Fyzikální základy mezních stavů materiálu (FSI-9FZM)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. RNDr. Jaroslav Pokluda, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je ukázat fyzikální interpretaci rozdílu mezi mechanickými vlastnostmi kovů, keramiky a plastů a zejména upozornit na možnost kvantitativního popisu některých společných deformačních a lomových mechanismů. Studenti jsou vedeni k fyzikálnímu pohledu na procesy mezních stavů materiálu.
Výstupy studia a kompetence:
Absolvent kurzu získá přehled o struktuře, možnostech i limitách mechanických vlastností základních typů materiálů pro účely inženýrské konstrukce a technologie. Získá rovněž cenné zkušenosti s fyzikálním pohledem na svět konstrukčních materiálů a bude lépe rozumět mikroskopickým dějům, které probíhají při jejich porušování.
Prerekvizity:
Základy fyziky, chemie, matematiky a materiálového inženýrství.
Obsah předmětu (anotace):
Rozdílnost procesů deformace a porušování kovových, keramických a polymerních materiálů a jejich výsledných mechanických vlastností, má původ v jejich rozdílné struktuře. Kurs obsahuje partie o struktuře základních typů materiálu a jednotlivých stádiích procesů poškozování, vedoucích k meznímu stavu - lomu, při různých vnějších podmínkách. Důraz je kladen na pochopení fyzikální podstaty mikromechanismů působících v jednotlivých mezních stavech a kvantitativních souvislostí mezi strukturními a mechanickými charakteristikami materiálů. To umožňuje kvalifikované rozhodování o vhodnosti konstrukčního materiálu na základě znalosti jeho strukturně-mechanických charakteristik a zejména posouzení rizika mezního stavu při exploataci součástí a konstrukcí.
Výklad je veden kombinací počítačové animace mikroprocesů a klasických metod - promítáním fólií a u tabule.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
Znalost látky alespoň v rozsahu doporučené literatury č. 1.
Zkouška formou písemného testu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na seminářích je doporučená, nikoliv povinná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Struktura materiálů
1.1. Vazby v pevných látkách
1.2. Struktura ideálních krystalů
1.3. Poruchy v krystalech
1.4. Struktura plastů
2. Deformace kovů
2.1. Elastická a anelastická deformace
2.2. Plastická deformace
2.3. Teorie zpevnění
3. Lom kovů
3.1. Základy lomové mechaniky
3.2. Tvárný lom
3.3. Křehký lom
3.4. Lom korozí pod napětím
3.5. Únavový lom
3.6. Creepový lom
4. Deformace a lom keramiky
4.1. Deformace monokrystalů
4.2. Deformace polykrystalů
4.3. Pevnost a lomová houževnatost
4.4. Lomy po dlouhodobé degradaci
5. Deformace a lom plastů
5.1. Mikromechanizmy a fenomenologie deformace
5.2. Mechanické vlastnosti a lom základních typů polymerů
Literatura - základní:
1. J. Pokluda, F. Kroupa, L. Obdržálek: Mechanické vlastnosti a struktura pevných látek. PC DIR Brno, 1994.
2. J. Menčík: Pevnost a lom skla a keramiky. SNTL Praha 1990
3. B. Meissner, V. Zilvar: Fyzika polymerů. SNTL/ALFA Praha 1987.
4. J. Pokluda, P. Šandera: Micromechanisms of Fracture and Fatigue: In a Multiscale Context. kniha, Springer, London 2010.
5. A. Saxena: Advanced Fracture Mechanics and Structural Integrity, CRC Press 2019
Literatura - doporučená:
1. A. Kelly, N. H. Macmillan: Strong Solids. Clarendon Press Oxford 1986.
2. P. Kratochvíl, P. Lukáč, B. Sprušil: Úvod do fyziky kovů I. SNTL/ALFA Praha.
3. S. Suresh: Fatigue of Materials. Cambridge Univ. Press, 1998.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-APM-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L
D-MAT-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L
D-APM-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L
D-MAT-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L