|
|
Influence of Residual Stress on Lifetime Prediction of Polymer Pipelines
Poduška, Jan ; Nezbedová, Eva (referee) ; Malíková, Lucie (referee) ; Hutař, Pavel (advisor)
The lifetime of plastic pipes for water supply and other applications is demanded to exceed at least 50 years. Such a long lifetime is difficult to prove by standard testing methods like the hydrostatic pres-sure test. However, it is possible to calculate an estimation of the lifetime, as the most frequently oc-curring mechanism of failure of plastic pipes is the creep crack propagation and subsequent failure. The method is based on describing the crack propagation by parameters of the linear-elastic fracture mechanics. An important part of this method is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by various types of loads. Residual stress, a side product of solidification after extrusion, is one of these loads. This thesis begins with an introductory part and literature review of the relevant topics – most of all the typical material properties of the pipe materials, mechanisms of failure, methods of residual stress determination suitable for plastic pipes and their results, methods of testing the materials and calculating lifetime. After the introduction, the problems to be solved are defined. The description of the residual stress state in the wall of various plastic pipes is the main topic. Both tangential (hoop) and axial residual stress in pipes of different dimensions and materials are determined using a combination of experiments and numerical simulations. Also, a simplified method of tangential residual stress is designed that can provide a sufficiently precise description of the tangential resid-ual stress state and is not difficult to carry out. A method to include the residual stress in the lifetime calculations and its influence on the lifetime is also dealt with. Apart from residual stress, the influence of soil loads in case of a buried pipe is studied. The residual stress can also influence the experimental determination of crack growth rate. If the CRB (cracked round bar) test is used to measure the crack growth rate, the crack can propagate asymmetrically due to the presence of residual stress in the specimens, which affects the results. Based on a finite element simulation of crack propagation in a CRB specimen, the severity of the influence is assessed.
|
|
|
Software for an estimation of residual fatigue lifetime of mechanical parts with crack
Motyka, Jakub ; Náhlík, Luboš (referee) ; Pokorný, Pavel (advisor)
This bachelor thesis deals with the creation of software for determining the residual fatigue time of mechanical parts with a crack. In the calculation of the lifetime of fatigue-stressed parts, the existence of an initial crack is assumed. During the operating load of the part, the crack may grow up to a critical size, when a sudden fracture of the part occurs. Knowledge of the number of residual loading cycles is important for machine design and safe part-operation. The first part of this thesis deals with linear-elastic fracture mechanics which forms the theoretical basis of the calculation software. The second part is devoted to the software itself, its principles and work in user interface. The last part compares the software-acquired results with the results reached analytically.
|
|
|
Deformation and stress fields at the front of shear cracks with complicated geometry
Žák, Stanislav ; Hutař,, Pavel (referee) ; Kunz,, Jiří (referee) ; Horníková, Jana (advisor)
Tato závěrečná práce je shrnutím výzkumu smykově zatěžovaných trhlin, který proběhl v průběhu čtyř let doktorského studia jejich autora Ing. Stanislava Žáka (Středoevropský technologický institut, Vysoké učení technické v Brně). Předložená práce je zaměřena na prohloubení znalostí v oblasti pokročilé lomové mechaniky, konkrétně pro smykové zatěžování trhlin kombinované s případy geometrických odchylek trhlin od běžně používaných modelů. To mimo jiné znamená návrh nových přístupů a modelů a popis součinitelů intenzity napětí pro geometricky komplikované trhliny. První část práce je věnována shrnutí současných přístupů v lomové mechanice a dále i popisu numerických metod, použitých v dalších výpočtech. Kromě klasických přístupů se tato část textu zabývá i novějším výzkumem zaměřeným na smykové zatěžování trhlin, speciálně pro dva typy zkušebních těles – válcový vzorek s obvodovým vrubem a trhlinou zatížený prostým smykem nebo krutem a CTS těleso umožňující