Progres. materiály a konstrukce staveb - KME/PMKS
Garant
Přednášející
Cvičící
Rozvrhové akce
| Přednáška | UC 422 | ZS | Středa 1-3 (07:30-10:05) | |
| Cvičení | UC 409 | ZS | Úterý 8-10 (13:55-16:30) |
Cíle předmětu
Předmět je zaměřen na vlastnosti progresivních materiálů a jejich aplikace ve stavebních konstrukcích. Tyto materiály mají často charakter kompozitů, proto je kompozitům věnován významný rozsah výuky. Jsou uvedeny základní pojmy pro pružné materiály - napjatost, deformace, Hookeův zákon a rozdělení anizotropních materiálů. Pozornost je věnována jednosměrovým kompozitům - laminám. Jsou odvozeny vztahy pro mimoosovou tuhost, poddajnost a mimoosové elastické konstanty. Je podán přehled makromechanických kritérií porušení jednosměrových kompozitů. Zvláštní pozornost je věnována analýze laminátů. Je zde uvedeno, jak způsoby skládání jednotlivých vrstev ovlivní mechanické vlastnosti laminátu, napjatost vzniklá změnou teploty nebo vlivem absorpce vlhkosti. Je zde ukázána analýza tenkostěnných trubek vyrobených vinutím vláken.Na cvičeních jsou řešeny příklady jak analyticky, tak numericky s využitím moderních výpočtových metod. Část cvičení proběhne ve výpočtové laboratoři, kde budou prováděny numerické simulace mechanického chování kompozitního materiálu.
Přehled látky
1. Motivační přednáška. Úvod do MKM. Základní pojmy. Výroba a technologie.(Základní pojmy pružnosti a pevnosti. Ukázka současných výpočtových systémů pro návrh kompozitních struktur.)
2. Základní vztahy pružnosti anizotropních materiálů (tenzor napětí a deformací), rozdělení anizotropních materiálů. Jednosměrové kompozity. FRP kompozity.
(Výpočet matice tuhosti ortotropního materiálu.)
3. Elastické konstanty jednosměrového kompozitu. Experimentální stanovení materiálových charakteristik kompozitu.
(Výpočet prvků matice mimoosové tuhosti, deformace křivého prutu z jednosměrového kompozitu.)
4. Porušování kompozitních materiálů. Kritéria porušování kompozitních materiálů - neinteraktivní a interaktivní.
(Laboratorní cvičení - tahová zkouška jednosměrového kompozitu, způsoby stanovení elastických konstant jednosměrového kompozitu.)
5. Analýza laminátu - klasická laminátová teorie. Konstitutivní vztahy. Způsob skládání vrstev.
(Výpočet indexů porušení podle jednotlivých kritérií.)
6. Progresivní betony. Složení, technologie výroby a aplikace, vlastnosti.
(Kompozitní betony, ultralehké betony, HPC a UHPC, modifikace, nanopříměsi, fotokatalytický efekt.)
7. Progresivní kovy a kompozity na bázi kovů, spoje. Vlastnosti, aplikace, ekonomické, environmentální a technické souvislosti.
(Bimetal, vícesložkové slitiny, ušlechtilé kovy, zvyšování odolnosti kovů proti okolním účinkům.)
8. Progresivní materiály na bázi dřeva. Výroba, vlastnosti, aplikace.
(Superdřevo, vrstvené a lepené prvky, kompozitní prvky na bázi dřeva.)
9. Geopolymery a jejich kombinace s jinými materiály. Výroba, vlastnosti, aplikace, ekonomické, environmentální a technické souvislosti.
(Využití potenciálu skládky Zbůh u Plzně.)
10. Progresivní keramické prvky a konstrukční sklo. Programování vlastností, aplikace, ekonomické, environmentální a technické souvislosti.
(Vylehčené prvky a konstrukce, kombinované konstrukce, eliminace nasákavosti střepu, spoje, technologie.)
11. Progresivní a ekologicky šetrné tepelné izolace. Vlastnosti, aplikace.
(Aerogel, vakuové izolace, fólie, polymery, organické materiály.)
12. Nano- a mikromateriály. Výroba, vlastnosti, aplikace, ekonomické, environmentální a technické souvislosti
(Konstrukční materiály, membrány, povrchy, kompozitní složky.)
13. Recyklované materiály a konstrukce z nich. Vlastnosti, aplikace, ekonomické, environmentální a technické souvislosti.
(Silikáty, plasty, organické materiály.)
Odborné dovednosti po absolvování předmětu
Požadavky na studenta
Požadavky na zápočet:Vypracování semestrální práce.
Požadavky ke zkoušce:
Aktivní znalost přednášené a procvičované látky a schopnost aplikovat na řešení konkrétních úloh.
Doporučená literatura
- BODNÁROVÁ, Lenka: Kompozitní materiály ve stavebnictví , CERM, 2002
- BUNSELL, A. R. a J. RENARD: Fundamentals of Fibre Reinforced Composite Materials , Londýn, 2005
- Barbero, Ever J.: Introduction to composite materials design , 2011