Projekt s názvem Vliv materiálových vlastností korozivzdorných ocelí na spolehlivost mostních konstrukcí byl Grantovou agenturou České republiky hodnocen jako vynikající.
V rámci tříletého projektu na tématu pracoval tým vědců z Ústavu fyziky materiálů pod vedením řešitele docenta Stanislava Seitla a tým vědců z Fakulty stavební VUT v Brně pod vedením spoluřešitele profesora Zdeňka Kaly.
Proč je výzkum korozivzdorných ocelí důležitý v oblasti konstrukcí mostů?
Mostní konstrukce jsou důležitým prvkem infrastruktury a v průběhu staletí jsou stavěny ze stále modernějších materiálů. Korozivzdorné ocele se pro stavbu mostů používají relativně krátkou dobu, 20 až 25 let. Díky svým vlastnostem jsou konstrukční prvky z nerezavějící oceli štíhlé a lehčí než prvky z klasické uhlíkové oceli. Při provozu konstrukcí z těchto prvků mohou nastat různé mezní stavy, například ztráta tvarové stability, vznik únavové trhliny a podobně. Tyto mezní stavy konstrukčních prvků by vedly ke kolapsu celé konstrukce, což je nepřípustné. Důraz na bezpečnost a spolehlivost mostů je tedy hlavním motorem pro detailní výzkum materiálů a konstrukčních prvků, ze kterých jsou stavěny.
Na jaké vlastnosti jste se zaměřili?
Primárním je dobré poznání materiálů, tedy statické zkoušky pro získání základních mechanických vlastností (mez kluzu, mez pevnosti, modul pružnosti) korozivzdorných ocelí 1.4307, 1.4306 a 1.4571. To, co na našem pracovišti dobře umíme, je výzkum únavových vlastností. Cyklickým únavovým zkouškám jsme tedy podrobili jak použité materiály, tak i konstrukční profily (IPE, L, PL apod.). Prováděli jsme i zkoušky materiálů při zatížení velmi vysokými frekvencemi (kolem 20 kHz). To přineslo poznatky, jak i frekvence zatížení má vliv na odezvu zkoumaných materiálů.
Nové bylo i to, že jsme nejmodernějšími statistickými a stochastickými metodami výsledky testů propojili s postupy pro návrh a hodnocení mostních konstrukcí. Materiálové vlastnosti vyhodnocené pokročilými statistickými metodami sloužily jako vstupy do numerických simulací. Ty umožňují posouzení a vyhodnocení vlivů materiálových nehomogenit, vrubů a volného povrchu na základě postupů zobecněné lomové mechaniky. To nám dává silný nástroj, který by po zavedení do inženýrských postupů přispěl ke spolehlivosti návrhů mostních konstrukcí.
V čem vidíte hlavní přínosy projektu
Na výsledky projektu lze nahlížet z více stran. Jednak jsou to samozřejmě získané poznatky, které přispějí k bezpečnosti mostních konstrukcí. Tyto jsou doloženy, a hlavně vědecké komunitě dostupné v časopiseckých publikacích. V rámci projektu vzniklo 10 publikací v časopisech s impakt faktorem. A na druhou stranu jsou to i vychovaní studenti, kteří si během práce na projektu mohli osvojit postupy které jsou na hraně vědění. Tyto poznatky pak budou moci využívat i v technické praxi případně ve výzkumu, kam někteří směřují.
Doc. Ing. Stanislav Seitl, Ph.D. – vedoucí skupiny Speciální problémy lomové mechaniky a únavy materiálů (FRACTIGUE) na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v. v. i. Současně také vyučuje na fakultě stavební VUT v Brně. Věnuje se výzkumu únavových vlastností materiálů pro stavební konstrukce, a to jak kovovým materiálům, tak kompozitům typu beton s různými pojivy i plnivy. Vede studenty magisterského i doktorského studia. Je aktivní ve spolupráci se zahraničními vysokými školami a výzkumnými institucemi, je prezidentem české sekce evropské společnosti ESIS (European Structural Integrity Society).
Prof. Ing. Zdeněk Kala, Ph.D. – je významným členem týmu na Fakultě stavební Vysokého učení technického v Brně. Jeho odborný zájem a specializace spočívá v oblasti spolehlivosti a stavební mechaniky, s důrazem na globální citlivostní analýzu a pravděpodobnostní analýzu spolehlivosti ocelových konstrukcí. Jeho práce se zaměřuje na situace, kdy mezní stavy konstrukcí jsou ovlivněny náhodnými geometrickými a materiálovými charakteristikami, včetně stability a únavových procesů. Prof. Kala věnuje zvláštní pozornost štíhlým konstrukcím s počátečními geometrickými imperfekcemi a provádí výpočty s využitím pokročilých geometricky nelineárních metod konečných prvků. Prof. Kala obdržel prestižní ocenění „Highly Cited Researcher“ od Stanfordovy univerzity společně s Elsevierem za roky citací 2019, 2020 a 2021. Je devětkrát držitelem ceny děkana v soutěži za nejproduktivnější pracovníky ve výzkumu a vývoji na FAST VUT a získal také cenu rektora. Prof. Kala aktivně vede studenty magisterského i doktorského studia a spolupracuje s významnými zahraničními vysokými školami a výzkumnými institucemi. Je členem redakčních rad osmi vědeckých časopisů.
Doc. Stanislav Seitl (hlavní řešitel projektu) v laboratoři únavy materiálů
