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.

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

1. Efektivní metody tepelného zpracování válcovaných profilů.

   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. Předpokládá se podíl na řešení grantů zaměřených na experimentální výzkum tepelných procesů.

   Školitel: Horský Jaroslav, prof. Ing., CSc.

2. Identifikace dynamických systémů s využitím lokálních lineárních modelů

   Práce se bude zabývat výzkumem v oblasti identifikace nelineárních dynamických systémů (především v oblasti mechatroniky) s využitím metod založených na myšlence lokálních lineárních modelů (Lazy Learning, LWR, RFWR). Identifikovaný dynamický model bude použit jako feedforward kompenzátor ve struktuře kompozitního regulátoru. Teoretické a simulační výsledky budou ověřovány na reálných soustavách dostupných v Mechatronické laboratoři (výukové modely, automobilové aktuátory apod.). Předpokládá se tedy simulační modelování v prostředí Matlab+ a experimentální práce s využitím moderního vybavení Real-Time Rapid Prototyping firmy dSPACE, které je současným de facto standardem v automobilovém průmyslu.

   Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.

3. Kritická analýza a návrh modifikací stávajících standardů v oblasti hodnocení nízkocyklové únavy

   Cílem řešení projektu je zpřesnění soudobých postupů predikce životnosti při nízkocyklové únavě kovových materiálů. Nový přístup posouzení bude zaměřen zejména na materiály vnitřní vestavby jaderných zařízení a bude zahrnovat vliv víceosé napjatosti. Naplnění cíle zahrnuje výběr adekvátních fenomenologických přístupů, implementaci odpovídajících výpočtových postupů, návrh experimentálních vzorků, zkušebního programu a implementaci procedur pro identifikaci potřebných materiálových parametrů vybraných modelů únavového poškození. Součástí bude i verifikace vzájemným srovnáním a srovnáním s klasickým přístupem dle stávající normativně technické dokumentace, vycházející z koncepce Manson-Coffina. Řešení bude pokrývat oblast cyklické plastické deformace v rozsahu do řádově desítek tisíc cyklů s důrazem na extrémně nízké počty cyklů. Ze zkušeností získaných během testování budou určeny oblasti, ve kterých nově navržené přístupy dosahují dobrých, slabších či nevhodných výsledků, a to při zachování přijatelně jednoduchého výpočetního postupu. Tím by měla být zaručena aplikovatelnost řešení v běžné praxi. Disertační práce musí obsahovat objektivní posouzení všech navržených modifikací.

   Školitel: Petruška Jindřich, prof. Ing., CSc.

4. Kvazi-křehké porušení vrstevnatých polymerních materiálů

   Díky stále většímu podílu polymerních materiálů určených pro dlouhodobé aplikace je porušení v kvazi-křehké oblasti jedním z významných výzkumných témat. Proto hlavním cílem této práce je relevatní popis šíření creepové trhliny ve vrstevnatých polymerních materiálech s uvážením residuálních napětí. Creepová trhlina je popsána lomovými parametry a na základě pokročilých numerických výpočtů je určena zbytková životnost polymerní součásti. Výsledky numerických simulací budou v projektu konfrontovány s experimentálními daty v rámci spolupráce s Polymer Competence Center Leoben (PCCL).

   Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.

5. Modelování a odhad a experimentální verifikace parametrů MEMS inerciálních snímačů

   MEMS akcelerometry a gyroskopy jsem v současné době široce používány v řadě zařízení od stabilizačních systémů automobilů po mobilní telefony. V případě aplikace, která vyžaduje vysokou přesnost snímače, je nutné provádět kalibraci, při které se zjišťují parametry typu offset, zesílení, nesouosost jednotlivých os víceosých snímačů apod. Tato práce se bude zabývat vypracováním nových metod pro rychlou a přesnou kalibraci. Teoretické přístupy budou ověřeny na experimentálních datech.

   Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.

6. Návrh standardizačních metodik pro EMA aktuátory

   Cílem práce je návrh standardizačních metodik pro vývoj elektromechanických aktuátorů (EMA), nasazených v leteckých aplikacích včetně návrhu modularity elektrických částí. Navržené postupy budou verifikovány na vývoji EMA s bezkartáčovým stejnosměrným motorem (EC motor) jako akčním členem. Součástí disertační práce bude také návrh HW modulární řídicí elektroniky aktuátoru, při jejímž návrhu je podmínkou zohlednit maximální modularitu funkčních celků a použití komerčně dostupných komponent za předpokladu dodržení stejné spolehlivosti a životnosti jako u obvykle používaných komponent v letectví. HW musí respektovat stanovené požadavky předepsané normou RTCA DO-160G. Navržené řešení HW bude verifikováno za účelem ověření požadované životnosti a robustnosti při zadaných extrémních provozních podmínkách.

   Školitel: Singule Vladislav, doc. Ing., CSc.

7. Numerické modelování zavírání únavové trhliny

   Mechanismus zavírání únavové trhliny je již popsán poměrně dobře v literatuře a potvrzen experimentálně. Většina prací se ale zabývá jednoduchou geometrií, která odpovídá 2D řešení. Detailní popis zavírání v případě složitějšího čela únavové trhliny je stále otevřený problém. Proto cílem této práce je numerické modelování zejména plasticky indukovaného zavírání trhliny v případě složitějších trojdimensionálních úloh. Numericky získané výsledky budou ověřeny pomocí cílených únavových experimentů v naší laboratoři. Důležitým bodem je také separace jednotlivých mechanismů podílejících se na zavírání trhliny.

   Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.

8. Odhadování stavu dynamického modelu kolového vozidla s aplikací pro řízení jízdní stability

   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.

9. Robustní detekce a izolace poruch pro nelineární systémy

   Aplikace stále výkonnějších mikroprocesorů při řízení mechatronických systémů umožňují implementovat výpočetně náročné doplňkové funkce. Jednou z velmi důležitých oblastí, která se stále rozvíjí, jsou algoritmy detekce, izolace a řešení chyb v systémech. Práce se bude zabývat vývojem nových algoritmů založených na lokálních lineárních modelech a metodách soft computing. Teoretické a simulační výsledky budou ověřovány na reálných soustavách dostupných v Mechatronické laboratoři (výukové modely, automobilové aktuátory apod.). Předpokládá se tedy simulační modelování v prostředí Matlab+ a experimentální práce s využitím moderního vybavení Real-Time Rapid Prototyping firmy dSPACE, které je současným de facto standardem v automobilovém průmyslu.

   Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.

10. Rychlé algoritmy pro simulaci rovnání dlouhých vývalků

    Náplní tématu je aplikace eulerovského popisu pohybu kontinua na simulaci procesu rovnání dlouhých vývalků na válečkových rovnacích strojích. Cílem je umožnit rychlé řešení nelineárního problému, který je jinak časově velmi náročný v případě řešení pomocí standardního lagrangeovského přístupu. Nový algoritmus umožní snadnou optimalizaci nastavení provozních parametrů rovnacích strojů pro širokou škálu vstupních parametrů a bude otevírat cestu k řízení procesu rovnání v reálném čase. Vytvořený program by měl být modifikovatelný pro různé typy rovnacích strojů a procesů jako je například kosoúhlé rovnání kulatiny a trubek na dvouválcových i víceválcových rovnačkách, rovnání profilů a případně tenkých plechů. Výsledky budou verifikovány pomocí nezávislých výpočtů komerčními programy MKP a srovnáním s dostupnými výsledky experimentů.

    Školitel: Petruška Jindřich, prof. Ing., CSc.

11. Tepelné výměníky s dutými mikrovlákny pro aplikace v biologicky aktivním prostředí

    Plastové kapiláry jako konstrukční prvek v tepelných výměnících se začaly studovat v posledních deseti letech. Dosud se však téměř nepoužily kapiláry, které jsou vyrobené např. z polypropylenu nebo PVDF. Tyto kapiláry jsou flexibilní a jejich svazky je proto možné velmi jednoduše a levně formovat do různých tvarů. Navíc je flexibilitu kapilár možné účinně použít i při čištění jejich povrchů. Povrchy kapilár je také možné modifikovat tak, aby byla měněna jejich smáčivost a tak i vlastnosti povrchu z pohledu varu a kondenzace. Cílem práce je studium přenosu tepla a látky na vnitřních i venkovních površích kapilár a vývoj teorie popisující tyto pochody. Práce je zaměřena na prostředí, kde se vyskytuje možnost zanášení povrchů biologicky aktivními látkami.

    Školitel: Raudenský Miroslav, prof. Ing., CSc.

12. Vliv mechanických vlastností intraluminálního trombu na riziko ruptury výdutě břišní aorty

    Jedná se o aktuální problematiku z oblasti biomechaniky. Téma práce je zaměřeno na výpočtové modelování deformačně-napěťových stavů vznikajících ve výdutích břišní aorty. Jedná se o modelování interakce kapaliny (přibližně newtonské) se stěnou aneurysmatu, která je zčásti pokryta porézním intraluminálním trombem (remodelovaná krevní sraženina). Pro identifikaci jeho konstitutivních modelů může být využito unikátní zařízení pro zkoušky tkání dvouosým tahem, také permeabilita (propustnost) trombu by měla být určována experimentálně. Výpočtové modely budou využity k deformačně-napěťovým analýzám aneurysmat břišní aorty.

    Školitel: Burša Jiří, prof. Ing., Ph.D.

13. Vliv struktury stěny tepny na její mechanické vlastnosti

    Složení stěny tepny rozhoduje o jejích mechanických vlastnostech. Přestože jsou známy jednotlivé podstatné složky stěny tepny (elastin, kolagen, hladkosvalové buňky), jejich uspořádání ve stěně tepny je stále předmětem výzkumu. Získání poznatků ohledně orientace a zvlnění kolagenních vláken pomůže k přesnějšímu popisu mechanického chování stěny tepny, což je klíčové např. při vyšetřování rizika ruptury aortálních výdutí. Znalost rozložení hladkosvalových buněk ve stěně tepny zase umožní lépe modelovat růstové a remodelační procesy ve stěně, což v konečném důsledku pomůže při predikci vzniku aterosklerózy nebo vývoje už existující arteriální výdutě. Struktura zdravých tepen bude vyšetřována pomocí kombinace dvouosých tahových zkoušek, analýzy mikroskopických obrazů matematickými metodami (Fourierova transformace, fázová korelace,...) a konečnoprvkových analýz. Získané informace budou využity pro úpravu stávajících konstitutivních modelů tak, aby lépe reflektovaly zjištěnou strukturu tepny. Dále bude obdobně vyšetřována struktura patologicky změněné stěny tepny (s rozvinutými aterosklerotickými pláty, nebo stěna arteriální výdutě), abychom pochopili jak se tato struktura mění vlivem zmíněných nemocí a jak se to odráží v mechanických vlastnostech takto postižených tepen. Zde bude navíc nutné svázat zjištěné vlastnosti stěny tepny s jejími lokálními geometrickými charakteristikami (křivost, tloušťka stěny) aby mohla být modelována geometrie specifická pro daného pacienta.

    Školitel: Polzer Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

14. Vývoj a experimentální ověření teorie hydraulického odstraňování okují

    Při výrobě a zpracování oceli za tepla, kdy je povrch vystaven oxidační atmosféře, se na povrchu tvoří zoxidované vrstvy oceli nazývané okuje. Tyto okuje se odstraňují pomocí vysokotlakých trysek s plochým vodním paprskem. Při tomto procesu se sleduje jak výsledná jakost povrchu (množství neodstraněných okují), tak množství tepla odvedeného z oceli. Kvalita povrchu vyrobeného ocelového polotovaru závisí nejen na konfiguraci hydraulického ostřiku, ale také na jakosti oceli (chemickém složení), tepelném zpracování a povlakování. Během ostřiku dochází k prudkému poklesu teploty a tím i výrazné změně materiálových vlastností okují. Ty navíc obvykle netvoří homogenní vrstvu. Většinou se jedná o vrstvu složenou z několika typů okují: wüstit, magnetit a hematit; přičemž jejich podíl je závislý mimo jiné na oxidační teplotě. Vrstva okují je obvykle porézní, což umožňuje vodě vnikat do trhlin, kde může vlivem velmi vysoké teploty (nad 1000°C) vést k parní explozi. Při hydraulickém odkujování tak dochází k velmi komplikovanému namáhání, který se skládá zejména z mechanického účinku od vodního paprsku, teplotní kontrakce povrchových vrstev, smykovému napětí na rozhraní okuje/ocel, ohýbání okují vlivem teplotního gradientu v okujích a parní explozi v trhlinách. Cílem práce je vytvoření teorie a verifikačního modelu hydraulického odstraňování okují a popsání principů při tomto kombinovaném teplotně-mechanickém namáhání. Výpočtový model, který bude vytvořen na základě teorie, bude sloužit k ověření vytvořené teorie na základě srovnání se skutečným procesem odkujování, který bude prováděn v laboratoři. Vytvořený model by měl mimo jiné posloužit k optimalizaci hydraulického odstraňování okují pro těžko odkujitelné materiály (např. oceli se zvýšeným obsahem křemíku pro automobilový průmysl).

    Školitel: Pohanka Michal, doc. Ing., Ph.D.