Detail předmětu

Mechanika a porušování materiálů

FCH-MC_MPMAk. rok: 2021/2022

Základní pojmy, energie v elastickém systému definice R a G, lineární elasticita, nelineární elasticita, zbytková napětí. Elastická napětí v okolí kořene trhliny. Odvození analytické, řešení numerické pomocí metody konečných prvků, anizotropické materiály, kompozity, lom na mezifázích. Intenzita napětí-eliptický lom, ostrý lom, řešení KI a Y2 faktorů, kalibrační faktor F, směsný lom, škálovací faktor. Systémy s disipací energie - lomové kritérium, typy lomu (Class 1, 2, 3), J a d jako lomová kritéria, viskoelastický lom. Iniciace katastrofického lomu-kluz, mikrokavitace, krejzy, teorie perkolací, materiály (PMMA, PC, PP, PE, HIPS, ABS, PVC, epoxy, vláknové kompozity, kaučuky). Stabilní lom-časově závislý lom, iniciace, růst a terminace růstu, podmínky nestability, efekty prostředí, únava, creep, tažení. Porušování při namáhání rázem - definice, dynamické efekty, aplikace LEFM, efekty teploty, deformační rychlosti, tvaru tělesa, příklady.
Studenti absolvující praktikum budou pracovat s vybranými charakterizačními metodami polymerních materiálů. Jedná se o tahovou zkoušku, dynamicko-mechanickou analýzu polymerů, 3-bodý ohybový test, termogravimetrickou analýzu a dynamickou skenovací kalorimetrii polymerů. Tyto charakterizace budou studenti provádět i na vlastnoručně připravených testovacích vzorcích polymerního materiálu, proto je součástí praktik samotná výroba testovacích tělísek. Do praktika je také začleněna exkurze do výrobních závodů polymerních materiálů.

Výsledky učení předmětu

získání základních znalostí z mechaniky pevných těles, koncentrace napětí, Griffithovo kritérium křehkého lomu, přehled typů plastické deformace v polymerech, kluzová a lomová kritéria, příklady lomového chování plastů a kompozitů, únavové charakteristiky materiálů
Studenti po absolvování praktika budou schopni charakterizovat polymerní materiál z hlediska mechanických a termických vlastností.

Prerekvizity

základní znalosti z fyziky polymerů a fenomenologické termodynamiky

Doporučená nebo povinná literatura

Pokluda J., Kroupa J., Obdržálek L.: Mechanické vlastnosti a struktura látek. PC-DIR spol. s r.o., Brno 1994. (CS)
Jancar J.: Mechanics and Failure of Plastics. FCH VUT Brno, Brno 2005. (CS)
Mleziva J.: Polymery. Struktura - vlastnosti a použití. Sobotáles, Praha 2003. (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody


Výuka praktika je realizována formou: Laboratorní cvičení - 4 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

Tři písemné práce během semestru, jedna domácí úloha a závěrečná ústní zkouška
Základní podmínkou pro udělení zápočtu praktika je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení, zpracování elaborátů podle pokynů učitele a splnění zápočtového testu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Úvod, definice
2. Elasticita, zobecněný Hookův zákon, velké a malé symetrie matice elastických konstant
3. Deformační chování trámců a sloupů, elastická nestabilita
4. Viskoelasticita, kríp, relaxace napětí, fenomenologické modely
5. Molekulární modely, Rousův model, reptační model
6. Plastická deformace, mechanismy, kluzová kritéria, Mohrova kružnice, termodynamika platické deformace
7. Lom jako mezní stav materiálu
8. Koncentrace napětí na povrchu defektu, vliv tvaru defektu, Griffithovo kritérium
9. Lineární elastická lomová mechanika, modifikované Griffithovo kritérium
10. Intenzita napětí a hnací síla trhliny
11. Elasto-plastická lomová mechanika:
12. Porušování při namáhání rázem
13. Únavové porušování

Praktikum:
1. Úvodní hodina, bezpečnost
2. DSC termoplastu
3. Příprava těles pro ohybovou zkoušku
4. TGA
5. Příprava testovacích těles pro tahovou zkoušku
6. Zwick Tahová zkouška
7. DSC Stanovení trepelné kapacity polymeru
8. Zwick Vliv zatěžovací rychlosti na chování polymeru
9. Razová a vrubová houževnatost
10. Zwick Ohybová zkouška
11. DMA
12. Zwick Vliv teploty na chování polymeru
13. Stanovení teploty deformace - HDT

Cíl

Výuka v předmětu mechanika a porušování si klade za cíl seznámit studenty magisterského SP se základy mechaniky kontinua a lineární lomové mechaniky za účelem objasnění vlivu různých strukturních parametrů na mechanické vlastnosti polymerních materiálů a pochopení teoretických základů často užívaných zkušebních metod.
V praktiku si studenti vyzkouší přípravu, výrobu laboratorních vzorků polymerů, seznámí se s metodami charakterizace složení polymeru, jeho mechanických a termických vlastností.

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


Účast na praktiiku je povinná. Vedoucí praktika provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit cvičením s jinou studijní skupinou v tomtéž týdnu nebo zadáním náhradních úloh.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program NPCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

  • Program NKCP_CHTM magisterský navazující

    specializace --- , 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný