Detail předmětu

Mechanika kompozitů

FSI-RMOAk. rok: 1999/2000

Základní pojmy, klasifikace kompozitů. Vláknové kompozity. Mechanické
vlastnosti používaných vláken a materiálů matric. Tuhost dlouhovláknových
kompozitů v podélném a příčném směru - směšovací pravidlo. Pevnost
v podélném a příčném směru. Kritický objem vláken, minimální objem.
Krátkovláknové kompozity, teorie přenosu zatížení. Přenosová a kritická
délka. Tuhost a pevnost. Ortotropické vlastnosti jako důsledek struktury
vláknových kompozitů, hlavní osy ortotropie. Hookeův zákon isotropického
materiálu, ortotropického materiálu a transversálně ortotropického
materiálu v hlavním souřadnicovém systému. Hookeův zákon pro rovinný
vláknový kompozit v obecném směru. Podmínky pevnosti 2-D vláknového
kompozitu. Konstitutivní vztahy u laminátové stěny a desky, napjatost
a deformace. Aplikace na tenkostěnnou laminátovou tlakovou nádobu,
pevnostní kontrola.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Získání poznatků o směrovém chování kompozitních materiálu a metodách
používaných pro napěťovou a deformační analýzu a pevnostní kontrolu
kompozitních materiálů a vybraných konstrukcí.

Způsob a kritéria hodnocení

Zápočet se uděluje na základě úspěšného obhájení závěrečného zápočtového
projektu, majícího charakter výpočtového modelování mechanických
vlastností kompozitního materiálu definované struktury pomocí programu
metody konečných prvků ANSYS.
Zkouška je kombinovaná a obsahuje písemnou část, formou průřezového
testu a následný ústní pohovor.

Učební cíle

Cílem předmětu je získání základních informací a poznatků o mechanickém
chování kompozitních materiálů se zaměřením zejména na kompozity vláknové.
Na základě známých mechanických vlastností složek a geometrické struktury
se určují mechanické a pevnostní vlastnosti kompozitu. Studenti se
seznámí s metodami používanými ke stanovení napjatosti, deformace
a bezpečnosti kompozitních materiálů a typických konstrukcí
z kompozitních materiálů.

Základní literatura

Agarwal,B.D., Broutman,L.J.: Vláknové kompozity, SNTL, Praha, 1987
Jones,R.M.: Mechanics of composite materials. Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1975
Krishan K. Chawla: Composite materials. Science and Engineering. Springer-Verlag, New York, Berlin, Heidelberg, 1998

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2301-5 magisterský

    obor , 2. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

22 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c.

Osnova

1. Definice a základní pojmy. Klasifikace kompozitních materiálů dle
struktury a materiálu složek.
2. Mechanické vlastnosti typických vláken a matricových materiálů.
Chemické složení, způsob výroby.3. Jednosměrový dlouhovláknový kompozit. Modul pružnosti v tahu a pevnost
v podélném směru. Kritický a minimální objem vláken.
4. Jednosměrový dlouhovláknový kompozit. Modul pružnosti a pevnost
v příčném směru. Modul pružnosti ve smyku a Poissonovo číslo.
5. Mechanismy poškozování dlouhovláknových kompozitů při podélném
a příčném namáhání v tahu a tlaku.
6. Krátkovláknový jednosměrový kompozit. Teorie přenosu zatížení.
Průběh napětí ve vláknu. Přenosová a kritická délka.
7. Krátkovláknový jednosměrový kompozit. Modul pružnosti v tahu v příčném
a podélném směru. Pevnost v podélném a příčném směru.
8. Modelování mechanických vlastností kompozitů v rámci mechaniky
kontinua. Hlavni ortotropické osy. Hookeův zákon pro isotropický,
ortotropický a transversálně ortotropický materiál v hlavních
ortotropických směrech.
9. Hookeův zákon pro rovinný ortotropický materiál v obecném směru.
Směrová matice tuhosti. Vyvážená orientovaná dvojvrstva.
10. Podmínky pevnosti rovinného kompozitního materiálu maximálního napětí,
maximálního přetvoření a Tsai-Hillova energetická podmínka.
11. Konstitutivní vztahy pro složenou laminátovou stěnu a desku. Výpočet
napětí a pevnostní kontrola u válcové laminátové stěny.

Cvičení odborného základu

22 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c.

Osnova

Cvičení z předmětu probíhá formou samostatného projektu, jehož cílem
je stanovení mechanických vlastností kompozitních materiálů v hlavních
ortotropických směrech, resp. v obecném směru použitím výpočtového
modelování. Řeší se rovinný případ typu rovinná napjatost nebo rovinné
přetvoření. Pomocí metody konečných prvků, jmenovitě programu ANSYS se
určuje deformace a napjatost geometricky definované struktury a následně
fyzikální materiálové konstanty resp. koncentrace napětí. Provádí se
porovnání s výsledky získanými pomocí klasických postupů, které studenti
poznali na přednáškách. Důležitou částí projektu je kritická diskuse
výsledků.

Elektronické učební texty

Vrbka, J.; Mechanika kompozitů; ÚMTMB, FSI, VUT v Brně; 2014 (cs)