|
|
Vliv reziduálních napětí na odhad životnosti polymerních trubek
Poduška, Jan ; Nezbedová, Eva (oponent) ; Malíková, Lucie (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových rozvodech vody a dalších aplikacích je minimálně 50 let. Takto dlouhou životnost je poměrně náročné prokázat klasickými metodami zkoušení trubek, jako je např. hydrostatická tlaková zkouška. Je však možné vypočítat odhad životnosti trubky vzhledem k tomu, že nejčastější mechanismus porušení trubky je šíření creepové trhliny a následné porušení. Metoda výpočtu je založena na popisu šíření této trhliny pomocí parametrů lineárně elastické lomové mechaniky. Velmi důležitou součástí této metody je simulace šíření trhliny v trubce metodou konečných prvků, ve které je nutné zohlednit různé typy zatížení působící na trubku. Jedním z těchto zatížení je právě reziduální napětí, které ve stěně trubek vzniká při tuhnutí po extruzi. Tato práce začíná úvodem do problematiky a rešerší řešených témat. Především jsou popsány charakteristické vlastnosti trubkových materiálů, typické mechanismy porušování, metody určování reziduálního napětí v plastových trubkách a jejich výsledky, metody testování trubkových materiálů a určování životnosti. Po tomto úvodu jsou určeny řešené problémy a definovány cíle práce. Hlavním téma-tem je popis reziduálního napětí ve stěně různých plastových trubek. Kombinací experimentů a numerického modelování je určeno obvodové i axiální reziduální napětí v trubkách různých rozměrů a z různých materiálů. Také je navržena zjednodušená metoda určování, která poskytuje dostatečně přesný popis stavu obvodového reziduálního napětí a je zároveň nenáročná na provedení. Je řešen také způsob zavedení reziduálního napětí do výpočtu životnosti a jeho vliv na výsledky těchto výpočtů. Kromě reziduálního napětí je studován také vliv vnějšího tlaku zeminy na zakopanou trubku. Reziduální napětí také může za určitých okolností hrát roli při experimentálním určování rychlosti šíření trhliny. Je-li pro měření rychlosti šíření trhliny použit CRB (cracked round bar) test, může se trhlina vlivem reziduálního napětí ve vzorcích šířit asymetricky, což ovlivňuje výsledky měření. Na základě simulace šíření trhliny v CRB vzorku je hodnoceno, zda je vliv tohoto jevu na výsledky pod-statný a zda lze výsledky z těchto testů použít ve výpočtech životnosti.
|
|
|
Deformation and stress fields at the front of shear cracks with complicated geometry
Žák, Stanislav ; Hutař,, Pavel (oponent) ; Kunz,, Jiří (oponent) ; Horníková, Jana (vedoucí práce)
This thesis summarizes the extend of research on the shear-modes loaded cracks done in the period of four years of doctoral studies of Ing. Stanislav Žák (Central European Institute of Technology, Brno University of Technology). The actual research aims to improve the scientific view on advanced fracture mechanics, specifically for the shear loading of cracks combined with cases when the geometry of the crack flanks and front doesn’t match with widely used and standardized models. This means proposal of new modelling approaches of geometrically complicated cracks and description of changes in the local stress intensity factors along such cracks. Initial part of the text presents a review of current approaches in the fracture mechanics and numerical methods used in further research. This part emphasizes theoretical methods in general fracture mechanics and also specific shear modes loading, particularly use of the two types of specimens – a special specimen dedicated to mode II loading (compact-tension-shear specimen) with a possibility of mixed-mode I+II loading, and widely used cylindrical specimen with circumferential notch and crack which is able to comprehend mode II and III loading. The second, more extensive part of this thesis concentrates on actual evaluation of conditions along the real-like (tortuous) crack fronts for two types of specimens under the remote shear mode loading. Theoretical solution of fracture parameters for both mentioned specimens is compared to the experimental results obtained in the frame of the follow-up projects. The cylindrical specimen is reviewed from two points of view. The first one is solely about the numerical methods and the simplification of complex numerical models. In the second one, the influence of small asperities along the crack front on local k2 inducement for specimens under the remote mode III loading is observed. The results are directly connected to the experimental measurement of mode III fatigue thresholds values for metallic materials where the local mode II advances of crack front are quantified. On fractures in compact-tension-shear specimen various configurations of crack front and flanks tortuosity are investigated. The global decrease of KII with increasing crack tortuosity is observed and used for correction of mode II fatigue threshold values of metallic materials. Furthermore, the conditions along one particular asperity are investigated. The results confirm that the shear loaded cracks (which were not described suficiently so far) are affected by the crack front and flanks microstructure. Therefore, this work extends the knowledge on roughness-induced shielding of shear loaded cracks.
