|
|
Statická analýza trojkolky
Gural, Artur ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Fuis, Vladimír (vedoucí práce)
V této práci jsou shrnuty poznatky nutné k řešení statických úloh typu NNTP. Jsou zde vymezeny všechny důležité pojmy a vysvětleny mechanismy fungování těchto vazeb. Praktickou částí bylo vytvoření programu, který má být schopen takovéto úlohy řešit podle principů, jaké jsou studentům předávány v kurzu statiky na FSI. V programu je proveden rozbor a řešení několika úloh, které vystihují danou problematiku. Ty jsou představeny v textu práce. Práce i program byly tvořeny se záměrem prohloubení znalostí o řešení problémů statiky.
|
|
|
Computational modelling of the layered piezoelectric composites and analysis of their electro-mechanical response upon harmonic vibrations
Machů, Zdeněk ; Profant, Tomáš (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Currently, a generation of electric power from alternative sources of energy, especially from ambient vibrations, is becoming a very hot topic. Devices converting mechanical energy into an electrical one are called energy harvesters and are often based on the piezoelectric phenomenon. For the optimal adjustment of such an energy converter in the given application, it is necessary to have its computational model, which is able to describe all key aspects of its operation. Thus, this work focuses on the development of such a complex computational tool, which is able to globally describe the electromechanical response of the studied piezoelectric harvester operating in the form of a cantilever multilayer ceramic beam with piezoelectric layers. Such a multilayer structure is subjected to a kinematic excitation during its operation and also contains thermal residual stresses coming from the manufacturing process. The derived computational model utilizes the classical laminate theory to determine the static electromechanical response of the structure. Hamilton’s variational principle and the theory of beam vibrations were employed to obtain electromechanical response of the structure upon steady-state vibrations. The complex computational model is also capable of estimating the apparent fracture toughness of a given multilayer structure using the weight function method. The output of derived computational model is validated with FE simulations and available experimental results. This master’s thesis also presents an application of the derived computational model in the optimization of a particular multilayer beam to obtain maximal electrical power output and to maximize its resistance to surface crack propagation and a potential brittle fracture. This goal is achieved by means of a suitable adjustment of thermal residual stresses in particular layers of the considered structure (controlled by used materials and by thicknesses of particular layers).
|
|
|
Metody topologické optimalizace mechanicky namáhaných konstrukcí a jejich aplikace u prutových soustav
Pánek, Ondřej ; Lošák, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá topologickou optimalizací prutových soustav. V první části této práce je na základě rešerše dostupné literatury zpracován přehled jednotlivých metod strukturální optimalizace a stručně popsán jejich princip. Druhá část práce se zabývá aplikací vybraných metod na topologickou optimalizaci prutových soustav, k čemuž je využito výpočetních kódů naprogramovaných v prostředí programu MATLAB. V prvním kroku byl vytvořen kód pro výpočet napětí v jednotlivých prutech a posuvů styčníků prutové soustavy s využitím autorem naprogramované metody konečných prvků. Tento nástroj byl dále použit jako základ pro jednotlivé optimalizační úlohy, které tento algoritmus využívají pro získání výše uvedených parametrů. Vybrané optimalizační metody a jejich výpočetní kódy byly následně demonstrativně použity na dvou modelových úlohách – mostu a konzolovém nosníku, s cílem redukovat jejich hmotnost na minimum při současném zachování bezpečnosti vůči meznímu stavu pružnosti a meznímu stavu vzpěrné stability. Získané výsledky byly v závěru srovnány s výsledky dostupnými v literatuře (avšak optimalizovanými na výchozích konstrukcích ve formě kontinua) a lze konstatovat, že oba výstupy jsou ve velmi dobré shodě.
|
|
|
Návrh optimálních parametrů vícevrstvého keramického ochranného povlaku pro vysokoteplotní aplikace
Dohnalík, Petr ; Hrstka, Miroslav (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce bylo stanovení vhodné kompozice ochranného povlaku, skládajícího se z několika různých vrstev konkrétních materiálů, s ohledem na residuální napětí indukované v povlaku v důsledku rozdílných součinitelů teplotní roztažnosti jeho jednotlivých složek. Ochrannými povlaky jsou v této práci myšleny tepelné a environmentální bariéry, které mají za úkol chránit součásti před vysokými teplotami. V práci je uveden nezbytný teoretický úvod do problematiky tepelných a environmentálních bariér. Zde jsou uvedeny základní koncepce skladby jednotlivých vrstev, používané materiály a způsoby nanášení. Obsažená rešeršní studie podává přehled, jakým způsobem se v současnosti přistupuje k výpočtovému modelování residuálních napětí zejména v tepelných bariérách nanesených plazmovým nástřikem. V práci je blíže představena klasická laminátová teorie, která byla použita k výpočtům zbytkových napětí v rámci povlakové struktury. Standardně tato metoda předpokládá homogenní teplotní pole po výšce laminátu, nicméně v této práci byl nalezen způsob, jak ji rozšířit o zahrnutí proměnné teploty po výšce analyzované struktury. V praktické části práce je vytvořený model použit pro hledání vhodných vlastností dvouvrstvého až čtyřvrstvého povlaku. Výpočty byly provedeny jak pro konstantní teplotu, tak pro gradient teploty po výšce modelu. Výstupy analytického modelu založeného na rozšířené klasické laminátové teorii jsou ve vybraných případech ověřeny pomocí numerického modelu.
|
|
|
Comparison of mechanical properties of bolts with various surface treatment and upon consideration of their operation on the safety limit
Krško, Peter ; Skalka, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
This bachelor thesis deals with issues of critical bolt joints tightening on the safety limit. The aim of this work is to find the optimal surface treatment of the bolt for reliable application in industrial vacuum pumps and to clarify its stress-strain behaviour upon using various surface treatments and different surface lubrication. Next part consists of finding the maximum torque values causing a fracture in bolts of the vacuum pumps. For this purpose, on one hand, the analytical model of the bolt joint is used and, on the other hand, the experimental observations on the real bolt joint are utilized. The outputs of both approaches are then compared to each other and, on their basis, the most suitable surface treatment of the bolt joint for the given industrial pump is recommended in order to achieve the maximum possible safety against torque applied to the bolt when assembling the device.
|
|
|
Určování mechanických charakteristik materiálů vícevrstvých struktur s využitím metody zvukové rezonance a modální MKP analýzy
Fodor, Ján ; Lošák, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Práca sa zaoberá určovaním mechanických vlastností zložiek kompozitnej keramiky nepriamym spôsobom, konkrétne youngovým modulom pružnosti. Na základe rešeršnej štúdie bolo zistené, že existuje popísaný spôsob určovania elastických vlastností jednej, prípadne aj viacerých zložiek kompozitných viacvrstvých materiálov na základe experimentálnej modálnej analýzy a modálnej analýzy pomocou MKP, prípadne analytických vzťahov. Metóda pomocou MKP bola oskúšaná na keramickom lamináte, kde sa určoval youngov modul pružnosti jednej z jej zložiek. Okrem toho bola snaha určiť youngove moduly pružnosti oboch zložiek materiálu užitím prvých dvoch ohybových vlastných frekvencií. Nepodarilo sa dosiahnuť uspokojivých výsledkov. Citlivostná analýza ukázala, že vrstvy, ktorých youngov modul pružnosti sa určoval sú vzhľadom na svoju malú relatívnu hrúbku v porovnaní s hrúbkou laminátu a pre polohu v lamináte príliš citlivé na malé zmeny vstupných parametrov. Na základe tohoto boli v závere uvedené doporučenia pre vhodnú geometriu skúšobných telies.
|
|
|
Numerická simulace porušování keramických pěn při mechanickém zatížení
Hanák, Jiří ; Skalka, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá numerickou simulací porušování keramických pěn s otevřenou strukturou buněk a porozumění podmínek pro vznik porušení při různých způsobech mechanického namáhání. Pro tyto účely bylo využito tzv. sdružené energeticko-napěťové kritérium. Motivací práce bylo vytvořit model schopný co nejpřesnější predikce pevnosti keramické pěny při mechanickém zatížení v porovnání s experimentem. První část práce je věnována výkladu teoretických pokladů nutných pro řešení daného problému. Konkrétně jsou zmíněny způsoby modelování pěnových materiálů, základy lineární elastické lomové mechaniky (LELM) a podstata sdruženého energeticko-napěťového kritéria použitého pro definici iniciace trhliny. V druhé části práce jsou provedeny numerické MKP analýzy, jejichž výsledkem je stanovení podmínek nutných pro vznik porušení trámečku pěnové struktury. Tyto poznatky byly následně využity pro sestavení algoritmu numerické simulace mechanické zkoušky pěnového materiálu s pravidelnou architekturou buněk. Výstupy numerických simulací jsou v závěru práce porovnány s výsledky z experimentů (tlakových zkoušek) provedených na reálných Al_2 O_3 pěnách připravených 3D tiskem a poskytnutých Ústavem fyziky materiálů Akademie věd České republiky. Lze konstatovat, že bylo dosaženo dobré shody mezi výsledky obou přístupů a predikce mechanické pevnosti keramické pěny poskytovaná vytvořeným modelem je zatím nejpřesnějším odhadem z dosud publikovaných přístupů.
|
|
|
Problém trhliny v blízkosti bimateriálové rozhraní
Svoboda, Miroslav ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Profant, Tomáš (vedoucí práce)
Cílem práce je seznámení se s problematikou lineární lomové mechaniky, popisem napětí a deformací v okolí vrcholu trhliny na rozhraní dvou ortotropních materiálů pomocí teorie rovinné pružnosti. První část je věnována teoretickým základům lomové mechaniky. Druhá část se zabývá výpočtem exponentu singularity v případě trhliny nakloněné pod libovolným úhlem vzhledem k bimateriálovému rozhraní. Dále se určuje koeficient intenzity napětí analyticko-numerickým přístupem pomocí MKP. Poslední, třetí část, je zaměřena na testování algoritmů na konkrétních konfiguracích trhliny vůči bimateriálovému rozhraní. V závěru se vyhodnocují numerické výsledky, vlivy mechanických vlastností materiálů a vlivy úhlu sklonu trhliny vůči rozhraní.
|
|
|
Optimalizace topologie kmitajícího nosníku složeného z více materiálů
Kordula, Tomáš ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Lošák, Petr (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá optimalizací topologie nosníku skládajícího se jak z jednoho, tak i více materiálů zatíženého staticky nebo dynamicky. Zaměřuje se na návrh struktury s cílem minimalizace poddajnosti, nebo maximalizace vlastní frekvence. Pro řešení jednotlivých problémových situací jsou napsány výpočetní programy v jazyku Python samostatně a také v kombinaci s komerčním softwarem ANSYS APDL.
|
|
|
Influence of lamine thickness on bifurcation appearance in ceramic laminate
Sorokina, Kristina ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Hadraba, Hynek (vedoucí práce)
In layered ceramic composite materials the internal residual stresses occur due to thermal expansion coefficient mismatch of individual layers. During cooling of layered composite from sintering temperature the layers start to shrink with different rate according to the thermal expansion coefficient. Permanent compressive and tensile residual stresses generate in individual layers if they are strongly bonded together. Magnitude of the residual stresses is controlled by volume ratio between two combined materials. In this work, ceramic laminates consisted of 7 and 9 alternated layers combining two different ceramic materials were prepared by sequential slip casting and electrophoretic deposition and subsequently studied. The prepared laminates were analyzed for existence of edge cracks in layers containing compressive residual stresses. By using results of 2D parametric numerical model and combination of compressive residual stress and layer thickness, the prediction of presence and absence of edge cracking were compared with the actual presence and absence of edge cracks in compressive layers. The crack bifurcation caused by edge cracks presence was studied on the 3D fracture surfaces reconstruction of laminate prepared after testing of flexural strength.
|
host ::
RSS.