zatížení trhliny v módech I, II a také v jejich kombinaci I+II. Další část textu je zaměřena na konkrétní výpočty lomových parametrů při použití nových modelů s komplikovaným čelem trhliny. Teoretické řešení lomových parametrů pro oba výše zmíněné modely je porovnáno s experimentálními výsledky, získanými v navazujících projektech. U modelu válcového vzorku je popsána možnost zjednodušení budoucích modelů těles s podobným typem komplikované trhliny a současně je na něm popsán lokální vliv zubatosti čela trhliny na indukci lokálního zatížení v módu II při globálním zatížení v módu III. Tyto výsledky jsou přímo propojeny s experimentální kvantifikací únavového šíření lomu při zatížení v módu III. CTS těleso je použito k popisu vlivu drsnosti trhliny na součinitele intenzity napětí. Na tomto modelu je pozorován jak globální pokles hodnoty KII při zvyšující se drsnosti trhliny, tak i lokální změny v namáhání trhliny podél jednotlivých nerovností. Výsledky potvrzují, i pro dosud málo zkoumané smykové zatěžování, že mikrostruktura lomových ploch a čela trhliny má vliv na lomové parametry. Rozšiřují tak současné znalosti v oboru lomové mechaniky popisem geometrického stínění čela trhliny pro zátěžné módy II a III.
|
|
|
DAMAGE OF COMPOUND STRUCTURES CAUSED BY MATERIAL DISCONTINUITY
Korbel, Jakub ; Žmindák, Milan (referee) ; Hutař, Pavel (referee) ; Knésl, Zdeněk (advisor)
This Ph.D. thesis deals with modeling of compound structures containing defects such as cracks or notches. Attention was mainly focused on structures manufactured out of metals and polymers. Presented results were obtained from experimental measurements, which were compared with theoretical estimations of the ultimate states of the compound structures. Theoretical estimations were obtained by the application of the generalized fracture mechanics, whose integral part is based on numerical solution provided by finite element method. The results of the Ph.D. thesis contribute both to prediction of the limit states of compound objects, and to verification of the validity of the generalized fracture mechanics.
|
|
|
Influence of Residual Stress on Lifetime Prediction of Polymer Pipelines
Poduška, Jan ; Nezbedová, Eva (referee) ; Malíková, Lucie (referee) ; Hutař, Pavel (advisor)
The lifetime of plastic pipes for water supply and other applications is demanded to exceed at least 50 years. Such a long lifetime is difficult to prove by standard testing methods like the hydrostatic pres-sure test. However, it is possible to calculate an estimation of the lifetime, as the most frequently oc-curring mechanism of failure of plastic pipes is the creep crack propagation and subsequent failure. The method is based on describing the crack propagation by parameters of the linear-elastic fracture mechanics. An important part of this method is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by various types of loads. Residual stress, a side product of solidification after extrusion, is one of these loads. This thesis begins with an introductory part and literature review of the relevant topics – most of all the typical material properties of the pipe materials, mechanisms of failure, methods of residual stress determination suitable for plastic pipes and their results, methods of testing the materials and calculating lifetime. After the introduction, the problems to be solved are defined. The description of the residual stress state in the wall of various plastic pipes is the main topic. Both tangential (hoop) and axial residual stress in pipes of different dimensions and materials are determined using a combination of experiments and numerical simulations. Also, a simplified method of tangential residual stress is designed that can provide a sufficiently precise description of the tangential resid-ual stress state and is not difficult to carry out. A method to include the residual stress in the lifetime calculations and its influence on the lifetime is also dealt with. Apart from residual stress, the influence of soil loads in case of a buried pipe is studied. The residual stress can also influence the experimental determination of crack growth rate. If the CRB (cracked round bar) test is used to measure the crack growth rate, the crack can propagate asymmetrically due to the presence of residual stress in the specimens, which affects the results. Based on a finite element simulation of crack propagation in a CRB specimen, the severity of the influence is assessed.
