Detail předmětu

Constitutive Equations for IME

FSI-RKI-AAk. rok: 2021/2022

Předmět podává ucelený přehled konstitutivních závislostí a konstitutivních modelů látek a vymezuje tyto pojmy nejen pro konstrukční materiály, ale i pro látky kapalné a plynné. Zabývá se také časovou závislostí deformačně-napěťové odezvy materiálů a popisuje ji pomocí různých viskoelastických modelů. Využívá teorii konečných deformací kontinua pro popis nelineárně elastického i neelastického chování elastomerů a kompozitů s elastomerovou matricí a plastického chování kovů včetně jejich tvárného lomu. Uvádí specifické způsoby zkoušení materiálů potřebné pro identifikaci jejich modelů. Pro každý z uváděných modelů materiálu jsou formulovány základní konstitutivní rovnice, z nichž se pak odvozuje odezva materiálu při zatížení, a to jak analytickými metodami, tak pomocí MKP, včetně praktické aplikace v programu ANSYS.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Nabízen zahradničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

Studenti získají přehled o mechanických vlastnostech a chování látek a možnostech jejich matematického popisu a modelování, především v oblasti velkých deformací a časově závislého chování. Získají teoretické znalosti nutné pro jejich sofistikované využívání v konstrukci strojů a zařízení. V rámci možností používaných programů MKP se také naučí prakticky používat některé ze složitějších konstitutivních modelů (hyperelastické i neelastické, izotropní i anizotropní) v deformačně-napěťové analýze.

Prerekvizity

U studentů se předpokládá znalost základních pojmů pružnosti a pevnosti (napětí, deformace, obecný Hookeův zákon), jakož i některé základní pojmy hydromechaniky (ideální, Newtonská, nenewtonská kapalina) a termodynamiky (stavová rovnice plynů, termodynamická rovnováha). Dále jsou potřebné základy MKP a elementární znalosti práce se systémem ANSYS.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách s využitím softwaru ANSYS.

Způsob a kritéria hodnocení

Pro udělení zápočtu je potřebná aktivní účast na cvičeních a zpracování individuální semestrální práce. Zkouška probíhá formou písemného testu základních znalostí a obhajoby samostatné individuální semestrální práce.

Učební cíle

Cílem předmětu je podat ucelený přehled konstitutivních závislostí různých typů látek, propojit přitom znalosti, získané v různých oborech (mechanika těles, hydromechanika, termodynamika) a současně si prakticky osvojit (v MKP programu ANSYS) některé konstitutivní modely vhodné pro použití u moderních konstrukčních materiálů (např. elastomery, plasty, kompozity s elastomerovou matricí, kovy nad mezí kluzu).

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

Účast na cvičení je povinná. Omluvená neúčast se nahrazuje samostatným vypracováním úloh podle pokynů vyučujícího.

Základní literatura

Lemaitre J., Chaboche J.-L.: Mechanics of Solid Materials. Cambridge University Press, 1994.
Holzapfel G.A.: Nonlinear Solid Mechanics. Wiley, 2001.
Články v odborných časopisech

Doporučená literatura

Němec I. a kol. Nelineární mechanika. VUTIUM, Brno, 2018

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-ENG-Z magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, doporučený

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace IME , 2. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program N-ENG-Z magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, doporučený

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Osnova

1. Vymezení pojmu konstitutivní model v širším a užším smyslu. Přehled konstitutivních modelů v mechanice, konstitutivní modely pro jednotlivá skupenství hmoty.
2. Hookeův zákon a Newtonův zákon viskozity v obecném tenzorovém vyjádření. Úvod do teorie lineární viskoelasticity.
3. Modely lineární viskoelasticity - odezva na statické a dynamické zatěžování.
4. Komplexní modul pružnosti, relaxační a creepové funkce.
5. Tenzory napětí a deformace při velkých přetvořeních. Základní operace s tenzory. Definice hyperelasticity.
6. Hyperelastické modely na bázi polynomů pro izotropní málo stlačitelné elastomery. Dekompozice tenzoru deformace a jeho invarianty.
7. Mechanické zkoušky hyperelastických materiálů. Predikční schopnost konstitutivních modelů.
8. Strukturně podložené hyperelastické modely, modely pro snadno stlačitelné elastomery (pěnové pryže).
9. Modely zahrnující neelastické efekty u elastomerů, viskoelasticita ve velkých deformacích.
10. Modely konstrukčních materiálů s tvarovou pamětí.
11. Anizotropní hyperelastické modely pro elastomery s výztužnými vlákny. Pseudoinvarianty deformačního tenzoru.
12. Modely pružně-plastického chování materiálů. Podmínky plasticity.
13. Modely plastického tečení a plastického porušení. Obecné podmínky porušení.

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Osnova

1.-2. Opakování práce s lineárně elastickým konstitutivním modelem.
Maticový a tenzorový tvar Hookeova zákona a Newtonova zákona viskozity.
3.-4. Lineární viskoelasticita – chování jednoduchých reologických modelů.
5.-6. Používání experimentálních dat u modelů viskoelasticity v MKP a teplotní závislost viskoelastických parametrů.
7.-8. Hyperelastické modely v ANSYSu, zkoušky elastomerů a jejich zadávání do konstitutivního modelu.
9.-10. Výběr vhodného konstitutivního modelu nestlačitelného elastomeru, predikční schopnost modelu.
11.-12. Anizotropní hyperelastické modely, modely neelastického chování.
13. Semestrální projekt, zápočet.

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz