Detail oboru

Inženýrská mechanika

FSIZkratka: D-IMEAk. rok: 2020/2021

Program: Aplikované vědy v inženýrství

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 1.1.1999Akreditace do: 31.12.2024

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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Adaptivní řízení a odhad stavů 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. Analýza struktury kolagenních vláken v měkkých tkáních a jejího dopadu na konstitutivní modely

    Vypisované téma se má věnovat aktuální problematice směrového uspořádání kolagenních vláken v měkkých tkáních, především ve stěnách tepen. Používané strukturní konstitutivní modely umožňují brát v potaz nejen informace o směru kolagenních vláken ve tkáni, ale i o jejich směrové distribuci a vlnitosti. Pro určení parametrů používaných v těchto modelech však chybí experimentální histologické výsledky a převod těch existujících na číselné parametry modelů trpí nedostatečnou úrovní matematického zpracování. Cílem tématu bude v návaznosti na data z literatury a experimentů prováděných na UMTMB vypracovat metodiku pro parametrizaci histogramů směrové četnosti kolagenních vláken.

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

  3. Biomechanická studie fixace páteře

    Práce bude zaměřena na: 1. Rešeršní studii fixace páteře související s léčbou degenerativních onemocnění páteře. 2. Na základě rešeršní studie, posouzení současných a vývojových trendů fixačních technik v oblasti páteře a jejich vlivu na biomechaniku páteře. 3. Pro vybrané fixační techniky provedení srovnávacích deformačně napěťových analýz. Bod 3 bude konkretizován na základě zpracování bodů 1 a 2.

    Školitel: Florian Zdeněk, doc. Ing., CSc.

  4. Biomechanická studie zubních náhrad

    Téma doktorské práce je zaměřeno na oblast dentální biomechaniky. Náhrada zubů se v zubních ordinacích často provádí pomocí dentálních implantátů, můstků nebo hybridních náhrad. Ačkoli úspěšnost těchto náhrad bývá velmi vysoká, v mnoha případech dochází (ať už v dolní nebo horní čelisti) k jejich poškození vlivem mechanického přetěžování nebo nahodilým nežádoucím skusem. Tato poškození mohou být doprovázena přetěžováním kostní tkáně, zánětlivým onemocněním nebo vážným zraněním. Výběr vhodné náhrady a její aplikace stále patří ve stomatologické a implantologické praxi mezi mimořádně důležité úkony. Na trhu existuje velké množství různých typů náhrad a výběr té správné závisí na specifikách konkrétního pacienta a na jeho či jejím problému. V současnosti je vhodnost náhrad stále častěji posuzována také pomocí metod a postupů dentální biomechaniky, zvláště analýzami založenými na výpočtovém modelování. Takové posouzení však nebývá rutinní a vyžaduje další zdokonalení. Cílem dizertační práce je prozkoumat možnosti použití výpočtového modelování při hodnocení dentálních náhrad a přispět k jeho zlepšení, a to na příkladu dentálního implantátu zavedeného v horní nebo dolní čelisti. Zvláštní pozornost bude věnována materiálovým vlastnostem kostní tkáně zjištěným zobrazovacími metodami a jejich implementaci do výpočtového modelu na vysoké rozlišovací úrovni.

    Školitel: Marcián Petr, Ing., Ph.D.

  5. 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.

  6. 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.

  7. Konečnoprvkové modelování mechanického chování živých buněk

    Toto aktuální téma se věnuje výpočtovému modelování mechanického chování živých buněk, a to jak in vitro, tak in vivo, za fyziologických i patologických podmínek. Nedávno vyvinutý výpočtový model zahrnuje vnitřní strukturu buňky (jádro, cytoplazmu, membránu i cytoskelet modelovaný na bendotensegritním principu) a měl by být využit pro simulaci mechanického chování různých živočišných buněk, nejprve k identifikaci konstitutivních parametrů jejich komponent na základě výsledků mechanických zkoušek publikovaných v literatuře a následně pro simulaci jejich chování in vivo. Změny deformačně-napěťových stavů buňky ovlivňují patofyziologické a biochemické procesy ve tkáni, takže tyto znalosti mohou přispět k pochopení principů remodelačních procesů. Práce by měla navazovat na ostatní témata řešená na ústavu a zaměřit se na aterosklerotické procesy ve stěnách tepen.

