V rámci projektu budou navrženy a testovány (semi)analytické modely (založené na konceptu více-parametrové lomové mechaniky) pro popis šíření trhliny a odhad rozsahu lomové procesní zóny v kvazikřehkém tělese zatěžovaném v kombinovaném módu namáhání, na což v dosavadním výzkumu nebyla soustředěna patřičná pozornost. Výsledky získané pomocí navržených přístupů budou porovnány s experimentálními měřeními (získanými např. za pomoci akustické emise), což by mělo ověřit platnost a použitelnost prezentované metodiky. Za tímto účelem budou vyrobena zkušební tělesa z kvazikřehkých kompozitů na bázi alkalicky aktivované matrice a sledována bude především dráha trhliny. Testovaný materiál bude zvolen jako inovační alternativa ke klasickým materiálům na bázi Portlandského cementu. V rámci projektu budou podrobně studovány jeho lomově-mechanické vlastnosti včetně experimentů založených na cyklickém zatěžování. Získané výsledky a závěry mohou přinést nové poznatky využitelné v mnoha oblastech inženýrské lomové mechaniky, stejně jako materiálových věd.

Description in English
Within this project, (semi)analytical models (based on the multi-parameter fracture mechanics approach) for description of crack propagation and estimation of the fracture process zone extent in a quasi-brittle specimen subjected to mixed-mode loading will be suggested and tested, which has not been investigated properly in existing research. The results obtained via the proposed approaches will be compared to experimental measurements (obtained e.g. via acoustic emission), which should prove the validity and applicability of the methods presented. For this purpose, specimens made from quasi-brittle composites based on alkali activated matrix will be produced and mainly the crack path will be investigated. The material under study will be chosen as an innovative alternative to ordinary Portland cement based materials. Its mechanical fracture properties including the experiments based on cyclic loading will be studied in detail. The obtained results and conclusions can bring new findings usable in many fracture mechanics engineering fields as well as in material sciences.

Keywords
Alkalicky aktivovaná matrice; lomová mechanika; šíření trhliny; Williamsův rozvoj; kombinovaný mód zatěžování; cyklické zatěžování; metoda akustické emise; metoda konečných prvků

Key words in English
alkali activated matrix, fracture mechanics, crack propagation, Williams expansion, mixed-mode, cyclic loading, acoustic emission, finite element method

18-12289Y

Czech

Šimonová Hana, doc. Ing., Ph.D. - principal person responsible
Bílek Vlastimil, Ing., Ph.D. - fellow researcher
Kucharczyková Barbara, doc. Ing., Ph.D. - fellow researcher
Malíková Lucie, Ing., Ph.D. - fellow researcher
Miarka Petr, Ing., Ph.D. - fellow researcher
Sobek Jakub, Ing., Ph.D. - fellow researcher
Topolář Libor, doc. Mgr., Ph.D. - fellow researcher

Institute of Structural Mechanics
- responsible department (28.3.2017 - not assigned)
Institute of Building Testing
- co-beneficiary (1.1.2018 - 31.12.2020)
Institute of Structural Mechanics
- beneficiary (28.3.2017 - 31.12.2020)

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B. Deflection of an eccentric crack under mixed-mode conditions in an SCB specimen. Construction of Optimized Energy Potential Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym, 2021, vol. 9, no. 2/2020, p. 79-87. ISSN: 2544-963X.
Detail

BÍLEK, V.; BÍLEK, V.; KALINA, L.; KHESTL, F.; PALOVČÍK, J.; ŠIMONOVÁ, H. Durability of alkali-activated concretes containing cement kiln by-pass dust. In International Conference Building Materials, Products and Technologies. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2021. p. 1-8. ISSN: 1757-8981.
Detail

KLON, J. VÝZNAM LOMOVÉ PROCESNÍ ZÓNY PŘI KVAZIKŘEHKÉM LOMU. Juniorstav 2019. Brno: 2019. s. 240-245. ISBN: 978-80-86433-71-4.
Detail

ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; BÍLEK, V.; KOCÁB, D. Alkali-activated Slag Mortar Containing Alternative Activator: Long-Term Mechanical Fracture Parameters. Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava, 2020, vol. 2020, no. 2, p. 28-35. ISSN: 1213-1962.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; ŠIMONOVÁ, H. Williams expansion utilized for assessment of crack behaviour under mixed-mode loading in alkali-activated fine-grained composite. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2021, vol. 44, no. 5, p. 1151-1161. ISSN: 1460-2695.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H. Multi-parameter MTS and SED criterion applied on a crack in an alkali-activated concrete specimen under mixed-mode loading. In Proceedings of 26th International Conference Engineering Mechanics 2020. Brno: Brno University of Technology, 2021. p. 338-341. ISBN: 978-80-214-5896-3.
Detail

ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; BÍLEK, V.; MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; LIPOWCZAN, M. Mechanical Fracture and Fatigue Characteristics of Fine-Grained Composite Based on Sodium Hydroxide-Activated Slag Cured under High Relative Humidity. Applied Sciences - Basel, 2021, vol. 11, no. 1, p. 1-20. ISSN: 2076-3417.
Detail

TOPOLÁŘ, L. Pilot study of linear localization using the acoustic emission method during a semi-circular bending test. In Experimental Stress Analysis - 58th International Scientific Conference, EAN 2020. 1. Ostrava: Czech Society for Mechanics, 2020. p. 540-546. ISBN: 978-80-248-4451-0.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H. Mixed-mode crack propagation in a semi-circular disc under bending made of an environmental-friendly concrete. In 1st Virtual European Conference on Fracture - VECF1. Procedia Structural Integrity. Italy: Elsevier, 2020. p. 403-410. ISSN: 2452-3216.
Detail

ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; BÍLEK, V. Lomová houževnatost malty na bázi alkalicky aktivované strusky. Sborník ke konferenci 27. Betonářské dny. Praha: Česká betonářská společnost ČSSI, 2020. s. 490-495. ISBN: 978-80-907611-3-1.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H. Crack deflection under mixed-mode loading investigated via generalized MTS criterion. In FRACTURE AND DAMAGE MECHANICS: Theory, Simulation and Experiment. AIP conference proceedings. Melville, NY: AIP Publishing, 2020. p. 1-8. ISSN: 0094-243X.
Detail

LIPOWCZAN, M.; LEHKÝ, D.; ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B. Experimental and numerical analysis of the fracture response of alkali-activated slag-based materials. MATEC Web of Conferences, AMCM 2020. MATEC Web of Conferences. France: EDP Sciences, 2020. p. 1-10. ISSN: 2261-236X.
Detail

MIARKA, P.; PAN, L.; BÍLEK, V.; SEITL, S.; CIFUENTES, H. Influence of the chevron notch type on the values of fracture energy evaluated on alkali-activated concrete. Engineering Fracture Mechanics, 2020, vol. 236, no. 1, p. 1-18. ISSN: 0013-7944.
Detail

MALÍKOVÁ, J.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B. Numerical analysis of a semi-circular disc with an angled crack loaded in mixed-mode. In Research and Modelling in Civil Engineering 2019. Koszalin: Koszalin University of Technology Publishing House, 2020. p. 71-84. ISBN: 978-83-7365-525-6.
Detail

MIARKA, P.; CRUCES, A.; SEITL, S.; MALÍKOVÁ, L.; LOPÉZ-CRESPO, P. Evaluation of the SIF and T-stress values of the Brazilian disc with a central notch by hybrid method. INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE, 2020, vol. 135, no. 1, p. 1-12. ISSN: 0142-1123.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H. Propagation conditions of an eccentric crack in a semi-circular disk loaded in I+II mixed mode. In SPACE 2019. MATEC Web of Conferences. France: EDP Sciences, 2020. p. 1-0. ISSN: 2261-236X.
Detail

ŠIMONOVÁ, H.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; BÍLEK, V., Jr.; KOCÁB, D. Mechanical fracture characterization of alkali-activated slag mortars with standardized and natural sand. In SPACE 2019. MATEC Web of Conferences. France: EDP Sciences, 2020. p. 1-9. ISSN: 2261-236X.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; VAVRO, L.; VAVRO, M.; KERŠNER, Z. Evaluation of fracture response of Silesian granite specimens via Effective Crack Model Approach and finite element analysis. In 9th International Conference on Materials STructure and Micromechanics of Fracture. Procedia Structural Integrity. Brno, Česká republika: Elsevier, 2020. p. 487-492. ISSN: 2452-3216.
Detail

MALÍKOVÁ, L.; MIARKA, P.; ŠIMONOVÁ, H. Utilization of Williams‘ power series for etimation of crack behavior under mixed-mode loading. In Advances in Fracture and Damage Mechanics XVIII. Key Engineering Materials (print). Switzerland: Trans Tech Publications Ltd., 2020. p. 203-208. ISBN: 978-3-0357-1586-6. ISSN: 1013-9826.
Detail

KUCHARCZYKOVÁ, B.; BÍLEK, V.; ŠIMONOVÁ, H. Shrinkage of the alkali-activated slag mortars containing alternative activator. In Proceedings of the 4th International Conference on Innovative Materials, Structures and Technologies (IMST 2019). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Bristol: IOP Publishing Ltd., 2019. p. 1-7. ISSN: 1757-899X.
Detail

Responsibility: Šimonová Hana, doc. Ing., Ph.D.