Program pro rok 2017

Zpět na hlavní stránku Semináře ÚT

 
 
15. 6. 2017, 10:00

Quasibrittle Failure Probability and Scaling

Prof. Zdeněk P. Bažant, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA

 

The size effect on structural strength and its probability distribution function (pdf) is a complex problem for quasibrittle materials because their failure behavior transits from quasi-plastic at small sizes to brittle at large sizes. These are heterogeneous materials with brittle constituents in which the size of inhomogeneity, or representative volume element (RVE), is not negligible compared to the structure size. Aside from concrete, the archetypical example, they include fiber composites, coarse-grained ceramics, rocks, sea ice, snow slabs, wood, bone, foam, stiff soil, dry snow,ccarton, etc., and on the micro- or nano-scale, all brittle materials become quasibritle. Since the break probability is known exactly only for interatomic bonds (being equal to frequency), Kramer’s rule of transition rate theory is applied to nano-crack jumps. Based on proving the rules of multiscale transition of tail probabilities of break to material scale, the probability distribution function (pdf) of strength of one macro-scale representative volume element (RVE) is shown to have a Weibullian tail, calibrated to reach to probability circa 0.001, the rest being Gaussian. On the structure scale, only Type 1 failure is considered, i.e., the structure fails as soon as the first RVE fails. Hence the weakest-link model applies on the structure scale. But, crucially, the number of links is finite, because of non-negligible RVE. For increasing structure size, the Weibullian portion gradually spreads into the Gaussian core. Only in the infinite size limit the distribution becomes purely Weibull, but, importantly, with a zero threshold. Based on an atomistic derivation of the power law for subcritical macro-crack growth, a similar Gauss-Weibull transition is shown to apply to structure lifetime. The theory is then extended to the size dependence of Paris law and Basquin law for fatigue fracture, to statistics of fatigue lifetime, and to residual strength after a period of preload. The theory is shown to match the existing experimental results on the monotonic strength, residual strength after preload, static and fatigue crack growth rates, and static and fatigue lifetimes, including their distributions and size effects on the distributions. There are three essential consequences: 1) The safety factors must depend on structure size and shape; 2) To predict the pdf of strength, the size effect tests of mean strength suffice; 3) To predict the static and fatigue lifetimes, it suffices to add tests of initial subcritical crack growth rate. An interesting mathematical analogy predicting the lifetime of nano-scale high-k dielectrics is also pointed out. Finally, a new “fishnet” statistics for strength of biomimetic nacre-like lamellar structures, modelled as a square fishnet pulled diagonally, is presented. This simple model differs from the weakest-link model as well as the fiber bundle model. The pdf is found again to transit from Gaussian to Weibullian, but in a different way.

 

3. 5. 2017, 10:00

Nestandardní tlumené oscilátory

Doc. RNDr. Dalibor Pražák, Ph.D, Katedra matematické analýzy, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlovy v Praze

 

Tlumené oscilátory typu x'' + a(x)x' + b(x) = f(t) patří k elementárním problémům v mechanice. Pro přiměřeně hladké funkce a(.), b(.), např. C1 nebo Lipschitzovské, existuje rozsáhlá a klasická matematická teorie. Tzv. nestandardní analýza (NSA) je velmi silný a abstraktní logický rámec, který umožňuje vložit libovolnou matematickou teorii do rozšířeného univerza, které typicky obsahuje nestandardní („ideální”) prvky. Nejjednodušším a nejznámějším příkladem jsou nekonečně malá a velká čísla - čísla, s nimiž se moderní analýza před cca 150 lety možná k oboustranné škodě rozešla.

Pokusíme se ukázat, že určité nestandardní volby funkcí a(.), b(.) přirozeně vedou k popisu „nestandardních” mechanických jevů: Coulombovo tření, neroztažitelná struna, či, obecněji, náraz tělesa na pevnou stěnu. Díky jazyku NSA zároveň zůstaneme v rámci klasické teorie diferenciálních rovnic.

 

5. 4. 2017, 10:00

Implozivní magnetokumulativní generátor pro účinnou přeměnu energie

Ing. Jiří Šonský, Ph.D., Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.

 

Historie magnetohydrodynamických generátorů sahá až do roku 1832, kdy Michael Faraday začal s prvními experimenty. Magnetokumulativní generátory byly vyvinuty Andrejem Sacharovem již na začátku padesátých let minulého století, ale stále nejsou využívány v civilní energetice a zůstávají na experimentální, navíc často vojenské úrovni vývoje. Proto jsme vyvinuli nový zdroj termického plazmatu pro magnetohydrodynamické nebo magnetokumulativní generátory vhodné pro obecné použití v energetice. Plazma je vytvořeno z hořlavé směsi implozí – tedy sférickou kompresí konvergentní detonační vlnou. Konvergentní detonační vlna je spuštěna přechodem deflagrace do detonace po zapálení elektrickou jiskrou v detonační trubici. Konvergentní polyedrální tvar detonační vlny je vytvarován velkým počtem větvících se zátravek ústících do hemisférické spalovací komory. Vzniklé plazma vytryskne vysokou rychlostí tryskou ve středu zařízení a je sledováno vysokorychlostní kamerou. Postup detonační vlny je také sledován ionizačními sondami. Konstrukce implozivních zdrojů plazmatu a možnosti extrakce elektrické energie z kinetické energie plazmatu působením na počáteční magnetické pole bude v této přednášce také probrána

 

1. 3. 2017, 10:00

Mezní vrstva atmosféry: vlastnosti a metody výzkumu v kontextu mechaniky kontinua

prof. RNDr. Zbyněk Jaňour, DrSc., Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i.

 

Převážná část tekutin na zemském povrchu se nachází v atmosféře a oceánech. Těmito tekutinami se zabývá tzv. geofyzikální mechanika tekutin. Při jejím pohybu, v jisté analogii s klasickou teorií mechaniky tekutin, je její oblast přiléhající zemskému povrchu označována jako Mezní vrstva atmosféry. Její vlastnosti, metody výzkumu, s přihlédnutím jejich nedostatků, budou naznačeny v následujících bodech.

  1. Úvod: zavedení pojmu a důvody jejího sledování;
  2. Základní vlastnosti. (Pohybové rovnice v rámci aproximace mechaniky kontinua, Proudění v rotující soustavě souřadné, Teplotní zvrstvení, Turbulence a determinismus)
  3. Metody výzkumu (Experimentální, Numerické)
  4. Případy řešené v Laboratoři aerodynamiky prostředí;
  5. Nové problémy k řešení: Verifikace a validace matematických modelů, Problém mnoha měřítek;
  6. Závěr: možnosti aplikace získaných poznatků.

 

 
14. 2. 2017, 10:00

Modelling of complex processes in nanopowder fabrication using thermal plasma flows

prof. Masaya SHIGETA, Joining and Welding Research Institute, Osaka University, Japan

Thermal plasmas have been expected as a promising tool for mass-production of nanopowders [1] because thermal plasmas offer a distinctive thermal-fluid field involving high temperature, high chemical reactivity and variable properties. Furthermore, thermal plasmas have steep temperature gradients at their fringes where many small nanoparticles are produced rapidly from the material vapour as a result of the highly supersaturated state. However, it is still difficult to investigate the formation mechanism of nanoparticles generated in/around a thermal plasma because the process involves remarkably intricate mass transfer of phase conversions in micro-second scales. Moreover, the plasma fringe is fluid-dynamically unstable and consequently it forms a turbulent mixing field composed of multiscale eddies [2]. The growing nanoparticles are transported by the complicated convection as well as diffusion and thermophoresis. In this lecture, several modelling works to simulate those complex processes are explained.
 

 




 
1. 2. 2017, 10:00

Vrcholné kousky plazmového stříkání v životě jednoho výzkumníka

Ing. Tomáš Chráska, Ph.D., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.

Žárové stříkání je proces vzniku vrstev a povlaků, při kterém se roztavený nebo ohřátý materiály nastříká na povrch. K dispozici je široká škála primárních surovin, které mohou být žárově stříkané včetně prášků a suspenzních kapalin. K dispozici je také široká škála žárových nástřiků používaných pro mnoho různých aplikací, včetně například tepelných bariér v proudových motorech. Plazmové stříkání patří do skupiny technik žárového stříkání. Využívá plazmový hořák pro vytvoření proudu plazmatu, který taví materiál vstupní suroviny. Tato přednáška nebude předkládat kompletní přehled plazmově stříkaných povlaků a jejich aplikací. Místo toho představí řadu zajímavých a někdy i fascinujících příkladů toho, čeho lze dosáhnout pomocí plazmového stříkání. Příklady budou obsahovat nanoprášky, epitaxní růst krystalů v plazmových nástřicích, amorfní a nanokompozitní povlaky, stříkání suspenzí a další.
 

 

4. 1. 2017, 10:00

Využití procedury časové reverzace signálů v nedestruktivní diagnostice materiálů a konstrukcí

Ing. Zdeněk Převorovský, CSc., Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i.

Procedura časové reverzace akustických a ultrazvukových signálů ("Time Reversal Acoustics", TRA) je efektivním nástrojem řešení složitých problémů v mnoha oblastech jako jsou nedestruktivní zkoušení a hodnocení materiálů a konstrukcí (NDT/NDE), neboť TRA umožňuje fokusaci vln v čase i prostoru a přesnou lokalizaci a rekonstrukci zdrojů signálu i v silně nehomogenních, anizotropních a dispersních prostředích. Vlastnosti TRA lze využít při zpracování signálů v akustické emisi (AE) a nelineární spektroskopii elastických vln (NEWS), ale také např. v seismologii, medicíně, telekomunikacích apod.
V přednášce budou zmíněny principy metody TRA a diskutovány zejména její možnosti při lokalizaci a identifikaci zdrojů AE a nastíněny problémy nového přístupu k řešení těchto inverzních úloh pomocí přenosu ultrazvukových signálů z nepřístupného reálného tělesa na laboratorní resp. výpočetní model, kde mohou být snáze analyzovány.

 

Zpět na hlavní stránku Semináře ÚT



Footer menu

© 2008 – 2017 Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.     Facebook  YouTube  RSS