Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D.
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.
prof. Ing. Miroslav Raudenský, CSc.
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc.
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Studijní program Inženýrská mechanika je zaměřen na přípravu vysoce kvalifikovaných odborníků s předpoklady pro vědeckou práci, zvládajících moderní výpočtové a experimentální metody ve vědní oblasti mechaniky těles, včetně specifických oblastí mechatroniky a biomechaniky. Cílem studia je poskytnout studentům potřebné teoretické znalosti a praktické zkušenosti z oblastí mechaniky odpovídajících tématu doktorského studia. K dosažení stanovených cílů a profilu studenti absolvují předměty předepsané jejich Individuálním studijním plánem, čímž je vytvořen teoretický základ pro zvládnutí tématu na nejvyšší úrovni. Praktické zvládnutí tématu pak prokazují absolvováním Státní doktorské zkoušky a vypracováním a obhájením Doktorské disertační práce.

Absolvent doktorského programu Inženýrská mechanika má vysoce specializované odborné znalosti a kompetence zejména v moderních výpočtových a experimentálních metodách ve vědní oblasti aplikované mechaniky, případně mechatroniky nebo biomechaniky, a v jejich využití ve výzkumu a vývoji v technické i medicínské oblasti. Současně má i odbornou adaptabilitu, což dává velké šance pro uplatnění jak ve výzkumu a vývoji, tak i v oblasti technických výpočtů a v manažerských pozicích. Dokladem toho jsou absolventi, působící nejen v akademické i privátní výzkumné sféře, ale i v malých výpočtových a softwarových firmách, a to i na vedoucích a manažerských pozicích konstrukčních, výpočtových a vývojových oddělení nebo obchodních zastoupení mezinárodních společností. S pronikáním počítačového modelování a podpory do oblasti medicíny lze předpokládat uplatnění biomechaniky nejen v této mezioborové sféře výzkumu a vývoje, ale i v nově vznikajících pozicích počítačové podpory v nemocnicích a na klinických pracovištích.

Absolvent doktorského programu Inženýrská mechanika má vysoce specializované odborné znalosti, ale současně i odbornou adaptabilitu, což dává velké šance pro uplatnění jak ve výzkumu a vývoji, tak i v oblasti technických výpočtů a manažerských pozicích. Dokladem toho jsou absolventi, působící nejen v akademické i privátní výzkumné sféře, ale i v malých výpočtových a softwarových firmách, a to i na vedoucích a manažerských pozicích konstrukčních, výpočtových a vývojových oddělení nebo obchodních zastoupení mezinárodních společností. S pronikáním počítačového modelování a podpory do oblasti medicíny lze předpokládat uplatnění biomechaniky nejen v této mezioborové sféře výzkumu a vývoje, ale i v nově vznikajících pozicích počítačové podpory v nemocnicích a na klinických pracovištích.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program Inženýrská mechanika je pokračováním aktuálně akreditovaného navazujícího magisterského studijního programu Inženýrská mechanika a biomechanika. Zaměřuje se však obecněji na absolventy navazujících magisterských studijních programů v různých oborech mechaniky a mechatroniky, příp. matematického, fyzikálního nebo materiálového inženýrství, jejichž absolventům umožňuje pokračovat ve třetím stupni studia a dosažením vědecké hodnosti Ph.D. prokázat schopnost vědecké práce.

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 dynamických vlastností metamateriálů

   Metamateriály jsou novou skupinou materilů, které díky své umělé konstrukci a zapojení multioborových domén mají zajímavé dynamické a mechanické vlastnosti. Cílem práce je charakterizovat elektro-mechanické vlastnosti metamateriálu, který je založený na aditivním tisku matrice s vloženými smart materiály. Jedná se především o analyzování tlumících účinků a možnosti i aktivně zasahovat do dymaických vlastností metamateriálů, či měnit jeho geometrii.

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

3. Analýza vlivu proudění krve v tepnách na rozvoj aterosklerózy

   Jedná se o aktuální problematiku z oblasti biomechaniky, která je součástí řešeného projektu GACR. Navazuje na právě dokončovanou disertační práci, které významně zlepšila úroveň FSI analýz proudění v tepnách a otevřela možnost zkoumat jeho dopad na iniciaci aterosklerotických změn v kritických místech tepen. Cílem je identifikovat veličiny a parametry s významným vlivem na iniciaci aterosklerózy.

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

4. Aplikace umělé inteligence na tvárné porušování při různých rychlostech deformace a teplotách

   Tvárné porušování je aktuální téma při řešení různých průmyslových operací, jako je kování za různých teplot, či havarijních stavů jako jsou nárazové zkoušky při vysokých rychlostech deformace. Práce by měla využít dynamicky se vyvíjející oblasti strojového učení pro kalibraci kritérií tvarného porušování a případně predikci lomu.

   Školitel: Šebek František, doc. Ing., Ph.D.

5. Dynamika vývoje parní vrstvy při chlazení horkých ocelových povrchů

   Práce se zabývá experimentálním studiem vývoje parní vrstvy při interakci proudů vody na pohybujícím se horkém povrchu. Problematika chlazení je v industriálních podmínkách složitá vzhledem k různým stádiím vývoje varu. Nejnižší intenzita chlazení je v oblasti blánového varu, kdy je voda odizolována od povrchu parní vrstvou, jež se snižuje s teplotou povrchu až dojde k jejímu proražení a přechodovému varu. Leidenfrostova teplota je závislá na dynamice proudění vody po povrchu. Pod dopadajícím laminárním proudem vody je Leidenfrostova teplota vyšší než mezi proudy. Dochází tak k lokálnímu přechlazení, což má za následek nežádoucí heterogenity v materiálových vlastnostech. V místech mezi laminárními proudy vody dochází k interakci vodních proudů ze sousedních trysek, a tak k ovlivnění mechanismu přenosu tepla. Publikace ohledně chlazení laminárními proudy se zabývají zejména chlazením na nepohybujícím se povrchu, což je vzdáleno od reálné aplikace. Laboratoř přenosu tepla a proudění je schopna charakterizovat vývoj parní vrstvy na chlazeném povrchu pomocí experimentálního výzkumu a simulací.

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

6. Lattice-Boltzmannova metoda v transportních výpočtech uvnitř porézních struktur

   S porézními strukturami se můžeme setkat v některých základních fyzikálních dějích, ale i v různých průmyslových aplikacích. V Laboratoři přenosu tepla a proudění se potkáváme s následujícími případy. V hutnických a metalurgických procesech dochází k tvorbě okují na horkých površích zpracovávaných materiálů. Okuje jsou tenké vrstvy různých oxidů železa s tloušťkami v řádech jednotek až stovek mikrometrů. Okuje často obsahují značné množství různě orientovaných pórů, jež ovlivňují termo-fyzikální vlastnosti materiálu. Různé oxidy mají různý vliv na intenzitu chlazení horkých povrchů, jejíž znalost je pro mnoho procesů zásadní. Jako druhý příklad lze uvést aplikaci polymerních dutých vláken ve výměnících tepla. Vlákna mají průměr často menší než jeden milimetr a jsou relativně dlouhá. V jednom výměníku může být i několik tisíc vláken. Orientace vláken ovlivňuje výkon výměníku a tlakové ztráty, z čehož plyne požadavek na optimum. Numerické metody bývají často užity k objasňování fundamentálních jevů, ale i k optimalizaci různých procesů. Nejčastěji využívané konečno objemové a konečno prvkové komerční řešiče však narážejí na problém při generaci geometrie a posléze výpočtové sítě pro velmi komplikované porézní struktury. Lattice-Boltzmannova metoda se jeví jako vhodná alternativa, která byla již dříve s úspěchem aplikována v simulacích transportních mechanizmů uvnitř porézních struktur. Například open-source software PALABOS umožňuje práci se surovými daty přímo z tomografu, pomocí něhož byla porézní struktura převedena do voxelové matice. Cílem doktorské práce je simulace proudění a přenosu tepla uvnitř porézních struktur, jejichž topologie je možné získat z tomografu. Předpokládá se, že výpočty budou paralelní a že budou spuštěny na jednom z českých superpočítačů. Vzhledem k velikosti dat se taktéž předpokládá, že I/O operace budou také prováděny paralelně. Pro konfigurace, v nichž porézní struktura zaujímá jen část celkové výpočtové oblasti, bude odzkoušeno lokální zjemňování mřížky. Pro konfigurace s více materiálovými oblastmi funkčně propojených sdruženou okrajovou podmínkou bude navržen vhodný algoritmus tak, aby byl fyzikálně korektní a byla zachována vysoká úroveň paralelizace výpočtu.

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

7. Lokomoce robotů pohybujících se v potrubí o malých průměrech

   Předmětem zadání je vývoj semi-autonomních a autonomních robotických prostředků optimalizovaných pro pohyb v potrubí o malých průměrech. Úloha pohybu v potrubí je částečně vyřešena pro potrubí o velkých průměrech, nicméně tato řešení nejsou aplikovatelná na potrubí středních (nižší desítky centimetrů) nebo malých průměrů (jednotky centimetrů). Zde existuje řada nejen principiálních problémů s vhodným způsobem pohybu, orientací v prostoru či určením polohy, ale také technických problémů s odolností vůči vlivům prostředí, energetickou náročností nebo tvarovou nestálostí u potrubí z flexibilních materiálů. Jednou z možných aplikací, která se jeví jako perspektivní a nová pro aplikaci v rámci řešení tématu, je čistění vnitřních stěn potrubí fotobioreaktorů.

