|
|
Description of fatigue behavior of additively manufactured polymer metamaterial structure
Helešicová, Petra ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Trávníček, Lukáš (vedoucí práce)
Metamaterials have become a highly researched area in recent years because they enable customisation of mechanical properties in manufactured components, which would not be possible when using conventional materials. To safely utilise metamaterials in operation, it is necessary to describe their behaviour under load. The presented master's thesis deals with a description of the fatigue behaviour of a 3D printed polymeric metamaterial structure. The thesis is divided into theoretical and practical part. In the theoretical part, a review of metamaterials and their classification is presented, followed by a review of 3D printing methods suitable for polymeric materials, and the basics of mechanical behaviour of polymers. In the practical part, steps are taken to estimate the fatigue life of the proposed metamaterial structure using four criteria. Mechanical properties of the additively manufactured material are measured in a series of experiments. The measured properties are used as input data for a numerical model. The boundary conditions and loading of the model are set to correspond to the real loading conditions. The numerical model is used to assess critical locations within the structure and to predict the fatigue lifetime. Stress and strain values representing steps of cyclic loading are recorded at two critical locations. These values are used to predict the fatigue life.
|
|
|
Vliv podmínek podzemní instalace na šíření trhliny v polymerních trubkách
Tesař, Jakub ; Gratza, Roman (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá problematikou zakopaných polymerních trubek a vlivem instalačních podmínek na její životnost. Na základě dat získaných z normy jsou získány hodnoty vnějšího zatížení působícího na polymerní trubku. Pro aplikaci těchto hodnot do numerického výpočtu je uveden i přepočet jednotlivých složek zatížení. Na 2D model jsou aplikovány různé hodnoty těchto napětí, které simulují různé instalační podmínky zakopání. V numerickém výpočtu 2D modelu jsou uvedeny průběhy tangenciálních napětí a jejich srovnání s normou. Dále je řešen vliv instalačních podmínek na hloubku zakopání trubky. Srovnání modelů je provedeno pro 2D a 3D model s normou. Srovnáním je ověřeno, že modely jsou ekvivalentní a dobře odpovídají i základnímu výpočtu podle normy. 3D model je pak rozšířen o trhlinu a je modelováno šíření skrz stěnu trubky při nejkritičtějších případech zatížení. Pro odhad životnosti trubky je použita koncepce lineárně elastické lomové mechaniky.
|
|
|
Description of the slow crack growth in polymer materials
Trávníček, Lukáš ; Nezbedová,, Eva (oponent) ; Padovec,, Zdeněk (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
The lifetime of plastic pipes for pressurized systems is demanded to be at least 50 years. At the same time, the potential for recycling plastic waste is unexploited, therefore, using recycled material in pressurized plastic systems might become a reality in the future. However, the recycled material has low mechanical properties compared to the virgin one, and is restricted for pressurized pipe applications. These two contradictory conditions can be combined using a pipe consisting of a few layers of different materials. It is necessary to use modern, durable material for the critical parts, which are inner and outer surfaces. On the other hand, for the main pipe, it is possible to use material with lower mechanical properties – recycled material. The main aim of the presented work is to design a multilayer polymer pipe, where the middle layer will contain recycled material and the demanded lifetime of 50 years will be met. The lifetime in operating conditions is difficult to prove by standard testing methods. However, it is possible to estimate the lifetime as the most frequently occurring damage mechanism is the slow crack growth. The methodology is based on the description of crack propagation by linear elastic fracture mechanics parameters. An important part of this methodology is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by different types of loads, such as residual stress, soil loading, loading from traffic, and point load caused by stones when a pipe is buried. For the determination of residual stress, a methodology taking advantage of experimental measurements and numerical modeling has been developed. The case of buried pipe is also studied by numerical modeling. Part of the presented work is dedicated to the experimental measurement of creep crack growth in CRB (cracked round bar) specimens with the necessary data evaluation. The creep crack growth combined with the results of numerical modeling will be implemented into an estimation of the lifetime of a multilayer pipe with recycled material content.
|
|
|
Popis residuálních napětí v polymerních trubkách
Poduška, Jan ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá problematikou reziduálních napětí ve stěně extrudované polymerní trubky a vlivem reziduálního napětí na její životnost. Na základě experimentálních dat získaných pomocí metody rozříznutých kroužků je určeno tangenciální reziduální napětí ve stěně polypropylenové a polyethylenové trubky. Vyhodnocení je provedeno novou metodou založenou na teorii silně zakřivených prutů. Pomocí numerického výpočtu je ověřena správnost tohoto vyhodnocení. Chování trubky za přítomnosti tangenciálních i axiálních reziduálních napětí bylo simulováno pomocí 3D modelu polymerní trubky. Na základě tohoto modelu byla navržena korekce hodnot tangenciálního reziduálního napětí v závislosti na délce zkoušené trubky. Dále je ukázáno, že průběh tangenciálního reziduálního napětí nezávisí na rozměrech a materiálu trubky a je navržena obecná křivka popisující jeho průběh ve stěně extrudované polymerní trubky. Tento zjištěný průběh je poté zahrnut do odhadu životnosti konkrétní polyetylénové trubky metodikou založenou na koncepci lineárně elastické lomové mechaniky. Je určen pokles životnosti při uvažování rezi-duálních napětí.
|
|
|
Popis porušování vrstevnatých polymerních prostředí
Zouhar, Michal ; Klusák, Jan (oponent) ; Kučera, Jaroslav (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Cílem této práce je studium porušování vícevrstvých polymerních materiálů. Kvazi-křehké porušení (prostřednictvím iniciace a následného šíření creepové trhliny) při nízkých napětích je nejčastější způsob porušování polymerních materiálů. V tomto případě je plastická deformace lokalizována v blízkém okolí čela trhliny a lze použít popis trhliny pomocí lineárně elastické lomové mechaniky. Znalost lomových parametrů během růstu trhliny ve vícevrstvém tělese je klíčová pro stanovení maximálního zatížení a následného posouzení zbytkové životnosti. Na rozdíl od homogenních těles je stanovení součinitele intenzity napětí pro vícevrstvé (kompozitní) těleso složitější a použití lomové mechaniky je komplikováno existencí materiálového rozhraní se skokovou změnou materiálových parametrů mezi jednotlivými vrstvami. Zvláštní pozornost je v této práci věnována konfiguraci trhliny rostoucí v těsné blízkosti materiálového rozhraní a podél materiálového rozhraní. Pro vrchol trhliny na rozhraní dvou materiálů je popis pole napětí před čelem trhliny popsán pomocí efektivní hodnoty součinitele intenzity napětí, kterou lze vyjádřit pomocí kritérií stability. V závěru práce je ukázáno, že za určitých podmínek (především v závislosti na elastických konstantách jednotlivých materiálů) existence materiálového rozhraní pozitivně ovlivňuje životnost vícevrstvého tělesa.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Popis porušování vrstevnatých polymerních prostředí
Zouhar, Michal ; Klusák, Jan (oponent) ; Kučera, Jaroslav (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Cílem této práce je studium porušování vícevrstvých polymerních materiálů. Kvazi-křehké porušení (prostřednictvím iniciace a následného šíření creepové trhliny) při nízkých napětích je nejčastější způsob porušování polymerních materiálů. V tomto případě je plastická deformace lokalizována v blízkém okolí čela trhliny a lze použít popis trhliny pomocí lineárně elastické lomové mechaniky. Znalost lomových parametrů během růstu trhliny ve vícevrstvém tělese je klíčová pro stanovení maximálního zatížení a následného posouzení zbytkové životnosti. Na rozdíl od homogenních těles je stanovení součinitele intenzity napětí pro vícevrstvé (kompozitní) těleso složitější a použití lomové mechaniky je komplikováno existencí materiálového rozhraní se skokovou změnou materiálových parametrů mezi jednotlivými vrstvami. Zvláštní pozornost je v této práci věnována konfiguraci trhliny rostoucí v těsné blízkosti materiálového rozhraní a podél materiálového rozhraní. Pro vrchol trhliny na rozhraní dvou materiálů je popis pole napětí před čelem trhliny popsán pomocí efektivní hodnoty součinitele intenzity napětí, kterou lze vyjádřit pomocí kritérií stability. V závěru práce je ukázáno, že za určitých podmínek (především v závislosti na elastických konstantách jednotlivých materiálů) existence materiálového rozhraní pozitivně ovlivňuje životnost vícevrstvého tělesa.
|
|
|
Popis residuálních napětí v polymerních trubkách
Poduška, Jan ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá problematikou reziduálních napětí ve stěně extrudované polymerní trubky a vlivem reziduálního napětí na její životnost. Na základě experimentálních dat získaných pomocí metody rozříznutých kroužků je určeno tangenciální reziduální napětí ve stěně polypropylenové a polyethylenové trubky. Vyhodnocení je provedeno novou metodou založenou na teorii silně zakřivených prutů. Pomocí numerického výpočtu je ověřena správnost tohoto vyhodnocení. Chování trubky za přítomnosti tangenciálních i axiálních reziduálních napětí bylo simulováno pomocí 3D modelu polymerní trubky. Na základě tohoto modelu byla navržena korekce hodnot tangenciálního reziduálního napětí v závislosti na délce zkoušené trubky. Dále je ukázáno, že průběh tangenciálního reziduálního napětí nezávisí na rozměrech a materiálu trubky a je navržena obecná křivka popisující jeho průběh ve stěně extrudované polymerní trubky. Tento zjištěný průběh je poté zahrnut do odhadu životnosti konkrétní polyetylénové trubky metodikou založenou na koncepci lineárně elastické lomové mechaniky. Je určen pokles životnosti při uvažování rezi-duálních napětí.
|
host ::
RSS.