|
|
ANALYSIS OF MIXED MODE I/II FAILURE OF SELECTED STRUCTURAL CONCRETE GRADES
Miarka, Petr ; Šejnoha,, Michal (referee) ; Hutař,, Pavel (referee) ; Seitl, Stanislav (advisor)
The presented thesis is devoted to the experimental and numerical analysis of concrete fracture under the mixed-mode I/II load. This phenomenon was analysed on various concrete grades and types which are used in the fabrication of precast concrete structural elements. Subsequently, the Brazilian disc test with central specimen was used in experimental and numerical parts. The numerical part employs both linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach and non-linear material model to assess the concrete fracture and failure under the mixed mode I/II load. The LEFM part is dedicated to evaluation the geometry functions and higher order terms of the Williams’ expansion, while the non-linear analysis is dedicated to crack initiation and propagation throughout the specimen using the concrete damage plasticity model. The experimental part is dedicated to the analysis of the mixed mode-mode I/II fracture resistance by the generalised tangential stress (GMTS) criterion with focus set on the governing role of the critical distance rC. Furthermore, the experimental part validates the applicability of the Williams’ expansion on the concrete. For this, experimentally measured displacements by digital image correlation technique were used to calculate the Williams’s expansion terms. Lastly, the thesis deals with the influence of the aggressive environment on the material’s fracture toughness and on the fracture resistance under the mixed mode I/II has been studied.
|
|
|
Description of Failure of the Multilayer Polymer Structure
Zouhar, Michal ; Klusák, Jan (referee) ; Kučera, Jaroslav (referee) ; Hutař, Pavel (advisor)
The aim of this thesis is to describe behavior of cracks in layered polymer materials. Quasi-brittle fracture (through the initiation and subsequent crack propagation mechanism) under low stresses is the most common mode of failure of polymer materials. In this case plastic deformations are localized in the vinicity of the crack tip and linear elastic fracture mechanics description of the crack behavior can be used. The knowledge of fracture parameters change during the crack propagation in multilayer body is a key point for establishing of the maximum load and consequently for the assessment of the residua lifetime. In contrast to homogeneous bodies the estimation of stress intensity factors for multilayer (composite) structure is numerically more elaborated and the fracture mechanics approach is complicated by the existence of interfaces between single layers, where material parameters are changed by a step. Special attention is paid to the configuration of a crack growing close to the material interface and along the interface. For the crack with tip on the material interface the effective values of stress intensity factor based on the crack stability criteria are estimated. It is shown that under special conditions (depending mainly on the elastic mismatch of materials) the existence of material interface has positive influence on the lifetime of the multilayered structure.
|
|
|
Advanced evaluation of selected fracture tests of fibre reinforcement concrete specimens
Majda, Tomáš ; Frantík, Petr (referee) ; Keršner, Zbyněk (advisor)
The goal of this thesis was evaluation of extensive series of selected three point bending tests on fibre reinforced concrete specimens of ages 7, 28 and 126 days. First the measured data were adjusted by GTDiPS software. Than the assumed contribution of fibres in load--deflection diagram was approximated by regressive function. Contribution of matrix was calculated by deducting the approximated part from full diagram. Using StiCrack software the Young modulus, fracture toughness and fracture energy were calculated for both original and approximated diagram. All results were evaluated and tabled.
|
|
|
Prediction of shotcrete behavior applying elastoplastic material model
Kejík, Vít ; Miča, Lumír (referee) ; Chalmovský, Juraj (advisor)
This work is focused on the application of advanced elasto-plastic material model intended for shotcrete. Spatial mathematical models of two laboratory tests are created, where this model is used. The first test is a three-point bending concrete specimen. Next, the behavior of the material is analyzed, in which input parameters are entered. Consequently, two reverse analyzes of the available data are analyzed where a match between prediction and measurement can be obtained. The second test is a modified tensile test, where is describe the material behavior in changing of input parameters. Subsequently, reverse data analysis is created, where an acceptable match between prediction and measurement is possible. In every study, the stress waveform in the fracture process zone is analyzed to more detail.