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

  8. 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.

  9. Kritická délka trhliny vycházející z vrubu.

    Studium součinitele intenzity napětí na čele trhliny vycházející z obvodového vrubu válcového vzorku a z vrubu v tělese pro tříbodový ohyb. Posouzení vlivu geometrie tělesa na minimální délku trhliny, pro niž K-faktor již není ovlivněn polem napětí vrubu, tj. kritickou délku trhliny. Numerické elastické a elasto-plastické řešení pole napětí a deformace na čele trhlin zatížených v módech I, II a III pro vzorky s různou geometrií. Elasto-plastická analýza s cílem zjistit změny velikosti plastické zóny v oblasti kolem kritické délky trhliny.

    Školitel: Horníková Jana, doc. Ing., Ph.D.

  10. Mechanické vlastnosti nanokrystalických kovů, vliv velikosti zrn, jejich orientace a hranic zrn

    Mechanické vlastnosti polykrystalů se výrazně mění, když je velikost zrn v řádu nanometrů. Pak již nebude objemový podíl hranic ku krystalickému materiálů uvnitř zrn zanedbatelný. Běžně jsou známé mechanické vlastnosti krystalického materiálu a polykrystalů s velkými zrny, ale vlastnosti hranic zrn jsou výzvou, protože záleží na typu hranice, její orientaci a na případných precipitátech. Vliv velikosti zrn a jejich orientace bude studován na polykrystalickém wolframu s náhodně orientovanými zrny. Simulační vzorky polykrystalů jsou vytvořeny v Atomsk a simulace molekulární dynamikou jsou prováděny v LAMMPS. Výsledky simulací jsou vizualizovány v OVITO. Všechen potřebný software je open-source. Simulace budou použity k vytvoření jednoduchého modelu na předpovídání mechanických vlastností takových nanokrystalických materiálů. Vliv hranic zrn bude studován na tenkých vrstvách založených na hliníků. Hranice zrn mohou být zpevněny precipitáty hořčíku nebo jiných aditiv. Experimentální práce bude probíhat ve spolupráci s MFF UK. Tenké vrstvy o tloušťce 20 – 100 nm budou tepelně zpracovány, aby se optimalizovala velikost zrn a stabilizovaly hranice zrn. Tuhost vzorků bude testována při deformaci za teplot do 400°C a jejich mikrostruktura bude studována za pomoci transmisní elektronové mikroskopie.

    Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.

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

    Procesní parametry pokročilých variant technologie laserového svařování umožňují měnit rozložení (časové i prostorové) tepelného pole v oblasti svaru a tím následně ovlivňovat strukturu a mechanické vlastnosti svarů. V rámci vypisovaného tématu bude řešena problematika měření dynamických teplotních polí, simulace těchto polí a konečně optimalizace procesních parametrů v návaznosti na mechanické vlastnosti svarů.

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

  12. Porovnání a výpočtová simulace tvárného porušování materiálu vyrobeného aditivní a konvenční technologií

    Téma této disertační práce se úzce váže na zaměření pracoviště, které se věnuje rozsáhlým plastickým deformacím a vzniku tvárného lomu v jejich důsledku. S rozvíjejícími se výrobními technologiemi a postupy vzniká nová poptávka po znalosti chování aditivně vyrobených materiálů vzhledem ke svým konvenčním protějškům. Nejsou tu jen výzvy na makro, ale i na mikro úrovni a jejich vliv na globální projevy při různém zatěžování daného materiálu. Tak jako u konvenčně vyráběných materiálů může být rozhodující směr tváření, například válcování, tak u aditivní výroby může být významný směr stavby a další parametry, jako je nový či recyklovaný kovový prášek. Cílem práce bude nejen popsat rozdíly v chování materiálů, ale i jejich dopad na výpočtové modely tvárného lomu. Práce se zaměří na nejrozšířenější materiály dnešní doby připravované aditivními technologiemi, jako je nerezavějící austenitická ocel AISI 316L, či niklová superslitina Inconel 718. Téma navazuje na dva nově připravované projekty GA: „Neasociovaný model plasticity a robustní kritéria tvárného lomu v predikci mezních stavů kovových součástí“ a „Chování při rozsáhlých plastických deformacích a tvárný lom materiálů vyrobených aditivními technologiemi v porovnání s konvenční produkcí“.

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

  13. Predikce porušení struktur ze sendvičových panelů

    Standardně používané sendvičové panely pro aplikaci ve vesmíru se skládají ze dvou čel (uhlíkový vláknový kompozit nebo vysokopevnostní hliníková slitina) a voštinového jádra (hliníková slitina). Struktury ze sendvičových panelů mají vynikající poměr mezi tuhostí a hmotností a také pevností a hmotností. Struktura ze sendvičových panelů musí vydržet nejen mechanické zatížení při startu, tedy kvazi-statické, vibrační a rázové, ale i teplotně indukované zatížení během pobytu na orbitě, způsobené nerovnoměrným rozložením teplot a rozdílnými koeficienty teplotní roztažnosti. Existuje celá řada módů selhání struktury ze sendvičových panelů kvůli kompozitní povaze panelů a způsobu, jakým jsou sendvičové panely standardně spojovány. Metody pro predikci selhání těchto struktur jsou založeny na kombinaci numerických, analytických a empirických přístupů. Předmětem výzkumu bude vyvinout a zapojit inovativní metody predikce selhání struktur ze sendvičových panelů.

    Školitel: Klusák Jan, doc. Ing., Ph.D.

  14. Prediktivní údržba pro jednoúčelové výrobní stroje

    Prediktivní údržba umožňuje díky kombinaci zpracování velkého množství měřených dat s procesními modely strojů a zařízení získávat přesné údaje o opotřebení strojních součástí a potenciálně tak dosahovat významných ekonomických úspor. V současné době jde o intenzivně využívané, aplikované a zkoumané téma vědy a výzkumu.

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

  15. Přenos tepla při interakci proudů tekutiny na pohybujícím se povrchu

    Tepelné zpracování kovových (převážně ocel a hliník) výrobků je moderním trendem, při kterém dochází k vylepšování mechanických vlastností, aniž by bylo zapotřebí použití drahých legujících prvků (nikl, chrom, měď, titan, hliník atd). Při tepelném zpracování je velmi důležité kontrolovat proudění chladicí tekutiny po pohybujícím se povrchu produktů, aby nedocházelo, vlivem špatného proudění, k přechlazovaní či nedochlazování tepelně zpracovávaného výrobku. K tomuto účelu jsou právě používány další tekutiny, které usměrňují proudění chladicí tekutiny v požadovaném směru a v mnoha případech proudí právě proti chladicí tekutině a tím ji odřezávají od povrchu. Interakce těchto proudů ovlivňuje přenos tepla mezi horkým povrchem a tekutinou. Cílem práce je tedy experimentální a výpočtové studium interakce těchto proudů a jejich vliv na intenzitu a homogenitu chlazení.

    Školitel: Hnízdil Milan, Ing., Ph.D.

  16. Přenositelnost popisu šíření únavových trhlin mezi tělesy různé velikosti a geometrie

    Přestože je měření šíření únavových trhlin standardizováno, různé laboratoře, které používají různá zkušební tělesa za různých environmentálních podmínek, produkují často nekonzistentní výsledky. Díky tomu, je transferabilita laboratorních dat na inženýrské aplikace obtížná. Cílem disertační práce bude vysvětlit vliv různé tloušťky a geometrie zkušebních těles na šíření únavové trhliny s pomocí numerického modelování a experimentálních testů.

    Školitel: Vojtek Tomáš, Ing., Ph.D.

  17. Separace mechanismů zavírání únavových trhlin

    Mechanismus zavírání únavové trhliny je již popsán poměrně dobře v literatuře a potvrzen experimentálně. Separace jeho jednotlivých složek je důležitá pro identifikaci mechanismů, které vedou k odolnosti materiálu vzhledem k šíření únavových trhlin. Cílem disertační práce tedy bude kvantitativní odhad jednotlivých mechanismů zavírání únavových trhlin s pomocí experimentálních dat a numerického modelování.

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

  18. Stabilita bi-piezo-materiálového vrubu

    Intenzívní rozvoj robotiky, mechatroniky, ale také např. diagnostických přístrojů v lékařství, vyžaduje znalost a predikci chování piezoelektrických materiálů, které jsou nedílnou součástí konstrukčních prvků sofistikovaných a finančně nákladných zařízení. Tyto konstrukční prvky mohou být senzory, akční členy, piezoelektrické transformátory a jiná pokročilá zařízení. Piezoelektrické vlastnosti materiálu charakterizují jeho schopnost generovat elektrické pole v případě jeho deformace a naopak elektrické pole způsobuje jeho deformaci. Tento fenomén je také znám jako elektromechanická vazba. Klíčovým nedostatkem piezoelektrických materiálů je jejich náchylnost k iniciaci a síření křehkého lomu. Je to důsledek faktu, že jde většinou o keramické materiály nesoucí si nepříznivé mechanické vlastnosti přímo z výrobního procesu. Křehký lom se iniciuje v blízkosti koncentrátorů jak mechanického, tak i elektrického napětí. Významnými faktory ovlivňujícími způsob iniciace trhlin z koncetrátorů napětí je způsob mechanického a elektrického zatěžování součásti a také teplota. Typickým reprezentantem koncentrátoru mechanického a elektrického pole napětí je jeden z nejběžnějších konstrukčních prvků – vrub, který se navíc může skládat z více materiálů s různými charakteristikami. Cílem uchazeče bude (i) vyjádřit charakteristiky popisující singularitu mechanických i elektrických polí napětí a (ii) stanovit kritérium stability pro nehomogenní bi-materiálový vrub složený z piezoelektrických materiálů pro různé módy mechanického, elektrického a teplotního zatížení.

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

  19. Stochastická resonance jako zdroj elektrické energie

    Vibrace jako zdroj elektrické energie jsu ve světě zkoumány posledních 20 let. Omezení tohoto zdroje je stále v jeho nízké energetické výtěžnosti. Jednou z možností jak získat více energie je využití stochastické resonance. Cílem práce bude analýza tohoto jevu v energy harvesting, jeho praktické využití a návrh zařízení, které bude sloužit jako autonomní zdroj energie.

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

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

    Vnitřní geometrie trysek používaných pro laserové dělení významně ovlivňuje proudění plynu přes trysku a následně přes řeznou spáru. Tím je ovlivněna jednak kvalita řezné hrany, řezná rychlost i spotřeba plynů. V rámci řešené problematiky této práce bude provedena optimalizace proudění řezného plynu na základě vizualizace proudění a matematických simulací.

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

  21. Více-úrovňové modelování funkčních MEMS/NEMS vykazující nelineární chování

    Aktuálním trendem v oblasti nanotechnologiich je návrh hybridních vrstevnatých MEMS/NEMS (Micro-/Nano Electro-Mechanický Systém) zařízení, které např. za účelem zvýšení výkonu senzoru nebo získání multifukčních měřících charakteristik kombinují několik tuhých a polymerních materiálových vrstev s piezoelektrickými, elektrostatickými nebo funkčními vlastnostmi. Vrstevnaté MEMS/NEMS zařízení jsou primárně spojeny se složitou fyzikou, která nebyla dosud systematicky studována, obzvláště v oblasti senzorů. Lze očekávat, že vícevrstvé struktury mohou vykazovat nejen globální ale i lokální (slabé nebo silné) nelinearity stejně tak různé formy tlumících mechanismů, vyvolané různými materiálovými vrstvami, rozhraními, mikrotrhlinami apod. Z tohoto důvodu je důležité kvůli i) dalšího návrhu MEMS/NEMS zařízení a ii) pochopení komplexního fyzikálního pozadí v nanoměřítku vyvinout metodiku pro posouzení nelinearit a identifikaci lineárních a nelineárních režimů a odhadu stupně nelinearity vrstevnatých mikro-/nanomechanických struktur s globálními a lokálními charakteristikami. Hlavním cílem práce je tedy vývoj metodiky pro nelineární kvalifikaci vrstevnatých struktur s globálními a lokálními nelinearitami za využití analytických/numerických výpočetních přístupů. Práce bude řešena rovněž v úzké spolupráci s Fyzikálním ústavem AVČR Praha a je v plánu rovněž studenta zaměstnat na grantovém projektu zaměřeného na podobné téma (v případě, že bude projekt přijat k financování koncem roku 2020).

    Školitel: Ševeček Oldřich, Ing., Ph.D.

  22. Víceúrovňové modely interakce těles s tekutinou v kardiovaskulárním systému

    V poslední době díky velkému pokroku ve výpočetních zdrojích lze zvyšovat úroveň výpočetních modelů vaskulárního stromu směrem k více realistickým. Konkrétně 3D FSI simulace části vaskulárního stromu jsou výpočetně únosné. Nicméně v místech ukončení výpočetního modelu se objevují nežádoucí odrazy, které způsobují nefyziologické tvary tlakové a průtokové vlny. Problém lze řešit pomocí svázání 3D FSI modelu s modelem o nižším řádu – 1D FSI model. Tento model se chová jako zařízení pohlcující vlny, které opouští výpočetní doménu.

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

  23. Virtuální dvojče vysokootáčkových elektrických strojů

    Práce se bude zabývat výzkumem a vývojem virtuálního dvojčete vysokootáčkových elektrických strojů. Cílem bude vývoj postupů pro komplexní modelování elektrických strojů, které umožní modelovat dynamický tepelný stav stroje a simulovat jeho různé provozní stavy. Teoretické výsledky budou ověřeny na reálných aplikacích.

    Školitel: Vlach Radek, doc. Ing., Ph.D.

  24. Vliv flexoelektricity na lom piezo/fero elektrických nano komponent

    Pod pojmem flexoelektricita se rozumí lineární vazba gradientu deformace a elektrické polarizace. Stejně jako jiné gradientní jevy vykazuje nelokální charakter a závisí na velikosti tělesa. Flexoelektricita je rozšířenější vlastnost než piezoelektricita - je univerzální vlastností všech izolátorů a je zvláště významná v materiálech s vysokými dielektrickými konstantami jako jsou feroelektrika. Po jejím objevu před několika desítkami let byly studie flexoelektricity v pevných látkách vzácné kvůli zdánlivě malé velikosti tohoto účinku v objemných vzorcích. Vývoj nanotechnologií však nedávno obnovil zájem o flexoelektricitu, protože velké gradienty napětí často přítomné v nanoměřítku mohou vést k silným flexoelektrickým účinkům. Fenomenologický popis flexoelektricity nelze přímo provést v rámci klasické mechaniky kontinua, která nezohledňuje charakteristické rozměry vnitřní struktury materiálu a je třeba použít nějakou formu gradientní mechaniky kontinua. Cílem práce bude vyvinout v prostředí Python vlastní MKP model flexoelektricity pro řešení okrajových problémů a po jeho otestování jej aplikovat pro analýzu vlivu orientace polarizace, elektrického pole a přepólování domén před vrcholem trhliny na její šíření v piezoelektrických materiálech.

    Školitel: Kotoul Michal, prof. RNDr., DrSc.

  25. Výpočtová analýza hybridních struktur založených na slitinách s tvarovou pamětí s měnitelnými mechanickými a fyzikálními vlastnostmi

    Materiály/slitiny s tvarovou pamětí (SMA – Shape Memory Alloys) vykazují unikátní funkční vlastnosti jako např. tvarový paměťový efekt či superelasticitu. Tyto dva efekty jsou svázány s reverzibilní bezdifuzní martenzitickou transformací těchto slitin. Vysoká hustota energie dělá slitiny s tvarovou pamětí vysoce atraktivní pro nanotechnologické aplikace. Jelikož je většina SMA aktuátorů nastavena na periodický pohyb teplem indukovanou fázovou transformací, mohou tyto aktuátory dosahovat relativně malých aktuačních rychlostí v řádek jednotek kHz, což je způsobeno potřebou chlazení SMA komponent. Dosud byly navrhovány SMA nanomechanické rezonátory vyrobené formou elastického substrátu a SMA vrstvy ve formě tenkého filmu. Tyto hybridní rezonátory jsou schopny pracovat ve vysokých frekvencích (až v desítkách MHz), a tyto frekvence mohou být významně zvýšeny nebo sníženy. Ladění frekvencí se realizuje pomocí cíleně změněného Youngova modulu a mezivrstevnatých napětí SMA materiálů v průběhu martenzitické transformace, zatímco elastický substrát zaručuje vysokou frekvenci aktuace. SMA rezonátory je potom možné využít v aplikacích, které není možné pokrýt konvenčními materiály založenými na nanotechnologiích. Pro velké hodnoty generovaných mezivrstvových napětí, může SMA rezonátor snadno vykazovat buď nelineární odezvu nebo buckling chování. Například buckling mechanické struktury vede na dva různé bi-stabilní stavy, které mohou být využitelné v množství senzorických aplikací. Síť slabě nelineárních rezonátorů umožní dosáhnout komplexní odezvy a studovat interakce mezi jednotlivými rezonátory. Lze očekávat, že podobné odezvy může být dosaženo rezonátory sestávajících se z několika nezávisle ovládaných SMA prvků. Kombinace nelineární a lineární odezvy jednotlivých SMA prvků do komplexního systému může otevřít cestu pro další stadium aktuátorů, dynamických systému včetně těch chaotických a rovněž návrhu nových, v přírodě neexistujících materiálů (tzv. metamateriálů). Hlavním cílem práce je vyvinout modely schopné predikovat chování hybridních struktur využívající několik SMA prvků. Předpokládá se, že každý takový element může vykazovat slabou/silnou nelinearitu. Modely budou primárně vyvíjeny s využitím numerických simulací a následně by byly provedeny experimentální verifikace modelů na Ústavu fyziky, AVČR Praha. Práce je plánována jako součást GAČR-MOST bilaterálního projektu realizovaného ve spolupráci s Oddělením funkčních materiálů (OFM), Fyzikálního ústavu, AVČR Praha. Studentovi může být nabídnuta částečný úvazek na OFM (s účastí na bilaterálním projektu) stejně tak možnost zahraniční stáže na Taiwanské univerzitě.

    Školitel: Kotoul Michal, prof. RNDr., DrSc.

  26. Výpočtové modelování interakce proudící krve s tepnou s ateromem

    Ruptura sklerotického plátu v krční tepně je jednou z obvyklých příčin mozkové mrtvice. Analýza deformačně-napěťových stavů tepny s ateromem tak má velký potenciál pro klinickou praxi. Cílem práce je vytvořit s využitím metody konečných prvků výpočtový model interakce proudící krve jako nenewtonské kapaliny s poddajnou trubicí tepny obsahující aterosklerotický plát, nebo dvojici stenóz způsobených aterosklerotickými pláty.

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

  27. Výpočtové modelování samobuzeného kmitání lidských hlasivek

    Tvorba lidského hlasu je založena na interakci proudem vzduchu rozkmitaných hlasivek s akustickými procesy ve vokálním traktu. Detailní studium tohoto mechanismu je důležité pro pochopení tvorby hlasu u zdravých lidí a především pak u pacientů trpících hlasovými poruchami. Cílem práce je vytvořit s využitím metody konečných prvků výpočtový model interakce samobuzeného kmitání hlasivek s akustickým prostředím vokálního traktu. A dále, po ověření výsledků modelu porovnáním s experimentálními daty, na tomto modelu dále analyzovat vliv některých patologických změn tkáně hlasivek (Rinkeho edém, Sulcus vocalis apod.) na kmitání hlasivek a produkovaný hlas.

    Školitel: Švancara Pavel, Ing., Ph.D.

  28. Využití kolaborativních robotů pro přesnou manipulaci v plně automatizované výrobě

    Kolaborativní robotika je obecně definována standardy bezpečného sdíleného pracovního prostoru člověka s robotem. Cíl disertační práce je zaměřen na využití vlastnosti kolaborativních robotů definovaných standartem ČSN EN ISO 10218 (Požadavky na bezpečnost průmyslových robotů) v oblastech plně automatizované výroby. Dílčí náplň práce bude zaměřena na rešerši v oblasti využití kolaborativních robotů v automatizované výrobě, vytipování oblasti využití těchto robotů při přesné manipulaci a aplikace nových poznatků na konkrétní zadání z praxe. Téma práce bude upřesněno a doplněno na základě provedené rešerše.

    Školitel: Krejčí Petr, Ing., Ph.D.

  29. Vývoj a experimentální ověření modelu deformace plechů při kontinuálním tepelném zpracování oceli

    Dnešním trendem je vyrábět vysokojakostní oceli, aniž by bylo potřeba použít velké procento drahých příměsí jako jsou nikl, chrom, titan, měď, hliník atd. Toho se dosahuje vhodným tepelným zpracováním při kontinuální výrobě oceli. Při tepelném zpracování dochází k výrazné ale nežádoucí deformaci oceli, ve které během tohoto procesu probíhají fázové změny – změny metalografické mřížky. Ocel se tak během tepelného zpracování deformuje a výsledný produkt často nedosahuje požadované geometrie – nejčastěji rovinnosti. Špatná rovinnost způsobuje mimo jiné i velké problémy při následném zpracování jako je např. následná povrchová úprava, či způsobuje problémy při průchodu dopravníkovým systémem. Cílem práce je vytvoření komplexního modelu, který bude detailně popisovat děje, které nastávají při kontinuálním tepelném zpracování ocelových plechů. Tento model tak umožní lépe porozumět dějům, které zde nastávají a pomůže optimalizovat chlazení tak, aby bylo dosaženo co nejlepší rovinnosti výsledných plechů. Během práce se očekává měření a simulace součinitele přestupu tepla při chlazení horkých plechů, měření impaktních sil od chladicích trysek, studium proudění chladícího média na zakřiveném povrchu a jeho vliv na změnu chlazení.

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

  30. 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 nejčastěji 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.

  31. Vývoj aktivnicíh pooperačních ortéz

    Aktivní pooperační ortézy mohou rozhodujícím způsobem zkrátit dobu rehabilitace. Předmětem práce je vývoj v tomto oboru, především v oblasti snímání aktivity pacienta a kalibrace snímačů, v oblasti pohonů a jejich řízení, způsobu uchycení na pacienta. Vzhledem ke komplexnosti celého zařízení se předpokládá specializace uchazeče na některý z dílčích problémů.

    Školitel: Krejsa Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  32. Vývoj auxetické struktury s integrovanými piezoelektrickými prvky

    Metamateriály jsou v současnosti vyvíjeny především pro letecký průmysl jako autonomně se monitorující nosné struktury, které mají široký potenciál pro budoucí aplikace. Zajímavým řešením takového metamateriálu je patentovaná auxetická struktura s piezoelektrickými prvky. Hlavní cíl této disertační práce je vývoj této struktury jako chytré strojírenské součástí, která má potenciál monitorovat sama sebe a poskytnout informace pro aplikace průmyslu 4.0.

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

  33. 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.

  34. 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.

  35. Vývoj metod rozpoznání českého znakového jazyka

    Úloha rozpoznání znakového jazyka není dosud úspěšně vyřešena. Předmětem zadání je vývoj metod rozpoznání unitárních elementů (např. písmen znakové abecedy), a to statických i dynamických (diakritika) a dle výsledků pokračování u složitějších elementů. Předpokládá se využití metod strojového učení, případně vývoj specializovaných HW snímacích prvků. Práce bude zaměřena na český znakový jazyk, nicméně předpokládá se obecnější využití získaných výsledků, a to nejen v rozpoznávání znakových jazyků, ale gest obecně.

    Školitel: Krejsa Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  36. Vývoj metod rozpoznání českého znakového jazyka metodami strojového učení

    Předmětem zadání je vývoj metod rozpoznání unitárních elementů českého znakového jazyka(např. písmen znakové abecedy), a to statických i dynamických (diakritika) a dle výsledků pokračování u složitějších elementů. Jako základního nástroje se předpokládá využití metod strojového učení, především konvolučních neuronových sítí. Práce bude zaměřena na český znakový jazyk, nicméně předpokládá se obecnější využití získaných výsledků, a to nejen v rozpoznávání znakových jazyků, ale gest obecně.

    Školitel: Krejsa Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  37. 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.

  38. 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.

  39. Zbytková životnost součástí s reziduálními napětími

    Cílem disertační práce je stanovení způsobu šíření trhliny v tělesech (součástech) obsahujících reziduální napětí vzniklé při výrobě. Doktorand přispěje k bližšímu porozumění procesu porušování těles za působení reziduálních napětí, ke zpřesnění používaných metodik odhadu zbytkové životnosti a k bezpečnějšímu provozu studovaných součástí. K nezbytným numerickým výpočtům bude využit MKP systém Ansys a matematický software Matlab.

    Školitel: Náhlík Luboš, doc. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.