Mechanika kompozitů (FSI-RMO)

Akademický rok 1999/2000
Garant: prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je získání základních informací a poznatků o mechanickém
chování kompozitních materiálů se zaměřením zejména na kompozity vláknové.
Na základě známých mechanických vlastností složek a geometrické struktury
se určují mechanické a pevnostní vlastnosti kompozitu. Studenti se
seznámí s metodami používanými ke stanovení napjatosti, deformace
a bezpečnosti kompozitních materiálů a typických konstrukcí
z kompozitních materiálů.
Výstupy studia a kompetence:
Získání poznatků o směrovém chování kompozitních materiálu a metodách
používaných pro napěťovou a deformační analýzu a pevnostní kontrolu
kompozitních materiálů a vybraných konstrukcí.
Prerekvizity:
 
Obsah předmětu (anotace):
Základní pojmy, klasifikace kompozitů. Vláknové kompozity. Mechanické
vlastnosti používaných vláken a materiálů matric. Tuhost dlouhovláknových
kompozitů v podélném a příčném směru - směšovací pravidlo. Pevnost
v podélném a příčném směru. Kritický objem vláken, minimální objem.
Krátkovláknové kompozity, teorie přenosu zatížení. Přenosová a kritická
délka. Tuhost a pevnost. Ortotropické vlastnosti jako důsledek struktury
vláknových kompozitů, hlavní osy ortotropie. Hookeův zákon isotropického
materiálu, ortotropického materiálu a transversálně ortotropického
materiálu v hlavním souřadnicovém systému. Hookeův zákon pro rovinný
vláknový kompozit v obecném směru. Podmínky pevnosti 2-D vláknového
kompozitu. Konstitutivní vztahy u laminátové stěny a desky, napjatost
a deformace. Aplikace na tenkostěnnou laminátovou tlakovou nádobu,
pevnostní kontrola.
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:
Zápočet se uděluje na základě úspěšného obhájení závěrečného zápočtového
projektu, majícího charakter výpočtového modelování mechanických
vlastností kompozitního materiálu definované struktury pomocí programu
metody konečných prvků ANSYS.
Zkouška je kombinovaná a obsahuje písemnou část, formou průřezového
testu a následný ústní pohovor.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  11 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení odborného základu  11 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Definice a základní pojmy. Klasifikace kompozitních materiálů dle
struktury a materiálu složek.
2. Mechanické vlastnosti typických vláken a matricových materiálů.
Chemické složení, způsob výroby.3. Jednosměrový dlouhovláknový kompozit. Modul pružnosti v tahu a pevnost
v podélném směru. Kritický a minimální objem vláken.
4. Jednosměrový dlouhovláknový kompozit. Modul pružnosti a pevnost
v příčném směru. Modul pružnosti ve smyku a Poissonovo číslo.
5. Mechanismy poškozování dlouhovláknových kompozitů při podélném
a příčném namáhání v tahu a tlaku.
6. Krátkovláknový jednosměrový kompozit. Teorie přenosu zatížení.
Průběh napětí ve vláknu. Přenosová a kritická délka.
7. Krátkovláknový jednosměrový kompozit. Modul pružnosti v tahu v příčném
a podélném směru. Pevnost v podélném a příčném směru.
8. Modelování mechanických vlastností kompozitů v rámci mechaniky
kontinua. Hlavni ortotropické osy. Hookeův zákon pro isotropický,
ortotropický a transversálně ortotropický materiál v hlavních
ortotropických směrech.
9. Hookeův zákon pro rovinný ortotropický materiál v obecném směru.
Směrová matice tuhosti. Vyvážená orientovaná dvojvrstva.
10. Podmínky pevnosti rovinného kompozitního materiálu maximálního napětí,
maximálního přetvoření a Tsai-Hillova energetická podmínka.
11. Konstitutivní vztahy pro složenou laminátovou stěnu a desku. Výpočet
napětí a pevnostní kontrola u válcové laminátové stěny.
    Cvičení odborného základu Cvičení z předmětu probíhá formou samostatného projektu, jehož cílem
je stanovení mechanických vlastností kompozitních materiálů v hlavních
ortotropických směrech, resp. v obecném směru použitím výpočtového
modelování. Řeší se rovinný případ typu rovinná napjatost nebo rovinné
přetvoření. Pomocí metody konečných prvků, jmenovitě programu ANSYS se
určuje deformace a napjatost geometricky definované struktury a následně
fyzikální materiálové konstanty resp. koncentrace napětí. Provádí se
porovnání s výsledky získanými pomocí klasických postupů, které studenti
poznali na přednáškách. Důležitou částí projektu je kritická diskuse
výsledků.
Literatura - základní:
1. Agarwal,B.D., Broutman,L.J.: Vláknové kompozity, SNTL, Praha, 1987
2. Jones,R.M.: Mechanics of composite materials. Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1975
3. Krishan K. Chawla: Composite materials. Science and Engineering. Springer-Verlag, New York, Berlin, Heidelberg, 1998
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2301-5 prezenční studium Aplikovaná mechanika 01 Aplikovaná mechanika-inženýrská mechanika zá,zk 5 Povinný 2 2 Z