|
|
|
Methodology of analysis of wing structure with respect to Widespread Fatigue Damage (WFD)
Bulko, Martin ; Augustin, Petr (referee) ; Vlček, Dalibor (advisor)
Diplomová práce popisuje metodiku výpočtů částí náchylných k rozvoji mnoho-ohniskového únavového poškození (WFD). Nejdříve se práce zabývá rozborem předpisů letové způsobilosti souvisejících s WFD pro letadla certifikovaných podle FAR 23 v kategorii commuter. Následuje popis metodiky únavového výpočtu a predikce šíření trhliny. Dále jsou popsány řešení pro výpočet faktoru intenzity napětí pro základné konfigurace trhliny, tam kde to bylo možné v uzavřeném tvaru, jinak ve formě tabulky. Hlavní částí práce je návrh algoritmu AIMA schopného provést kompletní analýzu části náchylné k rozvoji únavového poškození na více místech (MSD). Model se validoval únavovou zkouškou vzorku přeplátovaného spoje dolního panelu křídla. Následně byla analyzována reálná konstrukce spoje dolních panelů křídla letounu L 410 NG.
|
|
|
Possibilities of estimation of selected fracture parameters under conditions of LEFM
Zouhar, Petr ; Hutař, Pavel (referee) ; Ševčík, Martin (advisor)
The presented bachelor´s thesis deals with possibilities of estimation of selected fracture parameters under conditions of linear elastic fracture mechanic (LEFM). The aim of this thesis is to quantify the accuracy of specific methods for the estimation of fracture parameters from a known stress and strain field obtained using numerical methods. Thesis is solved using finite element method. The work is divided into two logical parts. The first part of the thesis describes the basic concepts of LEFM and selected methods used for estimation of fracture parameters, namely the stress intensity factor, strain energy release rate and J-integral. A detailed description of the numerical model, a sensitivity analysis of the FEM mesh density and obtained results are described in the second part, focused on the solution of the problem,. The accuracy of each method is expressed by comparing with a known reference value of stress intensity factor. The applicability of selected methods for estimation of the stress intensity factor is shown on a practical example of three-dimensional body containing a crack.
|
|
|
Numerical modeling of failure of a particle composite with ceramic matrix
Kosorín, Michal ; Hrstka, Miroslav (referee) ; Majer, Zdeněk (advisor)
Subcritical crack growth in composite materials plays quite an important role in determination of the service life and leads to the defects growth below the fracture toughness. The thesis presents search of the several scientific works dealing with the determination of the crack growth direction in composite materials. The aim of this diploma thesis was to create 2D and 3D finite element models to analyse crack growth in Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC). These models were compared based on the time calculation of the crack propagation under the subcritical growth conditions.
|
|
|
Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications
Mazánová, Veronika ; Obrtlík, Karel (referee) ; Krupp, habil Ulrich (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Pokročilá vysoce legovaná austenitická nerezová ocel Sanicro 25 s Fe-Ni-Cr matricí byla studována za podmínek nízkocyklové únavy za pokojové a vysoké teploty 700 °C. Široká škála moderních experimentálních technik byla použita ke studiu vzájemně souvisejících efektů chemického složení slitiny, mikrostrukturních změn a deformačních mechanismů, které určují odolnost materiálu vůči poškození. Hlavní úsilí bylo zaměřeno na studium iniciace únavových trhlin a růstu krátkých trhlin, tedy dvě stádia, která hrají zásadní roli ve výsledné celkové délce únavového života materiálu v provozu. • Vnitřní deformační mechanismy byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu, který je pozorován ve formě persistentních skluzových stop na povrchu. Bylo zjištěno, že vysoce planární charakter dislokačního skluzu způsobuje vysokou lokalizaci cyklické plastické deformace do persistentních skluzových pásů, což v důsledku vede k nukleaci “Stage I” trhlin, která je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na povrchu ve všech studovaných vzorcích. Bylo zjištěno, že praskání dvojčatových hraníc je taktéž spojeno s přítomností persistentních