Sandstone arches evolution model: stress field controlled erosion
| Thesis title in Czech: | Modelování vývoje pískovcových bran: eroze řízená napětím |
|---|---|
| Thesis title in English: | Sandstone arches evolution model: stress field controlled erosion |
| Key words: | eroze|pískovec|lineární elasticita|Cauchyův tenzor napětí |
| English key words: | sandstone|linear elasticity|erosion|Cauchy stress tensor |
| Academic year of topic announcement: | 2023/2024 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK) |
| Supervisor: | Mgr. Martin Lanzendörfer, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 06.10.2023 |
| Date of assignment: | 30.11.2023 |
| Confirmed by Study dept. on: | 30.11.2023 |
| Date and time of defence: | 24.06.2025 08:30 |
| Date of electronic submission: | 07.05.2025 |
| Date of submission of printed version: | 07.05.2025 |
| Date of proceeded defence: | 24.06.2025 |
| Opponents: | RNDr. Karel Tůma, Ph.D. |
| Guidelines |
| Práce je motivována výzkumem morfologie pískovcových útvarů vedeném na Přírodovědecké fakultě a bude se zabývat modelem eroze, kde odolnost materiálu závisí na napětí generovaném samotnou tíhou objektu. Principy modelu byly již popsány v literatuře, dokonce včetně numerických simulací, zatím však jen slovy a bez důrazu na jasný matematický popis.
Cílem práce bude * tento mechanismus popsat matematicky korektně, jako evoluční úlohu i jako případný ustálený stav; * formulovat (nikoliv nutně zodpovědět) další otázky spojené s matematickou formulací úlohy; případně také * navrhnout a implementovat (ve 2D zjednodušení) její numerické řešení; * získané výsledky diskutovat s kolegy přírodovědci. |
| References |
| Sandstone landforms shaped by negative feedback between stress and erosion.
Bruthans, J., Soukup, J., Vaculikova, J., Filippi, M., Schweigstillova, J., Mayo, A., Masin, D., Kletetschka, G. and Rihosek, J.; Nature Geoscience 7, No. 8, 597-601, 2014. Computational Differential Equations; Kenneth Eriksson, Donald Estep, Peter Hansbo, Claes Johnson; Cambridge University Press, 1996. Level Set Methods and Fast Marching Methods: Evolving Interfaces in Computational Geometry, Fluid Mechanics, Computer Vision and Materials Science; J.A. Sethian; Cambridge University Press, 1999. |
| Preliminary scope of work |
| Kolegové z Přírodovědecké fakulty popsali v článku [Bruthans et al., Nature Geoscience 7, 2014] mechanismus, který významně přispívá k pochopení vzniku pískovcových bran a dalších útvarů (viz také dokument České televize: Brány, http://www.ceskatelevize.cz/porady/11302475540-brany/21656226233). Princip je jednoduchý: pod dostatečným tlakovým napětím se zrna pískovce do sebe zaklesnou a povrch zatíženého materiálu je pak významně odolnější vůči erozi. Rychlost odbourávání materiálu vnějšími vlivy je tak závislá na jeho vnitřním napětí, které je naopak závislé na aktuálním tvaru objektu zatíženého působením gravitace.
Součástí výzkumu na Přírodovědecké fakultě je také numerický model - přitom, není toto úkol hodný matfyzáka? Téma je určeno zejména studentům tíhnoucím ke Geofyzice nebo k Matematickému modelování, a lze dále rozvést v navazujícím magisterském studiu. |
| Preliminary scope of work in English |
| In [Bruthans et al., Nature Geoscience 7, 2014], the research team at the Faculty o Science described a mechanism, which considerably enhances our understanding of the origin of sandstone arches and other landforms (see also http://www.bbc.com/news/science-environment-28365410). The principle seems rather simple: the increased compressible loading causes an interlocking of the sandstone fabric and thus inhibits the erosion. The erosion rate due to outer factors thus depends on the inner stress field, which again depends on the actual shape of the object loaded by gravity.
A numerical model is being developed at the Faculty of Science as well, but - is this not a goal worth a MatFyz aspirant? |