|
|
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.
|
|
|
The Role of Bi/Material Interface in Integrity of Layered Metal/Ceramic
Masini, Alessia ; Černý, Martin (oponent) ; Bermejo, Raul (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
The present doctoral thesis summarises results of investigation focused on the characterisation of materials involved in Solid Oxide Cell technology. The main topic of investigation was the ceramic cell, also known as MEA. Particular attention was given to the role that bi-material interfaces, co-sintering effects and residual stresses play in the resulting mechanical response. The first main goal was to investigate the effects of the manufacturing process (i.e. layer by layer deposition) on the mechanical response; to enable this investigation, electrode layers were screen-printed one by one on the electrolyte support and experimental tests were performed after every layer deposition. The experimental activity started with the measurement of the elastic characteristics. Both elastic and shear moduli were measured via three different techniques at room and high temperature. Then, uniaxial and biaxial flexural strengths were determined via two loading configurations. The analysis of the elastic and fracture behaviours of the MEA revealed that the addition of layers to the electrolyte has a detrimental effect on the final mechanical response. Elastic characteristics and flexural strength of the electrolyte on the MEA level are sensibly reduced. The reasons behind the weakening effect can be ascribed to the presence and redistribution of residual stresses, changes in the crack initiation site, porosity of layers and pre-cracks formation in the electrode layers. Finally, the coefficients of thermal expansion were evaluated via dilatometry on bulk materials serving as inputs for finite elements analyses supporting experiments and results interpretation. The second most important goal was to assess the influence of operating conditions on the integrity of the MEA. Here interactions of ceramic–metal interfaces within the repetition unit operating at high temperatures and as well at both oxidative and reductive atmospheres were investigated. The elastic and fracture responses of MEA extracted from SOC stacks after several hours of service were analysed. Layer delamination and loss of mechanical strength were observed with increasing operational time. Moreover, SEM observations helped to detect significant microstructural changes of the electrodes (e.g. demixing, coarsening, elemental migration and depletion), which might be responsible for decreased electrochemical performances. All the materials presented in this work are part of SOC stacks produced and commercialised by Sunfire GmbH, which is one of the world leading companies in the field.
|
|
|
Estimation of mechanical properties of thin films using numerical modelling of experimental tests
Tinoco Navarro, Hector Andres ; Jančo,, Roland (oponent) ; Klusák,, Jan (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Bulge testing is an experimental technique that involves the use of numerical and analytical approaches to characterize the mechanical properties of thin films. This thesis addresses some limitations found in the classical models that describe the behavior of thin films subjected to this test. This required the development of new models and numerical strategies in order to determine several mechanical properties of monolayer and bilayer thin films under different structural conditions, such as elasticity, plasticity, and fracture. By combining finite element analysis and classical analytical solutions, different methodologies for calculating the elastic properties (E and v), residual stresses, yield stress, and fracture toughness were proposed and validated. The mechanical properties of silicon nitride, aluminum, and gold films were characterized using load-deflection experimental data obtained from bulging measurements. The determined properties showed reasonable agreement with materials of known properties, which validated that the proposed methods in this work can be useful for estimating the mechanical properties of freestanding thin films.
|
|
|
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.
|
|
|
The Role of Bi/Material Interface in Integrity of Layered Metal/Ceramic
Masini, Alessia ; Černý, Martin (oponent) ; Bermejo, Raul (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
The present doctoral thesis summarises results of investigation focused on the characterisation of materials involved in Solid Oxide Cell technology. The main topic of investigation was the ceramic cell, also known as MEA. Particular attention was given to the role that bi-material interfaces, co-sintering effects and residual stresses play in the resulting mechanical response. The first main goal was to investigate the effects of the manufacturing process (i.e. layer by layer deposition) on the mechanical response; to enable this investigation, electrode layers were screen-printed one by one on the electrolyte support and experimental tests were performed after every layer deposition. The experimental activity started with the measurement of the elastic characteristics. Both elastic and shear moduli were measured via three different techniques at room and high temperature. Then, uniaxial and biaxial flexural strengths were determined via two loading configurations. The analysis of the elastic and fracture behaviours of the MEA revealed that the addition of layers to the electrolyte has a detrimental effect on the final mechanical response. Elastic characteristics and flexural strength of the electrolyte on the MEA level are sensibly reduced. The reasons behind the weakening effect can be ascribed to the presence and redistribution of residual stresses, changes in the crack initiation site, porosity of layers and pre-cracks formation in the electrode layers. Finally, the coefficients of thermal expansion were evaluated via dilatometry on bulk materials serving as inputs for finite elements analyses supporting experiments and results interpretation. The second most important goal was to assess the influence of operating conditions on the integrity of the MEA. Here interactions of ceramic–metal interfaces within the repetition unit operating at high temperatures and as well at both oxidative and reductive atmospheres were investigated. The elastic and fracture responses of MEA extracted from SOC stacks after several hours of service were analysed. Layer delamination and loss of mechanical strength were observed with increasing operational time. Moreover, SEM observations helped to detect significant microstructural changes of the electrodes (e.g. demixing, coarsening, elemental migration and depletion), which might be responsible for decreased electrochemical performances. All the materials presented in this work are part of SOC stacks produced and commercialised by Sunfire GmbH, which is one of the world leading companies in the field.
|
|
|
Estimation of mechanical parameters of thin films using finite element analysis
Tinoco Navaro, Hector Andres ; Holzer, Jakub ; Pikálek, Tomáš ; Buchta, Zdeněk ; Lazar, Josef ; Chlupová, Alice ; Kruml, Tomáš ; Hutař, Pavel
This study shows a methodology to estimate mechanical parameters of thin films by means of a bulge\ntest and a numerical approach. The methodology is based on the combination of finite element analysis with a\nclassical analytical method. Finite element modelling was conducted for monolayer (Si3N4) membranes of 2x2mm\nwith the aim to approximate both the load-deflection curves experimentally measured and the classical loaddeflection\nanalytical model. Error functions were constructed and minimized to delimit a coupled solution space\nbetween Young’s modulus and Poison’s ratio. In a traditional bulge test analysis only one of the elastic properties\ncan be determined due to that there is not unique solution in the estimations of these parameters. However, both\nelastic parameters were determined through the proposed numerical procedure which compares the deformed\nsurfaces for a specific set of optimal elastic parameters computed. Results shows that the estimated elastic\nproperties agree with corresponding values determined by other methods in the literature
|
|
|
Modelling mechanical properties of RNA and DNA
Dršata, Tomáš ; Lankaš, Filip (vedoucí práce) ; Banáš, Pavel (oponent) ; Schneider, Bohdan (oponent)
Strukturní a mechanické vlastnosti nukleových kyselin hrají klíčovou roli v řadě biologických procesů i v oblasti nanotechnologií. Práce předkládá výsledky několika studií zaměřených na modelování těchto vlastností. Rozsáhlé simulace atomistické molekulové dynamiky (MD) jsou použity ke studiu strukturní dynamiky nukleových kyselin a k parametrizaci modelů jejich mechaniky. Používáme dva modely, které předpokládají deformační energii ve tvaru obecné kvadratické funkce vhodně zvolených vnitřních souřadnic, a liší se v úrovní rozlišení. První model je založen na popisu konformace na úrovni jednotlivých bází, zatímco druhý, hrubší model, je vhodný k popisu tuhosti vůči globálním deformacím v ohybu a celkové torzi. Tyto modely jsou využity ke studiu mechanických vlastností A-traktů v souvislosti s tvorbou smyček a lokalizací nukleosomů, k charakterizaci spřažených deformací v torzi a prodloužení helikální DNA a RNA, a k predikci změn ve vlastnostech poškozené DNA v souvislosti s procesem rozpoznání a oprav tohoto poškození. Kromě toho je představen návrh obecného modelu alosterických efektů v DNA, který je aplikován k predikci změn ve struktuře DNA způsobených vazbou ligandů do malého žlábku a...
|
|
|
Large-scale micro-finite element simulation of compressive behavior of trabecular bone microstructure
Jiroušek, Ondřej ; Zlámal, Petr
Microstructural finite element analysis has become a standard technique for evaluation of mechanical properties of trabecular bone. Due to the high complexity of the trabecular bone microstructure, the FE models have a very large number of elements (about 1 million elements per cubic cm in 50 μm3 resolution). To perform FE analysis of the microstructural FE models based on micro-CT scanning of whole bone samples (e.g. vertebral bodies) it is needed to solve 107 -- 108 equations. This article deals with comparison of approaches using voxel-based microstructural FE models to calculate the overall mechanical properties of trabecular bone.
|
|
| |
|
| |
host ::
RSS.