|
|
Computational Modelling of Mechanical Behaviour of "Elastomer-Steel Fibre" Composite
Lasota, Tomáš ; Okrouhlík,, Miloslav (oponent) ; Nováček,, Vít (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
This thesis deals with composite materials made of elastomer matrix and steel reinforcement fibres with various declinations. It presents computational simulations of their mechanical tests in uniaxial tension and three-point bending realized using finite element (FE) method, and their experimental verification. The simulations were carried out using two different models - bimaterial and unimaterial computational models. The bimaterial model reflects structure of the composite in detail, i.e. it works with the matrix and individual fibres. When the bimaterial model is used, then it is necessary to create each fibre of the composite in the model and it makes numbers of disadvantages (creation of the model is laborious, higher number of elements are needed for discretization of an individual fibre in FE softwares and computational time is higher). On the other side, the unimaterial model does not distinguish the individual fibres, but it works with a model of the whole composite as a homogeneous material and the reinforcing effect of the fibres is included in the strain energy density function. Comparison between experiments and simulations shows that the bimaterial model is in good agreement with the experiments unlike the unimaterial one being able to provide adequate results in the case of tension load only. Hence, a new way was sought of how to extend the unimaterial model by the bending stiffness of fibres. In 2007 Spencer and Soldatos published a new extended unimaterial model that is able to work with both tension and bending stiffnesses of fibres. However, their model is based on Cosserat continuum theory, it is very complicated and is not suitable for practical application. Hence, a new simplified model was created in the thesis (partially according to the Spencer and Soldatos) with own strain energy density function proposed. In order to verify the new unimaterial model with bending stiffness, all the needed equations were derived and a new own finite element solver was written. This solver is based on Cosserat continuum theory and contains the mentioned anisotropic hyperelastic unimaterial model with bending stiffness. It was necessary to use the so called C1 elements, since the Cosserat theory works with second derivatives of displacements. The C1 elements ensure continuity of both displacements field and their first derivatives. Finally, new simulations were performed using the created FE solver and they show that the bending stiffness of fibres can be driven by the appropriate material parameter. In conclusion of this work it is discussed whether the new unimaterial model with bending stiffness is able to provide the same results as the bimaterial model, namely for both tension and bending loads of a composite specimen.
|
|
| |
|
| |
|
|
Deformačně napěťová analýza aortálních výdutí
Man, Vojtěch ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na deformačně-napěťovou analýzu aortálních výdutí pomocí softwaru ANSYS. Využívá přitom modely založené na individuální geometrii AAA pěti pacientů získané rekonstrukcí z CT snímků. Do modelu geometrie jsou zahrnuty i odbočující tepny a posouzení jejich vlivu na koncentraci napětí ve stěně AAA je jedním z cílů této práce. Pro analýzu je použit hyperelastický model materiálu, který vychází z materiálových zkoušek lidských aortálních tkání.
|
|
|
Analýza šíření tlakové vlny v aortě
Holubář, Oldřich ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na problematiku využití snímání šíření pulzní vlny aortou v oblasti diagnostiky aneurysmatu břišní aorty (AAA). V první části byl popsán kardiovaskulární systém a jeho patologie v podobě AAA. Dále byly shrnuty současné metody diagnostiky a navrženy nové, které budou založeny na principu snímání průběhu pulzní vlny. Byla provedena numerická simulace šíření pulzní vlny, s využitím výpočtové metody interakce tělesa s tekutinou, na zjednodušených geometrických modelech, které reprezentují určité úseky aorty. Cílem těchto analýz bylo ověřit použitelnost výpočtové metody interakce tělesa s tekutinou pro další rozvoj navrhovaných diagnostických metod.
|
|
|
Numerické modelování chování částicového kompozitu se sesíťovanou polymerní matricí
Máša, Bohuslav ; Ševčík, Martin (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá stanovením makroskopického chování částicového kompozitu se sesíťovanou polymerní matricí zatíženého tahem. Hlavním cílem práce je určení mechanických vlastností kompozitu při tahovém zatížení za pomocí numerických metod (zejména metody konečných prvků). Vyšetřovaný kompozit je složen z matrice v kaučukovitém stavu a z tuhých částic na bázi oxidu hliníku (Al2O3). Hyperelastické vlastnosti matrice byly popsány pomocí Mooney-Rivlinova modelu materiálu. V úvahu byly brány různé konfigurace rozmístění částic, jejich odlišný tvar, orientace a rozlišné objemové množství, pro něž byly vytvořeny numerické modely, přičemž bylo vzato do úvahy také porušování matrice kompozitu. Výsledky výpočtů jsou porovnány s experimentálními daty, přičemž byla konstatována dobrá shoda mezi numerickými modely s porušováním matrice a experimentálními daty.
|
|
|
Deformačně-napěťová analýza arteriálních aneuryzmat
Tesařová, Petra ; Skácel, Pavel (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Cílem této diplomové práce je vytvoření konečnoprvkového modelu aneuryzmatu a provedení napěťově-deformační analýzy stěny aneuryzmatu pomocí softwaru ANSYS. Model geometrie výdutě na břišní aortě vychází z CT snímků konkrétního pacienta. V práci jsou porovnány dva vybrané konstitutivní modely, z nichž každý vychází z jiných mechanických zkoušek provedených na vzorcích lidské arteriální tkáně. Dále je formulována mezní podmínka pro porušování soudržnosti stuktury stěny aneuryzmatu. Na základě výsledků výpočtu napětí ve stěně aneuryzmatu a této podmínky jsou spočítány součinitele bezpečnosti a risk faktory ruptury.
|
|
|
Výpočtové modelování mechanických zkoušek kompozitů pryž - ocelové vlákno
Jarý, Milan ; Profant, Tomáš (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Motivací pro realizaci této diplomové práce bylo navrhnout výpočtový model vláknového kompozitu s elastomerovou matricí a dále se pokusit o homogenizaci vlastností tohoto kompozitu. Práce se zabývá výpočtovým modelováním deformačně napěťových stavů vznikajících při mechanických zkouškách kompozitů. Kompozity, které jsou použity při mechanických zkouškách, jsou složeny z hyperelastické pryžové matrice a z ocelových výztužných vláken. Výpočtové modelování je uskutečněno na dvou úrovních modelu. Jednak s fyzickým modelováním vláken a matrice a jednak s využitím homogenizace vlastností, tj. konstitutivních modelů popisujících vlastnosti kompozitu jako celku. To znamená, že vlastnosti vláken jsou matematickou formulací konstitutivního modelu zahrnuty v měrné energii napjatosti (hustota deformační energie). Dále se práce zabývá výpočtovým modelováním mechanických zkoušek hyperelastických izotropních materiálů, které slouží k identifikaci jejich materiálových parametrů a k ověření správného výběru konstitutivního modelu materiálu, jenž ho popisuje. Pro konkrétní hyperelastický materiál jsou provedeny simulace pro zkoušku jednoosým tahem, dvouosým tahem, jednoosým tlakem, dvouosým tlakem, smykem, jednoosým tahem se zabráněnou příčnou deformací. Mechanické parametry byly určeny z experimentálních dat, které sloužily jako data vstupní. Ověření modelu materiálu bylo provedeno porovnáním dat získaných z experimentů a výsledků simulace daných mechanických zkoušek pomocí MKP v systému Ansys. Takto ověřený konstitutivní model materiálu byl použit pro popis matrice v deformačně napěťových modelech mechanických zkoušek kompozitního materiálu a výsledky byly porovnávány s experimentálními daty. Cíle, kterých má být dosaženo, jsou následující: • Seznámit se s konstitutivními modely hyperelastických izotropních a anizotropních materiálů a identifikací jejich parametrů na základě mechanických zkoušek. • Vytvořit výpočtové modely zkušebních těles z kompozitu "pryž - ocelové vlákno" pro různá uspořádání vláken a využít je při simulaci vybraných zkoušek. • Otestovat možnosti modelování kompozitu s využitím homogenizace jeho vlastností a porovnat výsledky obou přístupů. Výsledky, kterých bylo dosaženo: • Byly vytvořeny výpočtové modely s namodelovanými vlákny, jejichž deformačně napěťové charakteristiky se kvalitativně shodují s experimentem a kvantitativní rozdíl je 20% až 40% (viz.(4.3)). • Dále byla úspěšně provedena homogenizace vlastností výpočtového modelu s namodelovanými vlákny (viz.(4.4)).
|
|
|
Deformačně-napěťová analýza výdutí tepen
Mucha, Petr ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá vytvořením výpočtového modelu arteriální výdutě, zohledňujícího její reálnou geometrii a konstitutivní chování, a následným posouzením rizika ruptury na základě porovnání největšího hlavního napětí uvnitř stěny výdutě a intaktní aorty. V oblasti konstitutivního chování nabízí ucelený přehled a vzájemné srovnání všech dostupných konstitutivních (hyperelastických) modelů za předpokladu jejich objemové nestlačitelnosti. Hlavní motivací této práce je ale snaha o vytvoření metody pro nalezení „nezatížené“ = „beznapěťové“ = „prvotní“ = zmenšené (redukované) geometrie, kterou obecně neznáme. Doposud používané modely geometrie výdutě, pocházející ze snímků pořízených počítačových tomografem, představují vždy již deformovanou konfiguraci od krevního tlaku, axiálního protažení a reziduální napjatosti.
|
|
|
Materiálově nelineární statická odezva stavebních konstrukcí
Kinclová, Radka ; Vlk, Zbyněk (oponent) ; Nevařil, Aleš (vedoucí práce)
Náplní této práce je nelineární elastická a plastická odezva jednoduchých prutových konstrukcí. Bude zde řešena problematika vzniku plastických kloubů. Dále bude popsán vznik a velikost reziduálních napětí od svařování. K určení limitní únosnosti jednoduchých konstrukcí bude využito ideálně elasticko-plastického chování, popř. elastického chování se zpevněním, a ta bude porovnána s řešením v programu ANSYS.
|
host ::
RSS.