Detail předmětu

Lomová mechanika

FAST-CD54Ak. rok: 2013/2014

Lineární pružná lomová mechanika, lomové parametry materiálů – lomová houževnatost, lomová energie, charakteristická délka –, metody určování lomových parametrů, funkce geometrie, dvouparametrová lomová mechanika, T-napětí, faktor biaxiality, nelineární lomové chování, aproximativní nelineární modely, rezistenční křivky a plochy, procesy zhouževnatění, křehkost, fraktalita trhlin a lomových povrchů, rozměrový efekt, modelování porušování betonových konstrukcí MKP, konstitutivní vztahy pro kvazikřehké materiály, lokalizace přetvoření, omezovače lokalizace, Crack band model, nelokální mechanika kontinua, model fiktivní trhliny, software ATENA, aplikace – modelování experimentů / konstrukcí

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Zbyněk Keršner, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav stavební mechaniky (STM)

Výsledky učení předmětu

Student zvládne základní znalosti z problematiky mechaniky materiálu, mechaniky poškození a lineární i nelineární lomové mechaniky. Seznámí se s lomovými parametry materiálu, jako jsou lomová houževnatost, lomová energie či charakteristická délka, jakož i s metodami jejich určování. Získá také představu o důležitosti rozměrového efektu. Naučí se využívat prostředky k modelování porušování betonových konstrukcí pomocí metody konečných prvků. Bude se orientovat v problematice lokalizace přetvoření, modelu pásu trhlin a nelokální mechanice kontinua.

Prerekvizity

Stavební mechanika, pojmy napětí a deformace, modelování, metoda konečných prvků.

Korekvizity

Nelineární analýza konstrukcí.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Způsoby výuky jsou zejména přednášky a cvičení. Individuální konzultace doplňují výuku. Součástí studijních činností studenta je zadávaná vlastní samostatná práce. Účast na přednáškách je doporučená. Účast na ostatní výuce je požadována a kontrolována.

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou. Nezbytnou součástí zápočtu je úspěšné zvládnutí testů psaných ve vybraných cvičeních. Zápočet je nutnou podmínkou pro přihlášení se ke zkoušce. Zkouška sestává z písemné a ústní části. Písemná část zahrnuje příkladovou a teoretickou část. Úspěšné splnění písemné části je podmínkou ústní části zkoušky.

Osnovy výuky

1. Úvod do mechaniky materiálu, mechaniky poškození a lomové mechaniky. Lineární pružná lomová mechanika (LPLM) – energetický/napěťový přístup.
2. Lomové parametry materiálu, lomová houževnatost, lomová energie, charakteristická délka. Metody určování lomových parametrů, funkce geometrie.
3. Dvouparametrová LELM – T-napětí, faktor biaxiality.
4. Nelineární lomové chování, aproximativní nelineární modely, rezistenční křivky a plochy.
5. Kvantifikace procesů zhouževnatění. Určování čísla křehkosti. Fraktalita trhlin a lomových povrchů.
6. Teorie změny měřítka, rozměrový efekt.
7. Modelování porušování betonových konstrukcí MKP. Konstitutivní vztahy pro beton a jiné kvazikřehké materiály.
8. Problematika lokalizace přetvoření, falešná citlivost na síť, omezovače lokalizace. Crack band model, nelokální mechanika kontinua.
9. Model fiktivní trhliny. Modely fixovaných a rotujících trhlin.
10. Software ATENA, aplikace – modelování experimentů a konstrukcí.

Učební cíle

Cílem předmětu je uvedení studentů do problematiky mechaniky materiálu, mechaniky poškození a lineární i nelineární lomové mechaniky. Seznámí se s lomovými parametry materiálu, jako jsou lomová houževnatost, lomová energie či charakteristická délka, jakož i s metodami jejich určování. Získají také představu o důležitosti rozměrového efektu.
Naučí se využívat prostředky k modelování porušování betonových konstrukcí pomocí metody konečných prvků. Budou se orientovat v problematice lokalizace přetvoření, Crack band modelu a nelokální mechanice kontinua.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Doporučená literatura

Bažant, Z.P., Planas, J.: Fracture and Size Effect in Concrete and other Quasibrittle Materials. CRC Press, Boca Raton, Florida, 1998. (EN)
Cotterell, B.: Fracture mechanics of cementitious materials. Chapman and Hall, Glasgow, 1996. (EN)
Karihaloo, B.L.: Fracture mechanics and structural concrete. Longman, New York, 1995. (EN)
Shah, S.P. et al.: Fracture mechanics of concrete. New York, 1995. (EN)
Z. P. Bažant, J. Planas: Fracture and size effect of concrete structures. CRC Boca Raton, 1999. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-K-C-SI magisterský navazující

    obor K , 2 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program N-P-C-SI magisterský navazující

    obor K , 2 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program N-P-E-SI magisterský navazující

    obor K , 2 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Zbyněk Keršner, CSc.

Osnova

1. Úvod do mechaniky materiálu, mechaniky poškození a lomové mechaniky.
2. Lineární pružná lomová mechanika – energetický/napěťový přístup.
3. Lomové parametry materiálu, lomová houževnatost, lomová energie, charakteristická délka.
4. Metody určování lomových parametrů, funkce geometrie.
5. Dvouparametrová lineární pružná lomová mechanika.
6. Nelineární lomové chování, aproximativní nelineární modely, rezistenční křivky a plochy.
7. Kvantifikace procesů zhouževnatění. Určování čísla křehkosti.
8. Fraktalita trhlin a lomových povrchů.
9. Teorie změny měřítka, rozměrový efekt.
10. Modelování porušování betonových konstrukcí metodou konečných prvků. Konstitutivní vztahy pro beton a jiné kvazikřehké materiály.
11. Problematika lokalizace přetvoření, falešná citlivost na síť, omezovače lokalizace. Model pásu trhlin, nelokální mechanika kontinua.
12. Model fiktivní trhliny. Modely fixovaných a rotujících trhlin.
13. Software, aplikace – modelování experimentů a konstrukcí.

Cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Zbyněk Keršner, CSc.

Osnova

1. Úvod do lomové mechaniky, zdroje informací.
2. Teoretická příprava lomového experimentu.
3. Experiment – tříbodový ohyb trámce s centrálním zářezem.
4. Vyhodnocení zkoušky – určení efektivní lomové houževnatosti.
5. Vyhodnocení zkoušky – výpočet kritického otevření trhliny.
6. Vyhodnocení experimentu – určení lomové energie.
7. Rezistenční křivky vybraných lomových parametrů.
8. Kvantifikace procesů zhouževnatění.
9. Určování čísla křehkosti.
10. Příprava dat pro numerickou simulaci.
11. Práce se software, simulace provedeného experimentu.
12. Užití získaných parametrů při modelování chování konstrukce.
13. Pokračování modelování chování konstrukce. Zápočet.