|
|
Numerické modelování zavírání únavové trhliny
Oplt, Tomáš ; Růžička, Milan (oponent) ; Horníková, Jana (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Tato disertační práce vznikla pod vedením školitele doc. Ing. Pavla Hutaře, Ph.D., a školitele specialisty doc. Ing. Luboše Náhlíka, Ph.D. Hlavním tématem práce je efekt plasticky indukovaného zavírání únavové trhliny, jeho charakteristika a způsoby numerického modelování. Předčasné zavírání únavové trhliny má významný vliv na rychlost šíření trhliny a tím i na zbytkovou životnost konstrukce. Trojdimenzionální numerický model poskytuje jednak detailní pohled na rozložení pole napětí a deformace podél čela trhliny, jednak – a to zejména – umožňuje lokální popis parametrů podél čela trhliny, které řídí hnací sílu trhliny. První část práce je věnována studii vlivu singulárního pole napětí u volného povrchu na tvar únavové trhliny bez vlivu předčasného zavírání. V druhé části je vytvořen a pomocí experimentů verifikován rovinný numerický model plasticky indukovaného zavírání. Ve finální části disertační práce je vytvořen trojdimenzionální numerický model, který popisuje vliv zavírání trhliny na rychlost jejího šíření po celé délce jejího čela a vysvětluje tak její typické zakřivení. V práci navržené postupy umožňují kvalitativní zpřesnění numerických simulací šíření únavových trhlin a s tím související věrohodnější odhad zbytkové životnosti součástí s trhlinou nebo defektem.
|
|
|
Využití kevlarových vláken v asfaltových směsích
Mazáč, Jan ; Hegr, Zdeněk (oponent) ; Hýzl, Petr (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá tématem využití aramidových (kevlarových) vláken v silničním stavitelství v asfaltových směsích. V teoretické části práce jsou popsány obecné vlastnosti aramidových vláken a jejich technické využití. Práce se také zabývá výzkumem a použitím aramidových vláken v zahraniční a také v České republice. V praktické části je zkoumán vliv aramidových vláken, konkrétně FORTA FI vláken ve směsi s modifikovaným pojivem do obrusné vrstvy. Součástí práce je také popis všech zkušebních metod, které byly použity během zpracování praktické části. V závěru práce jsou zhodnoceny poznatky o problematice přidávání aramidových vláken do asfaltových směsí.
|
|
|
Stanovení zbytkové únavové životnosti povrchově upravené vlakové nápravy
Pánek, Ondřej ; Poduška, Jan (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá predikcí zbytkové únavové životnosti vlakové nápravy. V první části této práce je na základě dostupné literatury zpracován teoretický úvod do problematiky. Druhá část je již věnována numerickému modelování reálné vlakové nápravy s trhlinou, kterým jsou získány potřebné parametry vstupující do samotného výpočtu zbytkové únavové životnosti. V prvním kroku byl vytvořen konečno-prvkový model válcového tělesa s trhlinou zatíženého ohybovým momentem, který byl srovnán s analytickým řešením za účelem verifikace tohoto modelu. Druhým krokem bylo vytvoření modelů vlakové nápravy s trhlinou pro tři typy zatížení – ohybový moment, nalisování kola a zbytková napětí. Dále byl dle metodiky vyvinuté na ÚFM AVČR stanoven tvar trhliny, jakým se dle uvažovaných předpokladů bude trhlina šířit a pro takto stanovený tvar byly vypočteny součinitele intenzity napětí zvlášť od jednotlivých složek zatížení pro různé hloubky trhliny, které byly použity pro závěrečný výpočet zbytkové únavové životnosti pro reálné zátěžné spektrum.
|
|
|
Vliv zbytkových napětí na kontaktní porušování keramických laminátů
German, Roman ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Prítomnosť tlakových či ťahových teplotných reziduálnych napätí vo vrstvách keramického laminátu, vznikajúcich dôsledkom rôznej objemovej zmeny materiálov jednotlivých vrstiev pri chladnutí z teploty slinovania, môže výrazne ovplyvniť odolnosť keramiky voči kontaktnému porušeniu. V rámci tejto práce boli vytvorené parametrické 2D MKP modely, na ktorých bol skúmaný vplyv hrúbky kontaktnej vrstvy, veľkosti zvyškových napätí a rozmerov vtlačovaného guľového indentoru na vznik a šírenie kónickej trhliny v povrchovej vrstve laminátu. Pre analýzu kritických podmienok vzniku trhliny bolo použité združené energeticko-napäťové kritérium a pre určenie dráhy šírenia trhliny kritérium maximálneho tangenciálneho napätia. Výsledky výpočtov ukazujú, že tlakové teplotné napätia v povrchovej vrstve zvyšujú kritickú silu potrebnú pre vznik trhliny, zmenšujú jej vzdialenosť od kontaktnej plochy a vedú k vzniku kratších trhlín. Ďalej tieto tlakové napätia zvyšujú odklon smeru ďalšieho rastu trhliny, čo vedie k jej skoršiemu zastaveniu. Ťahové teplotné napätia v kontaktnej vrstve vykazujú presne opačný efekt. Výsledky výpočtov boli porovnané s experimentom, vďaka malému množstvu dostupných meraní je však ich verifikácia čiastočne obmedzená.
|
|
|
Šíření dlouhých únavových trhlin v austenitické oceli při smykových módech II a III
Holáň, Libor ; Man, Jiří (oponent) ; Polák, Jaroslav (oponent) ; Pokluda, Jaroslav (vedoucí práce)
Práce je zaměřena na realizaci experimentu umožňujícího současné zatěžování vzorku kruhového průřezu ve smykových módech II a III. Postup experimentu byl navržen tak, aby byl co nejvíce potlačen vliv zavíraní trhliny při cyklickém zatěžování a získané prahové hodnoty rozkmitu faktoru intenzity napětí tak odpovídaly efektivním prahovým hodnotám. Toho bylo dosaženo za pomocí unikátních experimentálních přípravků a postupů přípravy iniciační trhliny u vzorků s~obvodovým vrubem, vyrobených z korozivzdorné austenitické oceli. Takto získané hodnoty je poté možno aplikovat na teoretické modely s podporou molekulární dynamiky a ab inicio. Na základě získaných poznatků bylo zjištěno, že šíření trhliny v austenitické oceli probíhá dle zákonitostí dekohezního modelu. Pro kvantitativní analýzu lomových ploch vytvořených ve smykových módech II a III bylo využito metod optické chromatografie a 3D stereofotogrametrie, které umožnily srovnání morfologií, vytvořených jednotlivými smykovými módy. Pro vyhodnocení morfologie lomových ploch vytvořených (staticky, resp. cyklicky) iniciační trhlinou byly použity vybrané drsnostní parametry. V rámci experimentálních prací byl rovněž navržen mechanismus umožňující předpovídat směr vyhnutí trhliny v módu II.
|
|
|
Popis šíření creepové trhliny v elektrotvarovkách pro spojování polymerních trubek
Helešicová, Petra ; Horníková, Jana (oponent) ; Trávníček, Lukáš (vedoucí práce)
Prezentovaná bakalářská práce je zaměřena na popis šíření trhliny mechanismem pomalého šíření v elektrotvarovkách, které se využívají pro spojování polymerních trubek. Práci lze rozdělit do několika částí. První částí je rešerše zaměřená na polymerní trubky, jejich materiály, typy porušování a metody spojování včetně detailního popisu procesu svařování s využitím elektrotvarovek. Další část je věnována oblasti lomové mechaniky, využité pro řešení praktické části práce. Blíže je popsána lineárně elastická lomová mechanika a napěťový přístup k popisu tělesa s trhlinou. Představeny jsou metody zjišťování velikosti součinitele intenzity napětí, který je hlavním parametrem pro popis napjatosti na čele trhliny. Praktická část práce je zaměřena na modelování šíření trhliny ve stěně elektrotvarovky a výpočet součinitele intenzity napětí v závislosti na délce trhliny. Je popsáno vytvoření numerického modelu a proces výpočtu simulujícího šíření trhliny. Směr šíření je stanoven pomocí kritéria MTS. Pro vytvoření modelu a simulaci je použito makro v jazyce APDL. Hlavním cílem práce je určení vlivu změny geometrie elektrotvarovky nebo pracovní konfigurace na hodnoty součinitele intenzity napětí. Závislosti součinitele intenzity napětí pro modifikované modely jsou porovnávány s původní konfigurací. Na závěr jsou vypočteny odhady životnosti elektrotvarovek s využitím vypočtených závislostí součinitele intenzity napětí.
|
|
|
Šíření trhlin skloněných k rozhraní keramických laminátů
Novotná, Lenka ; Trunec, Martin (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
Využití výhod kompozitních materiálů majících vrstevnatou strukturu bylo a je cílem při návrhu rozličných komponent. Keramické lamináty nacházejí uplatnění tam, kde jsou požadovány speciální vlastnosti, jako je nízká hustota, teplotní a chemická odolnost. Hlavní překážkou většího rozšíření keramických materiálů je jejich inherentní křehkost. Proto je v předkládané práci řešena zejména problematika šíření trhlin v keramických laminátech. Lamináty na bázi korundu a zirkonu mající různé objemové podíly jednotlivých složek byly připraveny technikou elektroforetické depozice. Na základě důkladné literární rešerše byly navrženy postupy hodnocení šíření trhlin přes rozhraní a dále pak metody stanovení základních mechanických vlastností. Díky přítomnosti vnitřních napětí a rozdílného modulu pružnosti byl sledován odklon trhliny procházející přes rozhraní. Pro sledování tohoto fenoménu byla navržena nestandardní zkušební tělesa umožňující šíření trhliny pod zvoleným úhlem směrem k rozhraní. Na základě experimentálních prací bylo zjištěno, že míra odklonu trhliny je závislá na vstupním úhlu a dále pak na objemovém podílu jednotlivých složek vrstevnatého systému. Důležitým poznatkem je také fakt, že uvnitř materiálu docházelo k většímu odklonu než bylo pozorováno na povrchu. Studium tohoto jevu významně podpořily výsledky získané z 3D rekonstrukce lomových ploch s využitím konfokální mikroskopie. Dále byly stanoveny základní elastické a pevnostní charakteristiky laminátů, které byly srovnány s parametry stanovenými pro jednotlivé složky. Z porovnání modulu pružnosti byla ověřena platnost směšovacího pravidla. Jako nejvěrohodnější metoda stanovení modulu pružnosti laminátu se jeví dynamická rezonanční metoda, která vykazovala velmi malý rozptyl hodnot. Pevnostní charakteristiky laminátů vykazovaly tendenci blížit se hodnotě pevnosti nejméně pevné složky systému a nelze tedy využít směšovací pravidlo jak tomu bylo u modulu pružnosti. Změna objemového podílu jednotlivých složek laminátu vede pouze ke změně velikosti rozptylu ohybové pevnosti. Díky poznatkům získaným v této práci o šíření trhlin a stanovení základních mechanických charakteristik bude jednodušší navrhnout vhodný laminát dle potřeb aplikace.
|
|
|
STOCHASTIC CRACK PROPAGATION MODELLING USING THE EXTENDED FINITE ELEMENT METHOD
Nešpůrek, Lukáš ; Novák, Drahomír (oponent) ; Hutař, Pavel (oponent) ; Anthony Nouy, PhD., HDR (oponent) ; Knésl, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis is based on the work carried out in a doctoral research program under joint French- Czech tutorship at the French Institute of Advance Mechanics in Clermont-Ferrand and the Institute of Physics of Materials in Brno. An initial research project conducted in Brno investigated trough finite element analysis the stress field around the crack front of a through-thickness crack in thin metallic foils, focussing on the effect of the special type of singularity at the intersection of the crack front with the free surface. The main focus of the thesis was numerical modelling and stochastic analysis of complex-geometry crack propagation problems in two dimensions. The use of numerical mechanical models for such analysis had been scarce because of prohibitively high computational effort. This thesis shows that through application of advanced computational mechanics and suitable reliability analysis techniques, the task is tractable even on a personal computer. The First Order Reliability Method was employed in the reliability analysis. It was assumed that the crack growth rate obeys the Paris-Erdogan equation. A bi-variate statistical model for the parameters of the equation was found appropriate to capture the extreme sensitivity to their correlation. The mechanical response was obtained through the Extended Finite Element Method, which eliminates the computational effort and the numerical noise originating from remeshing in classical finite element analysis. Several direct differentiation formulae were developed to compute the derivatives of the response function, improving numerical stability and convergence of the reliability analysis and dramatically reducing computational time. The PREFFAS load transformation method was used to treat variable-amplitude loading. The use of distributed computing offered a further acceleration of the analysis.
|
|
| |
|
|
Výpočtové modelování a analýza šíření trhlin v keramických kompozitech obsahující residuální napětí
Černý, Hynek ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá 3D výpočtovým modelováním šíření trhlin v částicových a vrstevnatých keramických kompozitech. Nejdříve byly prozkoumány všechny dostupné nástroje lomové mechaniky v softwaru ANSYS a jejich vhodnost pro řešení zadaného tématu. V další části byl analyzován průchod trhliny částicovými kompozity, kde byl kladen důraz na vliv odlišné tuhosti a teplotní roztažnosti všech složek kompozitu. Nejdříve byl průchod trhliny odladěn na modelu homogenního materiálu, následně byl přidán vliv odlišné tuhosti složek kompozitu a v poslední fázi byl přidán i vliv zbytkové napjatosti. Z dosažených výsledků bylo možné popsat vliv dříve vyjmenovaných faktorů na energii potřebnou pro šíření trhlin. Tento vytvořený model by měl být aplikovatelný na i na model reálného kompozitu, díky čemuž by mělo být možné kvantifikovat, jestli je kompozit z hlediska šíření trhlin odolnější než homogenní materiál. V poslední části práce byl analyzován průchod trhliny vrstevnatými keramickými lamináty, kde byl opět kladen důraz na rozdílné tuhosti a teplotní roztažnosti všech složek laminátu. V této části bylo využito velké výhody programu ANSYS Mechanical APDL, a to možnosti skriptování. Pomocí vytvořených maker byl vytvořen parametrický model, který byl po zadání vstupních údajů schopný sám vytvořit geometrii výpočtového modelu, zadat okrajové podmínky, vytvořit síť výpočtového modelu, nastavit analýzu a spustit výpočet. Vytvořený model lze pak využít například pro zjišťování zdánlivé lomové houževnatosti laminátů, díky které lze posoudit nakolik je použitá konfigurace vhodnější než použití homogenního materiálu.
|
host ::
RSS.