|
|
|
Deformation and stress fields at the front of shear cracks with complicated geometry
Žák, Stanislav ; Hutař,, Pavel (referee) ; Kunz,, Jiří (referee) ; Horníková, Jana (advisor)
Tato závěrečná práce je shrnutím výzkumu smykově zatěžovaných trhlin, který proběhl v průběhu čtyř let doktorského studia jejich autora Ing. Stanislava Žáka (Středoevropský technologický institut, Vysoké učení technické v Brně). Předložená práce je zaměřena na prohloubení znalostí v oblasti pokročilé lomové mechaniky, konkrétně pro smykové zatěžování trhlin kombinované s případy geometrických odchylek trhlin od běžně používaných modelů. To mimo jiné znamená návrh nových přístupů a modelů a popis součinitelů intenzity napětí pro geometricky komplikované trhliny. První část práce je věnována shrnutí současných přístupů v lomové mechanice a dále i popisu numerických metod, použitých v dalších výpočtech. Kromě klasických přístupů se tato část textu zabývá i novějším výzkumem zaměřeným na smykové zatěžování trhlin, speciálně pro dva typy zkušebních těles – válcový vzorek s obvodovým vrubem a trhlinou zatížený prostým smykem nebo krutem a CTS těleso umožňující zatížení trhliny v módech I, II a také v jejich kombinaci I+II. Další část textu je zaměřena na konkrétní výpočty lomových parametrů při použití nových modelů s komplikovaným čelem trhliny. Teoretické řešení lomových parametrů pro oba výše zmíněné modely je porovnáno s experimentálními výsledky, získanými v navazujících projektech. U modelu válcového vzorku je popsána možnost zjednodušení budoucích modelů těles s podobným typem komplikované trhliny a současně je na něm popsán lokální vliv zubatosti čela trhliny na indukci lokálního zatížení v módu II při globálním zatížení v módu III. Tyto výsledky jsou přímo propojeny s experimentální kvantifikací únavového šíření lomu při zatížení v módu III. CTS těleso je použito k popisu vlivu drsnosti trhliny na součinitele intenzity napětí. Na tomto modelu je pozorován jak globální pokles hodnoty KII při zvyšující se drsnosti trhliny, tak i lokální změny v namáhání trhliny podél jednotlivých nerovností. Výsledky potvrzují, i pro dosud málo zkoumané smykové zatěžování, že mikrostruktura lomových ploch a čela trhliny má vliv na lomové parametry. Rozšiřují tak současné znalosti v oboru lomové mechaniky popisem geometrického stínění čela trhliny pro zátěžné módy II a III.
|
|
|
DAMAGE OF COMPOUND STRUCTURES CAUSED BY MATERIAL DISCONTINUITY
Korbel, Jakub ; Žmindák, Milan (referee) ; Hutař, Pavel (referee) ; Knésl, Zdeněk (advisor)
This Ph.D. thesis deals with modeling of compound structures containing defects such as cracks or notches. Attention was mainly focused on structures manufactured out of metals and polymers. Presented results were obtained from experimental measurements, which were compared with theoretical estimations of the ultimate states of the compound structures. Theoretical estimations were obtained by the application of the generalized fracture mechanics, whose integral part is based on numerical solution provided by finite element method. The results of the Ph.D. thesis contribute both to prediction of the limit states of compound objects, and to verification of the validity of the generalized fracture mechanics.
|
|
|
Software for an estimation of residual fatigue lifetime of mechanical parts with crack
Motyka, Jakub ; Náhlík, Luboš (referee) ; Pokorný, Pavel (advisor)
This bachelor thesis deals with the creation of software for determining the residual fatigue time of mechanical parts with a crack. In the calculation of the lifetime of fatigue-stressed parts, the existence of an initial crack is assumed. During the operating load of the part, the crack may grow up to a critical size, when a sudden fracture of the part occurs. Knowledge of the number of residual loading cycles is important for machine design and safe part-operation. The first part of this thesis deals with linear-elastic fracture mechanics which forms the theoretical basis of the calculation software. The second part is devoted to the software itself, its principles and work in user interface. The last part compares the software-acquired results with the results reached analytically.
|
guest ::
