|
|
Modelling and analysis of the contact failure of ceramic materials
Machů, Zdeněk ; Majer, Zdeněk (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
This bachelor thesis deals with contact damage of ceramic materials. The purpose of this work is to create an analytical and FEM model of contact between a sphere and flat plate and subsequently use these models to analyse loading conditions that lead to crack initiation in the ceramic plate. The research part contains description of contact failures in ceramic materials with strong emphasis on Hertzian cone crack, followed by Hertzian theory of contact between two spheres and Hertzian stress field equations for flat plate. The next part of research chapters describes how contact problems are modelled in FEM software ANSYS Mechanical APDL and introduces the basics of fracture mechanics, which are necessary for the prediction of ring crack initiation. The next chapter contains information about the creation of analytical and FEM model and includes illustrative results of both models, which are then compared between these two models. The last chapter of this work deals with fracture mechanics FEM model that can simulate the ring crack initiation. This chapter also contains analysis of ideal crack position, where the crack has the best conditions for its initiation and growth. The last part of this chapter contains parametrical study where critical loading conditions are analysed in relation to radius of indentation sphere and different mechanical properties of used ceramic plate. In the final part of this work, the results of fracture mechanics FEM model are compared to experimental results of real specimens.
|
|
|
Influence of lamine thickness on bifurcation appearance in ceramic laminate
Sorokina, Kristina ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Hadraba, Hynek (advisor)
Z důvodu rozdílných koeficientů délkové teplotní roztažnosti jednotlivých vrstev vzniká ve vrstvách keramického vrstevnatého kompozitního materiálů reziduální napětí. V průběhu chladnutí vrstevnatého kompozitu ze slinovací teploty jednotlivé vrstvy smršťují různými rychlostmi v závislosti na velikosti koeficientu délkové teplotní roztažnosti. Jestliže jsou tyto vrstvy spolu pevně spojeny vzniká v jednotlivých vrstvách různě velké trvalé zbytkové napětí. Velikost residuálního napětí je dána objemovým podílem obou složek v kompozitu. Tato práce byla zaměřena na přípravu a popis 7-mi a 9-ti vrstevných keramických laminátů složených ze střídajících se vrstev dvou rozdílných materiálů. Keramické lamináty byly připraveny pomocí metody suspenzního lití a elektroforetické depozice. U připravených laminátu byl sledován vznik tzv. hranových trhlin (edge cracks) ve vrstvách obsahujících tlaková zbytková pnutí. Výsledky pozorování přítomnosti hranových trhlin pro různou konfiguraci velikosti zbytkových napětí a tloušťky vrstev byly srovnány s teoretickou předpovědí vytvořenou pomocí parametrického 2D modelu. Vliv vzniklých hranových trhlin na průběh lomu byl studován pomocí 3D rekonstrukce lomového povrchu po ohybové zkoušce připravených vrstevnatých kompozitů.
|
|
|
Modelling of the randomly formed ceramic foam structure for FEM simulations
Papšík, Roman ; Navrátil, Petr (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
This bachelor thesis deals with construction of ceramic foam model with various levels of (ir)regularity for finite element simulations in Ansys. The main objective is to substitute the complex structure of the open cell foam using the beam elements, enabling to perform FE analysis on much larger volumes of foams than the realistic foam models composed of solid elements. In this work, the technique of the model creation is based on the Voronoi tessellation and enables choice of arbitrary (ir)regularity of the modelled structure. The created source codes generate the model data directly in the syntax of APDL language for FEM system Ansys. The first part of the work describes several methods of the space partitioning and methods for substitution of the real foam structure by simplified “wire” model. The second part defines the Voronoi tessellation (diagram) as a key technique for creation of the foam model and describes its algorithms. The next part of the work deals with possibilities and utilizations of various software and libraries, describes creation of the own code in mathematical software Matlab and way how to transfer the model data into the system Ansys. The last part of the work demonstrates functionality of the created model on several FEM simulations, studying response of the ceramic foam on the external mechanical loading, upon consideration of various levels of the foam structure irregularity.
|
|
|
Design of laminate handlebars for mountain bikes
Hanák, Jiří ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Polzer, Stanislav (advisor)
This bachelor’s thesis describes design of laminate handlebars for mountain bikes. The first part describes the mechanical properties of composite materials, with the emphasis on fiber composites. The algorithm for acquiring material characteristics of fiber composite by analytical method is presented. In the next part, it is shown how to control the direction of fibers in lam-inate in the finite element calculations and its impact to resulting stresses in the material. The aim of the last part is design geometry model of laminate handlebars for mountain bikes with following stress – strain analysis by FEM and software ANSYS. The analysis is performed for static loading.
|
|
|
Stress-Strain Calculations of Selected Components of Firearm
Pavlík, Ondřej ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Slažanský, Martin (advisor)
Thesis deals with the utilization of the finite element method (FEM) in development of computational model. Subject of the computational model is the slide stop pin of the pistol CZ 75, designed and manufactured in Czech Republic by Česká zbrojovka Uherský Brod. The computational model describes strain stress analysis of the slide stop pin. The results of the analysis are subject to difficult sourcing of relevant and reliable input information. Based on stress strain analysis results, the safety factor of the pin was determined. However, the results are influenced a lot by input parameters selection. At the conclusion the summary of proposed further steps for computational model accuracy increase is proposed.