skluzových stop podél povrchové stopy dvojčatové roviny. • Interkrystalická iniciace únavové trhliny byla pozorována pouze zřídka, a to za podmínek zatěžování amplitudami vysoké deformace. Bylo zjištěno že interkrystalická iniciace je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na hranicích zrn. Hranice zrn praskají za podmínek externího tahového zatížení zejména z důvodu vysokého počtu nekompatibilit na hranicích zrn, které jsou způsobené tvarem persistentních skluzových stop. • Mechanismy růstu přirozených krátkých trhlin byly studovány na vzorcích vystavených nízkocyklove únava s nízkou i vysokou deformací. Role mikrostruktury byla analyzována pomocí experimentálních technik a diskutována. • Rychlosti šíření nejdelších trhlin byly měřeny na vzorcích s mělkým vrubem. Výsledky byly analyzovány použitím přístupů lomové mechaniky založených na amplitudě KI a J-integrálu stejně jako na amplitudě plastické deformace. Všechny přístupy byly diskutovány v souvislosti s Mansonovými-Coffinovými křivkami únavové životnosti. Jednoduchý mocninový zákon růstu krátkých trhlin založený na amplitudě plastické deformace ukazuje velice dobrou korelaci se zákonem únavové životnosti. • Byla studována role oxidace v podmínkách cyklického zatěžování za vysokých teplot. Bylo zjištěno, že křehké praskání zoxidovaných hranic zrn hraje hlavní roli v počátečních stádiích nukleace trhlin. Později po iniciaci se dráha růstu trhliny mění preferenčně na transkrystalickou. Dráha šíření trhlin je velmi podobná dráze zjištěné při cyklování za pokojové teploty.
|
|
|
Special problems of fracture mechanics of singular stress concentrators in composite materials
Krepl, Ondřej ; Materna,, Aleš (referee) ; Seitl,, Stanislav (referee) ; Klusák,, Jan (advisor)
Předkládaná disertace se zabývá obecnými singulárními koncentrátory napětí a to zejména ostrým vrubem neboli V-vrubem, ostrým bi-materiálovým vrubem a ostrou materiálovou inkluzí. V první části práce je stručně nastíněna Kolosovova-Muschelišviliho teorie komplexních potenciálů rovinné pružnosti aplikovaná na problémy lomové mechaniky. Dále je diskutována lineární elastická lomová mechanika trhlin, V-vrubů, bi-materiálových vrubů a bi-materiálových spojů. V rešerši jsou dále zahrnuta kritéria směru iniciace trhliny i její stability a to kritérium maximálního tečného napětí, faktor hustoty deformační energie a sdružené napěťově-energetické kritérium. Následují text uvádí omezení jednoparametrové lomové mechaniky a výhody její multiparametrové formy. Další část představuje metody pro určení nezbytných parametrů pro popsání pole napětí a posuvů v blízkosti obecného singulárního koncentrátoru napětí. Tyto parametry zahrnují vlastní číslo a zobecněný faktor intenzity napětí. Vlastní číslo je určeno jako řešení problému vlastních hodnot zatímco metody pro určení zobecněného faktoru intenzity napětí tvoří Psi-integrál a metoda přeurčitosti. Obě zmiňované metody jsou aplikovány na zde studované obecné singulární koncentrátory napětí a vzájemně porovnány. Kritéria pro vznik trhliny v obecném singulárním koncentrátoru napětí jsou navržena. V rámci numerických příkladů jsou předpovězeny směry iniciace trhliny a podmínky stability pro konkrétní problémy. Kritické síly pro V-vrub jsou předpovězeny pomocí výše zmíněných kritérií a srovnány s experimentálními daty v literatuře. V následující části jsou ukázány metody analýzy multi-materiálového problému. V závěru práce jsou shrnuty způsoby iniciace a šíření trhliny v blízkosti ostré materiálové inkluze.
|
|
|
Problems of the crack near the bimaterial interface
Svoboda, Miroslav ; Klusák, Jan (referee) ; Profant, Tomáš (advisor)
Subject of this work is resolving problems of linear crack mechanics, description of stress and deformations in the vicinity of the top of the concentrator with plane elasticity theory in orthotropy materials. First part is engaged in basic relations in crack mechanics. Second part is engaged in numeric-analytic algorithm for determination of stress singularity of crack perpendicular to interface of two materials. Third part is focused on testing algorithm on specific configuration of material and tension of crack in bimaterial interface. In the conclusion, numeric results and impact of mechanic qualities of materials with crack perpendicular to their interface are evaluated.
|
guest ::
