Search

Ispitan je utjecaj različitih oksidnih nosača željezovih nanočestica na krajnja svojstva kompozitnog materijala sa polilaktidnom matricom (PLA). Nanočestice željeza sintetizirane su prema literaturi [1] te su modificirana koristeći SiO2 ili TiO2 kao njihove nosače. Različite kombinacije punila korištene su za pripremu PLA kompozita. Prvo su pripremljeni kompoziti sa 0, 5 % mas punila čistih oksida. Naknadno, u takvu početnu smjesu dodavano je 0, 5 % mas hibridnih punila (punila: silicijev oksid/željezove nanočestice -HSI, titanov oksid/željezove nanočestice -HTI). Također, priređeni su kompoziti samo sa 0, 5 % mas hibridnog punila. Pripremljenim kompozitnim materijalima ispitana su različita primjenska svojstva. Toplinska stabilnost praćena je uz pomoć termogravimetrijske analize (TGA), toplinska provodnost ispitana je metodom „vrućeg mosta“, a volumna električna otpornost pomoću uređaja konstruiranog prema ASTM D257 normi. Također je provjeren utjecaj pripremljenih čestica i na mehanička svojstva kompozitnog materijala mehaničkim vlačnim ispitivanjem. Rezultati pokazuju kako korištenje druge vrste nosača za željezove nanočestice može imati različit utjecaj na primjenska svojstva ; primjerice dodatak TiO2 kao nosača uvelike narušava mehanička svojstva kompozita za razliku od SiO2, odnosno SiO2 povećava toplinsku provodnost, a dodatak TiO2 nema značajan utjecaj na nju.

Kako je tema ovog diplomskog rada Numerička analiza čvrstoće kompozitne proteze potkoljenice proizvedene aditivnim tehnologijama, u uvodnom dijelu dana je kratka teorijska podloga o samoj definiciji, povijesti izrade proteza potkoljenica i podjeli trenutno dostupnih komercijalnih proteza. Također, pri razvoju modela bilo je nužno koristiti programe za topološku optimizaciju konstrukcije, stoga je opisan i sažet pregled rada navedenog matematičkog algoritma. Razvoj topološki optimiranih i vlaknima ojačanih kompozitnih konstrukcija sve više zaobilazi primjenu tradicionalnih postupaka proizvodnje i pribjegava upotrebi aditivne proizvodnje. Iz tog razloga su predstavljene tehnologije i materijali za aditivnu proizvodnju kompozitnih materijala pogodnih za proteze potkoljenice. Drugi dio rada sadržava numeričku simulaciju predstavljenu topološkom optimizacijom izvedenom na prethodno konstruiranom numeričkom modelu. Predložen je polazni pojednostavljeni model sa detaljno opisanim rubnim uvjetima i opterećenjima, te mogućnostima i utjecajima pojedinih parametara na rezultat optimizacije s ciljem minimiziranja mase. Naposljetku za tako topološki optimiran model provedena je dinamička analiza u Abaqus/Standard® programu koristeći mehanička svojstva aditivno proizvedenog kompozitnog materijala. Na kraju rada prikazan je autorov osvrt na temu i rezultate analize. As the topic of this thesis is Numerical analysis of the strength of composite lower leg prostheses produced by additive technologies, the introductory part gives a short theoretical background on the definition itself, the history of lower leg prostheses manufacturing and the classification of currently available commercial prostheses. Also, during the development of the model, it was necessary to use software for the topological optimization of the structure. Therefore, a brief overview and summary of the operation of the mentioned mathematical algorithm is described. The development of topologically optimized and fiber-reinforced composite structures is increasingly bypassing the application of traditional production methods and resorting to the use of additive manufacturing. For this reason, technologies and materials for additive manufacturing of composite materials suitable for lower leg prostheses are presented. The second part of the thesis consists of a numerical simulation represented by a topological optimization performed on a previously designed numerical model. An initial simplified model is suggested with a detailed description of the boundary conditions and loads, as well as the possibilities and influences of individual parameters on the optimization result with the aim of mass minimization. Finally, for such a topologically optimized model, a dynamic analysis was performed in the Abaqus/Standard® program using mechanical properties of the additively produced composite material. At the end of the thesis, the author's review of the topic and the results of the analysis is presented.

Tema ovog završnog rada je programsko rješenje sinteze pri projektiranju hibridnih materijala. U uvodnom dijelu će se ukratko osvrnuti na projektiranje hibridnih, odnosno, kompozitnih materijala u teoriji te će biti prikazana i objašnjena sva potrebna svojstva materijala za nastavak rada. Nakon toga slijedi izrada dijagrama tokova za olakšanu izradu programskog koda u programskom paketu „Python“. Programski kod se izrađuje na način da se na temelju dva odabrana materijala proračunavaju vrijednosti svojstava te se na osnovu tih svojstava generiraju dijagrami svojstava materijala. Nakon izrade programskog koda zaključno će se ručnom metodom provjeriti valjanost samog koda., The topic of this final thesis is the software solution of synthesis in the design of hybrid materials. In the introductory part, the design of hybrid, i.e., composite materials in theory will be briefly reviewed, and all necessary material properties will be presented and explained for further work. This is followed by the creation of a flow chart to facilitate the creation of program code in the "Python" program package. The program code is created in such a way that the property values are calculated based on the two selected materials and material property diagrams are generated based on these properties. After creating the program code, the validity of the code itself will be checked by manual method.

