|
|
STOCHASTICKÉ MODELOVÁNÍ ŠÍŘENÍ TRHLIN S VYUŽITÍM ROZŠÍŘENÉ METODY KONEČNÝCH PRVKŮ
Nešpůrek, Lukáš ; Knésl, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis is based on the work carried out in a doctoral research program under joint French- Czech tutorship at the French Institute of Advance Mechanics in Clermont-Ferrand and the Institute of Physics of Materials in Brno. An initial research project conducted in Brno investigated trough finite element analysis the stress field around the crack front of a through-thickness crack in thin metallic foils, focussing on the effect of the special type of singularity at the intersection of the crack front with the free surface. The main focus of the thesis was numerical modelling and stochastic analysis of complex-geometry crack propagation problems in two dimensions. The use of numerical mechanical models for such analysis had been scarce because of prohibitively high computational effort. This thesis shows that through application of advanced computational mechanics and suitable reliability analysis techniques, the task is tractable even on a personal computer. The First Order Reliability Method was employed in the reliability analysis. It was assumed that the crack growth rate obeys the Paris-Erdogan equation. A bi-variate statistical model for the parameters of the equation was found appropriate to capture the extreme sensitivity to their correlation. The mechanical response was obtained through the Extended Finite Element Method, which eliminates the computational effort and the numerical noise originating from remeshing in classical finite element analysis. Several direct differentiation formulae were developed to compute the derivatives of the response function, improving numerical stability and convergence of the reliability analysis and dramatically reducing computational time. The PREFFAS load transformation method was used to treat variable-amplitude loading. The use of distributed computing offered a further acceleration of the analysis.
|
|
|
STOCHASTIC CRACK PROPAGATION MODELLING USING THE EXTENDED FINITE ELEMENT METHOD
Nešpůrek, Lukáš ; Novák, Drahomír (oponent) ; Hutař, Pavel (oponent) ; Anthony Nouy, PhD., HDR (oponent) ; Knésl, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis is based on the work carried out in a doctoral research program under joint French- Czech tutorship at the French Institute of Advance Mechanics in Clermont-Ferrand and the Institute of Physics of Materials in Brno. An initial research project conducted in Brno investigated trough finite element analysis the stress field around the crack front of a through-thickness crack in thin metallic foils, focussing on the effect of the special type of singularity at the intersection of the crack front with the free surface. The main focus of the thesis was numerical modelling and stochastic analysis of complex-geometry crack propagation problems in two dimensions. The use of numerical mechanical models for such analysis had been scarce because of prohibitively high computational effort. This thesis shows that through application of advanced computational mechanics and suitable reliability analysis techniques, the task is tractable even on a personal computer. The First Order Reliability Method was employed in the reliability analysis. It was assumed that the crack growth rate obeys the Paris-Erdogan equation. A bi-variate statistical model for the parameters of the equation was found appropriate to capture the extreme sensitivity to their correlation. The mechanical response was obtained through the Extended Finite Element Method, which eliminates the computational effort and the numerical noise originating from remeshing in classical finite element analysis. Several direct differentiation formulae were developed to compute the derivatives of the response function, improving numerical stability and convergence of the reliability analysis and dramatically reducing computational time. The PREFFAS load transformation method was used to treat variable-amplitude loading. The use of distributed computing offered a further acceleration of the analysis.
|
|
|
Šíření trhlin skloněných k rozhraní keramických laminátů
Novotná, Lenka ; Trunec, Martin (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
Využití výhod kompozitních materiálů majících vrstevnatou strukturu bylo a je cílem při návrhu rozličných komponent. Keramické lamináty nacházejí uplatnění tam, kde jsou požadovány speciální vlastnosti, jako je nízká hustota, teplotní a chemická odolnost. Hlavní překážkou většího rozšíření keramických materiálů je jejich inherentní křehkost. Proto je v předkládané práci řešena zejména problematika šíření trhlin v keramických laminátech. Lamináty na bázi korundu a zirkonu mající různé objemové podíly jednotlivých složek byly připraveny technikou elektroforetické depozice. Na základě důkladné literární rešerše byly navrženy postupy hodnocení šíření trhlin přes rozhraní a dále pak metody stanovení základních mechanických vlastností. Díky přítomnosti vnitřních napětí a rozdílného modulu pružnosti byl sledován odklon trhliny procházející přes rozhraní. Pro sledování tohoto fenoménu byla navržena nestandardní zkušební tělesa umožňující šíření trhliny pod zvoleným úhlem směrem k rozhraní. Na základě experimentálních prací bylo zjištěno, že míra odklonu trhliny je závislá na vstupním úhlu a dále pak na objemovém podílu jednotlivých složek vrstevnatého systému. Důležitým poznatkem je také fakt, že uvnitř materiálu docházelo k většímu odklonu než bylo pozorováno na povrchu. Studium tohoto jevu významně podpořily výsledky získané z 3D rekonstrukce lomových ploch s využitím konfokální mikroskopie. Dále byly stanoveny základní elastické a pevnostní charakteristiky laminátů, které byly srovnány s parametry stanovenými pro jednotlivé složky. Z porovnání modulu pružnosti byla ověřena platnost směšovacího pravidla. Jako nejvěrohodnější metoda stanovení modulu pružnosti laminátu se jeví dynamická rezonanční metoda, která vykazovala velmi malý rozptyl hodnot. Pevnostní charakteristiky laminátů vykazovaly tendenci blížit se hodnotě pevnosti nejméně pevné složky systému a nelze tedy využít směšovací pravidlo jak tomu bylo u modulu pružnosti. Změna objemového podílu jednotlivých složek laminátu vede pouze ke změně velikosti rozptylu ohybové pevnosti. Díky poznatkům získaným v této práci o šíření trhlin a stanovení základních mechanických charakteristik bude jednodušší navrhnout vhodný laminát dle potřeb aplikace.
