|
|
Řešení dynamické odezvy vodohospodářských konstrukcí v interakci s kapalinou
Feilhauer, Michal ; Králík,, Juraj (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Salajka, Vlastislav (vedoucí práce)
Predikce chování vodohospodářských konstrukcí se zřetelem na vlivy prostředí v různých návrhových stavech je základní podmínkou odhadu provozní spolehlivosti analyzované konstrukce. Podstatný význam má spolehlivá charakteristika chování konstrukce daná popisem jejího pohybu na časově proměnných vlivech prostředí. V současně používané formulaci inženýrské mechaniky jde o stanovení odezvy definované konstrukce nebo její části na zadané časově proměnné mechanické zatížení. Požadovanými odezvovými veličinami nutnými pro posouzení mezních stavů únosnosti a použitelnosti konstrukce jsou přemístění a napětí, resp. veličiny odtud odvozené. Základním prostředkem predikce odezvy konstrukce je výpočet. Předložená práce se zabývá komplexními multifyzikálními problémy chování vodohospodářských konstrukcí v interakci s kapalinou (fluid structure interaction). Popisují se různé přístupy k výpočtům statických i dynamických vlastností konstrukcí. Tyto přístupy jsou rozděleny na tzv. „přímou metodu“, která je založená na přímém spojení dvou fyzikálních polí a výpočet je proveden metodou konečných prvků a tzv. „nepřímou metodu“, která je založená na spojení dvou fyzikálních polí pomocí různých rozhraní, která jsou v této práci popsána. Při nepřímé metodě je výpočet proudící kapaliny proveden metodou konečných objemů a výpočet konstrukce metodou konečných prvků. V rámci disertační práce byly řešeny výše zmíněnými přístupy statické a dynamické odezvy vodohospodářských konstrukcí. Výsledky výpočtů v rámci předložené disertační práce byly srovnány s výsledky provedených experimentů. V závěru práce jsou popsány výsledky a zobecněné poznatky získané z řešených úloh různými přístupy. V příloze jsou uvedena makra APDL pro přenos tlakového zatížení z výpočtu proudění kapalin do výpočtu konstrukce.
|
|
|
DYNAMICKÁ ANALÝZA ZÁKLADOVÉ KONSTRUKCE V INTERAKCI S PODZÁKLADÍM
Martinásek, Josef ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Kanický,, Viktor (oponent) ; Salajka, Vlastislav (vedoucí práce)
Práce se věnuje problematice interakce konstrukce s podzákladím. V teoretické části je popsán přístup k matematickému modelování konstrukce se základem v interakci s podzákladím. Modely a metody zahrnutí vlivu podloží jsou pak dále podrobně popsány, včetně modelů s pilotami (statické i dynamické modely). Dále je popsána teorie dynamiky stavebních konstrukcí pro soustavy s jedním i více stupni volnosti. Součástí této kapitoly je také rozbor šíření, odrazu a lomu mechanického vlnění, a to jednodimenzionálního (P-vlna, S-vlna), prostorového (P-vlna, SV-vlna, SH-vlna) a vlnění šířícího se poloprostorem (R-vlna, L-vlna). Část numerických analýz je logicky seřazena od jednoduchých úloh ručního řešení vlivu změny parametru a vlivu přidání stupně volnosti (modelu podzákladí) na změnu hodnoty frekvence vlastního kmitání po relativně komplikovaný výpočtový MKP model stroje se základem na pilotách umístěným v prostorovém bloku zeminy. Numerické studie mají za cíl stanovit vliv modelu podzákladí na modální charakteristiky základu a tím potvrdit nezbytnou nutnost modelu podzákladí v úlohách dynamiky. Dalším cílem je určit vhodné klíčové parametry výpočtového modelu a to velikost konečného prvku, vhodný tvar modelované oblasti podzákladí a vhodný sklon hranice modelu bloku zeminy s vhodnou okrajovou podmínkou. Pro vytváření sady výpočtových modelů bylo využito jazyka APDL ve spojení s programovým prostředím ANSYS. Veškeré použité vstupní soubory jsou uvedeny v příloze.
|
|
|
Rozvoj metodiky posuzování svodidel z hlediska dynamických účinků
Koudelka, Ivan ; Krejsa,, Martin (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Salajka, Vlastislav (vedoucí práce)
Předložená práce analyzuje metodiku a přístupy dané legislativou. Předkládá v tisku prezentované výsledky numerického modelování nárazu vozidel do bariéry řešených ve světě i v ČR. Přináší návrh metodiky posuzování svodidel. Metodika navazuje na základní principy užité v TP 101 a ČSN EN 1991-1-1. Kinetická energie vozidla v okamžiku nárazu je nahrazena statickou silou, jejíž účinky jsou srovnatelné s účinky nárazu vozidla. Nosná konstrukce svodidla je řešena za pomocí prostředků statiky. Ve výpočtu je uplatněna i deformace vozidla, což představuje reálné rozdělení energie pohlcené deformací vozidla a energie, kterou musí absorbovat svodidlo. Navrhované postupy umožňují zohlednit nelineární chování konstrukce jak z hlediska geometrické, tak z hlediska materiálové nelinearity. Práce se rovněž zabývá interpretací různých druhů podepření konstrukcí do výpočtového modelu. Na konkrétním případě je demonstrován způsob modelování pružného podepření sloupku svodidla v zemině, či model tření volně uloženého betonového bloku po podložce. K zajištění realitě odpovídající polohy vzájemně spojených volně uložených bloků je navržen způsob modelování kontaktu v místě jejich možného průniku. K výraznému zpřesnění výpočtu přispívá postupné zatěžování konstrukce pomocí přírůstku zatížení a vyčíslování přírůstků energie absorbované deformací po jednotlivých krocích. Předkládaná metodika představuje účinný nástroj k posuzování svodidel, pro jehož aplikaci je dostatečné užití běžných prostředků a vybavení, kterými disponuje téměř každý projektant zabývající se statikou stavebních konstrukcí. V závěru práce jsou zobecněny poznatky získané z řešených příkladů a doplněny o grafická vyjádření.
|
|
|
Smyková únosnost spřažených plechobetonových desek.
Holomek, Josef ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Keršner, Zbyněk (oponent) ; Bajer, Miroslav (vedoucí práce)
Předmětem předkládané dizertační práce je experimentální i teoretický výzkum spřažených plechobetonových desek. Práce se zabývá také tvorbou numerických modelů spřažených desek. Návrh nových typů spřažených plechobetonových desek je dle současných norem zatížený nutností vykonání laboratorních testů ohybem. Alternativou k těmto testům jsou malé smykové testy výřezu desky. Malými smykovými testy a návrhovými metodami, které využívají jejich výsledky, se v minulosti již zabývala řada autorů. Existuje proto několik uspořádání těchto typů testů a k nim příslušných návrhových metod, avšak žádná z nich není dosud zavedena v normě. Předkládaná práce se zabývá třemi alternativními návrhovými metodami: Slip-Block Test, Simplified Method a Built-up Bars. V práci je navrženo uspořádání malých smykových testů, které je použitelné ve všech těchto metodách. Pomocí tohoto uspořádání bylo vykonáno několik sérií malých smykových testů v různých modifikacích. Výsledky testů byly použity pro výpočet ohybových odolností desek. Vypočtené odolnosti byly porovnány mezi sebou, s výsledky prováděných ohybových testů desek vakuováním a čtyřbodovým ohybem i s výsledky současně platných návrhových norem v Eurokódu, m-k metodou a metodou částečného spojení. Dále jsou v práci prezentovány citlivostní analýzy na vstupní hodnoty pro jednotlivé návrhové metody. Na základě porovnání přesnosti a pracnosti metod byla sestavena doporučení pro použití v praxi. Smykové testy byly použity také k určení smykové odolnosti přídavných spřahovacích prostředků a pomocí alternativních návrhových metod byla vypočtena jejich ohybová odolnost, která byla následně porovnána s výsledky ohybových testů desek s těmito spřahovacími prostředky. V práci jsou také prezentovány numerické modely spřažené desky na bázi metody konečných prvků v programu Atena. Modely slouží k parametrickým studiím a obecně k lepšímu pochopení působení desky při částečném spřažení.
|
|
|
Statická analýza částí potrubních systémů z termoplastů
Plášek, Jan ; Kuklík,, Pavel (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Kytýr, Jiří (vedoucí práce)
Termoplastové materiály vykazují významné nelineární chování. Toto nelineární chování se popisuje pomocí křivek modulu tečení. Křivky modulu tečení jsou závislé na úrovni napětí, vlivu teploty a na čase. V disertační práci je uveden aproximační postup vyjádření křivek modulů tečení Pronyho řadou. Jsou navrženy tři postupy, které zohledňují moduly tečení. Navržené postupy jsou použity pro dvě aplikace. První aplikace se zabývá hodnotou kruhové tuhosti korugovaného kanalizačního potrubí. Hodnota kruhové tuhosti je závislá na modulu tečení. Druhá aplikace se zabývá termoplastovým přírubovým spojem. Utahovací síla se mění v závislosti na modulu tečení termoplastového materiálu. Úlohy jsou řešeny v programovém systému ANSYS.
|
|
|
Analýza působení termoplastových potrubí v zemním prostředí
Ekr, Jan ; Kuklík,, Pavel (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Gratza, Roman (vedoucí práce)
Disertační práce je zaměřena na analýzu chování termoplastových potrubí v zemním prostředí, a to zejména pro potrubí prováděná pomocí bezvýkopových technologií. V rámci disertační práce byly provedeny experimenty, jejichž cílem bylo stanovit chování a únosnost polyethylenových potrubí při zatížení vnějším hydrostatickým tlakem. Pro experimenty byla navržena a vyrobena ocelová tlaková komora, která umožňovala zatížit a sledovat potrubí při jeho ztrátě stability. Mechanické vlastnosti materiálu trubek byly určovány pomocí tahových a ohybových zkoušek. Byla provedena řada podrobných numerických analýz experimentů potrubí, kde byly použity různé materiálové modely, geometrické imperfekce či metody řešení. Byly použity materiálové modely zohledňující pružné, plastické a viskózní chování termoplastů. Dále byla provedena řada normových výpočtů polyethylenových potrubí instalovaných bezvýkopovými technologiemi. Cílem bylo vytvořit nové návrhové diagramy pro praktické posuzování těchto potrubí umístěných ve stávajícím nosném potrubí. V případě nenosného stávajícího potrubí byl vytvořen numerický model pro stanovení návrhových součinitelů, které byly ověřeny s normovými hodnotami. Výsledky z tohoto modelu byly dále porovnány s výsledky komplexnějšího numerického modelu zohledňujícího lépe interakci potrubí a zemního prostředí pro různé třídy zemin.
|
|
|
Zesilování železobetonových sloupů ovinutím FRP tkaninou
Kostiha, Vojtěch ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Bilčík,, Juraj (oponent) ; Štěpánek, Petr (vedoucí práce)
Doktorská práce se zabývá problematikou zesílení železobetonových sloupů ovinutím FRP tkaninou. Jejím cílem je na základě provedených analytických studií, numerických simulací a výsledků experimentálního programu popsat princip ovinutí s ohledem na použitý typ FRP materiálu. Díky tomu bylo možné prezentovat postup pří návrhu ovinutí, který výstižně predikuje chování ovinutých sloupů. Současně s tímto jsou do návrhu zahrnuty i některé vlivy omezující účinek ovinutí (např. způsob ovinutí, počet vrstev laminátu, štíhlost prvku aj.). Práce uvádí základní informace o FRP materiálech a jejich vlastnostech, podává přehled o návrhových přístupech ovinutí sloupů kompozitní tkaninou, přičemž poukazuje na nedostatky návrhového předpisu ČSN EN 1992-1-1. Na vzorovém příkladu je upozorněno na značný rozptyl vlastností ovinutého betonu stanovených dle vybraných přístupů, které komplikují návrh tohoto způsobu zesílení. Experimentální program sloužil k ověření základních principů ovinutí a prostřednictvím vysokých sloupů umožnil popis chování v takřka celém rozsahu interakčního diagramu. Závěry práce poskytují informace o možném dalším směřování v oblasti výzkumu.
|
|
|
Analýza dynamického chování štíhlých konstrukcí a návrh zařízení na omezení vibrací
Hanzlík, Tomáš ; Krejsa,, Martin (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Salajka, Vlastislav (vedoucí práce)
Práce se zabývá modelováním buzení konstrukce chodci a získáním odpovídající dynamické odezvy konstrukce. Trend moderních štíhlých konstrukcí klade vyšší důraz na výstižnost modelování dynamického buzení chodci, které je však obtížné z důvodu inteligentního chování chodců a biologické podstaty modelovaného chodce. První část práce se zabývá tradičními modely buzení chodci, založenými na aplikaci silového působení chodců na model konstrukce. Modely jsou zkoumány na konkrétní štíhlé lávce pro mnoho různých variant buzení s cílem prozkoumat specifika aplikace silového buzení a výpočtu odezvy konstrukce. V druhé části práce jsou vyvíjeny biomechanické modely chodce, zahrnující setrvačné síly, pro výpočet interakce chodce s konstrukcí. Parametrické studie prováděné na zjednodušených modelech konstrukcí zkoumají vliv návrhových parametrů biomechanických modelů na dynamickou odezvu. Cílem je získat výstižnější model systému chodec-konstrukce pro zpřesnění návrhu konstrukcí. V části práci je zkoumán také návrh dynamického pohlcovače kmitání pro omezení vibrací vyvolaných chodci. Dynamickému pohlcovači kmitání jsou věnovány parametrické studie, které se zabývají vlivem návrhových parametrů pohlcovače na účinnost a konstrukční požadavky zařízení. Cílem je prozkoumat návrhové parametry a jejich vliv na efektivní a ekonomický návrh zařízení. V práci byly vyvinuty dva biomechanické modely, jednoduchý biomechanický model s jedním svislým stupněm volnosti a bipedální model člověka při chůzi. Modely prokázaly určitou míru interakce při buzení lehkých lávek jedním člověkem. Bipedální model pak také vnesl částečný vhled do mechaniky chůze a příčin kontaktních sil chodce.
|
|
|
Strengthening of circular column subjected to lateral cyclic loading
Mansour, Mohamad ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Fillo,, L´udovít (oponent) ; Štěpánek, Petr (vedoucí práce)
The presented doctoral thesis deals with the strengthening of circular concrete columns by Fibre Reinforced Polymers (FRP) wraps subjected to lateral cyclic loadings. This research study focuses on examining the use of FRP for retrofitting, improving the performance of circular reinforced concrete columns and developing a design algorithm for circular column strengthening by FRP composite materials based on the analytical study, numerical simulations and the experimental results. Therefore, a design process of strengthening and confinement was presented to predict the behaviour of the concrete columns subjected to lateral cyclic loadings. Simultaneously with the axial force application, the lateral cyclic load was provided in two different ways; first, it was applied under force control test (i.e. same lateral cyclic force pulling in one direction for certain number of cycle’s 1 million cycles), second, it was applied under displacement control - reversed cyclic loading test based on a pattern of progressively increasing displacements. The dissertation also presents a literature review of research studies on the FRP confined concrete, design methodology of FRP jackets in seismic zones and code provisions of Eurocode and ACI. The experimental program was considered to verify the behaviour of confined circular column subjected to lateral cyclic loading. In the conclusions, the behaviour of a cantilever concrete column transversally confined by FRP wraps was investigated and an empirical model for FRP confined concrete subjected to high and low cyclic loadings was proposed and some information on possible future research were provided.
|
|
|
Vliv technické a přírodní seizmicity na stavební konstrukce se zaměřením na konstrukce ze zdicích materiálů
Čada, Zdeněk ; Králik,, Juraj (oponent) ; prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA (oponent) ; Krejsa,, Martin (oponent) ; Salajka, Vlastislav (vedoucí práce)
Disertační práce pojednává o vybraných problémech v oblasti řešení dynamické odezvy stavebních konstrukcí na nestacionární zatížení nuceným pohybem v místě uložení. Jedná se o seizmické zatížení. Jsou doporučeny postupy, jak využít seizmické záznamy buzení s ohledem na přesnost dynamických výpočtů. Elastická spektra odezvy je nutno upravit tak, aby byla zajištěna požadovaná spolehlivosti návrhu. Je ukázáno, jak generovat vhodné syntetické akcelerogramy pro řešení požadované odezvy. Podle vytvořené vlastní metodiky byl generován syntetický akcelerogram pro užití při experimentální seizmické zkoušce zděného objektu z autoklávovaného betonu v modelovém měřítku. Odezvové veličiny pohybu získané v měřených místech při experimentu byly porovnány s lineárními a nelineárními dynamickými výpočty na modelech sestavenými metodou konečných prvků. Byly použity numerické modely s různými úrovněmi detailnosti. Smykové chování stěn bylo modelováno s užitím konstitutivních vztahů zahrnující možnost křehkého porušení a dále s užitím nelineárního interakčního rozhraní zahrnující delaminaci mezi zdicími prvky. Chování matematického modelu stěnových systémů bylo kalibrováno s ohledem na měřená data při smykových zkouškách stěn ve skutečném a modelovém měřítku.
|
host ::
RSS.