Detail projektu

Pochopení mechanismu šíření trhliny v keramických vícevrstvých strukturách s cílem získání nástroje pro vylepšení jejich mechanických vlastností

Období řešení: 01.01.2014 — 31.12.2015

O projektu

Cílem projektu je vývoj a ověření matematických nástrojů pro popis a predikci lomového chování vícevrstvých struktur na bázi keramik. Tyto materiály mají velký potenciál např. u vysokoteplotních aplikací a v dalších speciálních oblastech, kde není možné použít standardní kovové materiály. Předpokládá se, že studované materiály jsou podrobeny kombinovanému zatížení – mechanickému a teplotnímu, které vede ke vzniku residuálních napětí. Hlavním výstupem projektu by měly být experimentem verifikované matematické modely popisující šíření trhliny, především pak ohyb trhliny v oblasti rozhraní dvou materiálů, delaminace rozhraní nebo bifurkace trhliny ve vrstvách obsahujících vysoká residuální napětí. Takové chování (absorbující mnohem více energie než v případě přímého šíření trhliny) může významně zvýšit lomovou houževnatost uvažovaného systému a tudíž schopnost toto chování predikovat je velmi cenná. Užitím zmíněných nástrojů lze potom navrhnout vhodnou geometrii laminátu či kompozici jednotlivých materiálových složek tak, aby bylo dosaženo požadovaného chování. Pro vývoj použitelného lomového kritéria bude použita koncepce konečné lomové mechaniky (FFM). Hlavním a základním cílem projektu bude tedy experimentální ověření navrženého lomového modelu, které je nezbytné pro jeho správnou aplikaci a interpretaci. Navrhovaný projekt je cílený na oblast základního výzkumu lomového chování vrstvených struktur, které nabývá na významu díky postupně rostoucímu využití pokročilých kompozitních materiálů. Tudíž jakýkoliv pokrok v této obecně atraktivní problematice může sloužit pro vývoj nových materiálů „šitých“ na míru pro danou aplikaci. Navrhovaná práce myšlenkově navazuje na již získané znalosti projektového týmu v oblasti kompozitních (vrstvených) materiálů nabyté za posledních několik let.

Popis anglicky
The aim of the project is to develop and verify mathematical tools for the description and prediction of the fracture behaviour of (ceramic based) multilayer structures. These structures are of a high potential e.g. in areas of high temperature applications or other special areas where use of metals is not possible. The considered materials are supposed to be subjected to mechanical and thermal (residual stresses) loading. Main output of the project should be a mathematical description of the crack propagation - crack deflection, interface delamination or crack bifurcation phenomena in the structures containing high residual stresses. Such behaviour, absorbing much more energy than a straight crack propagation, can significantly enhance the fracture toughness of the structure and the ability of its prediction is thus strongly desired. Using the mentioned tools, suitable laminate geometry and material composition can be designed. Concept of the Finite fracture mechanics will be used for the development of the applicable fracture criterion. An essential goal of this project will be experimental verification of the proposed fracture models which is necessary for their correct application and interpretation. The proposed project is targeted to the basic research area of fracture behaviour of layered structures, which becomes in focus due to a gradually increasing number of applications of advanced composite materials. Therefore, any progress in this globally attractive problematic will be utilized in development of new materials tailored for the given application. Proposed work is a logical consequence of gained knowledge of the project team in the research field of laminate materials lasting over a decade.

Klíčová slova
šíření trhliny; keramické lamináty; lomová mechanika; MKP simulace

Klíčová slova anglicky
crack propagation; ceramic laminates; finite fracture mechanics; FEM simulations

Označení

7AMB14AT001

Originální jazyk

čeština

Řešitelé

Ševeček Oldřich, Ing., Ph.D. - hlavní řešitel

Útvary

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky
- příjemce (01.01.2014 - 31.12.2015)

Zdroje financování

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR - Šestý rámcový program Evropského společenství pro výzkum, technický rozvoj a demonstrační činnosti

- plně financující (2014-01-01 - 2015-12-31)