|
|
|
Fatigue Crack Propagation under Combined Load in Selected Polymer and Metal Materials
Slávik, Ondrej ; Klusák, Jan (oponent) ; Padovec,, Zdeněk (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Material fatigue plays key role in terms of lifetimes of many service parts. Study of fatigue behavior of materials is ongoing from the previous century. To a large degree, the focus is put on studies of fatigue crack growth under uniaxial loading, or the so-called opening mode crack growth. However, in practice there are multiple cases of multiaxially loaded service parts, in which cracks loaded under mixed-mode loading conditions may be present. There is currently not enough knowledge with regards to this topic. This thesis is focused on some of the aspects of fatigue crack growth under combined loading. The aim is to find appropriate experimental specimens for studies regarding these issues and with their help to acquire necessary experimental data. Obtained results were used for simplification of residual fatigue lifetime estimation of parts made of polymer and metal materials. In the thesis it is also noticed about the differences in fatigue fractures between polymer and metal materials loaded by combination of tension and shear loading. These results contribute to better understanding of the processes of fatigue fractures of parts loaded by combined loading. Therefore, the submitted thesis is focused on the studies of fatigue behavior of metal and polymer materials under multiaxial loading.
|
|
|
Vliv reziduálních napětí na odhad životnosti polymerních trubek
Poduška, Jan ; Nezbedová, Eva (oponent) ; Malíková, Lucie (oponent) ; Hutař, Pavel (vedoucí práce)
Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových rozvodech vody a dalších aplikacích je minimálně 50 let. Takto dlouhou životnost je poměrně náročné prokázat klasickými metodami zkoušení trubek, jako je např. hydrostatická tlaková zkouška. Je však možné vypočítat odhad životnosti trubky vzhledem k tomu, že nejčastější mechanismus porušení trubky je šíření creepové trhliny a následné porušení. Metoda výpočtu je založena na popisu šíření této trhliny pomocí parametrů lineárně elastické lomové mechaniky. Velmi důležitou součástí této metody je simulace šíření trhliny v trubce metodou konečných prvků, ve které je nutné zohlednit různé typy zatížení působící na trubku. Jedním z těchto zatížení je právě reziduální napětí, které ve stěně trubek vzniká při tuhnutí po extruzi. Tato práce začíná úvodem do problematiky a rešerší řešených témat. Především jsou popsány charakteristické vlastnosti trubkových materiálů, typické mechanismy porušování, metody určování reziduálního napětí v plastových trubkách a jejich výsledky, metody testování trubkových materiálů a určování životnosti. Po tomto úvodu jsou určeny řešené problémy a definovány cíle práce. Hlavním téma-tem je popis reziduálního napětí ve stěně různých plastových trubek. Kombinací experimentů a numerického modelování je určeno obvodové i axiální reziduální napětí v trubkách různých rozměrů a z různých materiálů. Také je navržena zjednodušená metoda určování, která poskytuje dostatečně přesný popis stavu obvodového reziduálního napětí a je zároveň nenáročná na provedení. Je řešen také způsob zavedení reziduálního napětí do výpočtu životnosti a jeho vliv na výsledky těchto výpočtů. Kromě reziduálního napětí je studován také vliv vnějšího tlaku zeminy na zakopanou trubku. Reziduální napětí také může za určitých okolností hrát roli při experimentálním určování rychlosti šíření trhliny. Je-li pro měření rychlosti šíření trhliny použit CRB (cracked round bar) test, může se trhlina vlivem reziduálního napětí ve vzorcích šířit asymetricky, což ovlivňuje výsledky měření. Na základě simulace šíření trhliny v CRB vzorku je hodnoceno, zda je vliv tohoto jevu na výsledky pod-statný a zda lze výsledky z těchto testů použít ve výpočtech životnosti.
|
|
|
Deformation and stress fields at the front of shear cracks with complicated geometry
Žák, Stanislav ; Hutař,, Pavel (oponent) ; Kunz,, Jiří (oponent) ; Horníková, Jana (vedoucí práce)
This thesis summarizes the extend of research on the shear-modes loaded cracks done in the period of four years of doctoral studies of Ing. Stanislav Žák (Central European Institute of Technology, Brno University of Technology). The actual research aims to improve the scientific view on advanced fracture mechanics, specifically for the shear loading of cracks combined with cases when the geometry of the crack flanks and front doesn’t match with widely used and standardized models. This means proposal of new modelling approaches of geometrically complicated cracks and description of changes in the local stress intensity factors along such cracks. Initial part of the text presents a review of current approaches in the fracture mechanics and numerical methods used in further research. This part emphasizes theoretical methods in general fracture mechanics and also specific shear modes loading, particularly use of the two types of specimens – a special specimen dedicated to mode II loading (compact-tension-shear specimen) with a possibility of mixed-mode I+II loading, and widely used cylindrical specimen with circumferential notch and crack which is able to comprehend mode II and III loading. The second, more extensive part of this thesis concentrates on actual evaluation of conditions along the real-like (tortuous) crack fronts for two types of specimens under the remote shear mode loading. Theoretical solution of fracture parameters for both mentioned specimens is compared to the experimental results obtained in the frame of the follow-up projects. The cylindrical specimen is reviewed from two points of view. The first one is solely about the numerical methods and the simplification of complex numerical models. In the second one, the influence of small asperities along the crack front on local k2 inducement for specimens under the remote mode III loading is observed. The results are directly connected to the experimental measurement of mode III fatigue thresholds values for metallic materials where the local mode II advances of crack front are quantified. On fractures in compact-tension-shear specimen various configurations of crack front and flanks tortuosity are investigated. The global decrease of KII with increasing crack tortuosity is observed and used for correction of mode II fatigue threshold values of metallic materials. Furthermore, the conditions along one particular asperity are investigated. The results confirm that the shear loaded cracks (which were not described suficiently so far) are affected by the crack front and flanks microstructure. Therefore, this work extends the knowledge on roughness-induced shielding of shear loaded cracks.
|
|
|
Odhad iniciace trhliny pro ohýbaný vzorek s V-vrutem
Majer, Zdeněk ; Hutař, Pavel ; Náhlík, Luboš
Tato práce se zabývá šířením trhlin z ostrého V-vrubu. V-vrub je singulární koncentrátor napětí s exponentem singularity napětí závislým na úhlu otevření V-vrubu a proto k popisu jeho lomově mechanického chování nelze použít konvenční postupy lineárně elastické lomové mechaniky. V práci jsou aplikovány k popisu napjatosti zobecněné parametry lineárně-elastické lomové mechaniky, které jsou platné i pro exponent singularity napětí různý od hodnoty 1/2. Na základě experimentálních výsledků získaných z literatury byla ověřena platnost lomově mechanického popisu V-vrubu pomocí zobecněného faktoru intenzity napětí.
|
host ::
RSS.