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. 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.

3. 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.

4. Modelování neelastických efektů elastomerů

   Téma je motivováno vlastnostmi elastomerů a kompozitů používaných při výrobě pneumatik. Pryž a ostatní elastomery vykazují velké elastické deformace, které se ve výpočtovém modelování popisují pomocí hyperelastických konstitutivních modelů. Především však v oblasti extrémně vysokých deformací (až stovky procent) se v praxi uplatňují také neelastické efekty (Mullinsův efekt, plasticita, viskoelasticita), které způsobují významné odchylky modelů od reality a vyvolávají rovněž druhotnou anizotropii vlastností elastomeru. V posledních letech probíhá ve světě intenzívní rozvoj konstitutivních modelů popisujících tyto efekty. Téma se bude věnovat především anizotropnímu chování elastomerů v důsledku Mullinsova efektu, implementaci a využívání příslušných konstitutivních modelů s případnou aplikací i pro vláknové kompozity s elastomerovou matricí (guma vyztužená textilními a jinými vlákny).

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

5. Odhadování parametrů a stavu dynamického modelu pomocí optimalizačních metod

   Práce se bude zabývat výzkumem a aplikací metod pro odhadování stavu a parametrů dynamického 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. Teoretické výsledky budou prakticky ověřeny na konkrétním reálném modelu čtyřkolového vozidla.

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

6. Výpočtové modelování mechanického chování živočišných buněk

   Jedná se o aktuální problematiku z oblasti biomechaniky. Téma práce je zaměřeno na výpočtové modelování deformačně-napěťových stavů vznikajících v izolovaných hladkých svalových buňkách při jejich mechanických zkouškách, na základě výsledků publikovaných ve světové literatuře. Výpočtový model má zlepšit popis vnitřní struktury buňky (jádro, cytoplasma, membrána, cytoskelet) a umožňovat propojení více buněk v jednom modelu a následné použití pro určení deformačně napěťových stavů buňky v cévní stěně. Změna deformačně napěťových stavů buněk cévní stěny zpětně ovlivňuje patofyziologické, resp. biochemické procesy probíhající ve stěně tepny, takže znalost těchto stavů je velmi důležitá pro poznání podstaty aterosklerotických a remodelačních procesů v cévní stěně.

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

7. Výpočtové modelování procesu svařování s využitím vybraných elasto-plastických a elasto-viskoplastických modelů materiálu

   Hlavním cílem navrhované dizertační práce je zpřesnění stávajících postupů výpočtu zbytkových napětí po svařování. Zpřesnění v oblasti měření vstupních dat pro stávající nelineární materiálové modely bude docíleno vývojem nových metod měření. Zpřesnění výpočtu zbytkových napětí bude provedeno aplikací dalších možných nelineárních materiálových modelů, které se v současnosti začínají vyvíjet. Verifikace vhodnosti materiálových modelů pro výpočet zbytkových napětí bude dosažena experimentálním měřením pomocí v současnosti dostupných metod: modifikovaná odvrtávací metoda (VUT Brno, ÚAM Brno), rentgenová difrakce (ČVUT), neutronová difrakce (ÚJV Řež). Během práce se předpokládá spolupráce s VUT Brno, AV ČR ÚFM, EPRI a ČVUT.

   Školitel: Junek Lubomír, Ing., Ph.D.

8. 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, prof. Ing., Ph.D.