Mezní stavy a spolehlivost (FSI-RMS)

Akademický rok 2019/2020
Garant: doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Seznámit studenty se základními pojmy a charakteristikami v oblasti mezních stavů a teorie spolehlivosti konstrukcí. Vysvětlit teoretické základy dvou nejvýznamnějších mezních stavů ocelových konstrukcí - mezních stavů únavy a křehkého lomu. Ukázat soudobé metodické postupy při deterministickém a pravděpodobnostním posouzení bezporuchovosti
a životnosti konstrukcí.
Výstupy studia a kompetence:
Samostatně zvládnout jednodušší případy posuzování bezporuchovosti a životnosti konstrukcí s ohledem na nebezpečí porušení únavovým a křehkým lomem. Získat představu o současné teoretické a experimentální základně tohoto vědního oboru. Osvojit si schopnost formulovat zadání pro úzké specialisty v této oblasti a prakticky interpretovat jejich zjištění.
Prerekvizity:
Základní znalosti popisu a charakteristik deformačního a lomového chování materiálů při různých způsobech namáhání a různých teplotách. Základní pojmy z teorie spolehlivosti týkající se především bezporuchovosti a životnosti.Základy pružnosti a pevnosti.
Obsah předmětu (anotace):
Mezní stavy - jejich všeobecná klasifikace, mezní stavy v pevnostních výpočtech. Základní pojmy teorie spolehlivosti se zdůrazněním charakteristik bezporuchovosti a životnosti. Nejvýznamnější koncepce lineárně-elastické a elasto-plastické lomové mechaniky. Únava konstrukcí, základní charakteristiky, výpočtové posouzení životnosti při nízkocyklové a vysokocyklové únavě. Hodnocení odolnosti konstrukcí proti křehkému porušení v etapě jejich návrhu. Posouzení zjištěné vady typu trhliny při jednosměrném a cyklickém namáhání.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Požadavky na udělení zápočtu: aktivní účast na cvičení, kvalitní vypracování zadaných úloh, řešení dodatečných úloh při delší omluvené neúčasti. Vedoucí cvičení upřesní konkrétní tvar těchto podmínek v prvním týdnu semestru.
Zkouška kombinovaná; písemná - znalost základních pojmů, důležitých zákonitostí a jejich aplikace; ústní - diskuse nad písemnou částí zkoušky a úlohami ve cvičeních. Pro úspěšné složení zkoušky nesmí být ani písemná ani ústní část hodnocena stupněm F.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Jednorázová neúčast může být nahrazena cvičením s jinou skupinou ve stejném týdnu nebo vypracováním náhradní úlohy. Delší nepřítomnost se nahrazuje zvláštním zadáním podle pokynů cvičícího.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do problematiky. Mezní stavy, vymezení pojmu, klasifikace MS.
2. Úvod do lomové mechaniky, systemizace koncepcí lomové mechaniky.
3. Griffithova teorie. Koncepce součinitele intensity napětí.
4. Koncepce COD a J-integrálu. Metoda dvou kriterií.
5. Dvouparametrová LM. Subkritický růst trhlin.
6. Růst trhlin při cyklickém zatěžování.
7. Posouzení zjištěné vady typu trhliny v reálné konstrukci.
8. Posouzení odolnosti konstrukce proti křehkému lomu v etapě návrhu.
9. Pravděpodobnostní posuzování mezních stavů.
10. Vysoko- a nízkocyklová únava - vliv koncentrace napětí a deformace.
11. Únavová životnost při jednostupňovém zatěžování a jenoduchém nebo kombinovaném namáhání.
12. Životnost při náhodném zatěžování.
13. Laboratorní zkoušky bezporuchovosti a životnosti.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Model MKP tělesa s trhlinou, trhlinové prvky.
2. Určování K-faktoru metodou konečných prvků.
3. Porovnání K-faktorů z MKP a z údajů dostupných příruček.
4. Řešení materiálově nelineárních úloh v ANSYSu.
5. Výpočet J-integrálu.
6. Dvouparametrová lomová mechanika, Q-faktor.
7. Výpočet Q-faktoru pro jednoduchá zkušební tělesa.
8. Pole napětí u kořene trhliny při plasticitě malého rozsahu.
9. Pravděpodobnostní posuzování v programovém systému ANSYS.
10. Simulační metody v ANSYSu.
11. Metody FORM a SORM
12. Metoda Monte Carlo s přímými simulacemi - programy AntHill a VaP
13. Zápočet
Literatura - základní:
1. Bílý, M.: Dependability of Mechanical Systems, , Elsevier 1989
2. Anderson,T.L.: Fracture Mechanics - Fundamentals and Applications, , CRC Press, Boca Raton 1995
3. SAE: Fatigue Design Handbook, Society of Automotive Engineers, 1997
Literatura - doporučená:
1. Vlk, M.: Mezní stavy a spolehlivost, , VUT FS Brno 1991
2. Kunz, J.: Základy lomové mechaniky, , ČVUT Praha 2000
3. Vlk, M.: Dynamická pevnost a životnost, VUT FS Brno 1992
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2A-P prezenční studium M-IMB Inženýrská mechanika a biomechanika -- zá,zk 5 Povinný 2 2 Z