Ústav fyziky materiálů AV ČR, v. v. i. > Výzkum > Strukturní integrita cyklicky namáhaných materiálů
Structural integrity is a critical consideration in engineering, particularly for materials subjected to cyclic loading when repetitive strains over time are employed in facilities like gas turbines of aircraft or terrestrial power plants, turbochargers or railways axis. Unlike static loading, cyclic loading can induce fatigue, a phenomenon where small, repeated stresses or strains lead to the initiation and growth of microscopic cracks, ultimately resulting in catastrophic failure.
The study of cyclically loaded materials combines principles of materials science, mechanics, and design engineering. Key factors influencing structural integrity include the material’s fatigue strength, crack growth rate, and resistance to environmental effects such as high-temperature oxidation. Understanding the behaviour of materials under cyclic loading requires evaluating how strain amplitude, frequency, load ratio, and the presence of stress concentrators (e.g., notches) contribute to damage progression. Important subjects are particularly represented by high-temperature low-cycle fatigue, thermal and thermomechanical fatigue and multiaxial elasto-plastic fatigue.
The group of Structural integrity of cyclically loaded materials builds on strong foundations of fatigue of metals started in IPM under the leadership of the deceased Prof. Mirko Klesnil in the 1960s and brings the best combination of long-term experience in the field of low-cycle fatigue with a special focus on cyclic plasticity in cutting edge materials.
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.
všechny publikace
Strukturní integrita cyklicky namáhaných materiálů
| Vedoucí | Ing. Ivo Šulák, Ph.D. |
| [javascript protected email address] | |
| Telefon | +420 532 290 343 |
| Místnost | 117 |
| Nadřazená jednotka | Oddělení mechanických vlastností |
Structural integrity is a critical consideration in engineering, particularly for materials subjected to cyclic loading when repetitive strains over time are employed in facilities like gas turbines of aircraft or terrestrial power plants, turbochargers or railways axis. Unlike static loading, cyclic loading can induce fatigue, a phenomenon where small, repeated stresses or strains lead to the initiation and growth of microscopic cracks, ultimately resulting in catastrophic failure.
The study of cyclically loaded materials combines principles of materials science, mechanics, and design engineering. Key factors influencing structural integrity include the material’s fatigue strength, crack growth rate, and resistance to environmental effects such as high-temperature oxidation. Understanding the behaviour of materials under cyclic loading requires evaluating how strain amplitude, frequency, load ratio, and the presence of stress concentrators (e.g., notches) contribute to damage progression. Important subjects are particularly represented by high-temperature low-cycle fatigue, thermal and thermomechanical fatigue and multiaxial elasto-plastic fatigue.
The group of Structural integrity of cyclically loaded materials builds on strong foundations of fatigue of metals started in IPM under the leadership of the deceased Prof. Mirko Klesnil in the 1960s and brings the best combination of long-term experience in the field of low-cycle fatigue with a special focus on cyclic plasticity in cutting edge materials.
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
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Mgr. Milan Heczko, Ph.D. | +420 532 290 341 | 116a | [javascript protected email address] |
| Ing. Alice Chlupová, Ph.D. | +420 532 290 344 | 116b | [javascript protected email address] |
| prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. | +420 532 290 464 | 423 | [javascript protected email address] |
| Ing. Jiří Man, Ph.D. | +420 532 290 363 | 110 | [javascript protected email address] |
| Ing. Ladislav Poczklán, Ph.D. | +420 532 290 341 | 116a | [javascript protected email address] |
| prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. | +420 532 290 366 | 111 | [javascript protected email address] |
Postdoktorandi
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Ing. Martin Malý, Ph.D. | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
| Ing. Jakub Poloprudský, Ph.D. | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
Doktorandi
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Ing. Jaromír Brůža | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
| Ing. MSc. Kateřina Urbancová | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
| Ing. Tomáš Vražina | +420 532 290 347 | 114 | [javascript protected email address] |
Techničtí pracovníci
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Robert Mádle | +420 532 290 352 | 105 | [javascript protected email address] |
| Ing. Jiří Tobiáš | +420 532 290 352 | 105 | [javascript protected email address] |
Diplomanti
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Bc. Adam Kuník | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
Bakalářští studenti
| Jméno | Telefon | Místnost | |
|---|---|---|---|
| Filip Šebek | +420 532 290 345 | 116 | [javascript protected email address] |
| Číslo | Název | Řešitel |
|---|---|---|
| 25-16307S | Mechanismy poškození a deformace kompozitů s kovovou matricí při termomechanické únavě: Experimentální a numerický přístup | Ing. Ivo Šulák, Ph.D. |
| 25-14017L | Prediktivní modelování eroze biokovů pulzujícím vodním paprskem | Ing. Alice Chlupová, Ph.D. |
| Lumina quaeruntur | Zpevnění nanočásticemi boridů přechodových kovů jako nová cesta pro špičkové aditivně vyráběné superslitiny pro modern zdroje energie | Ing. Ivo Šulák, Ph.D. |
| 24-11058M | Design a optimalizace 3D tisknutelných slitin s více hlavními prvky zpevněných oxidickou disperzí pro extrémní prostředí | Mgr. Milan Heczko, Ph.D. |
| 23-05372S | Povrchová a podpovrchová eroze způsobená vícenásobným dopadem kapek | Ing. Jiří Man, Ph.D. |
| Číslo | Název | Řešitel |
|---|---|---|
| CK02000025 | Pokročilé svařované konstrukce pro zvýšení bezpečnosti v letectví | prof. 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. |
| 19-00408S | Integrita a struktura materiálů v počátečních stádiích interakce s pulzujícím vodním paprskem | prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. |
| 18-03615S | Popis šíření únavové trhliny v podmínkách velké plastické zóny na jejím čele | prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. |
| TH02020482 | Zvýšení užitných vlastností kompresorových kol pro pomocné energetické jednotky v leteckých aplikacích | |
| 15-08826S | Mechanismy poškození při víceosém cyklickém namáhání | prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. |
| 15-20991S | Plazmová depozice, strukturní a termomechanická stabilita environmentálních bariér | |
| 13-28685P | Identifikace mechanismů únavového poškození u moderních ocelí vyvíjených pro fúzní a jaderné reaktory | Ing. Ivo Kuběna, Ph.D. |
| 13-23652S | Materiály pro vysokoteplotní aplikace – mechanismy zpevnění a poškození | prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. |
| 13-32665S | Mechanismy únavového poškozování u ultrajemnozrnných nerezavějících ocelí | Ing. Jiří Man, Ph.D. |
| P204/11/1453 | Analýza složek cyklického napětí moderních vysokoteplotně odolných konstrukčních materiálů | prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. |
| P107/11/2065 | Ochranné difúzní povrchové vrstvy pro vysokoteplotní aplikaci u litých niklových superslitin | |
| P107/11/0704 | Optimalizace struktury a vlastnosti moderních vysokoteplotních litých materiálů legovaných uhlíkem pomocí komplexního tepelného zpracování | prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. |
| P108/10/2371 | Lokalizace a ireversibilita cyklického skluzu v polykrystalech | Ing. Jiří Man, Ph.D. |
| 106/09/1954 | Role oxidické disperze při únavovém chování ODS ocelí | prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. |
| 106/08/1631 | Mechanismus cyklické deformace a únavová životnost pokrokových vícefázových materiálů pro vysokoteplotní aplikace | Ing. Martin Petrenec, Ph.D. |
| 106/07/1507 | Interakce nízkocyklové únavy a creepu u moderních vysokoteplotních konstrukčních materiálů | |
| 101/07/1500 | Nové principy pro predikci životnosti strojních součástí zatěžovaných proměnnými silami | prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. |
| 106/06/1096 | Úloha poruch krystalové mříže v počátečních stádiích únavového poškozování konstrukčních materiálů | Ing. Jiří Man, Ph.D. |
| 106/05/P521 | Dislokační struktura litých superslitin INCONEL cyklicky zatěžovaných při zvýšených teplotách | Ing. Martin Petrenec, Ph.D. |
| AVOZ 2041904-I038 | Únavové vlastnosti nanostrukturních kvazikrystalických materiálů na bázi hliníku | Ing. Alice Chlupová, Ph.D. |
| 106/03/1265 | Vliv vybraných faktorů na únavové vlastnosti izotermicky zušlechtěné tvárné litiny (ADI) | |
| 106/02/D147 | Vliv cyklického namáhání s proměnlivou amplitudou zatížení na únavové chování vlákno-kovových laminátů | Ing. Alice Chlupová, Ph.D. |
| 106/02/0584 | Odhad únavové životnosti a zbytkové únavové životnosti na základě kinetiky růstu krátkých únavových trhlin | prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. |
| IAA2041201 | Mechanismy únavového poškozování přirozených kompozitů | prof. RNDr. Jaroslav Polák, DrSc., dr. h. c. |
| C2041104 | Vlastnosti a chování hybridních laminátů dural-C/epoxy při cyklickém zatěžování | Ing. Alice Chlupová, Ph.D. |
| 106/01/0376 | Vliv asymetrie cyklu na růst krátkých únavových trhlin a únavovou životnost pokrokových konstrukčních materiálů | |
| 106/00/D055 | Vliv nesymetrického cyklického zatěžování na počáteční stadia únavového poškozováni konstrukčních materiálů | Ing. Jiří Man, Ph.D. |
MTS Acumen 12 – Elektrodynamický zkušební strojKontakt: 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 809Kontakt: 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°CKontakt: 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°CKontakt: 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 únavuKontakt: 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 30Kontakt: Ing. Jiří Man, Ph.D.
Feritoskop Fischer FMP 30 je zařízení pro měření obsahu feritu v ocelích.
Mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdálenostíKontakt:
Questar a Navitar jsou mikroskopy s dlouhou ohniskovou vzdáleností in- situ pozorování povrchu vzorku v průběhu zatěžování.
všechny publikace
