|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Multi-parameter based stress distribution in vicinity of sharp material inclusion tip
Krepl, Ondřej ; Klusák, Jan
General Singular Stress Concentrators (GSSCs) which exhibit singular stress concentration are often responsible for crack initiation and thus failure of the component. The GSSC of the type of bonded bi-material junction occurs in a variety of technical applications including but not limited to sharp material inclusions, silicate based composites and electronic components. The GSSC cannot be assessed by means of standard fracture mechanics. Approaches of generalized fracture mechanics require precise description of stress distribution near the stress concentration points. In order to determine the stress field accurately, the paper incorporates the multi-parameter based description.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.