Schválené projekty 2010

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2010

Přidělená částka z MŠMT na VŠB-TUO - 25 868 000,-Kč

fakultačástka v tis. Kč
FBI 622
EKF 2 146
FAST 1 139
FS 4 030
FEI 4 339
HGF 6 187
FMMI 7 405
CELKEM 25 868
KódSP/2010154
Název projektuStudium šíření únavových trhlin v konstrukčních ocelích
ŘešitelBrumek Jan Ing.
Školitel projektuprof. Ing. Bohumír Strnadel, DrSc.<br />
Období řešení projektu01.01.2010 - 31.12.2010
Předmět výzkumuStudium bude zaměřeno na výzkum nelineárního šíření únavových trhlin v oblasti jejich stabilního růstu [1]. Nehomogenní rozložení napětí před čelem trhliny má ve strojních částech za následek nelineární průběh faktoru intenzity napětí po délce čela trhliny. Cílem práce je formulace obecného matematického modelu predikce únavové životnosti [2]. Práce bude zaměřena na analýzu strojních částí a komponent z konstrukčních ocelí, kde lze předpokládat převládající I mód zatížení trhliny. Navrhovaný způsob hodnocení životnosti přinese možnost přesné predikce životnosti konstrukčních částí s ohledem na skutečné provozní podmínky.

[1] Paris PC, Gomez MP, Anderson WE, A rational analytic theory of fatigue, Trend Eng. 1961; 13:9-14.
[2] Miranda ACO, Meggiolaro MA, Martha LF, Castro JTP, Bittencourt TN, Prediction of fatigue life and crack path in generic 2D structural components, Eng Fract Mech 2003; 70:1259-79
Členové řešitelského týmuIng. Jan Brumek
Ing. Vratislav Mareš
Ing. Pavel Řepka
prof. Ing. Bohumír Strnadel, DrSc.
Ing. Pavel Židlík
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Řešení bude probíhat ve třech etapách. První etapa bude orientována na stanovení mechanických parametrů a konstant definujících křivku stabilního růstu únavové trhliny. Tyto experimentální analýzy budou prováděny pro několik hodnot faktoru proměnlivosti zatížení na vzorcích odebraných z částí, pro které bude životnost hodnocena. Základním typem zkoušky bude zkouška tří bodovým ohybem s přímou trhlinou [3].
Matematický model popisující růst trhliny bude sestaven na základě tří dimenzionální konečnoprvkové analýzy skutečného zařízení. Na základě vypočteného lokálního napěťově deformačního stavu před čelem trhliny, která bude popsána obecnou prostorovou křivkou, bude v jednotlivých uzlech dopočítaná hodnota faktoru intenzity napětí pro I mód zatížení. Pro zjištěný průběh křivky Parisova zákona bude v jednotlivých uzlech vyjádřen přírůstek délky trhliny na počtu cyklů a pomocí algoritmu generujícího geometrii bude vytvořena nová konečnoprvková sít popisující napjatost čela trhliny a jí příslušné singulární prvky, ale také celou geometrii konstrukční části [4]. Pro popis deformačního chování bude použit elasticko-plastický model materiálu s izotropním zpevněním. Tento iterační postup bude aplikován na dvou vybraných typech strojních částí, pro které bude v průběhu experimentální zkoušky životnosti stanovená skutečná doba do ztráty integrity [5]. Následně pak bude s využitím fraktografické analýzy hodnocena geometrie únavové trhliny a budou analyzovány geometrické charakteristiky striací, lokální směr šíření trhliny, jejich vzdálenost.
V poslední fázi řešení budou do numerickém modelu zahrnuty okrajové podmínky, tak aby byla na čele trhliny vyvolána kombinace I, II a III módu zatížení [6]. Pro takto definovaný způsob zatíženi budou na zkušebních vzorcích experimentálně ověřeny parametry šíření únavové trhliny. Opticky a metodami nedestruktivního zkoušení bude na vzorcích sledována kinematika růstu trhliny. Predikční model šíření únavové trhliny bude doplněn o 3 rozměrný popis plochy definující ekvivalentní prahovou hodnotu faktoru intenzity napětí a popisem mezní plochy, kdy dojde ke lomové nestability [7].

[3] ASTM Standard E647, Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates, ASTM Standards; 03.01.
[4] H. Alizadeh, D.A. Hills, P.F.P. de Matos, D. Nowell, M.J. Pavier, R.J. Paynter, D.J. Smith and S. Simandjuntak, A comparison of two and three-dimensional analyses of fatigue crack closure, Int J Fatigue 29 (2007), pp. 222–231.
[5] Pook LP. Introduction to fatigue crack paths in metals. In: Proceedings of the international conference on fatigue crack path, 18–20 September, Parma, Italy; 2003.
[6] Sander M., Richard H.A. [2006] Fatigue crack growth under variable amplitude loading, Part I: experimental investigations, Part II: analytical and numerical investigations, Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 29.
[7] Richard H.A., Fulland M., Sander M. [2004] Theoretical crack path prediction, Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 28, pp. 3-12.

Výsledky řešení projektu budou publikovány v časopisech s IF (A1), vybrané jsou:
- International Journal of Fatigue / Jimp = 90,8
- International Journal of Pressure Vessels and Piping / Jimp = 30,1

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
57120,-88466,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)42000,-68303,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti15120,-20163,-
2. Stipendia95200,-30000,-
3. Materiálové náklady24080,-39934,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek13000,-0,-
5. Služby25000,-60688,-
6. Cestovní náhrady8000,-11312,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory25600,-25600,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)8000,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady256000,-
Uznané náklady256000,-
Celkem běžné finanční prostředky256000,-256000,-