Bachelor's Thesis

Description of creep crack propagation in electrofusion sockets for polymer pipes connection

Final Thesis 4.8 MB Appendix 64 kB

Author of thesis: Ing. Petra Helešicová

Acad. year: 2020/2021

Supervisor: Ing. Lukáš Trávníček, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D.

Abstract:

The presented bachelor’s thesis deals with crack propagation by the slow crack growth mechanism in electrofusion sockets used for welding of polymer pipes. The thesis can be divided into several parts. First part presents a research on the topic of polymer pipes, materials used for their production, types of failures and ways of connecting including detailed description of the process of electrofusion welding with electrofusion sockets. Next part is focused on fracture mechanics that is used for the practical part of the thesis. The theory of linear elastic fracture mechanics and its stress-intensity approach are described. Different ways of obtaining the stress intensity factor, which is the main parameter used to describe the stress distribution at the crack tip, are presented. The practical part of the thesis focuses on numerical modelling of crack propagation through an electrofusion socket wall and calculating values of stress intensity factor in dependence on the crack length. The creation of the numerical model for the crack propagation simulation is described. The direction of propagation is evaluated using MTS criterion. The whole simulation is carried out by a parametric macro created using the APDL language. The main goal of the thesis is to describe the influence of the socket geometry or joint configuration changes on the stress intensity factor values and calculated
lifetimes. The stress intensity factor functions for the modified configurations are compared to the original. At the end of the thesis, lifetime estimations of the electrofusion sockets are also calculated using the stress intensity factor functions and compared.

Keywords:

polymer pipes, crack propagation, electrofusion welding, electrofusion socket, stress intensity factor, finite element method, lifetime estimation

Date of defence

10.06.2021

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala běhen asi 9 minut svoji bakalářskou práci. Následně odpověděla na všechny otázky oponenta i dalších členů komise: Jak vypadá creepová křivka a jaká má stádia? Liší se pro kovové materiály a pro polymery? Popište modifikovaný Paris-Erdoganův zákon používaný v práci? Popište, jak probíhá hydrostatická tlaková zkouška polymerních trubek? Proč hliník aplikovaný na povrchu trubky pomáhá zvýšit životnost? Proč byl v práci použit pro síť konečných prvků lineární prvek?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B3S-P)

Field of study

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-STI)

Composition of Committee

Ing. Lubomír Junek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Marcián, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Trávníček, Ph.D.

Bakalářská práce slečny Petry Helešicové se zabývá popisem šíření creepové trhliny v elektrotvarovkách, které se používají pro spojování polymerních trubek. Cílem práce bylo seznámit se s typy porušování polymerních trubek a elektrotvarovek, tyto poznatky aplikovat při numerických simulacích zkoušky hydrostatickým tlakem a pomocí nich pak určit závislost součinitele intenzity napětí na délce trhliny a vliv geometrických rozměrů elektrotvarovky na velikost součinitele intenzity napětí. Jedná se o velmi aktuální problematiku, což dokazuje i spolupráce s PCCL v Leobenu v rámci projektu COMET K1.

Studentka se svého úkolu zhostila velmi důstojně. V úvodní rešeršní části cituje z více než 60 zdrojů, a to převážně zahraničních, což svědčí o snaze pochopit danou problematiku. Rešerše je zpracována přehledně, věcně a velmi podrobně, za což musím autorku pochválit. V dalších kapitolách jsou detailně popsány numerické modely, pomocí kterých je iteračně simulováno šíření trhliny a určena závislost součinitele intenzity napětí na délce trhliny. Směr šíření je v každém kroku určen pomocí kritéria maximálního tangenciálního napětí. Stejný postup je opakován pro varianty s pozměněnou geometrií pro zjištění vlivu změny rozměrů elektrotvarovky na velikost součinitele intenzity napětí. Vytvořené modely jsou realizovány pomocí parametrických maker pro program ANSYS. Studentka se dokázala velmi rychle zorientovat v tvorbě maker v jazyce APDL, neboť simulovat šíření trhliny není zdaleka triviální. Výsledky z numerického modelování jsou následně použity pro predikci životnosti elektrotvarovky.

Celková práce působí uceleně a je vidět, že se autorka v dané problematice orientuje. Slečna Petra Helešicová se pravidelně účastnila online konzultací a postupovala systematicky a samostatně.

Závěrem konstatuji, že předloženou práci považuji za velice zdařilou a jednoznačně ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Předkládaná bakalářská práce je zaměřena na popis šíření trhliny v elektrotvarovkách využívaných pro spojování polymerních trubek. Úvodní část je věnována popisu materiálů polymerních trubek a mechanismů jejich porušování. Dále jsou popsány používané testy životnosti.  V dalších kapitolách jsou popsány principy lineární lomové mechaniky a kritéria směrů šíření trhlin. Tvůrčí část práce je zaměřena na modelování pole napětí na čele šířící se trhliny a výpočet součinitele intenzity napětí. V závěru práce je posouzen vliv geometrických parametrů elektrotvarovky na součinitel intenzity napětí a životnost svarového spoje.
K formální úpravě práce mám připomínku k nestandardnímu citování literatury. Literatura je citována číselně, ale podle seznamu uspořádaného abecedně, tedy nikoliv podle pořadí užití v práci.
Závěr:
Předložená bakalářská práce převyšuje nároky na běžné bakalářské práce. Rozsah použité literatury je také silně nadstandardní. Cíle práce, tak jak jsou formulovány v zadání, byly splněny.
Předloženou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou: A/výborně
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. 1. V kapitole 2.1 uvádíte, že „součinitel intenzity napětí K přesně popisuje podmínky na čele trhliny lineárně elastického materiálu“. Řekněte, jak je součinitel intenzity napětí K zaveden, a ukažte, zda opravdu zcela přesně popisuje stav napětí na čele trhliny.
  2. 2. Je možné materiál trubek považovat ve smyslu standardního použití lomové mechaniky pro kovové materiály za elasticko-plastický a creepovou viskózní složku tedy lze při šíření trhliny zanedbat?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová