Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-IMEAk. rok: 2010/2011
Program: Aplikované vědy v inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: Akreditace do: 1.3.2012
Profil
Teorie modelování mechanických soustav – modelování experimentální a výpočtové (simulace, identifikace, optimalizace, citlivostní analýza). Deformační, napjatostní, stabilitní, spolehlivostní, vibrační a hlukové analýzy technických objektů s uvažováním všech typů nelinearit (velké deformace, kontakt, materiálové nelinearity), pro materiály kovové, pryže a kompozita, pro problémy přímé a nepřímé. Lomová mechanika a problémy homogenizace složených materiálů. Výpočtové modelování vybraných technologických procesů (tváření apod.) Dynamika interaktivních pohonových a rotorových soustav, dynamika vozidel, vybrané problémy vibroakustiky. Biomechanka svalově-kosterní, srdečně cévní, dentální a sluchové soustavy – řešení problémů klinické praxe, např. endoprotézy velkých kloubů, problematiky patologie páteře, implantáty cévní soustavy (umělé cévní náhrady, stenty), zubní implantáty.
Garant
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Tinitus je nežádoucí a nepříjemný jev, který se dá charakterizovat jako hučení nebo pískání v uších. Cílem studia bude definovat tento nežádoucí jev a modelovat jej pomocí MKP.
Školitel: Mišun Vojtěch, doc. Ing., CSc.
Mechanismus přenosu zvuku lidským uchem tzv. vzdušnou cestou lze studovat na MKP modelech. Při přerušení řetězce středoušních kůstek jsou v současné době aplikovány protézy zajišťující mechanické propojení bubínku a fluidního prostředí vnitřního ucha. Cílem práce je analýza vlivu místa uchycení, způsobu uchycení a fyzikálně-mechanických vlastností protézy na frekvenčně závislý přenos zvukových signálů z vnějšího prostředí do oblasti vnitřního ucha. http://www.wadalab.mech.tohoku.ac.jp/FEM_mid-e.html ; http://ctl.augie.edu/perry/ear/hearmech.htm
Školitel: Pellant Karel, doc. RNDr., CSc.
Dnešní úroveň výpočetní techniky a programového vybavení umožňuje s dostatečnou přesností analyzovat a početně simulovat mechanismus přenosu zvuku ze zevního prostředí až do místa smyslového vnímání zvuku. Pro vlastní matematické modelování jsou hlavně používány metody konečných a hraničních prvků, které umožňují provádět studium přenosových vlastností lidského ucha s uvážením všech fluid-strukturních interakcí. Kompletní konečnoprvkový model lnormálního lidského ucha je na ÚMTMB již vyvinut. Cílem této práce je upřesnění tohoto modelu a využití tohoto pro modelování šíření zvuku při aplikaci různých typů ušních sluchadel. Výsledky budou konfrontovány s výsledky audiologických vyšetřeních pacientů
Při indikaci totální endoprotézy kyčelního kloubu je v některých případech stav kostní tkáně natolik špatný, že hrozí protruze stěny acetábula. V těchto případech je nutné oslabené místo rekonstruovat pomocí Burch – Schneiderovi dlahy (BS) Deformace a napětí u BS dlahy dosahují takových hodnot, že se v klinické praxi můžeme setkat s jejím porušením.
Školitel: Florian Zdeněk, doc. Ing., CSc.
Jedná se o aktuální problematiku z oblasti mechaniky hyperelastických materiálů, která souvisí s možností výpočtového posuzování spolehlivosti pneumatik. Cílem je zvýšení úrovně výpočtového modelování deformačně-napěťových stavů a mezních stavů kompozitu pryž-ocel. Protože dosud nebyla formulována obecně použitelná mezní podmínka ani pro samotné elastomery, prvním krokem je verifikace příslušných konstitutivních modelů, dále pak popis porušování elastomerů, ke kterému dochází rozdílnými mechanismy podle typu napjatosti. K verifikaci, resp. falzifikaci podmínky porušení elastomerů při statickém zatěžování, která byla pracovníky ústavu navržena, je zapotřebí rozsáhlé experimentálně-výpočtové modelování. K dosažení tohoto cíle je nutné také získání a rozšíření poznatků o materiálových charakteristikách komponent těchto složených materiálů.
Školitel: Burša Jiří, prof. Ing., Ph.D.
Téma je zaměřeno na metodiku experimentů a jejich vyhodnocování. Přesnost numerických modelů na bázi MKP používaných v oblasti vysokých termo-mechanických namáhání je většinou limitována přesností popisu tepelného zatížení. Příkladem takových dějů je in-line tepelné zpracování ocelových profilů, chlazení a přímá redukce při kontinuálním lití oceli nebo válcování za tepla. Předmětem studia je vývoj metodik, které umožní získat okrajové podmínky z velmi rychlých experimentů při deformaci a chlazení oceli. Laboratorní stendy používané pro získání spolehlivých a opakovatelných informací o zkoumaném ději jsou složitým mechatronickým systémem. Optimalizován musí být celý řetězec od návrhu experimentu do jeho vyhodnocení inverzní úlohou. Zadání práce navazuje na evropský projekt z programu Research Found for Coal and Steel. V průběhu studia se počítá s půlročním studijním pobytem u partnerů v UK.
Školitel: Raudenský Miroslav, prof. Ing., CSc.
V rámci disertační práce bude podrobně analyzován vliv jednotlivých částí elektrických strojů točivých na modální vlastnosti celého stroje. V rámci práce bude řešen např. vliv tuhosti statorového svazku na modální vlastnosti celé statorové části. Značná pozornost bude věnována také nelinearitám vyskytujícím se v elektrických strojích točivých (tj. především nelineární magnetický tah, nelineární ložiska atd.).
Školitel: Dušek Daniel, Ing., Ph.D.
Moderní konstrukce jsou často tvořeny z kompozitních materiálů jenž obsahují materiálová rozhraní, která mohou významně ovlivnit jejich životnost. Jako příklad takových konstrukcí můžeme uvést např. vícevrstvé polymerní kompozity jenž slouží např. pro výrobu potrubních systémů pro distribuci vody či plynu či keramické materiály, u kterých se vrstvením dá zvýšit jejich lomová houževnatost. Cílem disertační práce je stanovení vlivu materiálového rozhraní mezi dvěma materiály na podmínky jejich porušení, šíření trhlin v uvedených materiálech a popř. jejich zbytkovou únavovou životnost. Speciální pozornost bude věnována zejména vrstevnatým materiálům. Přínos doktoranda bude spočívat v sestavení vhodné procedury pro určení vlivu rozhraní na životnost složených materiálů. K nezbytným numerickým výpočtům bude využit MKP systém Ansys a matematický software Matlab.
Školitel: Náhlík Luboš, prof. Ing., Ph.D.
Kochlea slouží k transformaci akustických vjemů na elektrické signály, které jsou pak dále vedeny do mozku. Cílem studia bude počítačové modelování struktury systému kochley tak, aby model zajišťoval transformaci akustických vjemů na vibrace bazilární mebrány. Využit bude princip běžící akustické vlny podél bazilární membrány.
Práce se bude zabývat výzkumem a vývojem algoritmů pro popis tepelných procesů v řídících jednotkách využívaných v letecké technice. Cílem bude vývoj prostředí, ve které bude možné modelovat dynamický tepelný stav a simulovat různé provozní a havarijní stavy. Teoretické výsledky budou ověřeny na reálních aplikacích.
Školitel: Vlach Radek, doc. Ing., Ph.D.
Práce se bude zabývat výzkumem a aplikací metod pro odhadování stavu a parametrů dynamického holonomního modelu v reálném čase. Tato problematika nachází uplatnění např. v systémech jízdní stability. Předpokládá se simulační modelování v prostředí Matlab+ a experimentální práce s využitím Real-Time Rapid Prototyping hardware dSPACE, které je současným de facto standardem v automobilovém průmyslu. Navržené simulační modely budou založeny jak na holonomní tak i na neholonomní kinematice. Teoretické výsledky budou prakticky ověřeny na konkrétním reálném modelu čtyřkolového vozidla.
Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.
Cílem disertace bude získání nových poznatků z oblasti přenosových jevů při krystalizaci a chladnutí plynule odlévaných rozměrných hmotných ocelových čtvercových (tzv. sochorů) případně kruhových profilů na zařízení pro plynulé odlévání (ZPO). Bude třeba sestavit off-line a on-line model nestacionárního teplotního pole, který bude proces analyzovat v případě on-line verze i v reálném čase. Modely budou upřesňovány a ověřovány experimentálním měřením přímo v provozu. Předpokládá se, že model bude používán k optimalizaci technologie lití na ZPO (TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s.)
Školitel: Kavička František, prof. Ing., CSc.
Moderní polymerní materiály se navrhují často jako vrstevnaté. Vliv rozhraní mezi jednotlivými složkami polymeru má zásadní význam pro životnost kompozitních součástí. V tomto projektu je studován vliv materiálového rozhraní na chování trhliny, která je charakterizována pomocí zobecněných lomově mechanických parametrů. Protože se jedná zejména o šíření creepových trhlin v polymerních materiálech, které jsou poměrně silně visco-elastické, budou dosavadní poznatky a postupy pro stanovení životnosti zobecněny na tento typ materiálů. Výsledky numerických simulací budou porovnány s experimenty prováděnými na HDPE polymerních strukturách. Na základě zobecněného popisu a doporučení plynoucích z tohoto projektu bude možno lépe optimalizovat konstrukci vrstevnatých polymerních systémů.
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
1. Vypracování rešerše o současně používaných protihlukových opatření (snižování počtu otáček větráků v závislosti na okamžitém výkonu počítače, změna tvaru lopatek a průměru větráků, krytování větráků, používání pryžových podložek apod.) 2. Odladění 3D konečnoprvkového modelu struktur uvnitř standardního PC. 3. Výpočet akustického pole uvnitř počítače a hluku vyzařovaného z počítače 4. Návrh protihlukových opatření zaměřených na optimální umístění chladicích větráků, optimální umístění výstupních otvorů chlazení a optimální strukturu a umístění zvukoizolačních vrstev http://www.root.cz/serialy/pocitac-bezici-vetrajici-spici/ http://www.pctuning.cz/
Využití prostředků umělé inteligence pro optimalizaci řízení mobilních robotů kolem překážek.
Školitel: Ošmera Pavel, prof. Ing., CSc.
Cílem disertace bude získání nových poznatků z oblasti přenosových jevů při krystalizaci a chladnutí plynule odlévaných rozměrných hmotných ocelových profilů výrazně obdélníkového tvaru (tzv. bramy) na zařízení pro plynulé odlévání (ZPO). Bude třeba sestavit dynamický model nestacionárního teplotního pole, který bude proces analyzovat v reálném čase, případně v čase kratším. Součástí modelu bude program ke snímání všech reálných provozních parametrů. Na jeho rozhraní bude výpočet teplotního pole bram konfrontován s provozními parametry měřenými on-line. Po stanovení limitních hodnot rozhodujících výstupních parametrů se vypracuje systém řízení a korekce chodu stroje na základě známého aktuálního stavu stroje a doporučených limitních hodnot. Předpokládá se, že model bude začleněn do systému řízení ZPO (VÍTKOVICE STEEL, a.s.)
Mikrolaminátové systémy představují velmi atraktivní třídu mikrostruktur konstrukčních materiálů díky přirozené tendenci řady materiálů vytvářet vrstevnaté struktury a díky tomu, že vrstvení materiálů představuje velmi účinný mechanismus pro růst houževnatosti. Mikrolaminátové struktury se využívají v řadě pokročilých aplikací jako např. MEMS. Cílem disertační práce je vytvoření výpočtového modelu šíření trhliny napříč mikrovrstev. Zvláštní pozornost bude věnována analýze přechodu trhliny přes ostré rozhraní při uvážení vlivu residuálních napětí v jednotlivých vrstvách. Pro stanovení lomově mechanických parametrů bude využita koncepce Bettiho recipročního teorému v kombinaci s MKP. V případě gradientních přechodů mezi vrstvami bude předchozí postup dále rozšířen o nové speciální postupy řešení. Teoretické výsledky budou srovnávány s experimentálními daty naměřenými v Ústavu fyziky materiálů AVČR. Předpokládá se rovněž využití výsledků molekulárních simulací rozhraní prováděných na Universitě v Lundu, Švédsko.
Školitel: Kotoul Michal, prof. RNDr., DrSc.
Tepelně-mechanická degradace povrchů za vysokých teplot Cyklické tepelně-mechanické zatížení ocelových povrchů vede ke vzniku a šíření trhlin, k abrazivnímu opotřebení povrchové vrstvy a k degradaci struktury materiálu. Typickou ukázkou je namáhání povrchové vrstva válců při válcování za tepla. Cílem práce je pomocí numerického modelování, laboratorních a průmyslových měření stanovit podíl jednotlivých složek na opotřebení povrchu a navrhnout postupy, jak toto opotřebení minimalizovat. Tam, kde není možné měnit parametry zatížení a druh materiálu je cílem vypracovat metodiku pro odhad životnosti povrchu do dosažení definovaného stupně opotřebení. V oblasti modelování je počítáno s využitím systému Ansys a při experimentech budou využita zařízení, vyvinutá v Laboratoři přestupu tepla a proudění. Zadání práce navazuje na evropský projekt z programu Research Found for Coal and Steel. V průběhu studia se počítá s půlročním studijním pobytem u partnerů v Holandsku a Francii.
Cílem navrhovaného tématu je popsat trhlinu v nehomogenním prostředí s kontinuální změnou materiálových vlastností a vzít do úvahy i změnu singularity napětí způsobenou materiálovou nehomogenitou popř. volným povrchem. Přínos doktoranda spočívá zejména v zobecněném popisu singulárního pole napětí před čelem trhliny, v místech kde je exponent singularity napětí různý od 0.5 a vývoj metodiky pro výpočet lomových parametrů složitých prostorových úloh se spojitou změnou materiálových vlastností (materiálového gradientu). V rámci spolupráce s ÚFM AV ČR, v. v. i. se bude zabývat nadále dalšími problémy týkající se lomové mechaniky materiálového rozhraní a obecných singulárních koncentrátorů napětí.
a. Návrh nového typu axiálních ložisek. b. Výpočtová analýza dynamických vlastností v prostředí FLUENT a ANSYS. c. Experimentální identifikace dynamických vlastností ložisek. d. Experimentální verifilkace dynamických vlastností rotorové soustavy s ložisky.
Školitel: Malenovský Eduard, prof. Ing., DrSc.
a. Návrh nového typu hydrodynamického tlumiče. b. Výpočtová analýza dynamických vlastností v prostředí FLUENT a ANSYS. c. Experimentální identifikace dynamických vlastností tlumiče s rheologickou tekutiou. d. Experimentální verifilkace dynamických vlastností rotorové soustavy s tlumičem.
Tématem práce je vývoj motorové dlahy umožňující aktivní asistovaný pohyb pro pacienty po nitrokloubních zlomeninách, u kterých pasivní rozcvičování kloubu bez návaznosti na aktivitu svalstva nevede k trvalému udržení požadovaného rozsahu pohybu v kloubu. Podstatou práce je vývoj senzoricko-mechanické, pohonové, řídící a interakční subsoustavy, která prostřednictvím senzorů sledujících aktivní pohyb inteligentně upravuje rozsah/rychlost pohybu podle aktuálních dat. Předpokládá se podíl na řešení grantu GAČR.
Školitel: Krejsa Jiří, doc. Ing., Ph.D.
Práce se bude zabývat výzkumem a vývojem algoritmů nelineárního řízení s využitím HIL přístupu. Základní aplikační oblastí je oblast silně nelineární aktuátorů v automobilovém průmyslu. Předpokládá se simulační modelování v prostředí Matlab+ a experimentální práce s využitím Real-Time Rapid Prototyping hardware dSPACE, které je současným de facto standardem v automobilovém průmyslu. Teoretické výsledky budou prakticky ověřeny na konkrétním reálném zařízení.
Cílem je rozvoj metod kontinuálního tepelného zpracování válcovaných materiálů pro dosažení předepsané struktury a mechanických vlastností. Téma předpokládá značný rozsah studia matematických metod a experimentální práce s aplikacemi termomechanice Jedná se o interdisciplinární téma se zaměřením na teorii experimentu, metody měření, snímání a záznamu veličin a řízení technologického procesu. Řešení problematiky je materiálně zajištěno vybavením Laboratoře přenosu tepla a proudění a studium je vázáno na řešení výzkumných projektů sprchového chlazení. Předpokládá se podíl na řešení grantu GAČR zaměřeného na experimentální výzkum tepelných procesů.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.