|
|
|
Solution of General Stress Concentrators in Anisotropic Media by Combination of FEM and the Complex Potential Theory
Ševeček, Oldřich ; Kotoul, Michal (advisor)
Disertační práce se věnuje problematice obecných koncentrátorů napětí v anisotropních prostředích. Zejména se jedná o problém trhlin končících na rozhraní dvou různých materiálů, či problém obecného více-materiálového klínu. Cílem práce je vytvořit komplexní nástroj pro posuzování obecných koncetrátorů napětí tj, popis pole napětí v jeho okolí, zahrnutí případného vlivu přemostění trhliny do výsledného pole napětí a definici lomových kritérií pro obecný koncentrátor v anisotropním prostředí. U popisu pole napětí je využit tzv. Lechnického-Strohův formalismus a technika spojitě rozložených dislokací využívající teorii komplexních potenciálů. V práci je rovněž široce uplatněn tzv. dvoustavový "psí"-integrál (pro výpočet různých součinitelů asymptotického rozvoje pro napětí), založený na Bettiho recipročním teorému v kombinaci s metodou konečných prvků. Pro formulaci lomových kritérií je použita teorie tzv. „konečné lomové mechaniky“ a teorie sdružených asymptotických rozvojů. Studován je především vztah mezi ohybem trhliny podél rozhraní a její případnou pentrací do základního materiálu. Veškeré potřebné výpočty jsou prováděny v matematických softwarech MAPLE 10.0, MATLAB 7.1 a konečnoprvkovém systému ANSYS 10.0.
|
|
|
Solution of General Stress Concentrators in Anisotropic Media by Combination of FEM and the Complex Potential Theory
Ševeček, Oldřich ; Knésl, Zdeněk (referee) ; Náhlík, Luboš (referee) ; Kotoul, Michal (advisor)
Disertační práce se věnuje problematice obecných koncentrátorů napětí v anisotropních prostředích. Zejména se jedná o problém trhlin končících na rozhraní dvou různých materiálů, či problém obecného více-materiálového klínu. Cílem práce je vytvořit komplexní nástroj pro posuzování obecných koncetrátorů napětí tj, popis pole napětí v jeho okolí, zahrnutí případného vlivu přemostění trhliny do výsledného pole napětí a definici lomových kritérií pro obecný koncentrátor v anisotropním prostředí. U popisu pole napětí je využit tzv. Lechnického-Strohův formalismus a technika spojitě rozložených dislokací využívající teorii komplexních potenciálů. V práci je rovněž široce uplatněn tzv. dvoustavový "psí"-integrál (pro výpočet různých součinitelů asymptotického rozvoje pro napětí), založený na Bettiho recipročním teorému v kombinaci s metodou konečných prvků. Pro formulaci lomových kritérií je použita teorie tzv. „konečné lomové mechaniky“ a teorie sdružených asymptotických rozvojů. Studován je především vztah mezi ohybem trhliny podél rozhraní a její případnou pentrací do základního materiálu. Veškeré potřebné výpočty jsou prováděny v matematických softwarech MAPLE 10.0, MATLAB 7.1 a konečnoprvkovém systému ANSYS 10.0.
|
|
|
Problem of the crack terminating at the bimaterial interface
Svoboda, Miroslav ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Profant, Tomáš (advisor)
The objective of this diploma thesis is the stress-strain analysis of the crack terminating at the orthotropic bi-material interface suggested as the plane problem of the linear fracture mechanics. The first part is engaged in basic relations of the linear fracture mechanics. The second part is focused on the singularity exponent evaluation for the crack impinging and generally inclined with respect to the bi-material interface. It follows the determination of the generalized stress intensity factors applying the analytical-numerical approach represented by the finite element analysis. The last part of this work is focused on the testing of algorithms applied to the specific crack and bi-material interface configurations. A conclusion discusses the influence of the bi-material mechanical properties and the angel of the crack inclination to the obtained numerical results.
|
|
|
Linear elastic fracture mechanics and its application on study of composed materials
Dohnalík, Petr ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Máša, Bohuslav (advisor)
The main objective of this bachelor thesis is the introduction to computational methods of fracture parameters of the crack, which terminates at the bi-material interface. The preface of the work deals with composites, where possible crack can grow in materials with different elastic properties. In this part advantages of composite materials are closely described and usual structure arrangements of the components are presented. The next part of this work is focused on the linear elastic fracture mechanics and available concepts for assessment of the body with presence of the crack in the homogenous material are described. These concepts are based on analytical expressions and, also, on numerical methods. This problem is furthermore extended in the next chapter by case, when the crack terminates perpendicularly to the bi-material interface. Here are given procedures, which can provide information about the further crack behaviour. In practical part all presented procedures have been used in order to evaluate the crack parameters in the homogenous material and for the crack terminating at bi-material interface. Necessary calculations were performed using the finite element method implemented in the commercial system ANSYS. Calculated results were compared and closely discussed in the conclusion.
|
|
|
Parameters of Fracture Mechanics
Oplt, Tomáš ; Ševeček, Oldřich (referee) ; Horníková, Jana (advisor)
This thesis is the descriptive summary for the most significant parameters of fracture mechanics, required to define stress field on the crack tip. The first and also the most extensive part is divided into two subparts. There are mentioned particular parameters of one-parameter fracture mechanics, firstly are considered linear elastic deformations, thereafter the elastoplastic deformations. The second, shorter part of the thesis, is aimed at multi-parameters stress field description on the crack tip, required for the calculation of constructions with the necessity to consider their geometry.
|
guest ::
