Laboratoř termomechaniky materiálů byla založena v roce 2018 a svým zaměřením se specializuje převážně na základní teoretický a experimentální výzkum ve strojírenství. Ústředním tématem výzkumu je vývoj konstitutivních modelů materiálů, zejména pak modelů plasticity, a experimentální analýza plasticity kovů. Laboratoř kopletně pokrývá vývoj modelů plasticity počínaje jejich návrhem a analýzou, přes implementaci v komerčních i vlastních MKP kódech, až po verifikaci, validaci a kalibraci.
Ing. Martin Isoz, Ph.D.
postdoktorand
výpočtová mechanika tekutin • redukce řádu modelu • modelování vícefázového proudění • velké deformace
Ing. Vilém Klepač
doktorand
implementace konstitutivních modelů v MKP řešičích • modelování víceosého ratchetingu • Laser Shock Peening
Ing. René Marek, Ph.D.
postdoktorand
vývoj modelů plasticity • numerická implementace modelů • integrace modelů • vývoj kalibračních procedur • modelování ratchetingu
Ing. Slavomír Parma, Ph.D.
vedoucí laboratoře
vývoj modelů plasticity • vývoj kalibračních procedur • šíření Rayleigho vln v anisotropních prostředích • experimentální výzkum směrového deformačního zpevnění
Ing. Jaroslav Schmidt
doktorand
implementace modelů plasticity v MKP řešičích • Laser Shock Peening
Ing. Jan Štefan
doktorand
experimenty v plasticitě kovů • mechanické zkoušení • metalografie • fraktografie
Moderní fenomenologické modely plasticity kovů se směrovým deformačním zpevněním [1,2] obvykle zohledňují celou řadu experimentálně pozorovaných jevů a teoretických aspektů modelování, jako jsou např. různé druhy zpevnění, plató na mezi kluzu, termodynamická konzistence nebo konvexnost funkce plasticity [3].
Aby bylo možné splnit veškeré požadavky kladené na kvalitativní vlastnosti vyvíjených modelů, jsou tyto modely obvykle komplexní a nelineární vůči svým materiálovým parametrům.
V naší laboratoři jsou vyvíjeny kalibrační algoritmy upravené pro konkrétní modely plasticity tak, aby bylo možné parametry daného modelu co nejsnáze zkalibrovat na základě dat z experimentů [4].
Slavomír Parma,
René Marek,
Jiří Plešek,
Heidi P. Feigenbaum,
Yannis F. Dafalias
Northern Arizona University, Flagstaff, AZ, USA;
University of California, Davis, CA, USA
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum.
René Marek,
Vilém Klepač,
Zbyněk Hrubý,
Jiří Plešek,
Yannis F. Dafalias
Northern Arizona University, Flagstaff, AZ, USA;
University of California, Davis, CA, USA
Moderní modely plasticity jsou v laboratoři implementovány do komerčního software Abaqus [1] a do in-house kódu PMD [2]. Verifikace a optimalizace jsou prováděny na sadě úloh a konzervativních benchmarků, jako jsou např. tahová zkouška nebo Cookova membrána. Cílem implementace je jak vlastní analýza implementovaných modelů na reálných problémech, tak podpora jejich průmyslového využití [3,4].
René Marek,
Vilém Klepač,
Zbyněk Hrubý,
Jiří Plešek,
Yannis F. Dafalias,
Jaroslav Schmidt
Northern Arizona University, Flagstaff, AZ, USA;
University of California, Davis, CA, USA
Vedle konzervativních modelů plasticity kovů jsou v laboratoři využívány i pokročilé modely implementované v programech Abaqus a PMD [1]. S jejich využitím jsou navrhovány a modelovány konstrukce, u kterých
je očekáván značný podíl plastické deformace, nebo u kterých je nezbytné přesně popsat pole napětí a deformace v exponovaných místech [2].