Dizajn i udobnost, pored osnovne funkcije sjedala, često mogu biti odlučujući parametri za izbor automobila. Materijali koji se koriste za temeljne automobilske navlake za sjedala u autoindustriji najčešće su izrađeni iz različitih sirovina odnosno komponenata međusobno spojenih u jednu kompaktnu cjelinu kompozita. Različitim brzinama lijepljenja komponenata u kompozit istraženi su optimalni uvjeti lijepljenja, koji omogućuju stabilniju i trajniju navlaku za auto sjedala. Sila razdvajanja komponenti ovisi o termičkoj brzini spajanja – veća brzina lijepljenja utjecala je na manju silu razdvajanja. Sila međusobnog razdvajanja komponenata ovisi o njihovoj brzini spajanja. Veća brzina spajanja tj. ljepljenja daje manju silu razdvajanja komonenata. Manja debljina poliuretana i manja brzina termičkog spajanja komponenti u kompozit utječu na veće sile razdvajanja. Promjena brzine lijepljenja ipak nije značajno utjecala na mehanička svojstva kompozita s i bez šava (poput: prekidne sile šivaće igle, sile probijanja, otpornost na habanje). Brzina lijepljenja komponenti je izuzetno važna za stabilnost i trajnost kompozita. Brzina lijepljenja nije utjecala niti na probodne sile šivaće igle, usprkos tomu što se kod manjih brzina PU pjena više tali i ostavlja veću krutinu između komponenti kompozita. Ispitane brzine lijepljenja komponenti nisu značajno odstupale pa nisu niti utjecale bitno na veće promjene u svojstvima kompozita kao i u kvaliteti šava. No srednja brzina je najčešće imala najbolja svojstva kompozita. Sustavna analiza dinamičke napetosti konca i debljine igala, na različitim debljinama PU pjene omogućila je odabir najboljih parametara koji su dali šav optimalnih parametara kvalitet. Poseban značaj ovog istraživanja temelji se na mjerenjima probodnih sila šivaćih igala na mjernom uređaju na Institutu za tekstil i procesnu tehniku (ITV) u Denkendorfu, Njemačka, s promjenom debljine PU pjene i vrste šivaće igle u cilju poboljšanja izgleda i čvrstoće šivanog šava. Sustavnom analizom šivaćeg šava istražena je deformacija kompozita na mjestima uboda šivaće igle, kao i izgled te oštećenje šivaće igle. Na temelju toga odabrana je najpovoljnija šivaća igla koja najmanje oštećuje kompozit, s najmanjim probodnim silama, kao i najmanjim oštećenjima šivaće igle. Na temelju dobivenih rezultata istraživanja može se utvrditi da je vrsta i debljina šivaće igle najvažniji parametar dobivanja kvalitetnog šivačeg šava ispitanih kompozita za auto auto navlake., The design and comfort, in addition to the basic functions of the seat, can often be the deciding parameters for selection of cars. The materials used for the core automotive seat covers in the automotive industry are usually made of different raw materials or components interconnected in one compact unit composites. Optimal conditions bonding have investigated the different speeds of bonding components in the composite, which provides stable and durable car seat covers. The force of separation of components depends on its thermal speed connection - higher speed gluing has affected less force separation. The force of mutual separation of components is depending on their connection speeds. The higher speed connection respectively gluing gives less force separation of components. The smaller thickness of the polyurethane and lower speed of thermal mergers of components in composite affect the larger forces of separation. Changing the speed of gluing was not significantly affected the mechanical properties of the composites with and without a seam (such as: breaking force of the sewing needle, force of spherical punching, abrasion resistance). The systematic analysis of the thread tension and thick needles at various thicknesses PU foam enabled the selection of the best parameters to provide the highest quality seam. The significance of this research is based on measurements of penetration force on an innovative device at the Institute of Textile and Process Engineering (ITV) in Denkendorf, Germany, with changing thickness PU foam and types of needles in order to improve the appearance and strength of the seam. A systematic analysis of the seam investigated the deformation of composites at the site of injection needles, as well as the appearance and damage to the pins. On this basis selected the cheapest needle is selected that causes the least damage composite, with the least penetrating forces, as well as the smallest damage of the needle. Based on the results, it can be determined that the type and thickness of sewing needles is most important parameter to obtain high-quality sewing the seam surveyed composites for car covers.

U današnje se vrijeme za izradu zaštitnih antibalističkih ploča koriste raznovrsni materijali poput čelika, keramike, drva, polimera te kompozitnih materijala. Upravo kompoziti zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava, koje je moguće „oblikovati“, nailaze na sve širu primjenu u području zaštite ljudi i materijalnih dobara. U ovom radu predložena je struktura antibalističke kompozitne ploče od staklenih i polietilenskih vlakna s ultra visokom molekularnom masom (UHMWPE) u matrici od epoksidne smole nakon koje je podvrgnuta ispitivanju otpornosti na kinetičke penetratore. Također, analizirana su i mehanička svojstva epoksidne smole ojačane nanočesticama aluminijevog oksida (Al2O3) kako bi se vidio utjecaj nanopunila, a ispitivanja su provedena u Laboratoriju za polimere i kompozite. Nowadays, various materials such as steel, ceramics, wood, polymers and composite materials are used to make protective anti-ballistic panels. Due to their excellent mechanical properties, which can be „designed“, composites are increasingly used in protection of people and goods. In this paper, the structure of an anti-ballistic composite panel made of glass fibres and ultra-high molecular-weight polyethylene (UHMWPE) fibres in an epoxy resin matrix was proposed, after which it was subjected to kinetic penetrator resistance testing. Additionally, the mechanical properties of epoxy resin reinforced with nanoparticles of aluminium oxide (Al2O3) were analyzed to see the effect of nanofillers and tests were carried out in the Laboratory of Polymers and Composites.

Prvi osnovni materijali koji su se koristili u zrakoplovstvu bili su drvo i čelik. Daljnjim razvojem zrakoplovstva došlo je do potrebe za boljim performansama zrakoplova te su istraženi i razvijeni novi materijali i njihova svojstva. Materijali i njihova svojstva moraju zadovoljavati brojne zahtjeve u zrakoplovstvu kako bi se koristili stoga su detaljno proučeni i analizirani. U današnje doba koriste se brojni materijali pri izradi zrakoplovne konstrukcije poput metala, nemetala i kompozitnih materijala. Ovim završnim radom prikazani su funkcionalni i eksploatacijski zahtjevi te su analizirana tehnološka svojstva koja materijal mora posjedovati kako bi se mogao koristiti pri izradi zrakoplovne konstrukcije. Nakon analize svojstava su prikazani i opisani materijali iz skupine metala, nemetala te kompoziti koji se koriste pri izradi zrakoplovne konstrukcije.

U diplomskom radu opisan je programski kôd razvijen za izračun konstanti elastičnosti te naprezanja i deformacija koja se javljaju u opterećenom kompozitnom materijalu. U uvodnom dijelu su opisani kompozitni materijali te područje primjene istih. Nadalje su opisani kompozitni materijali koji su često primjenjivi u praksi te su navedena njihova svojstva. U daljnjem dijelu rada prikazani su matematički izrazi klasične teorije laminata (CLT) na kojima se zasnivaju proračuni naprezanja i deformacija kompozitnih materijala. Matematički izrazi za izračun naprezanja i deformacija su prvotno prikazani s obzirom na utjecaj vanjskih opterećenja, a zatim su prošireni za higrotermalne utjecaje. Kroz sam proračun prikazane su razlike između izotropnih, anizotropnih i ortotropnih materijala. Nakon prikazanih matematičkih izraza, ukratko je opisan korišteni softverski paket MATLAB te je princip rada razvijenog programskog kôda detaljno opisan pomoću dijagrama toka slijedom toga i neki od važnijih dijelova koda. Razvijeni programski kôd verificiran je s pomoću softverskih alata koji se koriste u industriji. U završnom poglavlju prikazana je usporedba istovrsno opterećenog pločastog modela sačinjenog od konstrukcijskog čelika, s odabranim kompozitnim materijalom ugljik/epoksi, na osnovi čega su izvedeni zaključci.

Kompozitni materijali se izrađuju u cilju postizanja upravo onih svojstava koja nisu ostvariva kod pojedinačnih komponenata. Najveća prednost kompozitnih materijala je niska masa uz dobra mehanička svojstva i zbog toga postaju sve prisutniji u raznim granama industrije, posebno u transportnoj industriji. U ovom radu opisana je podjela kompozita prema materijalu matrice i ojačavala, gdje se najveća pažnja posvetila vlaknima ojačanim polimernim kompozitima. Opisani su najznačajniji postupci prerade kompozita s naglaskom na postupak ručnog laminiranja koji je primijenjen u eksperimentalnom dijelu rada. Industrija iskazuje sve veće zanimanje za izradu predoblika (tkanje) koja su blizu veličini i obliku gotovog proizvoda za vlaknima ojačane kompozite. Tradicionalno se predoblik izrađivao od 2D tkanina, no nedavno se pokazalo da se 3D tkanine mogu uspješno upotrebljavati. Glavne prednosti 3D tkanina uključuju smanjenje mase, uklanjanje delaminacije, smanjen rizik od pukotina, kraće vrijeme proizvodnje i smanjenje troškova. Glavnja prednost smanjenje mase ujedno je i okosnica ovog diplomskog rada da se ustanovi primjena tih materijala u transportnoj industriji. U eksperimentalnom dijelu opisana je izrada pet kompozitnih ploča od 3D staklenih tkanina tvrtke Parabeam. Provedena su ispitivanja rasteznih i savojnih svojstava i žilavosti. Na temelju rezultata provedena je usporedba i analiza. Composite materials are made in order to achieve properties that are not achievable with individual components. The biggest advantage of composite materials is low mass with good mechanical properties and therefore they are becoming more and more present in various branches of industry, especially in the transport industry. This paper describes the division of composites according to the matrix material and reinforcements, where the greatest attention was paid to fiber reinforced polymer composites. The most significant methods of composite processing are described, with an emphasis on the hand lay-up procedure used in the experimental part of the paper. The industry is showing increasing interest in making roving preforms that are close to the size and shape of the finished product for fiber-reinforced composites. Traditionally, the preform was made of 2D fabrics, but recently it has been shown that 3D fabrics can be used successfully. The main advantages of 3D fabrics include weight reduction, removal of delamination, reduced risk of cracks, shorter production time and reduced costs. The main advantage of weight reduction is also the backbone of this thesis to establish the application of these materials in the transport industry. In the experimental part, the production of five composite panels made from Parabeam 3D glass fabrics is described. Tensile, flexural properties and toughness tests were performed. Based on the results, a comparison and analysis was performed.

Prekomjerno korištenje neobnovljivih izvora energije potiče na uvođenje alternativnih goriva, posebice vodika primjenom fotokatalitičkog procesa cijepanja vode djelovanjem Sunčeve energije. Uloženi su brojni napori u pokušaju razvijanja učinkovitih fotokatalizatora sa širokim rasponom sakupljanja Sunčeva zračenja. Jedan od najkorištenijih fotokatalitičkih materijala je TiO2 koji, unatoč brojnim prednostima, ima ograničenja poput visoke vrijednosti energije zabranjene zone (Eg). Potencijalno rješenje za njegovo unaprjeđenje nalazi se u kompozitiranju TiO2 s ostalim fotokatalizatorima aktivnim pod zračenjem vidljivom svjetlošću. Ovim diplomskim radom provedena je detaljna fotoelektrokemijska karakterizacija kompozitnih materijala na bazi TiO2, konkretno TiO2-SnS2/GO-RGO s različitim udjelima GO-RGO, a za potpunu usporedbu analizirane su i pojedinačne komponente navedenog kompozita. Imobilizirani fotokatalizatori na FTO podloge korišteni su kao elektrode, dok su sva mjerenja provedena u 0,1 M otopini NaCl-a. Za fotoelektrokemijsku karakterizaciju korištene su sljedeće metode: LSV, EIS, OCP i MS analiza. Na temelju rezultata i izračunom konstante rekombinacije fotogeneriranih naboja, za daljnja istraživanja odabran je kompozit označen s TSG 60, koji je podvrgnut ispitivanjima u 0,1 M otopini NaCl-a uz dodatak različitih sredstava koji djeluju kao elektron-donori i na taj način utječu na smanjenje konstante rekombinacije unutar sintetiziranih kompozitnih materijala. Korišteni su etilen-glikol, metanol i trietanolamin u različitim volumnim udjelima. Najmanja konstanta rekombinacije fotogeneriranih naboja, kr = 0,007 s^-1, postignuta je u 20 vol % otopini metanola u NaCl-u, što ukazuje da u kompozitnom materijalu postoji dobar sinergistički učinak koji omogućuje dobro razdvajanje i prijenos naboja što smanjuje stopu rekombinacije naboja. Excessive use of non-renewable energy sources encourages the introduction of alternative fuels, especially hydrogen by the application of photocatalytic water splitting employing solar energy irradiation. Numerous efforts have been made in the attempt to develop effective photocatalysts with a wide range of solar radiation activity. One of the most widely used photocatalytic materials is TiO2 which, despite its many advantages, has limitations such as rather large band gap energy (Eg). A potential solution for its improvement lies in designing composite materials of TiO2 with other photocatalysts active under visible light radiation. This work carried out a detailed photoelectrochemical characterization of composite materials based on TiO2, specifically TiO2-SnS2/GO-RGO with different proportions of GO-RGO, and for the complete comparison, the individual components of this composite were analyzed. Immobilized photocatalysts on FTO substrates were used as electrodes, while all measurements were performed in 0.1 M NaCl solution. The following methods were used for photoelectrochemical characterization: LSV, EIS, OCP and MS analysis. Based on the results and the calculation of the recombination constant of photogenerated charges, a TSG 60-labeled composite was selected for further research, which was tested in 0.1 M NaCl solution with the addition of various agents that act as electron donors and thus reduce recombination constants within the synthesized composite materials. Ethylene glycol, methanol and triethanolamine were used in different volumes. The lowest recombination constant of photogenerated charges, kr = 0.007 s^-1, was achieved in a 20 vol% solution of methanol in NaCl, indicating that there is a good synergistic effect in the composite material that allows good charge separation and transfer which reduces the charge recombination rate.

Kompoziti su materijali koji su lakši, a snažniji od čelika; danas još uvijek najkorištenijeg materijala u industriji. Kompozitni materijali raspolažu mnogobrojnim pogodnim svojstvima, koja konvencionalni materijali nemaju. Industrija kompozita je jedna od najbrže rastućih industrija ovog stoljeća, upravo zbog specifičnih svojstva koja se njihovom proizvodnjom mogu postići. Kako je upravo zbog krize uzrokovane pandemijom bolesti COVID-19 uslijedio nagli pad industrijske proizvodnje u svijetu, pa tako i u Hrvatskoj, ovaj diplomski rad će se posvetiti istraživanju utjecanja krize na tržište materijala potrebnih za proizvodnju kompozitnih tvorevina, te na tržište proizvoda. Također, porastom emisije štetnih plinova, Program održivog razvoja UN-a ima kao osnovni cilj osigurati održivo korištenje prirodnih izvora na nacionalnoj i međunarodnoj razini, gdje kompozitni materijali mogu pronaći svoje mjesto, upravo zbog postizanja svojstva koja se monolitnim i konvencionalnim materijalima ne mogu. Krajnji cilj je prikupljanje informacija o budućnosti proizvodnje ovih materijala, te njihovom doprinosu programu održivog razvoja, kao i istraživanju utjecaja pandemije bolesti na njihovu proizvodnju. Composites are materials that are lighter and stronger than steel; today still the most used material in the industry. Composite materials have many beneficial properties, which conventional materials do not have. The composite industry is one of the fastest growing industries of this century, precisely because of the specific properties that can be achieved with their production. Due to the crisis caused by the COVID-19 pandemic, there was a sharp decline in industrial production in the world, including in Croatia, so this thesis will focus on the impact of the crisis on the market of materials needed for the production of composites and the product market. Also, because of increasing emissions, the UN Sustainable Development Program aims to ensure the sustainable use of natural resources nationally and internationally, where composite materials can find their place, precisely by achieving properties that monolithic and conventional materials cannot. The ultimate goal is to gather information on the future of the production of these materials, and their contribution to the sustainable development program, as well as to research the impact of the pandemic on their production.

Suvremena restaurativna dentalna medicina bila bi nezamisliva bez kompozitnih materijala. Kompoziti se koriste za nadoknadu izgubljenog tvrdog zubnog tkiva, uslijed karijesnih lezija i trauma, za korekciju diskoloracija i morfoloških abnormalnosti, za izradu labijalnih faseta i neizravnih restauracija – inleja, onleja i overleja. Primjenjuju se i u ostalim granama dentalne medicine. Svakodnevnu uporabu kompozita omogućili su otkriće i razvoj adhezijskih sustava i polimerizacijskih uređaja. Kompozitni materijali se sastoje od organske matrice, anorganskih čestica punila te međugraničnog spojnog sredstva, uz dodatak inicijatora i inhibitora polimerizacije, stabilizatora boje i pigmenata. Postoji više klasifikacija kompozita, a najčešće korištena je ona prema kliničkoj primjeni. Razlikujemo kompozitne materijale za preventivno pečaćenje fisura i jamica, visokoviskozne kompozite koji se smatraju univerzalnim materijalima jer se koriste i u prednjem i u stražnjem segmentu, tekuće kompozite koji se koriste za minimalno invazivne preparacije i kao podloga, bulk kompozite koji se mogu postavljati u kavitet i u slojevima do 4 mm debljine, laboratorijske kompozite, kompozite za izradu bataljaka, kompozite za privremene restauracije i kompomere. Danas se na tržištu mogu naći kompozitni materijali s bioaktivnim svojstvima, koji svojim remineralizacijskim učinkom smanjuju štetne posljedice polimerizacijskog skupljanja i preveniraju nastanak sekundarnog karijesa. Cilj je u bliskoj budućnosti kreirati bioaktivni, samoadherirajući kompozitni materijal s inkorporiranim antibakterijskim sredstvima.

Polimerizacija kompozitnih materijala temeljno je i klinički značajno svojstvo koje određuje mnogobrojna fizička svojstva materijala poput čvrstoće, tvrdoće, elastičnosti, biokompatibilnosti, apsorpcije vode, hrapavosti površine i promjene boje. Postoje izravne i neizravne metode određivanja stupnja konverzije. Izravne metode temelje se na vibracijskoj spektroskopiji te izravno određuju količinu neizreagiranih C=C veza. U izravne metode pripadaju Ramanova spektroskopija te spektroskopija s Fourierovom transformacijom infracrvenog spektra (FTIR).

U procesu simuliranja interakcije elektromagnetskoga vala s kompozitnim materijalima nekom od numeričkih metoda potrebno je koristiti odgovarajuću prostornu diskretizaciju s ćelijama puno manjima od valne duljine vala i pojedinačnih ćelija koje upravo čine taj kompozitni materijal. To je redovito numerički prezahtjevno i za najsuvremenija računala pa se kod simuliranja kompozitnih materijala koristi homogenizacija. Riječ je o procesu u kojem se kompozitni materijal zamjenjuje homogenim materijalom na način da izvan materijala njegov odziv izgleda jednako kao i odziv kompozitnog materijala. Standardno se koriste geometrijski jednostavne jedinične ćelije, ali za posebna svojstva takvih materijala potrebno je koristiti i geometrijski složene ćelije kao i više različitih materijala. U sklopu diplomskog rada razvit će se baza jediničnih ćelija za koje će se pomoću procesa homogenizacije izračunati efektivni parametri te neuronska mreža koja će se trenirati na toj bazi podataka. Cilj rada je koristiti tako dobivenu neuronsku mrežu za izračun efektivnih parametara kompozitnih materijala sačinjenih od geometrijski kompleksnih jediničnih ćelija. U sklopu rada usporedit će se tako dobiveni efektivni parametri s efektivnim parametrima dobivenima homogenizacijom. In the process of simulating interaction of an electromagnetic field with composite materials, used numerical methods must be combined with special spatial discretization with triangulation cells smaller than the wavelength of the incoming wave and smaller than material unit cell. This is unumerically too demanding for the most modern computers, so homogenization procedure is used to complete this task. Homogenization is a process in which a composite material is replaced by a homogeneous material in such a way that outside the material its response looks the same as the response of the composite material. In order to get particular material response it is necessary to use geometrically complex cells as well as several different materials. Database of unit cells together with their effective parameters calculated using standard homogenization procedure will be developed, as well as a neural network that will be trained on the database. The aim of this thesis is to use the neural network to calculate the effective parameters of composite materials composed of geometrically complex unit cells. As part of the thesis, the effective parameters obtained in this way will be compared with the effective parameters obtained by standard homogenization procedure.

Terapija pacijenata sa parafunkcionalnim aktivnostima veoma je kompleksna i često ne moţe da spreči dalja oštećenja zuba ili zubnih nadoknada. Porast broja osoba kojima je dijagnostifikovan bruksizam ukazuje na neophodnost pronalaţenja rešenja kojima bi se smanjio rizik od nastanka komplikacija pri protetskoj rehabilitaciji pacijenata. Razvojem novih materijala, koji bi svojim karakteristikama kompenzovali štetna dejstva okluzalnih sila, značajno bi se unapredio kvalitet ţivota pacijenata sa parafunkcionalnim aktivnostima. Osnovni cilj doktorske disertacije bio je da se ispita primena termoplastičnog materijala na bazi polietereterketona, fasetiranog kompozitnim materijalom, u protetskoj terapiji krezubosti bočne regije fiksnim zubnim nadoknadama kod pacijenata sa parafunkcionalnim aktivnostima. Pored toga ispitivana je mogućnost primene koordinantne merne mašine za merenje trošenja dentalnih materijala. Materijal i metode: Istraţivanje je sprovedeno kao prospektivna klinička i eksperimentalna studija. U okviru kliničkog dela studije protetska rehabilitacija pacijenata podrazumevala je izradu trideset mostova, pri čemu su jednoj polovini mostova antagonisti bili prirodni zubi, dok su drugoj polovini antagonisti bili metalokeramičke ili keramičke zubne nadoknade. Supstruktura mostova izraĎena je od termoplastičnog materijala na bazi polietereterketona nakon čega je fasetirana kompozitnim materijalom. U periodu od godinu dana sprovedena su tri kontrolna pregleda (neposredno po cementiranju protetske nadoknade, nakon šest i dvanaest meseci) tokom kojih je proveravan kvalitet površine zubne nadoknade i njen uticaj na okolna tkiva, otpornost zubne nadoknade u uslovima oralne sredine i pri funkcijama orofacijalnog sistema, kontaktni odnos zuba, pacijentova procena uspešnosti primenjene protetske terapije i pojava komplikacija tokom i nakon protetske terapije. U okviru eksperimentalnog dela studije mereno je trošenje trideset kruna izraĎenih od ispitivanog materijala pomoću koordinantne merne mašine. Krune su skenirane pre i nakon eksperimentalno izazvanog starenja materijala a zatim su uz pomoć softvera dobijene vrednosti zapremine i vertikalnog smanjenja fasetnog kompozitnog materijala. Rezultati: Rezultati istraţivanja ukazuju na to da je nakon godinu dana promena boje fasetnog kompozitnog materijala bila u okviru praga prihvatljivosti 50:50% kod 36.7% mostova kada je boja merena na suvoj površini, odnosno 20% mostova kada je odreĎivana na vlaţnoj površini zubne nadoknade. Vrednosti plak indeksa, gingivalnog indeksa i indeksa krvarenja na provokaciju, izmerene su oko mezijalnog nosača mosta nakon šest i dvanaest meseci, bile su statistički značajno veće u odnosu na kontrolni zub (mezijalni agonista). Tokom kliničkog praćenja pojave oštećenja nije uočeno trošenje zuba antagonista, dok su sporadično zabeleţeni pojava pukotina u fasetnom materijalu, trošenje fasetnog materijala, odlamanje delova fasetnog materijala i odvajanje fasetnog materijala od supstrukture. Na osnovu ukupne ocene karakteristika zubnih nadoknada prema FDI kriterijumima, nakon godinu dana 86.7% nadoknada smatrano je prihvatljivim, dok su preostale nadoknade označene kao relativan neuspeh protetske terapije zbog oštećenja fasetnog kompozitnog materijala koja su zahtevala korekcije. Kompjuterskom analizom okluzije nisu uočene značajne razlike u broju okluzalnih kontakata, jačini relativnih sila, poloţaju centra okluzalnih sila, kao ni u vremenu uspostavljanja okluzalnih kontakata, nakon cementiranja nadoknade, nakon 6 i 12 meseci. TakoĎe, nije utvrĎen uticaj tipa antagonista na promenu broja okluzalnih kontakata u predelu protetske nadoknade... Complex therapy of patients with parafunctional mandibular activities usually does not prevent further damages of teeth or dental resorations. Increasing number of people, who are diagnosed with bruxism, requires finding a solution that would reduce the risk of complications in prosthodontic rehabilitation of patients. Appliance of new materials, with such characteristics that compensate for the harmful effects of occlusal forces, would significantlly improve the life quality of patients with parafunctional activities. The aim of the study was to test the application of thermoplastic polyetheretherketone material, veneered with composite material, in prosthodontic treatment with fixed partial dentures in posterior region, in patients with parafunctional activities. In addition, the possibility of using coordinate measuring machine for measuring of dental material wear was examined. Material and methods: The research was conducted as a prospective clinical and experimental study. Within the clinical part of the study, prosthodontic rehabilitation of patients involved the production of thirty fixed partial dentures, with natural antagonistic teeth for one half of restorations, and metalceramic or ceramic antagonists for the other half. The substructure was made of thermoplastic polyetheretherketone material, veneered with composite material. During one-year opservation period three control examinations were conducted (immediately after placement of dental restoration, after six and twelve months), and the folowing parameters were monitored: surface quality of dental restorations and its influence on surrounding tissue, material resistance in terms of the oral environment and during orofacial function, occlusal contacts of the teeth, patients assessment on the effectiveness of applied prosthodontic therapy and the occurrence of complications during and after prosthodontic rehabilitation. Within the experimental part of the study, coordinate measuring machine was used for dental material wear measurement. Thirty dental crowns were scanned before and after experimentally accelerated aging of the material, which enabled software calculation of volume and vertical height loss of composite material. Results: After one year, the color change (ΔE) of the veneering composite material was within the 50:50% acceptability threshold in 36.7% of the cases when the color was measured on a dry surface, and in 20% of the cases when the color was determined on the damp surface of fixed partial dentures. Plaque index, gingival index and bleeding on probing, that were measured around the mesial abutment tooth after six and twelve months, showed statistically significant higher values compared to the control tooth (mesial agonistic tooth). During one-year opservation period no antagonistic tooth wear was noticed, while the cracks in the veneering composite material, the composite material wear, delamination and separation from the substructure appeared in a limited number of cases. Based on FDI criteria for the clinical evaluation of direct and indirect restorations, 86.7% of fixed partial dentures after one year were considered acceptable, while the remaining were marked as a relative failure of prosthodontic therapy due to damage of the facet composite material that required to be repaired. Computer occlusal analysis did not reveal significant differences in the number of occlusal contacts, the strength of relative occlusal forces, the COF position, as well as in the time of establishing occlusal contacts, after cementation, after 6 and 12 months. Additionally, type of antagonist teeth did not seem to have impact on the number of occlusal contacts in the area of fixed dental restorations...

Inovativnim rješenjima, odnosno uporabom inovativnih materijala, nastoji se ostvariti jedan od ciljeva kojemu teže svi timovi koji su sudionici Formula Student natjecanja - smanjenje ukupne mase natjecateljskog vozila. Pogonske osovine, odnosno vratila – poluvratila, element su kod kojega je ostvariva značajna ušteda na masi prelaskom sa čelika na kompozitni materijal – ugljičnim vlaknima ojačanu smolu (eng. CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). Analitički je, pomoću relacija koje slijede iz teorije ljusaka i mehanike kompozitnih materijala, a iz zadanih polaznih veličina, određen srednji polumjer i broj slojeva koji su potrebni da kompozitna cijev izrađena od ugljičnih vlakana (T700) i epoksidne smole (DT120) zadovoljava kriterije popuštanja karakteristične za kompozitne materijale. Fleksijska kritična brzina vrtnje također je analitički određena. Zatim je koristeći programski paket Abaqus/Standard napravljen model i provedena statička numerička analiza metodom konačnih elemenata (MKE) kojom su potvrđene analitički dobivene dimenzije cijevi. Nakon toga, analitički su određene a potom i numerički potvrđene potrebne dimenzije prirubnica – nosača tripoidnih križeva. Predstavljena su moguća rješenja spajanja cijevi i prirubnica. Odabirom lijepljenog spoja kao najpovoljnije opcije, pomoću analitičkih su izraza određene potrebne dimenzije ovog spoja i samih prirubnica, odnosno elemenata koji prenose torzijski moment sa cijevi na tripoidne križeve i obrnuto. Konačno, naprezanja u spoju također su analizirana MKE metodom koristeći programski paket Abaqus/Standard. With innovative solutions, by using innovative materials, it is tried to achieve one of the goals all teams participating in a Formula Student competition are striving for – reducing the overall mass of the competing vehicle. Propelling shafts, i.e. halfshafts, are elements that offer a significant mass reduction by altering the material they are made of from steel to a composite material – carbon fibre reinforced polymer (CFRP). Firstly, from input data, using relations based on theory of shell structures and classical lamination theory, the mean radius and the number of plies in a composite tube made of carbon fibre (T700) and epoxy resin (DT120) have been analytically determined so that the composite materials failure criteria are satisfied. Flexural critical speed has also been analytically determined. After that, using the Abaqus/Standard software, a model was created and a numerical static analysis using finite element method (FEA) was performed in order to confirm the analytically obtained results. Then dimensions of the steel adherends were analytically obtained and then numerically validated. The possible solutions for connecting the tube with adherends were presented. After choosing the adhesive joint as an optimal solution, using analytical relations, dimensions of the joint itself and the steel adherends, (i.e. the elements that are transferring the torsional load from the composite tube to the tripoid joints and vice versa) have been determined. Finally, stresses in the adhesive joints were analysed using FEA in Abaqus/Standard as well.

U predavanju su prezentirani rezultati vlastitith znanstvenih istraživanja eksperimentalnih kompozitnih materijala s bioaktivnim komponentama: amorfni kalcijev fosfat, 45S5 bioaktivno staklo, bioaktivno staklo s dodatkom fluorida.

Bušaće, teške bušaće i teške šipke uz dlijeto čine osnovni dio niza bušaćih alatki prilikom izrade bušotine. Osim standardnih čeličnih bušaćih šipki u novije vrijeme se sve više pojavljuju šipke izrađene od drugih materijala kao što su kompoziti, aluminij ili titan, ali njihova primjena u naftnoj industriji je još uvijek mala. Stoga je osnovni zadatak ovog završnog rada istaknuti prednosti i nedostatke bušaćih šipki izrađenih od kompozitnih materijala te istaknuti situacije i uvjete kada ih je poželjno koristiti.

Općenito govoreći svaki materijal koji se sastoji od dvije ili više komponenti različitih svojstava i jasne granice između komponenti može se nazivati kompozitni materijal. Dobiveni materijal ima svojstva koja se razlikuju od pojedinačnih komponenti. Sve više se koriste kompoziti na bazi biomasa ili otpadnih masa. Na taj način zadovoljava se potreba za zaštitom okoliša, zbrinjavanjem otpadnih masa, isto tako, dobiva se proizvod niske gustoće, prihvatljivih cijena, dostupan je velikoj masi ljudi, te produljuje radni vijek strojeva. U ovom radu pripremljeni su kompozitni materijali na bazi otpadne mase, miješanjem polimera, polietilen oksida (PEO) sa mljevenom raži. Pripremljena su tri uzorka, uzorak sa sitno mljevenim ljuskama i sjemenkama raži, uzorak sa srednje mljevenim ljuskama i sjemenkama raži kojem su dodani štapići stabljike raži postavljeni u jednom smjeru, te uzorak sa krupno mljevenim ljuskama i sjemenkama raži kojem su dodani štapići stabljike raži postavljeni u raznim smjerovima. U drugom dijelu eksperimentalnog dijela ispitana su osnovna svojstva materijala ; masa, debljina, gustoća, poroznost materijala, te ponašanje kompozita na mehanička djelovanja vlačnih sila pri vlačnom testu. Rezultati su pokazali da komopzit sa sitno mljevenom raži ima najbolja svojstva koja odlikuju materijale za izolaciju ; mala masa, mala debljina, mala površina, velika gustoća te mala poroznost

Tema ovog diplomskog rada je numerička analiza kompozitne konstrukcije dijela brdskog bicikla, koja će zamijeniti postojeću konstrukciju. Postojeća konstrukcija zbog svojeg oblika i vrste materijala izaziva osjećaj nesigurnosti u određenim situacijama u vožnji. U sklopu rada opisani su tipovi bicikala i razlike po kategorijama. Navedene su norme koje su propisane za ispitivanje okvira brdskih bicikala, te su proračunate sile koje djeluju na promatrani dio okvira. Uz to, opisani su postupci proizvodnje i razlike kompozitnih materijala. Također je opisan postupak proizvodnje okvira od kompozita ojačanih ugljičnim vlaknima. Nadalje, u radu je analizirana postojeća aluminijska konstrukcija te su navedena konstrukcijska ograničenja. U odnosu na postojeće stanje konstrukcije, navedena su određena poboljšanja te izrađen 3D model u programskom paketu Solidworks. Nad dobivenom CAD geometrijom proveden je numerički proračun čvrstoće u programskom paketu Abaqus. S obzirom na geometriju novog modela izvršena je analiza upotrebe različitih vrsta konačnih elemenata. Opisana je orijentacija vlakana po određenim slojevima i opterećenja na konstrukciju. Na kraju rada prikazani su rezultati za kriterije popuštanja, naprezanje i lateralni pomak, te je napravljena usporedba sa postojećom aluminijskom konstrukcijom. The subject of this thesis is numerical analysis of composite bicycle frame part, which will replace the existing part. Because of its designed shape, the current part can cause the feeling of insecurity in certain situations during the ride. Within this thesis, bicycle types and categories are described. The standards prescribed for structural testing of a mountain bike frame have been specified and the forces that act upon the part are calculated. In addition, the production processes and differences between different composite materials are also described. Also described is the complete process of manufacturing carbon composite frames. Furthermore, the existing aluminum part was analyzed and design constraints were noted. In regards to the existing state of the part, certain improvements were advised, and a 3D model was created using Solidworks software. The created CAD geometry model was imported into Abaqus software and analyzed. Different types of finite elements were used and compared in the analysis. Furthermore, the orientation of the fibers for the layers in the model are described together with loads that act upon it. At the end of the thesis, results are presented for failure criteria, strain and lateral displacement, together with a comparison between existing aluminum and new composite part.

Optimiranjem kompozitne konstrukcije moguće je postići značajno smanjenje mase konstrukcije ili bolje ponašanje konstrukcije korištenjem iste količine materijala. Čak i kada su oblik i dimenzije konstrukcije fiksni, ostaje velik broj parametara koji utjeću na ponašanje konstrukcije kao što su izbor materijala vlakana, debljine slojeva te orijentacije svakog pojedinog sloja. S druge strane, uslijed velikog broja mogučnosti prilikom oblikovanja kompozitne konstrukcije znatno se komplicira proces konstruiranja. U prošlosti često korišten pristup konstruiranju principom pokušaja i pogreške nije se pokazao veoma učinkovitim u slučajevima velikog broja varijabli koje treba uzeti u obzir. Odatle potječe interes za razvojem metoda optimiranja koje povezuju postojeće metode za analizu čvrstoće konstrukcija i optimizacijske algoritme. U ovom radu korištena je kombinacija programskih paketa Isight i Abaqus za optimiranje kompozitnog panela ojačanog uzdužnicama. Provedena je numerička analiza za više slučajeva opterećenja i više kriterija popuštanja te je za odabrane slučajeve proveden proces optimizacije. U procesu optimizacije varirane su orijentacije slojeva, broj slojeva i materijali. Kao cilj optimiranja zadano je smanjenje mase, smanjenje vrijednosti kriterija popuštanja i povečanje kritične sile izvijanja. Isight i Abaqus su povezani korištenjem Python skripti, a kao optimizacijski algoritam korišten je Isightov genetski algoritam. Pokazano je da se metoda korištena u radu uspješno može primijeniti za optimiranje kompozitnih konstrukcija. By applying the optimisation techniques it is possible to considerably decrease the weight of the structure or to obtain better mechanical properties using the same amount of material. Even when shape and dimensions of the structure are fixed, there is still large number of parameters that can impact it’s behaviour. On the other hand, vast number of possibilities considerably complicate the design process. Previously used design principle based on trial and error has shown to be of little use when it comes to high number of design variables. Because of all that, the interest is shown for development of optimisation methods which connect existing methods for structural analysis and optimisation algorithms. In this paper the combination of Isight and Abaqus software is used to optimise stringer stiffened composite panel. Numerical analysis is conducted considering several loading case and using different failure critera. Selected cases are optimised. Ply orientations, number of plies and materials are varied. Optimisation goal is minimisation of mass and failure criteria and maximisation of buckling load. Isight and Abaqus are connected through Python scripts and genetic algorithm is used for optimisation. It is shown that the method applied in this paper can be successfully used for optimisation of composite structures.

High esthetic requirements present a challenge in restorative dentistry due to the complex structure of dental tissues, micromorphology and composition of dentin and enamel. Dental composite material is characterized by its excellent esthetic properties despite significant structural differences from the dental tissues. Nevertheless, optimum esthetic results are not easy to achieve and require balancing several clinical factors. The aim of this dissertation was to evaluate the effect of dentin restoratives with different optical properties than composite materials on the optical characteristics of the final restorations. This doctoral thesis investigates the optical characteristics (color and translucency) of such combined "sandwich" restorations related to their type, shade and thickness of the final composite layer. Fluorescence properties of materials, initial color and color stability and marginal integrity of combined restorations in prepared cavities in extracted teeth are also investigated in relation to the type of dentin restorative and final 'enamel' layer. Materials and Methods: The following materials were used as dentin restoratives: tricalcium-silicate cements (Biodentine, Septodont), experimental hydroxyapatite inserts (HAP), fiber-reinforced composite (EverX Posterior, GC). Filtek Z250 (micro-hybrid with Bis-GMA, 3M ESPE), Filtek Z550 (nano-hybrid, 3M ESPE), Gradia Direct (micro-hybrid without Bis-GMA, GC), of A1 or A3 shade, were used as control groups. For bulk-fill restorations nano-hybrid bulk-fill composite materials were used: Filtek Bulk Fill Posterior (3M ESPE) and Tetric EvoCeram Bulk Fill (Ivoclar Vivadent). Adhesives: Single Bond Universal (3M ESPE), Adhese Universal (Ivoclar Vivadent), GC G-aenial Bond (GC) were used with the respective composites. In the first part of the study, optical parameters of all materials, prepared in different layer thickness and shades were measured. Samples were made in standardized cylindrical plastic molds. Color (ΔE) and translucency (TP) were measured using a spectrophotometer VITA Easyshade® Advance 4.0 (VITA Zahnfabrik). The color, expressed as the deviation from ‘ideal white’, and translucency were determined according tothe CIEL*a*b* color system..., Estetski zahtevi predstavljaju izazov u restaurativnoj stomatologiji, pre svega zbog kompleksne strukture dentalnog tkiva, mikromorfologije i sastava dentina i gleđi. Dentalni kompozitni materijali odlikuju se izvanrednim estetskim svojstvima, iako se strukturalno znatno razlikuju od zubnih tkiva. Međutim, postizanje optimalnih estetskih rezultata nije uvek jednostavno i zahteva balans više kliničkih faktora. Predmet ove doktorske disertacije je ispitivanje uticaja dentinskih zamenika, bitno različitih estetskih svojstava od kompozitnih materijala, na optičke karakteristike finalne restauracije. Ispitivani su optički parametri (boja i translucencija) takvih "sendvič" restauracija, uzimajući u obzir vrstu dentinskih zamenika, vrstu, nijansu i debljinu završnog kompozitnog sloja, fluorescencija materijala, zatim inicijalna boja, stabilnost boje i marginalna mikropropustljivost ispuna u preparisanim kavitetima zuba u zavisnosti od materijala za nadoknadu dentina i završni gleđni sloj. Materijali i metode: Materijali koji su korišćeni kao dentinski zamenici su: trikacijum-silikatni cement (Biodentin, Septodont), inserti eksperimentalnog sintetičkog hidroksiapatita (HAP), kompozitni materijal ojačan staklenim vlaknima (everXPosterior, GC). Kontrolnu grupu su predstavljali univerzalni kompozitni materijali: Filtek Z250 (mikro-hibrid sa Bis-GMA-om, 3M ESPE), Filtek Z550 (nano-hibrid, 3M ESPE), Gradia Direct Posterior (mikro-hibrid bez Bis-GMA-e, GC) u dve različite nijanse A1 i A3. Kod restauracije "bulk-fill" tehnikom korišćeni su nano-hibridni bulk fill kompozitni materijali: Filtek Bulk Fill Posterior (3M ESPE) i TetricEvoCeram Bulk Fill (IvoclarVivadent). U ovom istraživanju korišćeni su adhezivi: Single Bond Universal (3M ESPE), Adhese Universal (Ivoclar Vivadent), GC G-aenial Bond (GC). U prvom delu istraživanja izmereni su optički parametri svih materijala, različitih debljina i nijansi. Uzorci su pravljeni u standardizovanim plastičnim kalupima cilindričnog oblika. Merenje je vršeno spektrofotometrom VITA Easyshade Advance 4.0 (VITA Zahnfabrik). Boja (ΔE, odstupanje od idealno bele) i translucencija (TP) su izračunate prema CIEL*a*b* sistemu...

Kompozitni materijali počeli su se koristiti u stomatologiji šezdesetih godina prošloga stoljeća. Sastoje se od organske smolaste matrice i čestica anorganskog punila međusobno povezanih međugraničnim veznim sredstvom. Odlikuju ih odlična estetska i zadovoljavajuća fizičko-mehanička svojstva, stoga su prikladni materijal za restauracije u području cijeloga zubnoga luka. Stvrdnjavaju se svjetlosnom polimerizacijom, biokompatibilni su i iznimno rijetko mogu izazvati sustavne ili lokalne nuspojave. Osim u području restaurativne dentalne medicine, našli su svoju primjenu i u brojnim drugim granama. Postoji nekoliko različitih klasifikacija kompozitnih materijala, od kojih se najviše koristi ona prema količini i veličini čestica anorganskog punila. Kompozitni materijali neprestano se razvijaju. Razlikujemo materijale poput makropunjenih, mikropunjenih i hibridnih kompozita koji su nastali među prvima i danas se manje koriste. Visokoviskozni mikrohibridni i nanohibridni kompoziti, kao i tekući te debeloslojni (bulk) kompoziti koriste se najčešće. Postoje i materijali temeljeni na nekonvencionalnim monomerima uglavnom s ciljem smanjenja polimerizacijskog skupljanja, vlaknima ojačani kompoziti i kompozitni cementni sustavi. Budući da su polimerizacijsko skupljanje i stres i dalje glavni nedostaci ovih materijala, dovodeći do pojave poslijeoperativne preosjetljivosti, marginalnog diskontinuiteta i mikropropuštanja s posljedičnim zubnim obojenjem i pojavom sekundarnog karijesa, istraživanja novih materijala teku u tim, ali i u drugim smjerovima. Razvoj je usmjeren daljnjem unapređenju postojećih samoadhezivnih tekućih kompozita, kao i ostvarenju kompozitnih materijala sa samoreparacijskim, antibakterijskim i remineralizacijskim sposobnostima. The usage of composite materials in dentistry began in the sixties of the last century. They consist of an organic resin matrix and anorganic filler particles joined together by a interfacial coupling agent. They posses excellent aesthetic and sufficient physico-mechanical properties which makes them suitable as a restoration material in entire dental arch. They are cured by a light activated polymerization, biocompatible and could cause sistemic or local side effects in extremely rarely ocasions. Except in the field of restorative dentistry, they have found their aplication in many other branches as well. There are several different clasifications of composite materials, but the most used one is according to the filler amount and size of its particles. Composite materials are constantly evolving. Today there are materials like macrofilled, microfilled and hybrid composites which were among first ones and now are rarely used. Micro-hybrid and nano-hybrid composites, flowable composites and bulk composites are frequently used. There are also materials based on unconventional monomers whose purpose is mostly to prevent or decrease polymerization shrinkage, fiber reinforced composites and composite cements. Since shrinkage and stress present the main dissadvantages of composite materials relating to possible postoperative sensitivity, marginal discrepancies and microleakeage resulting in tooth discoloration and secondary caries occurance, new researches goes in those, and other directions as well. The development is focused towards further improvement of already existing self-ahesive composites, and search for materials capable of self-repairing (healing), remineralization and antibacterial action against microorganisms.

Tema diplomskog rada je određivanje svojstava kompozitnih materijala. U uvodnom dijelu objašnjeno je što su kompozitni materijali, gdje se primjenjuju i na koje načine se proizvode, nakon čega je razmotrena mikromehanika kompozitnih materijala u svrhu procjene mehaničkih svojstava kompozita ojačanih vlaknima. Objašnjene su analitičke metode mikromehanike za određivanje svojstava kompozitnih slojeva te je pomoću njih izračunat očekivani teorijski raspon vrijednosti mehaničkih svojstava, a zatim su metode međusobno uspoređene na konkretnim primjerima. U sklopu mehanike kompozitnih materijala u radu je sažeto izložena i makromehanika laminata uključujući i različite kriterije popuštanja kompozitnih materijala koji su kasnije korišteni u numeričkim simulacijama. Nastavak rada bavi se eksperimentalnim metodama određivanja mehaničkih svojstava kompozitnih materijala. Navedene su i razrađene neke norme koje se odnose na statička vlačna ispitivanja kompozitnih materijala. Također, prikazani su rezultati ispitivanja kompozitnih epruveta u statičkom vlačnom eksperimentu provedenom na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Zatim je provedena numerička simulacija pokusa rastezanja epruveta s ciljem verifikacije i validacije teoretskih metoda mikromehanike. Prije numeričke analize ukratko je objašnjena metoda konačnih elemenata te je provedena verifikacija konačnih elemenata na primjeru kompozitne ploče opterećene jednolikim kontinuiranim opterećenjem. Verifikacija je potrebna kako bi se odredili najprikladniji konačni elementi za numeričku simulaciju. U numeričkoj analizi korišteni su Tsai-Hill, Tsai-Wu te kriterij maksimalnih naprezanja. Najprije je provedena analiza korištenjem analitički dobivenih vrijednosti mehaničkih svojstava, a zatim eksperimentalno dobivenih. Validacija rješenja izvršena je pomoću dostupnih eksperimentalnih podataka. The subject matter of thesis is determination of properties of composite materials. The introductory part explains composite materials, their application and ways of production, and afterwards micromechanics of composite materials were considered in purpose of estimation of mechanical properties of fiber-reinforced composites. Analytical methods of micromechanics were explained and the expected theoretical ranges of mechanical properties values were calculated using those methods, and then the methods were compared to each other in examples. Within mechanics of composite materials macromechanics of laminas was briefly presented, including various failure criteria of composite materials which were later used in numerical simulations. The continuation of thesis is concerned with experimental methods for determination of mechanical properties of composite materials. Some standards refering to static tensile tests of composite materials were listed and elaborated. Also, the results of tensile test experiments conducted at the Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture in Zagreb were presented. Then, numerical simulations of tensile experiment were carried out with the purpose of verification and validation of theoretical methods of micromechanics. Before the numarical analysis itself, finite element method was explained and verificaton of finite elements was conducted on composite plate loaded with uniform continuous load example. Verification is required for determination of the most suitable finite elements for numerical analysis. Regarding numerical analysis, there were used Tsai-Hill failure criterion, Tsai-Wu failure criterion and maximum stresses failure criterion. Analysis using theoretically obtained values of mechanical properties was cunducted first and analysis using experimentally obtained properties was conducted afterwards. Validation of numerical solutions was made using avaliable experimental data.

Područja primjene kompozitnih materijala su mnogobrojna uključujući: automobilsku industriju, aeronautiku, medicinu, građevinarstvo, sport itd. U novije vrijeme istraživanja ovih materijala prvenstveno uključuju izradu biokompozita na bazi prirodnih punila (ojačanja), što rezultira prednostima poput: ekološke prihvatljivosti, dostupnosti, niske cijene, niske gustoće, niskog abrazivnog trošenja u strojevima i manje oslobađanje ugljičnog dioksida. U ovom radu pripremljeni su biokompozitni filmovi, na bazi otpadne biomase, postupkom lijevanja mješavine vodene otopine polietilen oksida (PEO) i ljuske riže (LJR). Ljuske riže su poznate po tome da kompozitnim materijalima daju bolja termoizolacijska svojstva. Rižine ljuske mljevene su u tri razine na sitno, srednje i krupno mljevene, dok su koncentracije bile od 25, 50 i 100 % u odnosu na masu polimera. Biokompozitnim materijalima ispitana su mehanička i termoizolacijska svojstva. Rezultati su pokazali da je za poboljšanje vlačne čvrstoće, dodatkom punila u matricu potrebno ostvariti jaku adheziju između matrice i punila. Manja veličina punila rezultira većom specifičnom površinom odnosno boljom interakcijom s matricom. Zbog toga je jedino kod biokompozita sa sitno mljevenim rižinim ljuskama uz povećanje punila potrebna veća maksimalna sila istezanja do pucanja za razliku od uzoraka sa srednje mljevenim i krupno mljevenim ljuskama. Dodatak krupno mljevenih rižinih ljuski rezultirao je smanjenjem otpora prolazu topline kod svih koncentracija punila. Puno veći otpor prolazu topline u odnosu na čisti PEO filma (0, 049 m2ºC/W) imaju biokompoziti sa sitno mljevenim i srednje mljevenim (najveće povećanje od 120 % kod PEO/LJR=100/25) rižinim ljuskama. Rezultati pokazuju da se smanjenjem veličine rižinih ljuski poboljšava interakcija rižinih ljuski s PEO polimernom matricom, što rezultira poboljšanjem termoizolacijskih svojstava biokompozita.

Tema ovog rada je eksperimentalno određivanje karakterističnog tlačnog i savojnog opterećenja koje dovodi do narušavanja integriteta kompozitne sendvič konstrukcije. U uvodnom dijelu ukratko je predstavljen FSB Racing Team i Formula Student natjecanja, kao i uloga kompozitnih materijala u nosivoj konstrukciji trkaćeg bolida. Prikazan je inicijalni izbor vrste ispuna i ugljičnih vlakana za monocoque šasiju električnog bolida FSB Racing Team-a predviđenog za sezonu natjecanja 2019. godine. U drugom poglavlju su opisani umetci koji imaju funkciju nošenja komponenti koje se prihvaćaju na nosivu konstrukciju bolida te su definirana konstrukcijska ograničenja koja umetci moraju podnijeti kako bi zadovoljili uvjete pravilnika po kojima se konstruira bolid Formule Student. U trećem poglavlju opisana je izrada uzoraka sendvič strukture s umetcima. U četvrtom poglavlju opisan je postupak eksperimentalnog testiranja uzoraka statičkom kidalicom Messphysik Beta 50-5 i optičkim mjernim sustavom Aramis za bezkontaktno određivanje polja pomaka i deformacija na mjestu spoja umetka i kompozitne strukture. U petom poglavlju prikazani su rezultati maksimalnih sila dobivenih pri tlačnom i savojnom opterećenju zajedno s pripadajućim poljima pomaka i deformacija. Dobiveni rezultati su uspoređeni s rezultatima norveškog tima Formula Student Revolve NTNU. Zaključci na temelju provedenih ispitivanja dani su u šestom poglavlju.

U radu je opisana prednost primjene kompozitnih materijala za izradu komponenti porivnog sustava u odnosu na druge materijale. Opisana je tehnologija izrade komponenti od kompozita primjenom metode vakuumske infuzije. Tim se postupkom dobivaju najsavršenije komponente izrađene od kompozitnih materijala, te se tako osigurava da u gotovom proizvodu ne bude sitnih mjehurića zraka koji su zarobljeni u vezivnom materijalu između ojačanja. Takođe su prikazane regresijske analize momenata uvijanja čelične i kompozitne međuosovine u odnosu na kutno ubrzanje. Međuosovina izrađena od kompozitnog materijala ima bolje karakteristike od međuosovine izrađene od čelika.