Napjatostní aspekty kvazikřehkého lomu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Předkládaná disertační práce se zaměřuje, jak již samotný název napovídá, na analýzu napjatostních aspektů kvazikřehkého lomu. To jest lomu kompozitních materiálů s cementovou matricí (jako je beton, malta, omítky apod.), keramiky a dalších kompozitů. V práci použité metody vycházejí z teorie víceparametrové lineární elastické lomové mechaniky, která vyzdvihuje důležitost zahrnutí více členů tzv. Williamsovy řady, aproximující pole napětí a posunů v tělese s trhlinou, do prováděných lomových analýz. K určování hodnot koeficientů členů této řady, jejíž přepočtené tvarové funkce figurují ve většině provedených napjatostních analýz, je zde používána tzv. přeurčitá metoda. Dalším prostředkem řešení je nelineární lomová mechanika, zastoupená zejména modelem kohezivní trhliny, respektive modelem pásu trhlin implementovaném v sw. ATENA. K zpětné rekonstrukci napjatosti v tělesech s trhlinou slouží aplikace ReFraPro. Analytická část práce se zabývá různými aspekty lomové zkoušky štípáním klínem – od okrajových podmínek, přes různé možnosti uzlových výběrů (potřebné jako vstupní veličiny pro přeurčitou metodu) až k speciální (pokročilé) zautomatizované analýze numerického modelu. Zvláštní kapitolu tvoří atypické zkušební konfigurace, vyvinuté pro nastavení různé hladiny stísnění napětí a deformace za čelem šířící se trhliny. Jejich studie i detailní analýzy rozkrývají velké množství užitečných informací využitelných pro reálné experimenty. Zpětná rekonstrukce pole napětí osvětluje vhodnost výběru uzlových konfigurací jako vstupů pro proceduru k určení aproximace polí u čela trhliny a poukazuje na otázku nutnosti použití víceparametrové lineární elastické lomové mechaniky pro určité lomové analýzy těles z kvazikřehkých materiálů. Práce je na závěr doplněna analýzou lomové zkoušky excentrickým tahem na tělesech s modifikovanými okrajovými podmínkami.
The presented dissertation thesis is focused, as the title suggests, on the analysis of stress state aspects of quasi-brittle fracture. That means the fracture of composite materials with cement matrix (such as concrete, mortar, plaster, etc.), ceramics and other composites. Used methods are based on the theory of multi-parameter linear elastic fracture mechanics, which highlights the importance of considering of several initial terms of Williams power series, approximating the stress and displacement fields in a cracked body, within conducted fracture analyses. Determination of values of coefficients of terms of this series, recalculated into the shape functions serving in most of the conducted stress state analyses, is performed via the so called over-deterministic method. Another tool for the problem solving is nonlinear fracture mechanics, represented primarily by the cohesive crack model, namely the crack band model implemented in the used ATENA software. For the backward reconstruction of stress field in the cracked bodies the application ReFraPro is used. The analytical part deals with various aspects of wedge-splitting test – from the boundary conditions, though various possibilities of nodal selection (required as input variables for the over-deterministic method) up to the advanced (automated) analysis of numerical model. Special chapter includes atypical test specimens designed for adjusting of various levels of constraint of stress and deformation at the propagating crack tip. The study of this geometry and also the subsequent detail analysis reveals important information for real experiments. Backward reconstruction of stress field presents analysis on suitable possibilities of nodal selections as inputs into the procedure of approximation of the crack tip fields and answers the question of the necessity of application of the multi-parameter linear elastic fracture mechanics for certain fracture analyses of specimens from quasi-brittle materials. The th
The presented dissertation thesis is focused, as the title suggests, on the analysis of stress state aspects of quasi-brittle fracture. That means the fracture of composite materials with cement matrix (such as concrete, mortar, plaster, etc.), ceramics and other composites. Used methods are based on the theory of multi-parameter linear elastic fracture mechanics, which highlights the importance of considering of several initial terms of Williams power series, approximating the stress and displacement fields in a cracked body, within conducted fracture analyses. Determination of values of coefficients of terms of this series, recalculated into the shape functions serving in most of the conducted stress state analyses, is performed via the so called over-deterministic method. Another tool for the problem solving is nonlinear fracture mechanics, represented primarily by the cohesive crack model, namely the crack band model implemented in the used ATENA software. For the backward reconstruction of stress field in the cracked bodies the application ReFraPro is used. The analytical part deals with various aspects of wedge-splitting test – from the boundary conditions, though various possibilities of nodal selection (required as input variables for the over-deterministic method) up to the advanced (automated) analysis of numerical model. Special chapter includes atypical test specimens designed for adjusting of various levels of constraint of stress and deformation at the propagating crack tip. The study of this geometry and also the subsequent detail analysis reveals important information for real experiments. Backward reconstruction of stress field presents analysis on suitable possibilities of nodal selections as inputs into the procedure of approximation of the crack tip fields and answers the question of the necessity of application of the multi-parameter linear elastic fracture mechanics for certain fracture analyses of specimens from quasi-brittle materials. The th
Description
Keywords
Kvazikřehký lom, pole u čela trhliny, Williamsův mocninný rozvoj, členy vyšších řádů, přeurčitá metoda, test štípáním klínem, tvarové funkce, MKP simulace, Quasi-brittle fracture, crack-tip fields, Williams power series, higher order terms, over-deterministic method, wedge-splitting test, shape functions, FEM simulation
Citation
SOBEK, J. Napjatostní aspekty kvazikřehkého lomu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. 2015.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukce a dopravní stavby
Comittee
Date of acceptance
2015-12-04
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení