Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i. > Výzkum > Skupina nízkocyklové únavy

Skupina nízkocyklové únavy

VedoucíIng. Ivo Šulák, Ph.D.
E-mail [javascript protected email address]
Telefon+420 532 290 343
Místnost117
Nadřazená jednotkaOddělení mechanických vlastností

Premature failure of components and structures designed on the basis of monotonic and traditional high cycle life curves has focused the attention of design engineers and scientists to the study of low cycle fatigue of materials. Low cycle fatigue fractures are connected with the infrequent working cycles of equipment or instruments which often result from start-up and shut down operations or interruptions of their function. Important subjects represent also high temperature low cycle fatigue, thermal and thermomechanical fatigue and multiaxial elastoplastic fatigue.

The research of low cycle fatigue started in IPM under the leadership of the deceased Prof. Mirko Klesnil in the sixties when two electrohydraulic testing machines were designed and assembled in the IPM using the components produced by INOVA company. Later two elecrohydraulic computer controlled machines were purchased (see experimental facilities).

The present activities of the group concentrate to the systematic study of the fatigue behaviour of the structural and advanced materials subjected to cyclic elastoplastic loading, mostly under push-pull conditions.

The main subjects pursued:


  • cyclic plastic straining the mechanisms, sources of the cyclic stress and relation to the internal structure. Analysis of the hysteresis loop using statistical theory in terms of the internal and effective stress, the relation of the macroscopic response to the internal dislocation structure.
  • fatigue damage mechanisms - the mechanisms of cyclic slip localisation, fatigue crack nucleation
  • interaction of low cycle fatigue with creep at elevated temperatures, structural changes and damage evolution in high temperature symmetric and asymmetric loading; nickel based superalloys
  • fatigue of composite materials - damage evolution, cracking and fatigue fracture of laminate composites (GLARE, ARALL)
  • effect of the coatings on the cyclic plasticity and fatigue life of advanced materials - effect of nitride and carbon layers and of the other coating procedures on the individual stages of fatigue process and on the fatigue life.
  • effect of depressed and elevated temperatures on the early fatigue damage - study of the surface relief evolution using high resolution techniques (AFM, FESEM, EBSD, FIB) in austenitic, ferritic and austenitic-ferritic duplex stainless steels
  • short crack growth kinetics in advanced steels - duplex, Eurofer, effect of mean stress
  • study of fatigue damage in TiAl intermetallics

The most important results in the last five years:


  • quantitative description of short crack growth regime and its use for the fatigue life prediction
  • experimental documentation of fatigue damage evolution in plastic strain amplitude controlled one-step and two-step loading
  • separation of the cyclic stress into internal and effective component using loop shape analysis
  • measurement of the effective stress and the distribution of the internal critical stresses in stainless austenitic, ferritic and duplex steels
  • application of the atomic force microscopy (AFM), high resolution scanning electron microscopy (FESEM) and focused ion beam (FIB) to the study of surface relief evolution and fatigue crack nucleation
  • quantitative data on the extrusion and intrusion formation in stainless steel at ambient, depressed and elevated temperatures
  • theoretical description of the temperature dependence of the extrusion growth in fatigued single and polycrystals

Vědečtí pracovníci


JménoTelefonMístnostE-mail
Ing. Alice Chlupová, Ph.D. +420 532 290 344116b [javascript protected email address]
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. +420 532 290 464423 [javascript protected email address]
Ing. Ivo Kuběna, Ph.D. +420 532 290 417316 [javascript protected email address]
Ing. Jiří Man, Ph.D. +420 532 290 363110 [javascript protected email address]
doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc. +420 532 290 415208 [javascript protected email address]
prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. +420 532 290 366111 [javascript protected email address]

Techničtí pracovníci


JménoTelefonMístnostE-mail
Robert Mádle +420 532 290 352105 [javascript protected email address]
Ing. Jiří Tobiáš +420 532 290 352105 [javascript protected email address]

Doktorandi


JménoTelefonMístnostE-mail
Ing. Tomáš Babinský +420 532 290 345116 [javascript protected email address]
Ing. Ladislav Poczklán +420 532 290 341116a [javascript protected email address]
Ing. Jakub Poloprudský +420 532 290 345116 [javascript protected email address]
Ing. Tomáš Vražina +420 532 290 347114 [javascript protected email address]

Diplomanti


JménoTelefonMístnostE-mail
Bc. Jaromír Brůža +420 532 290 345116 [javascript protected email address]


ČísloNázevŘešitel
23-05372S Povrchová a podpovrchová eroze způsobená vícenásobným dopadem kapekIng. Jiří Man, Ph.D.
23-06167S Vysokoteplotní degradační mechanismy niklové superslitiny vyrobené laserovou fúzí v práškovém ložiIng. Ivo Kuběna, Ph.D.
CK02000025 Pokročilé svařované konstrukce pro zvýšení bezpečnosti v letectvíprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
958192, H2020-NMBP-ST-IND-2020-singlestage, LC-SPIRE-08-2020 Tailoring ODS materials processing routes for additive manufacturing of high temperature devices for aggressive environments (topAM)prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.

VŠECHNY PROJEKTY


ČísloNázevŘešitel
19-00408S Integrita a struktura materiálů v počátečních stádiích interakce s pulzujícím vodním paprskemprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
18-03615S Popis šíření únavové trhliny v podmínkách velké plastické zóny na jejím čeleprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
TH02020482 Zvýšení užitných vlastností kompresorových kol pro pomocné energetické jednotky v leteckých aplikacíchdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
15-08826S Mechanismy poškození při víceosém cyklickém namáháníprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
15-20991S Plazmová depozice, strukturní a termomechanická stabilita environmentálních bariérdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
13-28685P Identifikace mechanismů únavového poškození u moderních ocelí vyvíjených pro fúzní a jaderné reaktoryIng. Ivo Kuběna, Ph.D.
13-23652S Materiály pro vysokoteplotní aplikace – mechanismy zpevnění a poškozeníprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
13-32665S Mechanismy únavového poškozování u ultrajemnozrnných nerezavějících ocelíIng. Jiří Man, Ph.D.
P204/11/1453 Analýza složek cyklického napětí moderních vysokoteplotně odolných konstrukčních materiálůprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
P107/11/2065 Ochranné difúzní povrchové vrstvy pro vysokoteplotní aplikaci u litých niklových superslitindoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
P107/11/0704 Optimalizace struktury a vlastnosti moderních vysokoteplotních litých materiálů legovaných uhlíkem pomocí komplexního tepelného zpracováníprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
P108/10/2371 Lokalizace a ireversibilita cyklického skluzu v polykrystalechIng. Jiří Man, Ph.D.
106/09/1954 Role oxidické disperze při únavovém chování ODS ocelíprof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.
106/08/1631 Mechanismus cyklické deformace a únavová životnost pokrokových vícefázových materiálů pro vysokoteplotní aplikaceIng. Martin Petrenec, Ph.D.
106/07/1507 Interakce nízkocyklové únavy a creepu u moderních vysokoteplotních konstrukčních materiálůdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
101/07/1500 Nové principy pro predikci životnosti strojních součástí zatěžovaných proměnnými silamiprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
106/06/1096 Úloha poruch krystalové mříže v počátečních stádiích únavového poškozování konstrukčních materiálůIng. Jiří Man, Ph.D.
106/05/P521 Dislokační struktura litých superslitin INCONEL cyklicky zatěžovaných při zvýšených teplotáchIng. Martin Petrenec, Ph.D.
AVOZ 2041904-I038 Únavové vlastnosti nanostrukturních kvazikrystalických materiálů na bázi hliníkuIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/03/1265 Vliv vybraných faktorů na únavové vlastnosti izotermicky zušlechtěné tvárné litiny (ADI)doc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
106/02/D147 Vliv cyklického namáhání s proměnlivou amplitudou zatížení na únavové chování vlákno-kovových laminátůIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/02/0584 Odhad únavové životnosti a zbytkové únavové životnosti na základě kinetiky růstu krátkých únavových trhlinprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
IAA2041201 Mechanismy únavového poškozování přirozených kompozitůprof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c.
C2041104 Vlastnosti a chování hybridních laminátů dural-C/epoxy při cyklickém zatěžováníIng. Alice Chlupová, Ph.D.
106/01/0376 Vliv asymetrie cyklu na růst krátkých únavových trhlin a únavovou životnost pokrokových konstrukčních materiálůdoc. RNDr. Karel Obrtlík, CSc.
106/00/D055 Vliv nesymetrického cyklického zatěžování na počáteční stadia únavového poškozováni konstrukčních materiálůIng. Jiří Man, Ph.D.

VŠECHNY PROJEKTY

MTS Acumen 12 – Elektrodynamický zkušební stroj

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Elektrodynamický zkušební stroj MTS Acumen 12 umožňuje statické a dynamické zatěžování až do ± 12 kN pro provádění cyklických, tahových, ohybových a kompresních testů.

Axiálně torzní zkušební stroj MTS 809

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Servohydraulický axiálně torzní zkušební stroj MTS 809 umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při nezávislém dvouosém namáhání při teplotách od 24°C až do 1400°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 810 pro únavové zkoušky při teplotách od -196°C až do 350°C

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Zkušební stroj umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při teplotě 24°C nebo s použitím kryostatu při záporných teplotách až -196°C nebo s použitím environmentální komory v rozsahu od -70°C až do 350°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 810 pro únavové zkoušky při teplotách od 24°C až do 1000°C

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Zkušební stroj umožňující provádět isotermní únavové zkoušky při teplotách od 24°C až do 1000°C.

Servohydraulický zkušební stroj MTS 880 pro termo-mechanickou únavu

Kontakt: Ing. Ivo Šulák, Ph.D.
Servohydraulický zkušební stroj umožňující provádět nezávislé mechanické a teplotní cyklické zatěžování v rozsahu teplot od 24°C do 1200°C.

Feritoskop Fischer FMP 30

Kontakt: Ing. Jiří Man, Ph.D.
Feritoskop Fischer FMP 30 je zařízení pro měření obsahu feritu v ocelích.

Mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdáleností

Kontakt:
Questar a Navitar jsou mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdáleností in- situ pozorování povrchu vzorku v průběhu zatěžování.


2023

Gröger R., Holzer J., Kruml T.: Twinning and antitwinning in body-centered cubic metals. Comp. Mater. Sci. 216 (2023) 111874

Šulák I., Hrbáček K., Obrtlík K.: High temperature fatigue properties of boron-doped superalloy B1914. Procedia Struct. Integr. 43 (2023) 209-214

Kuběna I., Fintová S., Jambor M., Šmíd M.: TKD/EBSD and TEM analysis of microstructural changes ongoing in AISI 304L steel exposed to the cyclic loading. Mater. Sci. Eng. A 872 (2023) 144943

Guth S., Babinský T., Antusch S., Klein A., Antusch S., Šulák I.: Creep-Fatigue Interaction of Inconel 718 Manufactured by Electron Beam Melting. Adv. Eng. Mater. - (2023) 20230029

Šulák I., Chlupová A., Obrtlík K.: High-temperature low cycle fatigue of nickel-based superalloy IN738LC. Defect Diffus. Forum 422 (2023) 27-32

Polák J.: Role of persistent slip bands and persistent slip markings in fatigue crack initiation in polycrystals. Crystals 13 (2023) cryst130

Mikmeková Š., Man J., Ambrož O., Jozefovič P., Čermák J., Järvenpää A., Jaskari M., Materna J., Kruml T.: High-resolution characterization of deformation induced martensite in large areas of fatigued austenitic stainless steel using deep learning. Metals 13 (2023) 1039

Polák J., Chlupová A.: Mechanisms of intergranular fatigue crack initiation in polycrystalline materials. Procedia Struct. Integr. 43 (2023) 197-202

Shahmardani M., Logvinov R., Babinský T., Guth S., Paul S., Biswas A., Vajragupta N., Hartmaier A.: Experimental assessment and micromechanical modeling of additively manufactured austenitic steels under cyclic loading. Adv. Eng. Mater. 25 (2023) 2300103

Janů L., Dvořáková E., Polášková K., Buchtelová M., Ryšánek P., Chlup Z., Kruml T., Galmiz O., Nečas D., Zajíčková L.: Enhanced adhesion of electrospun polycaprolactone nanofibers to plasma-modified polypropylene fabric. Polymers 15 (2023) 1686-1703

Chlupová A., Hloch S., Nag A., Šulák I., Kruml T.: Effect of pulsating water jet processing on erosion grooves and microstructure in the subsurface layer of 25CrMo4 (EA4T) steel. Wear 524-525 (2023) 204774

Babinský T., Šulák I., Kuběna I., Man J., Weiser A., Švábenská E., Englert L., Guth S.: Thermomechanical fatigue of additively manufactured 316L stainless steel. Mater. Sci. Eng. A 869 (2023) 144831

Chlupová A., Šulák I., Kuběna I., Kruml T., Roth J., Jahns K.: Comparison of microstructure and properties of nickel-copper alloy prepared by casting and laser powder bed fusion process. Mater. Sci. Forum 1082 (2023) 171-176

Polák J.: Cyclic deformation, crack initiation, and low-cycle fatigue. Comprehensive Structural Integrity, 2nd Edition 4 (2023) 2-55

Klichová D., Nag A., Poloprudský J., Foldyna J., Pude F., Sitek L., Hloch S.: Utilising of water hammer effect for surface roughening of Ti6Al4V. Int. J. Adv. Manufact. Technol. 126 (2023) 5633-5647

Man J., Blinn B., Šulák I., Kuběna I., Smaga M., Chlup Z., Kruml T., Beck T., Polák J.: Formation of deformation induced martensite in fatigued 316L steels manufactured by selective laser melting (SLM). Procedia Struct. Integr. 43 (2023) 203-208

Sojková T., Rizzo G., Di Girolamo A., Avugadda S., Soni N., Milbrandt N., Tsai Y., Kuběna I., Sojka M., Silvestri N., Samia A., Gröger R., Pellegrino T.: From core-shell FeO/Fe3O4 to magnetite nanocubes: Enhancing magnetic hyperthermia and imaging performance by thermal annealing. Chem. Mater. 35 (2023) 6201-6219

Šulák I., Obrtlík K.: The effect of dwell on thermomechanical fatigue behaviour of Ni-base superalloy Inconel 713LC. Int. J. Fatigue 166 (2023) 107238

Poczklán L., Polák J., Kruml T.: Comparison of critical plane models based on multiaxial low-cycle fatigue tests of 316L steel. Int. J. Fatigue 171 (2023) 107569

Fintová S., Kunz L., Chlup Z., Kuběna I., Mertová K., Hradil D., Duchek M.: Grain refinement effect on fatigue life of two grades of commercially pure titanium. Int. J. Fatigue 176 (2023) 107883



2022

Hadraba H., Chlup Z., Čížek J., Kuběna I.: 9Cr-1W steel strengthened by AlN and BN dispersion. J. Mater. Sci. 57 (2022) 12572-12584

Poloprudský J., Nag A., Kruml T., Hloch S.: Effects of liquid droplet volume and impact frequency on the integrity of Al alloy AW2014 exposed to subsonic speeds of pulsating water jets. Wear 488-489 (2022) 204136

Šulák I., Obrtlík K., Čelko L.: Influence of new thermal and environmental barrier coating on the thermomechanical fatigue behaviour of nickel-based superalloy MAR-M247. Ninth International Conference on Low Cycle Fatigue 1 (2022) 139-144

