Mezní stavy materiálů (FSI-6MS-A)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚMVI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Kurs je zaměřen na metody používané k zajištění integrity strojních zařízení a konstrukcí. Metody zahrnují dvě části - vlastní výpočet a hodnocení odolnosti materiálu vůči porušení. Úkolem kursu je výklad podstaty a hodnocení odolnosti materiálu vůči porušení na základě materiálových charakteristik (mez kluzu, lomová houževnatost nebo křivky napětí - doba života při únavě nebo při creepu).

Tento předmět je zařazen jako povinně volitelný ve 3. ročníku obecného bakalářského studia. Jeho volba je doporučena v případě, že student hodlá volit obor M-ADI, M-FLI, M-IMB, M-MTI, M-MET či M-PRI.
Výstupy studia a kompetence:
Kurs umožňuje studentům získat přehled o podstatě, způsobu měření a praktickém použití mechanických charakteristik konstrukčních materiálů.
Prerekvizity:
Úvodní vysokoškolské kurzy z matematiky, chemie, fyziky a materiálových věd
Obsah předmětu (anotace):
Konstrukční návrhy strojů, vozidel i konstrukcí, které jsou ekonomické a bezpečné vyžadují jednak efektivní využití materiálu a jednak záruku, že nedojde k havárii konstrukce z titulu poškození materiálu. Havárie konstrukce, zařízení způsobená selháním materiálu se označuje termínem Mezní stav materiálu. Jedná se tedy o vědní obor, který se věnuje studiu mechanických vlastností materiálu, především problémům, jako je vznik deformace, iniciace a šíření lomu. Kurs obsahuje jak tradičně používané přístupy pro hodnocení deformačního a lomového chování (zkoušení materiálu, vznik plastické deformace, vysokocyklová únava a creep), tak i relativně nové přístupy, jako jsou např. nízkocyklová únava a zvláště lomová mechanika.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou udělení zápočtu je absolvování všech cvičení a zpracování protokolů ze cvičení podle pokynů učitele.
Nedílnou součástí pro získání klasifikovaného zápočtu je úspěšné zvládnutí testu, který se skládá z příkladů. V této části je možné použít poznámky z přednášek a protokoly ze cvičení.
Zkouška: Zkouška se skládá ze dvou částí - písemné a ústní. V písemné části zkoušky student musí úspěšně zvládnout test skládající se z teoretických otázek. V případě, že student v teoretickém testu nedosáhne alespoň 50% úspěšnost, není připuštěn k ústní části zkoušky. Při ústní zkoušce student zodpoví otázky zadané zkoušejícím v rozsahu odpřednášené a odcvičené látky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Cvičení jsou povinná a neúčast na cvičeních musí být omluvena. V případě neúčasti na cvičení student vypracuje ze cvičení protokol a prokáže vyučujícímu, že danou problematiku pochopil.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Vymezení předmětu mezní stavy materiálů
Elastická deformace
Plastická deformace I - fyzikální princip
Plastická deformace II. Křivka napětí - deformace smluvní a skutečná
Časově závislá deformace - creep, vnitřní útlum
Základy lineární elastické lomové mechaniky. Kriteria lomu G,K.
Základy elasticko - plastické lomové mechaniky (CTOD, J- integrál)
Křehký lom ocelí I, tranzitní teploty
Křehký lom ocelí II, lomová houževnatost
Únava materiálu I
Lomové chování keramiky, plastů
Aplikace lomové mechaniky při konstrukčním návrhu součásti.
Shrnutí probrané látky formou referátů, které si připraví studenti.
    Laboratorní cvičení 1 - Úvodní cvičení. Exkurze v laboratořích mechanických zkoušek. Internet - vyhledávání materiálů, norem a literatury.
2 - Příklady na využití poznatků o elastickém chování materiálů
3 a 4 - Příklady na využití poznatků o plastické deformaci
5 a 6 - Příklady na využití poznatků o tranzitním lomovém chování ocelí
7 a 8 - Příklady na využití poznatků z oblasti lomové mechaniky
9 - Příklady na využití poznatků o únavě materiálu
10 - Příklady na využití poznatků o creepovém chování materiálu
11 - Praktické příklady - kovy
12 - Praktické příklady - plasty a keramiky
13 - Praktické příklady, pohovor pro udělení zápočtu
Poznámka - Návody do cvičení jsou aktualizovány a studenti si je mohou zkopírovat z internetových stránek
Literatura - základní:
1. Anderson T.L:: Fracture Mechanics, Fundamentals and Applications, CRS Press 1995
2. Ashby F.M.- Jones D.R.H.:: Engineering Materials I,II,Pergamon Press 1995
3. Dowling E.N.: : Mechanical Behaviour of Materials,Prentice Hall International Editions 1993
Literatura - doporučená:
1. Veles P.: : Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov,ALFA, SNTL 1985
2. Vlach B.:: Mezní stavy materiálu,http://www.zam.fme.vutbr.cz/~vlach/
3. Strnadel B.:: Řešené příklady a technické úlohy z materiálového inženýrství ,skripta VŠB, dostupné v areálové knihovně
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-STI-A prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Povinně volitelný 1 3 Z
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 4 Povinně volitelný 1 1 Z
B-STI-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 4 Volitelný 1 1 Z