Marko Šori,
Slavomír Parma,
René Marek,
Jaroslav Schmidt
Faculty of Mechanical Engineering, University of Maribor, Maribor, Slovenia
Korektnost vyvíjených modelů plasticity je nutné ověřovat experimentálně. Nepostradatelným nástrojem je pro tento účel biaxiální zkušební stroj INSTRON pořízený do laboratoře v roce 2019. Zkušební stroj umožňuje provádět mechanické zkoušky strojních součástí při kombinovaném osovém a torzním namáhání, a to až do limitu 100 kN tahového zatížení a tlaku (tj. 10 tun) a do limitu torzního momentu 1 kN m. Základní experimenty, tedy experimenty spočívající v trasování ploch plasticity materiálů, vyžadují použití metod velmi přesného měření deformace. K tomu jsou používány techniky měření pomocí extenzometrů a tenzometrie. V budoucnu se pro účel přesného vyhodnocování deformace uvažuje o použití inovativní technologie Digital Image Correlation (DIC).
V aktuálních experimentech se v rámci Laboratoře termomechaniky materiálů nejčastěji uplatňují tenkostěnná válcová zkušební tělesa. Jedná se o celosvětově nejčastěji používaný typ vzorků pro experimentální trasování ploch plasticity. Uvedená konstrukční geometrie umožňuje podrobit materiál kombinovanému osovému a torznímu zatížení a vnitřnímu zatížení realizovanému prostřednictvím přetlaku hydraulické kapaliny. Díky tomu je možné vyhodnotit tři nezávislé složky deformačního zpevnění materiálu. Uvedený typ vzorků je velmi výhodný také pro navazující únavové zkoušky, jejichž prostřednictvím jsou získávány informace s přímou vazbou na praktickou aplikaci zkoumaných materiálů.
Jan Štefan,
Slavomír Parma,
René Marek,
Vilém Klepač
Northern Arizona University, Flagstaff, AZ, USA;
COMTES FHT a.s., Dobřany, Czech Republic
V roce 2019 byla v Laboratoři termomechaniky materiálů realizována investice do nového dvojosého zkušebního systému od firmy Instron, který představuje technologickou špičku ve své třídě. Zařízení umožní etablovat laboratoř nejen v regionálním, ale také v mezinárodním měřítku, a to díky pokročilému návrhu a řízení experimentů, které starší generace systémů neumožňovaly. Cílem je postupné navyšování portfolia experimentů a vývoj nových metodik pro analýzu nelineárního chování materiálů.
Slavomír Parma,
Jan Štefan,
Jan Masák,
Constantin Ciocanel,
Li-Wei Liu,
Jiří Plešek
Northern Arizona University, Flagstaff, AZ, USA;
National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
Ve spolupráci s NCKU na Taiwanu byly pomocí metod molekulární dynamiky numericky simulovány různé dvojosé zatěžovací stavy karbonových nanotrubiček [1]. Ve výsledcích simulací bylo možné explicitně rozlišit mezi elastickým a elasto-plastickým stavem materiálu, což umožnilo definovat plochu plasticity. Zvolená metodika přináší nové možnosti při studiu fenomenologické plasticity materiálů, a to zejména jako komplementární nástroj k experimentální analýze.
National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan
Současný rozvoj numerických metod a dostupné výpočetní síly v kombinaci s potřebami moderního průmyslu katalyzují vývoj čím dál tím komplexnějších modelů. Tyto modely ale mají stále ještě značně vysoké nároky na kapacitu datových úložišť a čas nutný k jejich vyhodnocení. Potřeby průmyslu ale často zahrnují parametrické studie a optimalizace založené na těchto komplexních modelech. V naší laboratoři se specializujeme na aplikace modelů redukovaného řádu založených na vlastním orthogonálním rozkladu s Galerkinovou projekcí na velké úlohy s relevancí pro průmyslovou praxi. S využitím těchto metod je možné dosáhnout značného urychlení vyhodnocení dynamických modelů a parametrických studií komplexních systémů.
© 2008 – 2018 Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i. 