Man J., Šulák I., Chlupová A., Kuběna I., Douša L., Polák J.: Cyclic plasticity and LCF behavior of AISI 316L austenitic stainless steel manufactured by selective laser melting (SLM). Ninth International Conference on Low Cycle Fatigue 1 (2022) 241-246

Šiška F., Hadraba H., Stratil L., Fintová S., Kuběna I.: Effects of grains´ morphology on strengthening mechanisms in ODM401 14Cr ODS steel at high temperatures. Mater. Sci. Eng. A 852 (2022) 143663

Marrow T., Šulák I., Shiuan-Li B., Vukšić M., Williamson M., Armstrong D.: High temperature spherical nano-indentation of graphite crystals. Carbon 191 (2022) 236-242

Buchtík M., Hasoňová M., Horník P., Březina M., Doskočil L., Másilko J., Mrňa L., Filipenský J., Kuběna I., Fintová S., Wasserbauer J., Doležal P.: Influence of laser remelting on the microstructure and corrosion behavior of HVOF-sprayed Fe-based coatings on magnesium alloy. Mater. Character. 194 (2022) 112343

Chlupová A., Šulák I., Babinský T., Polák J.: Intergranular fatigue crack initiation in polycrystalline copper. Mater. Sci. Eng. A 848 (2022) 143357

Šulák I., Babinský T., Chlupová A., Milovanović A., Náhlík L.: Effect of building direction and heat treatment on mechanical properties of Inconel 939 prepared by additive manufacturing. Journal of Mechanical Science and Technology 36 (2022) 1-6

Procházková E., Filo J., Mužíková Čechová L., Dračínský M., Císařová I., Janeba Z., Kawamura I., Naito A., Kuběna I., Nádaždy P., Šiffalovič P., Cigáň M.: Photoswitching of 5-phenylazopyrimidines in crystalline powders and thin films. Dyes and Pigments 199 (2022) 110066

Šulák I., Obrtlík K., Babinský T., Guth S.: The low cycle fatigue behaviour of MAR-M247 superalloy under different strain rates and cycle shapes at 750 °C. Int. J. Fatigue 164 (2022) 107133

Mazánová V., Heczko M., Polák J.: On the mechanism of fatigue crack initiation in high-angle grain boundaries. Int. J. Fatigue 158 (2022) 106721

Guth S., Babinský T., Lang K., Hrbáček K., Šulák I.: Influence of strain-rate and cycle form on the low cycle fatigue behaviour of nickel-base superalloy MAR-M247 at high temperature. Ninth International Conference on Low Cycle Fatigue 1 (2022) 3-8

Slávik O., Vojtek T., Poczklán L., Tinoco Navarro H., Kruml T., Hutař P., Šmíd M.: Improved description of low-cycle fatigue behaviour of 316L steel under axial, torsional and combined loading using plastic J-integral. Theor. Appl. Fract. Mech. 118 (2022) 103212

Šulák I., Hrbáček K., Obrtlík K.: The Effect of Temperature and Phase Shift on the Thermomechanical Fatigue of Nickel-Based Superalloy. Metals 993 (2022) 12060993



2021

Poloprudský J., Chlupová A., Kruml T., Hloch S.: Identification of Local Microplasticity on Ti6Al4V After Impingement of Periodically Acting Water Clusters. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 63-74

Poloprudský J., Chlupová A., Kruml T., Hloch S., Hlaváček P., Foldyna J.: Effect of Standoff Distance on the Erosion of Various Materials. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 164-171

Vinogradov A., Kruml T., Heczko M., Mazánová V., Linderov M.: Kinetics of cyclically-induced mechanical twinning in gamma-TiAl unveiled by a combination of acoustic emission, neutron diffraction and electron microscopy. Acta Mater. 212 (2021) 116921

Heczko M., George E., Mazánová V., Ghazisaeidi M., Slone C., Polák J., Shih M., Mills M.: Role of deformation twinning in fatigue of CrCoNi medium-entropy alloy at room temperature. Scr. Mater. 202 (2021) 113985

Tinoco Navarro H., Holzer J., Pikálek T., Sobota J., Fořt T., Matějka M., Kruml T., Hutař P.: Determination of the yield stress in Al thin film by applying bulge test. Journal of Physics: Conference Series 1777 (2021) 012030

Fintová S., Kuběna I., Jarý M., Luptáková N., Stratil L., Šiška F., Svoboda J.: Creep properties of heat-treated Fe-Al-O ODS alloy. Kovové materiály 59 (2021) 39-50

Chlupová A., Šulák I., Kunčická L., Kocich R., Svoboda J.: Microstructural aspects of new grade ODS alloy consolidated by rotary swaging. Mater. Character. 181 (2021) 111477

Tinoco Navarro H., Hutař P., Kruml T., Holzer J.: Modeling of elastoplastic behavior of freestanding square thin films under bulge testing. Acta Mech. 232 (2021) 2715-2731

Šmíd M., Kuběna I., Jambor M., Fintová S.: Effect of solution annealing on low cycle fatigue of 304L stainless steel. Mater. Sci. Eng. A 824 (2021) 141807

Fintová S., Kuběna I., Chlupová A., Jambor M., Šulák I., Chlup Z., Polák J.: Frequency-dependent fatigue damage in polycrystalline copper analyzed by FIB tomography. Acta Mater. 211 (2021) 116859

Holzer J., Chlup Z., Kruml T., Gröger R.: Plastic deformation of magnetically isotropic Cr single crystals compressed at 77 K. Int. J. Plast. 138 (2021) 102938

Čuha D., Nag A., Chlupová A., Hloch S.: Erosion of Titanium and Aluminium Alloys Using Pulsating Water Jet: Effect of Standoff Distance. Lecture Notes in Mechanical Engineering (2021) 56-66

Babinský T., Kuběna I., Šulák I., Kruml T., Tobiáš J., Polák J.: Surface relief evolution and fatigue crack initiation in René 41 superalloy cycled at room temperature. Mater. Sci. Eng. A 819 (2021) 141520

Říha Z., Zeleňák M., Kruml T., Poloprudský J.: Comparison of the disintegration abilities of modulated and continuous water jets. Wear 478-479 (2021) 203891

Trávníček L., Kuběna I., Mazánová V., Vojtek T., Polák J., Hutař P., Šmíd M.: Advantageous Description of Short Fatigue Crack Growth Rates in Austenitic Stainless Steels with Distinct Properties. Metals 11 (2021) 475

Mikmeková Š., Man J., Konvalina I.: Microstructural characterization of 316L stainless steel fabricated by selective laser melting by advanced electron microscopy techniques. Microscopy and Microanalysis 27(S1) (2021) 2666-2668

Pirzada T., Liu D., Ell J., Barnard H., Šulák I., Galano M., Marrow T., Ritchie R.: In situ observation of the deformation and fracture of an alumina-alumina ceramic-matrix composite at elevated temperature using x-ray computed tomography. J. Eur. Ceram. Soc. 41 (2021) 4217-4230

Švábenská E., Chlupová A., Foldyna J., Schneeweiss O.: Evolution of Microstructure of Silicon Steel After Pulsating Water Jet Treatment. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances (2021) 219-228

Poloprudský J., Chlupová A., Šulák I., Kruml T., Hloch S.: Surface and Subsurface Analysis of Stainless Steel and Titanium Alloys Exposed to Ultrasonic Pulsating Water Jet. Materials 14 (2021) 5212

Bertolla L., Šulák I., Buršík J., Dlouhý I., Smilek J., Mácová P., Holas J.: Exfoliation of hexagonal boron nitride nanosheets in low-modulus concentrated alkali silicate pastes. Mater. Lett. 292 (2021) 129551


všechny publikace