Original title: Stanovení mechanických vlastností keramické pěnové struktury s otevřenou pórovitostí metodou konečných prvků
Translated title: Determination of mechanical properties of open ceramic foam structure using finite element method
Authors: Barančík, Milan ; Navrátil, Petr (referee) ; Skalka, Petr (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2017
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Diplomová práce je zaměřena na tvorbu výpočtového modelu keramické pěnové struktury s otevřenou pórovitostí a stanovení mechanických vlastností této struktury pomocí výpočtového modelování. Při tvorbě modelu geometrie pěnové struktury bylo využito geometrie Kelvinovy buňky. Model geometrie pěnové struktury byl diskretizován objemovými prvky, prutovými prvky a kombinací tuhého a poddajného prutového prvku. Elastické konstanty pěnové struktury byly stanoveny na základě dvou typů namáhání. Při namáhání tahem/tlakem byl určen Youngův modul pružnosti a Poissonovo číslo a při namáhání smykem byl určen modul pružnosti ve smyku. V práci byla provedena analýza závislosti mechanických vlastností pěnové struktury na poměru průměru trámečku D a jeho délky L. V případě modifikované diskretizace modelu geometrie pěnové struktury prutovými prvky bylo vůči diskretizaci objemovými prvky docíleno shody u Youngova modulu pružnosti do poměru D/L = 0,6 a v případě Poissonova čísla do poměru D/L = 0,4. V závěru práce byla srovnána hodnota Youngova modulu pružnosti 1,97 GPa stanovená výpočtovým modelováním s hodnotou 1,56 GPa, která byla určena experimentálně na keramickém pěnovém materiálu s odpovídajícím charakterem struktury. Tento rozdíl byl způsoben idealizací geometrie reálného pěnového materiálu, jehož mechanické vlastnosti byly navíc ovlivněny strukturními vadami. The thesis is concerned with creating of a computational model of open-cell ceramic foam and determining mechanical properties of open-cell ceramic foam using computational modeling. The geometry of Kelvin cell was used for creating the model of geometry of the foam. The model of geometry of ceramic foam structure was meshed with solid elements, with beam elements and with combination of rigid beam and beam elements. Elastic properties of the foam were determined by two types of mechanical loading. Young´s modulus and Poisson´s ratio were determined by tensile/compressive mechanical loading and shear modulus was determined by shear mechanical loading. The relationship between mechanical properties of the foam and the ratio of diameter of strut D and length of strut L was analysed in the thesis. A good agreement was found out between Young´s modulus determined by solid element based and Young´s modulus determined by modified beam based model of geometry of the foam structure – for ratio D/L up to 0,6. In the case of Poisson´s ratio a good agreement was determined up to D/L = 0,4. In conclusion the value of Young´s modulus 1,97 GPa which was determined by computational modeling was compared with the value 1,56 GPa which was determined experimentally on ceramic foam. This difference was caused by idealization of geometry of the real ceramic foam material. In addition, mechanical properties of the ceramic foam material are influenced by structural imperfections of the material.
Keywords: FEM; Kelvin cell; mechanical properties; open-cell ceramic foam structure; Kelvinova buňka; keramická pěnová struktura s otevřenou pórovitostí; mechanické vlastnosti; MKP

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/66522

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-318672


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses