|
|
Využití konečné lomové mechaniky pro korekci měření lomové houževnatosti u vzorků s různou geometrií kořene vrubu
Dohnal, Petr ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Práce se zabývá využitím numerických simulací a teorie konečné lomové mechaniky pro analýzu podmínek při vzniku trhliny vkeramickém zkušebním vzorku s vrubem (zatíženém čtyřbodovým ohybem) a možnými způsoby korekce lomové houževnatosti stanovené experimentálně na vzorcích srůzným poloměrem zaoblení vrubu. Za tímto účelem byl vytvořen parametrický výpočtový model pro simulaci zkoušky lomové houževnatosti čtyřbodovým ohybem. V prvním kroku byl odladěn výpočet kritické síly, při níž dojde ke vzniku trhliny ve zkušebním vzorku se zaobleným vrubem a jejímu následnému nestabilnímu šíření skrze zbývající průřez vzorku. K tomuto účelu byla použita metoda konečných prvků (MKP) a sdružené energeticko-napěťové kritérium. V dalším kroku byl výpočet lomových sil aplikován i na sadu experimentálních vzorků s cílem porovnat numerickou predikci s hodnotami naměřenými experimentálně. V práci jsou dále navrženy dva způsoby korekce lomové houževnatosti stanovené experimentálně. Jeden pro korekci naměřených hodnot přímo využívá numerického výpočtu s využitím sdruženého energeticko-napěťového kritéria. V druhém případě byla pomocí numerické simulace odvozena korekční funkce, která již pro samotné použití výpočet MKP nepotřebuje. Korekce naměřené lomové houževnatosti pomocí funkce se ukázala jako lepší, avšak ne zcela účinná pro celý rozsah zkoumaných poloměrů zaoblení v kořenu vrubu. Při porovnání s dalšími korekčními funkcemi nalezenými v literatuře lze konstatovat, že v práci navržený postup korekce poskytuje do určitého poloměru zaoblení vrubu lepší shodu s reálnou hodnotou lomové houževnatosti daného materiálu.
|
|
|
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.
|
|
|
Výpočtové modelování a analýza využitelnosti materiálů s tvarovou pamětí pro aplikace v oblasti mechatronických aktuátorů
Ševčík, Roman ; Skalka, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá výpočtovým modelováním materiálů s tvarovou pamětí a jejich aplikací v aktuátorech. Rešeršní část práce vysvětluje základní princip fungování materiálů s tvarovou pamětí, různé možnosti jejich využití a modelování, a také princip návrhu aktuátorů s využitím těchto materiálů. Další kapitola se zabývá tvorbou modelu v SW Ansys, testováním tohoto modelu a jeho následným využitím pro modelování aktuátoru. Dalším krokem je otestování zvoleného modelu aktuátoru při různých parametrech výpočtové analýzy. Poslední kapitola se zabývá popisem obecného postupu modelování materiálů s tvarovou pamětí, doporučeními pro nastavení výpočtové analýzy a možností použití a realizace zvoleného aktuátoru.
|
|
| |
|
|
Výpočetní nástroj pro deformačně-napěťovou analýzu mechanicky zatížené kruhové a mezikruhové desky
Dohnal, Jakub ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Bakalářská práce se primárně zabývá vytvořením výpočetního nástroje pro deformačně-napěťovou analýzu rotačně symetrických kruhových a mezikruhových desek. K tomuto účelu byl použit komerční software MATLAB a jeho součást APP DESIGNER. Program využívá analytických vztahů obecné pružnosti a pevnosti pro řešení diferenciálních rovnic pro několik typů desek a zatížení. Součástí bakalářské práce je rovněž parametrická studie porovnávající výstupy analytického a numerického modelu založeného na metodě konečných prvků, mající za cíl identifikovat praktickou oblast použitelnosti analytického řešení a jeho přesnost pro daný konkrétní případ desky.
|
|
|
Vliv vrubů při cyklickém vysokofrekvenčním únavovém zatěžování
Kozáková, Kamila ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Klusák, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá vyhodnocováním životností hladkých a vrubovaných vzorků. Porovnání životností je zaměřeno na případ vysokofrekvenčního cyklického zatěžování v oblasti vysokocyklové a gigacyklové únavy materiálů. Pro vyhodnocování a přepočet křivek životnosti vrubovaného vzorku je využita teorie kritických vzdáleností. Vliv vrubu je kvantifikován pomocí liniové metody. Kritický délkový parametr je stanoven tak, aby křivka životnosti vrubovaných vzorků odpovídala křivce naměřené na hladkých vzorcích. Výsledkem je závislost kritického délkového parametru na počtu cyklů do lomu. Znalost kritických délkových parametrů může být využita ke stanovení životnosti vrubovaných vzorků i reálných součástí s vrubem na základě výsledků zkoušek životnosti vzorků hladkých.
|
|
|
Modelování a analýza odezvy auxetických materiálů na mechanické zatížení
Vítek, Tomáš ; Skalka, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Předložená bakalářská práce se zabývá výpočtovou analýzou auxetických materiálů, zejména jejich odezvou na aplikované mechanické zatížení. V rešeršní části je popsán historický vývoj těchto materiálů, jejich významné mechanické vlastnosti, způsoby modelování a možnosti praktického využití. Výpočtová část práce se zabývá detailní analýzou vybraných auxetických struktur s cílem stanovit jejich elastické charakteristiky v závislosti na různých geometrických parametrech dané struktury a rovněž v závislosti na velikosti aplikované deformace. Výpočtové modelování je primárně provedeno s využitím programu ANSYS Mechanical APDL založeném na metodě konečných prvků (MKP), jejíž princip je velmi stručně vysvětlen. Dále je v práci popsán postup tvorby parametrického modelu a redukce celé struktury na geometrii o minimálním rozsahu (části základní buňky). Podrobně je vysvětleno vytváření sítě konečných prvků, aplikace příslušných okrajových podmínek a vyhodnocení. Hodnoty elastických charakteristik určené s využitím numerických simulací jsou v práci srovnány i s dostupným analytickým modelem. Prezentovány jsou závislosti elastických charakteristik auxetických struktur pro široký rozsah hodnot zvolených geometrických parametrů a aplikovaných deformací struktury, uvažovaných jak v oblasti malých tak velkých deformací. Za zjištěných závislostí je následně diskutován vliv těchto parametrů na odezvu auxetické struktury při mechanickém zatížení. V závěru práce jsou výpočtem určené elastické charakteristiky konfrontovány s experimentálními daty dostupnými v literatuře a na základě tohoto srovnání je diskutována věrohodnost a přesnost použitého výpočtového modelu.
|
|
|
Návrh topologie kompozitního piezokeramického snímače
Dostal, Vojtěch ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Majer, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá návrhem a numerickým modelováním piezokeramického snímače, který je umístěn na kolejnici z důvodu generování elektrické energie pro bezdrátové senzory monitorující železniční dopravu a stav kolejí. Práce se dá rozdělit do tří oblastí. První část se věnuje teoretickým základům piezoelektrické přeměny a následně jsou uvedeny příklady použití piezoelektrického generátoru v železniční oblasti. Ve druhé části je provedena parametrická analýza na numerickém modelu pro zjištění vhodného umístění piezoelektrického generátoru na kolejnici, k tomu byl použit homogenizovaný model MFC snímače. Výsledky z numerického modelu byly následně porovnány s provedeným experimentem. Třetí část se již věnuje návrhu vlastního piezokeramického snímače, který je aplikován na vybrané vhodné místo na kolejnici. Výsledky z provedeného numerického výpočtu ukazují vhodnost použití tohoto snímače pro monitorování železnice.
|
|
|
Určování elastických charakteristik vysoce-porézních materiálů s využitím impulsové excitační techniky
Kollmann, Marek ; Lošák, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá aplikací impulzně excitační techniky (IET) k určování elastických charakteristik vysoce-porézních materiálů a ověřením její praktické použitelnosti k tomuto účelu. V teoretické části je vysvětlen princip této metody spolu s argumenty pro využití mimo podmínky stanovené normou. V další části je s využitím programu ANSYS vytvořen model pěnové struktury s otevřenou pórovitostí tvořené Kelvinovými buňkami, který slouží jak pro zjištění modálních charakteristik modelu, vstupujících do vyhodnocení elastických vlastností porézního materiálu pomocí IET, tak pro simulaci standardní tahové zkoušky určující tyto homogenizované elastické charakteristiky přímým způsobem. Na výpočtovém modelu byl dále analyzován vliv porozity a velikosti buněk na jeho elastické charakteristiky. Ten se prokázal být ve shodě s teorií dle Gibsonové a Ashbyho. V závěru práce jsou konfrontovány výstupy výpočtových modelů s dostupnými, experimenty naměřenými, daty elastických vlastností různě porézních materiálů a zhodnoceny možnosti využití IET k určení těchto charakteristik. Ukázalo se, že IET správně podává informace o tuhosti modelu.
|
|
|
Solution of General Stress Concentrators in Anisotropic Media by Combination of FEM and the Complex Potential Theory
Ševeček, Oldřich ; Kotoul, Michal (vedoucí práce)
The thesis focuses to the solution of the problems of general stress concentrators in anisotropic media. Particularly, it is a problem of cracks terminating on the interface of two dissimilar materials or problems of general multi-material wedge. The main aim of the work is to work up a complex toolbox for the assessment of general stress concentrators, i.e. a tool for the description of the stress field in its vicinity, the inclusion of the crack bridging effect into the resulting stress field, and the definition of the fracture criteria for the crack impinging at the interface in dissimilar anisotropic media. For the description of the stress field the so-called Lechnitskii-Stroh formalism and continuously distributed dislocation technique, exploiting the complex potential theory is used. The work also widely employs the two-state "psi"-integral (for the calculation of various factors of the asymptotic stress expansions) based on the Betti´s reciprocal theorem in combination with FEM. For the fracture criterion definition the theory of Finite Fracture Mechanics and matched asymptotic expansions is used. Especially the competition between the crack deflection along the interface and the crack penetration into the base material is studied. All the needed calculations are performed in the mathematical softwares MAPLE 10.0, MATLAB 7.1 and in the finite element system ANSYS 10.0.
|
host ::
RSS.