|
|
| |
|
|
Crack lenghts calculation from COD measurement for cement based composites
Seitl, Stanislav ; Hanzlovský, Radovan ; Knésl, Zdeněk
The fatigue of cement based composites is now one of the progressive branches in research. To describe fatigue crack growth quantitatively it is necessary to know the values of materials parameters for Paris’ law. In cement based composites it is difficult to measure crack lengths directly. Therefore the crack open displacement (COD) is measured and then recalculated to crack length. The purpose of the present article is to find the relation between COD and the corresponding crack length for three point bend specimen.
|
|
|
Stanovení směru šíření trhliny v tělesech s materiálovým rozhraním
Šestáková, Lucie ; Náhlík, Luboš ; Hutař, Pavel
Z řady experimentálních pozorování vyplývá, že se směr šíření trhliny v bi-materiálovém tělese mění v okamžiku, kdy trhlina dosáhne rozhraní. Cílem příspěvku je navrhnout proceduru umožňující odhad změny směru šíření trhliny po jejím průchodu přes rozhraní mezi dvěma elastickými materiály. Navržená procedura má umožnit určení úhlu, pod kterým se trhlina bude šířit za rozhraním do druhého materiálu. Jsou uvažovány předpoklady lineárně elastické lomové mechaniky. Pro numerické výpočty byla použita metoda konečných prvků. Dosažené výsledky mohou přispět k lepšímu porozumění porušování materiálů s rozhraním (tj. např. vrstevnatých kompozitů, materiálů s ochrannými povlaky, apod.) a ke spolehlivějšímu odhadu provozního života součástí vyrobených z uvedených materiálů.
|
|
|
Fracture description of two- layer pipe with polypropylene protective layer
Zouhar, Michal ; Hutař, Pavel ; Náhlík, Luboš ; Vallet, L.
Nowadays, using of layered polymer pipes is increase. Protective layer can contribute to the better mechanical resistance of basic material. In this paper the three-dimensional numerical model of pipe consisting of main pipe material and outer protective layer material is modeled. The creep crack propagation in main material is simulated and the influence of protective layer is observed. Presented description of the crack in two-layer pipe can help for more accurate estimation of pipe-system residual life time.
|
|
| |
|
|
Šíření indentačních trhlin v keramických laminátech
Hadraba, Hynek ; Chlup, Zdeněk ; Maca, K. ; Bermejo, R.
Bylo studováno šíření trhlin přes rozhraní vrstevnatých kompozitů na bázi Al2O3 a ZrO2. Byly připraveny vrstevnaté kompozity se s jednosložkovými a dvousložkovými silně vázanými vrstvami pomocí elektroforetické depozice a suspenzního lití. Lamináty s různým poměrem tloušťky jednotlivých vrstev obsahovaly tahová a tlaková zbytková napětí o různé velikosti. Trhlina šířící se k rozhraní vrstev po přechodu přes rozhraní změnila směr šíření. Trhlina šířící se do vrstvy obsahující tlaková zbytková napětí se odklonila směrem k rozhraní vsrtev. Naproti tomu trhlina, šířící se do vrstvy obsahující tahová zbytková napětí, se odklonila směrem od rozhraní vsrtev. Byla popsána změna směru šíření trhliny při přechodu přes rozhraní v závislosti na úhlu pod kterým se trhlina šířila k rozhraní a velikosti zbytkových napětí. Bylo zjištěno, že velikost změny směru šíření trhliny nezávisela na velikosti zbytkových napětí.
|
|
|
Šíření indentačních trhlin v silně vázaných laminátech na bázi Al2O3 a ZrO2
Hadraba, Hynek ; Chlup, Zdeněk ; Maca, K. ; Bermejo, R.
Bylo studováno šíření indentačních trhlin přes rozhraní vrstevnatých kompozitů na bázi Al2O3 and ZrO2. Elektroforetickou depozicí a suspenzním litím byly připraveny kompozity se silně vázanými jednosložkovými (A/Z) a dvousložkovými vrstvami (AtZ/AmZ). Vrstvy kompozitů různých tlouštěk a složení obsahovaly různě velká zbytková napětí. Po přechodu trhliny přes rozhraní vsrtev v laminátu došlo ke změně směru jejího šíření: trhlina se stáčela ve vrstvě obsahující tlaková pnutí směrem k rozhraní a ve vrstvě obsahující tahová pnutí směrem od rozhraní. Byla popsána velikost změny směru šíření trhliny vzhledem k úhlu pod kterým se trhlina šířila směrem k rozhraní. Největší změna směru šíření trhliny pro laminát typu A/Z byla 15° pro trhlinu šířící se k rozhraní pod úhlem 45°. Největší změna směru šíření trhliny pro laminát typu AtZ/AmZ byla 20° pro trhlinu šířící se k rozhraní pod úhlem 32,5°. Velikost změny směru šíření trhliny nazávisela na velikosti vnitřních pnutí ve vrstvách laminátu.
|
host ::
RSS.