| Akademický rok 1999/2000 |
| Garant: | prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c. | |||
| Garantující pracoviště: | ÚMTMB | |||
| Jazyk výuky: | čeština | |||
| Cíle předmětu: | ||||
| Získat poznatky o metodách a přístupech stanovení najatosti a deformace u obecných těles z lineárně pružného materiálu a materiálu pružně plastického. Seznámit se s vlivem trhlin na napjatost a deformaci a s možnostmi určování zbytkové životnosti. V kapitole týkající se kompozitních materiálů se studenti seznamí s metodami stanovení mechanických charakteristik složeného materiálu na základě známých mechanických vlastností jednotlivých složek a geometrické struktury. Dále jde o to pochopit anisotropické, resp. ortotropické chování kompozitů na úrovni modelu mechanického kontinua jako důsledek směrové struktury materiálu. |
||||
| Výstupy studia a kompetence: | ||||
| Studenti získají poznatky o základních metodách stanovení napjatosti a deformace u obecných těles, vycházejících z diferenciálního a variačního přístupu. Přínosem je i praktická zkušenost s použitím metody konečných prvků (systém ANSYS) při řešení napjatosti a deformace jednoduché konstrukce. Důležité jsou rovněž poznatky o negativním vlivu trhlin na životnost a základní poznatky o mechanickém chování kompozitních materiálů. |
||||
| Prerekvizity: | ||||
|   | ||||
| Obsah předmětu (anotace): | ||||
| Základní pojmy mechaniky kontiua, napjatost a deformace. Matematická formulace úlohy pružnosti pomocí diferenciálního přístupu. Diferenciální rovnice rovnováhy, rovnice geometrické, Hookeův zákon. Okrajové podmínky. Variační formulace, princip virtuálních prací. Deformační varianta metody konečných prvků (MKP). Základy lineární lomové mechaniky. Asociovaná teorie plastického tečení se smíšeným zpevněním. Kinematický a isotropický model zpevnění. Mechanika kompozitů, především vláknových. Tuhost a pevnost dlouhovláknových kompositů v podélném a příčném směru. Tuhost a pevnost krátkovláknových kompozitů v podélném a příčném směru. Hookeův zákon anizotropického materiálu, ortotropického materiálu a transversálně ortotropického materiálu v hlavních směrech ortotropie. Hookeův zákon u rovinného kompozitu pro obecný směr. Směrová matice tuhosti. Podmínky pevnosti. |
||||
| Metody vyučování: | ||||
|   | ||||
| Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
| Zápočet se uděluje na základě úspěšného obhájení zápočtového projektu, majícího charakter praktického výpočtu napjatosti a deformace u jednoduché konstrukce pomocí metody konečných prvků programem ANSYS a kritického zhodnocení dosažených výsledků. Zkouška je kombinovaná a obsahuje písemnou část, sestávající z průřezového Diferenciální testu a následný ústní pohovor. |
||||
| Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
|   | ||||
| Typ (způsob) výuky: | ||||
| Přednáška | 14 × 3 hod. | nepovinná | ||
| Cvičení na počítači | 14 × 2 hod. | povinná | ||
| Osnova: | ||||
| Přednáška | l.Základní rovnice matematické teorie pružnosti. Diferenciální rovnice rovnováhy, rovnice geometrické, obecný Hookeův zákon. Okrajové podmínky. 2.Diferenciální formulace úlohy pružnosti v posuvech. Možnosti řešení. Variační formulace, princip virtuálních prací, Lagrangeův princip. 3.Deformační varianta metody konečných prvků (MKP) pro rovinnou úlohu. Triangulace, aproximační funkce pro posuvy, diskretisace úlohy. 4.Rovnice rovnováhy MKP pro element a celé těleso. Lokální a globální matice tuhosti. 5.Základy lineární lomové mechaniky. Faktor intenzity napětí (FIN) K, J - integrál. Napjatost a deformace pro tři základní módy. 6.Paris-Ordoganův zákon. Zbytková životnost tělesa s definovanou trhlinou. Možnosti určování FIN pro obecně položenou trhlinu pomocí MKP. 7.Asociovaná teorie plastického tečení se smíšeným zpevněním. Základní předpoklady. Pravidlo normality, princip superposice přetvoření. 8.Misesova podmínka plasticity. Kinematické a isotropické zpevnění. Pragerova a Zieglerova podmínka pro posuv plochy plasticity. 9.Konstitutivní vztahy mezi napětím a přetvořením u elasticko-plastického materiálu s uvážením nehomogenného teplotního pole. 10.Mechanika kompozitních materiálů. Definice a základní pojmy, klasifika- ce kompozitů. Mechanické vlastnosti vláken a materiálů matrice. 11.Jednosměrový dlouhovláknový kompozit namáhaný v podélném směru. Modul pružnosti v tahu a pevnost. Kritický a minimální objem vláken. 12.Modul pružnosti v tahu a pevnost v příčném směru. Modul pružnosti ve smyku a Poissonovo číslo. Mechanismy porušování vláknových kompozitů. 13.Krátkovláknový jednosměrový kompozit. Teorie přenosu zatížení. Přeno- sová a kritická délka. Modul pružnosti v tahu a pevnost v obou směrech. 14.Modelování mechanického chování kompozitů v rámci mechaniky kontinua. Hookeův zákon pro isotropický, ortotropický a transversálně ortotropic- ký materiál v hlavních osách ortotropie. 15.Hookeův zákon pro rovinný ortotropický materiál v obecném směru. Směro- vá matice tuhosti. Podmínky pevnosti. |
|||
| Cvičení na počítači | Cvičení probíhá formou průběžného projektu, jehož cílem je praktické seznámení s možnostmi řešení napjatosti a deformace obecných těles pomocí metody konečných prvků. Studenti provádějí výpočet napjatosti a deformace u jednoduché konstrukce použitím programového systému MKP ANSYS. Získají tím praktické zkušenosti s přípravou vstupních údajů a s celým postupem výpočtu. |
|||
| Literatura - základní: | ||||
| 1. Hill,R.: The mathematical theory of plasticity. Oxford U. P., Oxford, 1950 | ||||
| 2. Agarwal,B.D., Broutman,L.J.: Vláknové kompozity, SNTL, Praha,1987 | ||||
| 3. Chawla, K.K.: Composite materials. Science and engineering. Springer-Verlag, New York, Berlin, Heidelberg, 1998 | ||||
| Literatura - doporučená: | ||||
| 1. Ondráček,E.,Vrbka,J.,Janíček,P.,Burša,J.: Mechanika těles - pružnost a pevnost II. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2006 | ||||
| Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
| Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
| M2301-5 | prezenční studium | Materiálové inženýrství | -- | zá,zk | 6 | Povinný | 2 | 1 | Z |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile