Numerická simulace porušování keramických pěn při mechanickém zatížení
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá numerickou simulací porušování keramických pěn s otevřenou strukturou buněk a porozumění podmínek pro vznik porušení při různých způsobech mechanického namáhání. Pro tyto účely bylo využito tzv. sdružené energeticko-napěťové kritérium. Motivací práce bylo vytvořit model schopný co nejpřesnější predikce pevnosti keramické pěny při mechanickém zatížení v porovnání s experimentem. První část práce je věnována výkladu teoretických pokladů nutných pro řešení daného problému. Konkrétně jsou zmíněny způsoby modelování pěnových materiálů, základy lineární elastické lomové mechaniky (LELM) a podstata sdruženého energeticko-napěťového kritéria použitého pro definici iniciace trhliny. V druhé části práce jsou provedeny numerické MKP analýzy, jejichž výsledkem je stanovení podmínek nutných pro vznik porušení trámečku pěnové struktury. Tyto poznatky byly následně využity pro sestavení algoritmu numerické simulace mechanické zkoušky pěnového materiálu s pravidelnou architekturou buněk. Výstupy numerických simulací jsou v závěru práce porovnány s výsledky z experimentů (tlakových zkoušek) provedených na reálných Al_2 O_3 pěnách připravených 3D tiskem a poskytnutých Ústavem fyziky materiálů Akademie věd České republiky. Lze konstatovat, že bylo dosaženo dobré shody mezi výsledky obou přístupů a predikce mechanické pevnosti keramické pěny poskytovaná vytvořeným modelem je zatím nejpřesnějším odhadem z dosud publikovaných přístupů.
The master’s thesis deals with a numerical simulation of failure of ceramic foams with open-cell structure and with understanding of conditions required for the failure of the structure under various mechanical loading conditions. To this purpose, the so-called stress-energy coupled criterion was utilized. The motivation for this thesis was to create a model able of the most accurate prediction of the ceramic foam strength in comparison with experimental observations. First part of the thesis is focused on the theoretical background required for solving the problem. More specifically there are mentioned methods of the foam material modelling, Linear Elastic Fracture Mechanic (LEFM) and coupled stress-energy criterion used for definition of the crack initiation. In the second part of the thesis, numerical Finite Element Analyses (FEA) whose main purpose was to determine critical conditions necessary for the initiation of strut failure within the foam structure, were performed. These pieces of knowledge were then used for creation of the numerical simulation algorithm of the mechanical test of foam material with regular cell pattern. Outputs of numerical simulations were at the end of this work compared with experimental results (of the compression test) made on the real Al_2 O_3 foams prepared by 3D printing technology and provided by the Institute of Physics of Materials Czech Academy of Science. It can be concluded that a good agreement between results of both approaches was reached and the prediction of the ceramic foam mechanical strength using the developed model is in the meanwhile the most accurate estimation from recently published approaches.
The master’s thesis deals with a numerical simulation of failure of ceramic foams with open-cell structure and with understanding of conditions required for the failure of the structure under various mechanical loading conditions. To this purpose, the so-called stress-energy coupled criterion was utilized. The motivation for this thesis was to create a model able of the most accurate prediction of the ceramic foam strength in comparison with experimental observations. First part of the thesis is focused on the theoretical background required for solving the problem. More specifically there are mentioned methods of the foam material modelling, Linear Elastic Fracture Mechanic (LEFM) and coupled stress-energy criterion used for definition of the crack initiation. In the second part of the thesis, numerical Finite Element Analyses (FEA) whose main purpose was to determine critical conditions necessary for the initiation of strut failure within the foam structure, were performed. These pieces of knowledge were then used for creation of the numerical simulation algorithm of the mechanical test of foam material with regular cell pattern. Outputs of numerical simulations were at the end of this work compared with experimental results (of the compression test) made on the real Al_2 O_3 foams prepared by 3D printing technology and provided by the Institute of Physics of Materials Czech Academy of Science. It can be concluded that a good agreement between results of both approaches was reached and the prediction of the ceramic foam mechanical strength using the developed model is in the meanwhile the most accurate estimation from recently published approaches.
Description
Citation
HANÁK, J. Numerická simulace porušování keramických pěn při mechanickém zatížení [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika a biomechanika
Comittee
prof. Ing. Vladislav Laš, CSc. (předseda)
doc. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (člen)
Ing. David Zalaba (člen)
Ing. Michal Vajdák (člen)
Date of acceptance
2019-06-12
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci:
Jak zní správně podmínka pro porušení materiálu?
Jaká je motivace práce?
Co je reakční síla?
Co je komplexní tvar trhliny?
Co je komplexnost?
K čemu bude daná pěna použita?
Čím si vysvětlujete takový rozdíl mezi vzorky z CT a jednoduššími modely?
Na závěr bylo vystoupení hodnoceno jako výborné.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení