Určování mechanických charakteristik materiálů vícevrstvých struktur s využitím metody zvukové rezonance a modální MKP analýzy

Abstract

Práca sa zaoberá určovaním mechanických vlastností zložiek kompozitnej keramiky nepriamym spôsobom, konkrétne youngovým modulom pružnosti. Na základe rešeršnej štúdie bolo zistené, že existuje popísaný spôsob určovania elastických vlastností jednej, prípadne aj viacerých zložiek kompozitných viacvrstvých materiálov na základe experimentálnej modálnej analýzy a modálnej analýzy pomocou MKP, prípadne analytických vzťahov. Metóda pomocou MKP bola oskúšaná na keramickom lamináte, kde sa určoval youngov modul pružnosti jednej z jej zložiek. Okrem toho bola snaha určiť youngove moduly pružnosti oboch zložiek materiálu užitím prvých dvoch ohybových vlastných frekvencií. Nepodarilo sa dosiahnuť uspokojivých výsledkov. Citlivostná analýza ukázala, že vrstvy, ktorých youngov modul pružnosti sa určoval sú vzhľadom na svoju malú relatívnu hrúbku v porovnaní s hrúbkou laminátu a pre polohu v lamináte príliš citlivé na malé zmeny vstupných parametrov. Na základe tohoto boli v závere uvedené doporučenia pre vhodnú geometriu skúšobných telies.

Thesis deals with determination of layerwise mechanical properties of composite ceramics by indirect method, namely Youngs modulus. Based on literature review, it was found that a method to determine elastic properties of one or more components of multi layered composites based on experimental modal analysis and finite element modal analysis, or analytical approach exists. Method based on FE modal analysis was applied to ceramic laminate, where it was attempt to determine youngs modulus of one component. Beyond that, it was attempt to determine Youngs moduli of both components using first two bending resonant frequencies. Results were unsatisfying. Sensitivity analysis showed that layers with unknown Youngs modulus were overly sensitive to small changes in input parameters due to their small relative thickness with respect to thickness of laminate and due to location in laminate. Based on this conclusion, recommendations were made with respect to suitable geometry of test specimens.