|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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).
|
|
|
Výpočtová analýza vlivu výrobních defektů na porušení keramické pěny při mechanickém zatížení
Papšík, Roman ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Práce se zabývá výpočtovým modelováním keramických pěn a analýzou vlivu výrobních defektů (jako jsou porušené trámečky, zaslepené póry ashluky materiálu) na pevnost keramické pěny. Model geometrie pěny byl diskretizován nosníkovými prvky za účelem snížení výpočetní náročnosti. Vmístě styku několika trámečků bylo využito tuhých nosníkových prvků pro přesnější modelování vyšší tuhosti vtomto místě. Zaslepené stěny pórů byly modelovány adiskretizovány pomocí skořepinových prvků. Byl analyzován vliv směru zatěžování na pevnost pěny bez vad apoté vliv množství vad na pevnost. Nejvyšší pevnost vykazují pěny tvořené buňkami strámečky orientovanými ve směru zatěžování. Ty ale ztrácely pevnost nejvíce. Pěna tvořená rombododekaedrickou buňkou prakticky není ovlivněna přítomností zaslepených pórů, ale má má nejnižší pevnost ibez defektů. Kelvinova buňka představuje kompromis. Ukázalo se, že mezi trámečkem skonstantním aproměnným průřezem je rozdíl vpevnosti řádově desítky procent.
|
|
|
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.
|
|
|
Návrh kompozitní objímky rotoru vysokootáčkového rotačního stroje
Pavlík, Ondřej ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Návrat, Tomáš (vedoucí práce)
Diplomová práce je zaměřena na výrobu kompozitu metodou navíjení a určení materiá-lových vlastností vyrobeného kompozitu sestávajícího z uhlíkových vláken a epoxidové pryskyřice typu termoset s pomocí jak analytických, tak numerických modelů. Zjištěné materiálové vlastnosti jsou aplikovány na návrh a deformačně napěťovou analýzu kom-pozitní objímky pro použití ve vysokootáčkovém bezkomutátorovém synchronním elek-tromotoru s permanentními magnety. Je vyhodnocena bezpečnost takto navrženého roto-ru z pevnostního hlediska a je navrženo testovací zařízení pro statickou i dynamickou zkoušku objímky. Statické testovací zařízení je vyrobeno a sestaveno. Je navinuta kom-pozitní objímka a je proveden pevnostní test.
|
|
|
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.
|
|
|
Analytický model kompozitního nosníku se SMART vrstvou
Dostal, Vojtěch ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Majer, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá analytickým modelováním kompozitního nosníku se smart vrstvou. Konstrukce je odvozena z reálného piezoelektrického generátoru, kterým je vetknutý nosník, a na jeho spodní a vrchní část je připevněna vrstva piezoelektrického materiálu. V úvodní části bakalářské práce jsou shrnuty poznatky z oblasti energy harvestingu, kam se řadí i získávání elektrické energie z piezoelektrického generátoru. Následně jsou uvedeny a popsány některé piezoelektrické materiály. Analytické modelování je nejprve provedeno pro homogenní vetknutý nosník. Poté jsou odvozeny vztahy pro hledané charakteristiky u laminátové konstrukce, která již modelově odpovídá piezoelektrickému generátoru. Je zvolen jeden parametr, který se bude měnit a v rámci závislosti se budou měnit i hledané charakteristiky, což pro piezoelektrický generátor jsou přetvoření a průhyb.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.