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. Adaptivní řízení dynamických systémů s využitím lokálních lineárních modelů

   Práce se bude zabývat výzkumem v oblasti řízení a identifikace nelineárních dynamických systémů s využitím metod založených na myšlence lokálních lineárních modelů (Lazy Learning, LWR, RFWR). Identifikovaný inverzní dynamický model bude použit jako feedforward kompenzátor ve struktuře kompozitního regulátoru. Výsledky výzkumu budou experimentálně ověřeny na reálných soustavách dostupných v Mechatronické laboratoři (výukové modely, automobilové aktuátory, apod.) s použitím výpočetního prostředí Matlab/Simulink a dostupných hardwarových prostředků. Následně se předpokládá implementace vhodných algoritmů ve formě samostatné řídící jednotky s mikrokontrolerem.

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

2. Citlivostní analýza faktorů ovlivňujících sekundární chlazení kontinuálního lití

   Ochlazování horkých povrchů vodními nebo vodovzdušnými tryskami je proces, který je v technické praxi velice často používán (například při plynulém odlévání ocelí). Do matematických modelů sledovaných procesů je třeba používat realistické okrajové podmínky, jejichž získání je velmi často obtížné a závislé na mnoha parametrech. Objasnění a zobecnění vlivu nejdůležitějších parametrů ostřiku na intenzitu přenosu tepla by byla základní náplň doktorského studia.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

3. Detekce a izolace poruch pro nelineární systémy s využitím lokálních lineárních modelů

   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.

4. Kontaktní tepelný odpor mezi válcem a kontinuálně litou ocelí

   Tématem disertační práce je odvození tepelného odporu při kontaktu dvou kovových těles. Experimenty budou zaměřeny na kontakt dvou těles při vysokých teplotách a za přítomnosti okují. Motivací této práce je získání reálných tepelných odporů mezi válečkem a kontinuálně litou ocelí, včetně popisu vlivu jednotlivých parametrů ovlivňujících tepelný odpor.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

5. Neasiciovaný model plasticity při predikci tvárného lomu kovových materiálů

   Téma práce vychází z dlouhodobého zaměření pracoviště na simulaci tvárného lomu při rozvinutých plastických deformacích v podmínách monotónního zatěžování. Dosavadní modely budou rozšířeny o neasiciovaný model plasticity. Tato volba je vedena snahou odstanit stávající nedostatky, které se projevují neschopností správně modelovat některé stavy napjatosti anebo neformace u vybraných typů speciálně zatěžovaných těles - zkušebních vzorků. Úspěšné řešení by přispělo k posílení univerzálního charakteru modelů tvárného lomu. Všechny postupy budou prověřeny na reálných experimentech pro vybrané materiály a bude posouzena predikční schopnost navržených modelů.

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

6. Nové metody tepelného zpracování ocelí s využitím pulzního chlazení

   Jedná se o téma kombinující problematiku ochlazování horkých povrchů vodními tryskami s výzkumem možností tepelného zpracování ocelí s velmi nízkým podílem legujících prvků. Téma je experimentálně zaměřené s důrazem na získání nových materiálových vlastnosti ocelí.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

7. Popis a optimalizace dynamických teplotních polí vznikajících při svařování laserem

   Technologie svařování laserovým paprskem umožňuje široké nastavení parametrů, které významným způsobem ovlivňují mechanické vlastnosti svarů. V rámci vypisovaného tématu bude řešena problematika měření dynamických teplotních polí, simulace těchto polí a optimalizace parametrů svařování v návaznosti na mechanické vlastnosti svarů.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

8. Predikce trhlin a vad v půběhu plynulého odlévání oceli

   Téma práce bude navazovat na vývoj spojeného tepelně-mechanického modelu pro simulace plynule odlévaných ocelových předlitků, který zahrnuje řešení solidifikace, mechanického napětí a přenosu tepla a hmoty v tuhnoucím ocelovém předlitku. Cílem práce je návrh, implementace a validace tepelně-mechanických kritérií, které budou umožňovat predikci vzniku trhlin a vad na základě informací o vývoji teplotně-napjatostního stavu předlitku. Budou zhodnoceny možnosti použít validovaný numerický model s experimentálně získanými daty k rychlé analýze procesu plynulého odlévání v reálném čase.

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

9. Studium proudění a optimalizace geometrie trysky pro laserové dělení materiálu

   Vnitřní struktura trysek používaných při laserovém dělení materiálů výrazně ovlivňuje proudění v paprsku trysky. Tvar paprsku trysky do značné míry určuje kvalitu povrchů řezaného materiálu, výkon a spotřebu plynů. V rámci vypisované práce bude řešena optimalizace proudění paprsku na základě měření a matematických simulací.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

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

    Polymerní 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.

11. Tvárný lom při extrémně nízkém počtu zatěžovacích cyklů

    Téma práce vychází z dlouhodobého zaměření pracoviště na simulaci tvárného lomu při rozvinutých plastických deformacích v podmínkách monotónního zatěžování. Dosavadní výsledky budou rozšířeny na oblast tvárného poškozování v podmínkách cyklického zatěžování s extrémně nízkým počtem zatěžovacích cyklů. Úspěšné modely tvárného lomu budou doplněny o cyklickou plasticitu a vhodnou kumulaci poškození, včetně metodiky jejich kalibrace. Všechny postupy budou prověřeny na reálných experimentech pro vybrané materiály a bude posouzena predikční schopnost navržených modelů.

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

12. Vliv vlastností tkání stěny tepny s ateromem na výpočtové modelování její napjatosti

    Jedná se o aktuální problematiku z oblasti biomechaniky, která je součástí řešeného projektu GACR. Posouzení vulnerability (rizika ruptury) sklerotického plátu v krční tepně jako jedné z obvyklých příčin mozkové mrtvice je tématem s významným vědeckým i klinickým potenciálem. Výpočtové modely deformačně-napěťových stavů tepny využívají experimentálně zjištěných mechanických vlastností jednotlivých tkání stěny tepny. Vliv těchto vlastností na vypočítané hodnoty napětí bude vyhodnocován na základě vlastních experimentů, hodnot získaných z literatury, případně i strukturních informací z histologických analýz.

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

13. Výpočtová analýza a optimalizace nelineárních vícevrstvých funkčních rezonátorů

    Vícevrstvé funkční rezonátory jsou využívány na makro, mikro i nano úrovni jako aktuátory nebo senzory různých veličin. Disertační práce bude zaměřena na (matematický) popis a pochopení fyzikálního chování takových zařízení při současném uvážení přítomnosti globálních či lokálních nelinearit, dále bude práce studovat vliv těchto nelinearit na resonanční frekvenci či analyzovat aplikační omezení rezonátorů použitých jako senzory v mechanických zařízeních. Další náplní práce bude návrh optimální kompozice rezonátoru při využití některé z nelinearit a porovnání různých přístupů modelování rezonátorů (1D, 2D a 3D) včetně definice omezení jednotlivých modelů. Získané poznatky z teoretické části budou konfrontovány s dostupnými experimenty.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, 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.

15. Vývoj kompozitní struktury s integrovanou piezoelektrickou vrstvou

    Chytré materiály a aplikace jsou v současnosti vyvíjeny pro letecký průmysl jako autonomně se monitorující a samo-opravující struktury křídla a cílem výrobců je nasadit tyto chytré materiály i na trup letadla. Také chytré oblečení má velký potenciál pro sportovní využití a zdravotní péči. Hlavní cil této disertační práce je vývoj takovýchto chytrých mechanických součástí s integrovanou piezoelektrickou vrstvou nebo potahem. Piezoelektrická vrstva může být použita pro snímání naměřených dat tak i pro získávání energie z dynamického chování použitých komponent. Vyvinuté součásti mohou monitorovat samy sebe a poskytnout informace pro aplikace průmyslu 4.0.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

16. Vývoj matematického modelu kompenzace distorzí planachromatické optiky pro snímání nanometrických deformací ve 3D

    1. Analýza možností integrace kamerové techniky do stereomikroskopu 2. Výzkum korekce distorzí vlivem konstrukce mikroskopu a použité planachromatické optiky 3. Analýza přesnosti / nepřesnosti a identifikace citlivosti měření deformací 4. Návrh řešení s ohledem na proměnnou hloubku ostrosti vlivem nastavení optické soustavy 5. Experiment

    Školitel: Návrat Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

17. Vývoj metod in-line tepelného zpracování ocelových polotovarů

    Cílem je rozvoj metod kontinuálního tepelného zpracování válcovaných materiálů pro dosažení nové struktury a nových mechanických vlastností ocelí. Téma kombinuje experimentální výzkum v oblasti chlazení horkých pohybujících se povrchů s výzkumem materiálových vlastností takto zpracovaných ocelí. Důraz bude kladen na objasnění vlivu dynamiky tepelného zpracování na strukturu materiálů.

    Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

18. Vývoj metodiky návrhu servopohonů pro provoz v dynamicky náročných aplikacích

    Cílem dizertační práce je vypracování metodiky pro návrh pohonů používaných pro dynamicky náročné aplikace – např. pohony v obráběcích strojích. U dynamicky náročných aplikací dochází např. k prudkým změnám zátěže, změnám směru otáček apod. Tyto změny mají vliv např. na omezení provozních vlastností stroje a na zvýšené mechanické namáhání, snížení životnosti apod. V rámci práce bude zpracována metodika tvorby komplexních konečno-prvkových modelů vybraných typů pohonů, které budou umožnovat zjištění omezení provozů motorů, případně úpravy návrhových postupů.

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

19. Vývoj nových matematických modelů pro předehřívací pece

    Ohřev hutních polotovarů v předehřívací pecích je energeticky velmi náročný proces. Tento proces lze pomocí matematických modelů vytvořených na základě provozních měření optimalizovat. Doktorand se bude podílet na provozních měření a tvorbě matematického modelu sloužícího k optimalizaci ohřevu polotovarů.

    Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

20. Vývoj nových ostřikových sekcí pro hydraulické odstraňování okují

    Ostřik horkého povrchu vysokotlakým vodním paprskem je technologicky velmi často využívaný proces, jehož cílem je odstranění nežádoucích vrstev okují na povrchu ocelí. Tento proces je energeticky velmi náročný a optimalizací lze dosáhnout maximálního účinku při minimální možné spotřebě energie. Vlastnosti hydraulických ostřiků okují jsou ovlivněny celou řadou parametrů. Úkolem doktoranda bude na základě numerického modelu a experimentálního výzkumu objasnit mechanismus odstraňování vrstvy okují z povrchu a optimalizovat parametry ostřiku s ohledem na kvalitu povrchu a energetickou náročnost procesu.

    Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

21. Vývoj teorie degradace pracovních válců při válcování za tepla a vliv na válcovaný produkt

    Ocel se ve velkém objemu zpracovává za vysokých teplot. Jedná se zejména o válcování tlustých a tenkých plechů za tepla, dále pak různých profilů jako jsou např. kolejnice, tyče, trubky, H, L, U a I profily. Zpracování probíhá obvykle za teplot nad 900 °C, při kterých zpracovávaná ocel rychle oxiduje a na povrchu se tvoří nežádoucí vrstva okují. Částečně zoxidovaný a horký povrch oceli se dostává do kontaktu s pracovním válcem a ten je proto velmi intenzivně chlazen, případně se používají různé emulze pro prodloužení životnosti válců. Během válcování tak dochází ke komplikovanému teplotně mechanickému namáhání pracovních válců a povrch válců rychle degraduje. Doktorská práce se zaměří na detailní studium základních principů, které probíhají při válcovaní za tepla a navrhne postupy, které by umožnili prodloužit životnost pracovních válců a zlepšit výslednou kvalitu válcovaného materiálu.

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