|
|
Special problems of fracture mechanics of singular stress concentrators in composite materials
Krepl, Ondřej ; Materna,, Aleš (referee) ; Seitl,, Stanislav (referee) ; Klusák,, Jan (advisor)
Předkládaná disertace se zabývá obecnými singulárními koncentrátory napětí a to zejména ostrým vrubem neboli V-vrubem, ostrým bi-materiálovým vrubem a ostrou materiálovou inkluzí. V první části práce je stručně nastíněna Kolosovova-Muschelišviliho teorie komplexních potenciálů rovinné pružnosti aplikovaná na problémy lomové mechaniky. Dále je diskutována lineární elastická lomová mechanika trhlin, V-vrubů, bi-materiálových vrubů a bi-materiálových spojů. V rešerši jsou dále zahrnuta kritéria směru iniciace trhliny i její stability a to kritérium maximálního tečného napětí, faktor hustoty deformační energie a sdružené napěťově-energetické kritérium. Následují text uvádí omezení jednoparametrové lomové mechaniky a výhody její multiparametrové formy. Další část představuje metody pro určení nezbytných parametrů pro popsání pole napětí a posuvů v blízkosti obecného singulárního koncentrátoru napětí. Tyto parametry zahrnují vlastní číslo a zobecněný faktor intenzity napětí. Vlastní číslo je určeno jako řešení problému vlastních hodnot zatímco metody pro určení zobecněného faktoru intenzity napětí tvoří Psi-integrál a metoda přeurčitosti. Obě zmiňované metody jsou aplikovány na zde studované obecné singulární koncentrátory napětí a vzájemně porovnány. Kritéria pro vznik trhliny v obecném singulárním koncentrátoru napětí jsou navržena. V rámci numerických příkladů jsou předpovězeny směry iniciace trhliny a podmínky stability pro konkrétní problémy. Kritické síly pro V-vrub jsou předpovězeny pomocí výše zmíněných kritérií a srovnány s experimentálními daty v literatuře. V následující části jsou ukázány metody analýzy multi-materiálového problému. V závěru práce jsou shrnuty způsoby iniciace a šíření trhliny v blízkosti ostré materiálové inkluze.
|
|
|
The Influence of Specimen Thickness on Crack Initiation in the Tip of General Singular Stress Concentrator
Kopp, Dalibor ; Řoutil,, Ladislav (referee) ; Malíková, Lucie (referee) ; Klusák, Jan (advisor)
Geometrical discontinuities, like sharp notches, appear in constructions and engineering structures and lead to stress concentrations. These technical objects are very dangerous due to the fact that they reduce the structural conformity and can lead to crack initiation. Technical objects are not always designed as homogenous bodies but can consist of two or more materials with sharp notches on the interface of these materials. The influence of free surface on crack initiation conditions is studied and assessed by means of 3D model of sharp and bi-material notches with finite thickness. Stress fields around the singular stress concentrators are calculated with finite element method and the results are evaluated by means of criterion of critical quantity. This approach is easy applicable and can be used in combination with the knowledge of basic material properties and results of finite element analysis of the assessed notches. In order to estimate weather crack will initiate from the middle of the observed notched specimen or from its free surface, the value of averaged critical applied stress was introduced. With this value it’s possible to determine the location of crack initiation thru the sample thickness. Thru the ratio of values of critical applied stress in the middle and on the free surface of the observed specimen it’s possible to quantify the influence of the free surface on the location of crack initiation. With the use of this approach it’s shown, that the location of crack initiation depends on more parameters, loading direction, the notch opening angle and the sample thickness. In case of bi-material notches it depends also on the ratio of young modulus.
|
|
|
The Influence of Specimen Thickness on Crack Initiation in the Tip of General Singular Stress Concentrator
Kopp, Dalibor ; Řoutil,, Ladislav (referee) ; Malíková, Lucie (referee) ; Klusák, Jan (advisor)
Geometrical discontinuities, like sharp notches, appear in constructions and engineering structures and lead to stress concentrations. These technical objects are very dangerous due to the fact that they reduce the structural conformity and can lead to crack initiation. Technical objects are not always designed as homogenous bodies but can consist of two or more materials with sharp notches on the interface of these materials. The influence of free surface on crack initiation conditions is studied and assessed by means of 3D model of sharp and bi-material notches with finite thickness. Stress fields around the singular stress concentrators are calculated with finite element method and the results are evaluated by means of criterion of critical quantity. This approach is easy applicable and can be used in combination with the knowledge of basic material properties and results of finite element analysis of the assessed notches. In order to estimate weather crack will initiate from the middle of the observed notched specimen or from its free surface, the value of averaged critical applied stress was introduced. With this value it’s possible to determine the location of crack initiation thru the sample thickness. Thru the ratio of values of critical applied stress in the middle and on the free surface of the observed specimen it’s possible to quantify the influence of the free surface on the location of crack initiation. With the use of this approach it’s shown, that the location of crack initiation depends on more parameters, loading direction, the notch opening angle and the sample thickness. In case of bi-material notches it depends also on the ratio of young modulus.
|
|
|
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 (referee) ; Seitl,, Stanislav (referee) ; Klusák,, Jan (advisor)
Předkládaná disertace se zabývá obecnými singulárními koncentrátory napětí a to zejména ostrým vrubem neboli V-vrubem, ostrým bi-materiálovým vrubem a ostrou materiálovou inkluzí. V první části práce je stručně nastíněna Kolosovova-Muschelišviliho teorie komplexních potenciálů rovinné pružnosti aplikovaná na problémy lomové mechaniky. Dále je diskutována lineární elastická lomová mechanika trhlin, V-vrubů, bi-materiálových vrubů a bi-materiálových spojů. V rešerši jsou dále zahrnuta kritéria směru iniciace trhliny i její stability a to kritérium maximálního tečného napětí, faktor hustoty deformační energie a sdružené napěťově-energetické kritérium. Následují text uvádí omezení jednoparametrové lomové mechaniky a výhody její multiparametrové formy. Další část představuje metody pro určení nezbytných parametrů pro popsání pole napětí a posuvů v blízkosti obecného singulárního koncentrátoru napětí. Tyto parametry zahrnují vlastní číslo a zobecněný faktor intenzity napětí. Vlastní číslo je určeno jako řešení problému vlastních hodnot zatímco metody pro určení zobecněného faktoru intenzity napětí tvoří Psi-integrál a metoda přeurčitosti. Obě zmiňované metody jsou aplikovány na zde studované obecné singulární koncentrátory napětí a vzájemně porovnány. Kritéria pro vznik trhliny v obecném singulárním koncentrátoru napětí jsou navržena. V rámci numerických příkladů jsou předpovězeny směry iniciace trhliny a podmínky stability pro konkrétní problémy. Kritické síly pro V-vrub jsou předpovězeny pomocí výše zmíněných kritérií a srovnány s experimentálními daty v literatuře. V následující části jsou ukázány metody analýzy multi-materiálového problému. V závěru práce jsou shrnuty způsoby iniciace a šíření trhliny v blízkosti ostré materiálové inkluze.
|
guest ::
