Speciální problémy lomové mechaniky singulárních koncentrátorů napětí v kompozitních materiálech
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
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 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.
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.
Description
Citation
KREPL, O. Speciální problémy lomové mechaniky singulárních koncentrátorů napětí v kompozitních materiálech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2018.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé materiály
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Martin Trunec, Dr. (člen)
Ing. Aleš Materna. Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Seitl, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D. (člen)
Ing. Oldřich Ševeček. Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2018-03-23
Defence
Student uspokojivě odpověděl na otázky komise a zároveň plně prokázal své tvůrčí schopnosti. Během studia si osvojil velice náročný matematický aparát, prováděl numerické simulace v komerčním programu založeném na metodě konečných prvků, psal vlastní programové skripty. Absolvoval i krátkou stáž na renomovaném zahraničním pracovišti, které se zabývá obdobnou problematikou. Své výsledky průběžně publikoval nejenom v konferenčních sbornících, ale i v odborných časopisech.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení