|
|
Problémy lineární lomové mechaniky kompozitních materiálů
Kopp, Dalibor ; Profant, Tomáš (oponent) ; Klusák,, Jan (vedoucí práce)
Cílem předkládané bakalýřské práce je seznámení se s teoretickými základy lineární elastické lomové mechaniky homogenních izotropních materiálů a popis této problematiky v kompozitních materiálech. Práce je rozdělená do tří částí. V první části je zaměřená na základy lomové machaniky. Druhá část práce se zabývá zobecněním lineární lomové mechaniky. Třetí část je zaměřená na aplikaci dané problematiky na vrub tvořeného dvěma ortotropními materiály a numerickým řešením této situace.
|
|
|
Evaluation of Fracture Mechanical Parameters for Bi-Piezo-Material Notch
Hrstka, Miroslav ; Materna, Aleš (oponent) ; Náhlík, Luboš (oponent) ; Profant, Tomáš (vedoucí práce)
The presented dissertation thesis deals with evaluation of the leading terms of the Williams asymptotic expansion describing an in-plane electro-elastic field at the tip of piezoelectric bi-material notches and interface cracks using the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism in connection to the pure anisotropic elasticity. It is demonstrated that the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism with modern Python programming concepts represents an effective theoretical as well as a practical tool for the fracture analysis of piezoelectric bi-materials. The theoretical part of the thesis outlines aspects of anisotropic elasticity and their connection with piezoelectric materials. The governing equations focused on special types of monoclinic piezoelectric materials, which enable decoupling to the in-plane and anti-plane problem, are introduced via the complex potentials. In the practical part of the thesis, the eigenvalue problem of a bi-material notch is proposed in order to determine the singularity exponents as well as the generalized stress intensity factors by application of the two-state -integral. All relations and numerical procedures are applied to the pure anisotropic and subsequently expanded to the piezoelectric fracture problem of bi-material notches and deeply investigated in the numerical examples. A special attention is paid to the change of the asymptotic solution connected with the transition of a very closed notch into an interface crack. Also the influence of arbitrary oriented poling directions upon asymptotic solution is investigated. The accuracy of calculations of the generalised stress intensity factors is tested by comparing the asymptotic solutions with results obtained by the finite element method using a very fine mesh. Finally, the formalism is modified for non-piezoelectric media such as conductors and insulators.
|
|
|
Special problems of fracture mechanics of singular stress concentrators in composite materials
Krepl, Ondřej ; Materna,, Aleš (oponent) ; Seitl,, Stanislav (oponent) ; Klusák,, Jan (vedoucí práce)
The presented dissertation deals with general singular stress concentrators (GSSC) namely with a sharp notch also known as a V-notch, a sharp bi-material notch and a sharp material inclusion. The review section briefly outlines the Kolosov-Muskhelishvili complex potential theory of the plane elasticity applied on fracture mechanics problems. Next, the linear elastic fracture mechanics of cracks, V-notches, bi-material notches and bi-material junctions is discussed. The review also includes the crack initiation direction and the stability criteria of the maximum tangential stress, the strain energy density factor and the coupled stress-energy criterion. In the following text, limits of the single parameter and advantages of the multi-parameter fracture mechanics are presented. The next section introduces methods to determine the necessary parameters to describe the stress and displacement field near the GSSCs. The parameters include the eigenvalue and the generalized stress intensity factor (GSIF). The eigenvalue is determined as an eigenvalue problem, while the methods to calculate the GSIF are the Psi-integral and the overdeterministic method. Both the methods are applied on the studied GSSCs and mutually compared. Finally the criteria for crack initiation in the GSSCs are proposed in the multi-parameter form. The crack initiation direction and the stability conditions are predicted for particular problems in numerical examples. The failure forces for a V-notch are predicted by above mentioned criteria and compared with experimental data found in literature. In following section methods to analyze multi-material problem are shown. The final section summarizes with means of the crack initiation and propagation near the sharp material inclusion.
|
|
|
Vliv tloušťky vzorku na iniciaci trhliny z vrcholu obecného singulárního koncentrátoru napětí
Kopp, Dalibor ; Řoutil,, Ladislav (oponent) ; Malíková, Lucie (oponent) ; Klusák, Jan (vedoucí práce)
Geometrické nespojitosti, jako jsou ostré vruby, se objevují v konstrukcích technických objektů a vedou ke koncentracím napětí. Tyto body jsou velice nebezpečné, protože snižují pevnost součástí a mohou vést ke vzniku trhlin. Technické objekty však nejsou tvořeny pouze homogenními materiály, ale mohou se skládat i z dvou a více různých materiálů obsahující ostré vruby na rozhraní těchto materiálů. U těchto ostrých vrubů je studován vliv volného povrchu na podmínky iniciace a vyhodnocován prostřednictvím 3D tělesa, poněvadž u těles s konečnou tloušťkou jsou podmínky iniciace trhliny ovlivňovány volným povrchem. Pole napětí v okolí vrcholů obecných singulárních koncentrátorů napětí jsou počítány metodou konečných prvků a výsledky zpracovávány pomocí inženýrského přístupu porovnáváním řídicí veličiny. Tento přístup se dá jednoduše použít v kombinaci se znalostí základních materiálových vlastností a použitím výsledků MKP výpočtu posuzovaných vrubů. K tomu, aby bylo možné stanovit vliv volného povrchu a určit, zdali k iniciaci dojde ze středu součásti, nebo z volného povrchu, byla zavedena hodnota středního kritického aplikovaného napětí, pomocí které je možné jednoduše stanovit místo iniciace trhliny po tloušťce. Poměrem středních kritických aplikovaných napětí uprostřed a na volném povrchu dále kvantifikovat vliv volného povrchu na místo iniciace trhliny. Pomocí tohoto postupu je ukázáno, že místo iniciace trhliny je závislé jak na směru zatížení tělesa, úhlu otevření vrubu a tloušťce vzorku, ale v případě bi-materiálového vrubu také na poměru modulů pružnosti.
|
|
|
PORUŠOVÁNÍ SLOŽENÝCH TĚLES VYVOLANÉ MATERIÁLOVOU NESPOJITOSTÍ
Korbel, Jakub ; Žmindák, Milan (oponent) ; Hutař, Pavel (oponent) ; Knésl, Zdeněk (vedoucí práce)
Předkládaná dizertační práce se zabývá modelováním složených těles obsahující defekt typů trhlin a vrubů. Pozornost byla především zaměřena na složená tělesa vyrobená z polymerů a kovů. Prezentované výsledky byly získány experimentálním stanovením podmínek porušení jednotlivých těles a porovnány s teoreticky vypočtenými hodnotami. Výsledky těchto studií byly získány aplikací zobecněné lomové mechaniky, přičemž jejich nedílnou součástí jsou numerická řešení provedená metodou konečných prvků. Výsledky předkládané práce mají dvojí využití. Jednak předvídají limitní děje složených těles, ale také přispívají k ověření platnosti zobecněné lomové mechaniky.
|
|
|
Vliv tloušťky vzorku na iniciaci trhliny z vrcholu obecného singulárního koncentrátoru napětí
Kopp, Dalibor ; Řoutil,, Ladislav (oponent) ; Malíková, Lucie (oponent) ; Klusák, Jan (vedoucí práce)
Geometrické nespojitosti, jako jsou ostré vruby, se objevují v konstrukcích technických objektů a vedou ke koncentracím napětí. Tyto body jsou velice nebezpečné, protože snižují pevnost součástí a mohou vést ke vzniku trhlin. Technické objekty však nejsou tvořeny pouze homogenními materiály, ale mohou se skládat i z dvou a více různých materiálů obsahující ostré vruby na rozhraní těchto materiálů. U těchto ostrých vrubů je studován vliv volného povrchu na podmínky iniciace a vyhodnocován prostřednictvím 3D tělesa, poněvadž u těles s konečnou tloušťkou jsou podmínky iniciace trhliny ovlivňovány volným povrchem. Pole napětí v okolí vrcholů obecných singulárních koncentrátorů napětí jsou počítány metodou konečných prvků a výsledky zpracovávány pomocí inženýrského přístupu porovnáváním řídicí veličiny. Tento přístup se dá jednoduše použít v kombinaci se znalostí základních materiálových vlastností a použitím výsledků MKP výpočtu posuzovaných vrubů. K tomu, aby bylo možné stanovit vliv volného povrchu a určit, zdali k iniciaci dojde ze středu součásti, nebo z volného povrchu, byla zavedena hodnota středního kritického aplikovaného napětí, pomocí které je možné jednoduše stanovit místo iniciace trhliny po tloušťce. Poměrem středních kritických aplikovaných napětí uprostřed a na volném povrchu dále kvantifikovat vliv volného povrchu na místo iniciace trhliny. Pomocí tohoto postupu je ukázáno, že místo iniciace trhliny je závislé jak na směru zatížení tělesa, úhlu otevření vrubu a tloušťce vzorku, ale v případě bi-materiálového vrubu také na poměru modulů pružnosti.
|
|
|
Evaluation of Fracture Mechanical Parameters for Bi-Piezo-Material Notch
Hrstka, Miroslav ; Materna, Aleš (oponent) ; Náhlík, Luboš (oponent) ; Profant, Tomáš (vedoucí práce)
The presented dissertation thesis deals with evaluation of the leading terms of the Williams asymptotic expansion describing an in-plane electro-elastic field at the tip of piezoelectric bi-material notches and interface cracks using the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism in connection to the pure anisotropic elasticity. It is demonstrated that the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism with modern Python programming concepts represents an effective theoretical as well as a practical tool for the fracture analysis of piezoelectric bi-materials. The theoretical part of the thesis outlines aspects of anisotropic elasticity and their connection with piezoelectric materials. The governing equations focused on special types of monoclinic piezoelectric materials, which enable decoupling to the in-plane and anti-plane problem, are introduced via the complex potentials. In the practical part of the thesis, the eigenvalue problem of a bi-material notch is proposed in order to determine the singularity exponents as well as the generalized stress intensity factors by application of the two-state -integral. All relations and numerical procedures are applied to the pure anisotropic and subsequently expanded to the piezoelectric fracture problem of bi-material notches and deeply investigated in the numerical examples. A special attention is paid to the change of the asymptotic solution connected with the transition of a very closed notch into an interface crack. Also the influence of arbitrary oriented poling directions upon asymptotic solution is investigated. The accuracy of calculations of the generalised stress intensity factors is tested by comparing the asymptotic solutions with results obtained by the finite element method using a very fine mesh. Finally, the formalism is modified for non-piezoelectric media such as conductors and insulators.
|
|
|
Special problems of fracture mechanics of singular stress concentrators in composite materials
Krepl, Ondřej ; Materna,, Aleš (oponent) ; Seitl,, Stanislav (oponent) ; Klusák,, Jan (vedoucí práce)
The presented dissertation deals with general singular stress concentrators (GSSC) namely with a sharp notch also known as a V-notch, a sharp bi-material notch and a sharp material inclusion. The review section briefly outlines the Kolosov-Muskhelishvili complex potential theory of the plane elasticity applied on fracture mechanics problems. Next, the linear elastic fracture mechanics of cracks, V-notches, bi-material notches and bi-material junctions is discussed. The review also includes the crack initiation direction and the stability criteria of the maximum tangential stress, the strain energy density factor and the coupled stress-energy criterion. In the following text, limits of the single parameter and advantages of the multi-parameter fracture mechanics are presented. The next section introduces methods to determine the necessary parameters to describe the stress and displacement field near the GSSCs. The parameters include the eigenvalue and the generalized stress intensity factor (GSIF). The eigenvalue is determined as an eigenvalue problem, while the methods to calculate the GSIF are the Psi-integral and the overdeterministic method. Both the methods are applied on the studied GSSCs and mutually compared. Finally the criteria for crack initiation in the GSSCs are proposed in the multi-parameter form. The crack initiation direction and the stability conditions are predicted for particular problems in numerical examples. The failure forces for a V-notch are predicted by above mentioned criteria and compared with experimental data found in literature. In following section methods to analyze multi-material problem are shown. The final section summarizes with means of the crack initiation and propagation near the sharp material inclusion.
|
|
|
PORUŠOVÁNÍ SLOŽENÝCH TĚLES VYVOLANÉ MATERIÁLOVOU NESPOJITOSTÍ
Korbel, Jakub ; Žmindák, Milan (oponent) ; Hutař, Pavel (oponent) ; Knésl, Zdeněk (vedoucí práce)
Předkládaná dizertační práce se zabývá modelováním složených těles obsahující defekt typů trhlin a vrubů. Pozornost byla především zaměřena na složená tělesa vyrobená z polymerů a kovů. Prezentované výsledky byly získány experimentálním stanovením podmínek porušení jednotlivých těles a porovnány s teoreticky vypočtenými hodnotami. Výsledky těchto studií byly získány aplikací zobecněné lomové mechaniky, přičemž jejich nedílnou součástí jsou numerická řešení provedená metodou konečných prvků. Výsledky předkládané práce mají dvojí využití. Jednak předvídají limitní děje složených těles, ale také přispívají k ověření platnosti zobecněné lomové mechaniky.
|
|
|
Problémy lineární lomové mechaniky kompozitních materiálů
Kopp, Dalibor ; Profant, Tomáš (oponent) ; Klusák,, Jan (vedoucí práce)
Cílem předkládané bakalýřské práce je seznámení se s teoretickými základy lineární elastické lomové mechaniky homogenních izotropních materiálů a popis této problematiky v kompozitních materiálech. Práce je rozdělená do tří částí. V první části je zaměřená na základy lomové machaniky. Druhá část práce se zabývá zobecněním lineární lomové mechaniky. Třetí část je zaměřená na aplikaci dané problematiky na vrub tvořeného dvěma ortotropními materiály a numerickým řešením této situace.
|
host ::
RSS.