fának a tulajdonságából, hogy a mechanikai tulajdonságai nagy változatosságot mutatnak faj, kor, méret és mintavétel tekintetében.

A szakirodalmi eredmények sokféle fafajra vonatkoznak, mivel a kutatások többsége az adott régióban honos vagy a helyi gazdaságban jelentőséggel bíró fajokra összpontosít, és emiatt nagy változatosságot mutatnak. Ez a kutatás a lucfenyőt érinti, amely Európa nagy területein honos és az építőiparban széles körben elérhető, és szénszálas műanyag lamellákkal megerősített fagerendák hajlításának elemzésével foglalkozik. Mérési eredmények korábbi kísérletekből elérhetőek. A kutatásnak célja a lehető legegyszerűbb, de hatékony analitikus modell kidolgozása, amely a megerősítés mechanikai viselkedését leírja e fafaj egyedi tulajdonságainak figyelembevételével, részletes végeselemes modell kidolgozása numerikus szimulációk céljából tekintettel a fa nemlineáris, inhomogén és anizotrop természetére, és a modellek validálása a kísérleti eredmények alapján. A feladathoz szükséges végeselemes programok, pl. ANSYS, és numerikus programok, pl. MATLAB használata. A kutatás várható eredménye a szénszálas műanyagokkal megerősített lucfenyő gerendák viselkedésének modellezése és mélyebb megértése, amely hatékonyabb tervezési eljárásokhoz vezethet.