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

8. Metodika tvorby vázaných modelů elektrických strojů

   Práce se bude zabývat výzkumem a vývojem metod tvorby vázaného modelu elektrických strojů. Cílem bude vývoj postupů pro komplexní modelování elektrických strojů, které umožní modelovat provozní stavy elektrického stroje s pohledu elektromagnetického , mechanického a tepelného. Teoretické výsledky budou aplikovány na reálných aplikacích.

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

9. Nová generace chladicí trysky: proměnná geometrie ústí

   Chladicí trysky se běžně používají v hutním a ocelářském průmyslu pro intenzivní chlazení vyráběného produktu nebo pro chlazení ostatních tepelně namáhaných částí výrobního celku. Intenzita chlazení je závislá zejména na množství dopadající kapaliny, její teplotě, velikosti kapek, rychlosti kapek a teplotě horkého povrchu. Běžně se v praxi setkáváme s tryskami jednofázovými, tj. když tryskou proudí pouze jedna pracovní látka např. voda. Takové trysky jsou však špatně regulovatelné, jinými slovy nabízí pouze úzký rozsah využitelných průtoků. Při vysokém průtoku jsou tlakové ztráty nepřijatelné. Při nízkém průtoku nedochází k úplné atomizaci a paprsek trysky se nežádoucně deformuje. Rozsah využitelných průtoků může být, a často také bývá, výrazně zvýšen při nasazení dvoufázových trysek. Jedna fáze je kapalná, obvykle voda, a druhá fáze plynná, vzduch. Vlivem značných rozdílů rychlostí obou fází dochází k lepší atomizaci. Cenou za to jsou však zvýšené náklady za stlačený plyn. Tato práce by měla hledat alternativy k tzv. vodovzdušným tryskám. Předpokládá se, že tryska bude pracovat pouze s jednou fází. Dále se předpokládá, že geometrie trysky bude proměnná. Bude vyroben prototyp trysky a odzkoušen na rozložení množství vody a impaktní tlak v dopadové stopě trysky.

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

10. Optická analýza deformací a výpočtové modelování v onkologii pohybového aparátu

    Výzkum aplikací optických měření pracujících na principu digitální korelace obrazu, experimentu a výpočtového modelování v onkologii pohybového aparátu. Práce směřuje do oblasti hodnocení existujících operačních metod. Dalším přínosem budou návrhy nových či modifikovaných postupů v definované vědecké oblasti, kde pokročilá optická analýza experimentu a výpočtové modelování může přinést výhodnější řešení s cílem zvýšit pravděpodobnost úspěšného dokončení léčby.

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

11. Optimalizace výměníku tepla pro systémy teplotního řízení Li-ion článků v elektrických vozidlech

    Účinnost akumulátorů v elektromobilech není perfektní, při nabíjení a vybíjení generují teplo, které je v případě velkých výkonů nutno řízeně odvádět pryč. Ačkoliv je známo, že by akumulátory měly pracovat v úzkém rozpětí teplot a s minimálním teplotním gradientem, v tuhle chvíli není veřejně dostupná žádná studie zaměřená na optimalizaci teplosměnné plochy chladiče tak, aby především požadavku konstantního teplotního pole bylo dosaženo. Toto bude stěžejní téma práce. Deskový kapalinový chladič bude odvádět teplo z akumulátoru s předepsaným topným výkonem. Předpokládá se využití CFD software např. OpenFOAM a jeho propojením s vhodným nástrojem pro optimalizaci. Parametry optimalizace budou konstanty vhodně zvolené funkce předepisující prostorově závislý tepelný odpor mezi chladičem a akumulátorem. Cílovou funkcí bude suma nejmenších čtverců rozdílů místní a referenční teploty.

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

12. Palivové trysky malých turbínových motorů

    Palivové soustavy malých turbínových motorů využívají různé způsoby přívodu paliva do spalovací komory, vyskytují se tak různé konstrukce palivových trysek, např. tlakové vířivé trysky (simplex/duplex), odpařovací trubice, rozstřikové kroužky nebo airblast trysky. Palivové trysky jsou velmi důležitou součástí celé soustavy, jejich správná funkce je nutností pro zajištění dostatečné účinnosti motoru a požadavky kladené na palivové trysky tak jsou velmi vysoké. Palivová soustava musí dodávat přesné a v daném okamžiku potřebné množství paliva do spalovací komory. Důležité je zajistit dobré rozprášení a odpaření paliva a jeho smíchání se vzduchem a to v celém rozsahu otáček (regulačním rozsahu motoru) a zejména při startu. Práce má za úkol provést klasifikaci používaných palivových trysek v turbínových motorech s maximálním tahem do 5000 N (nebo vzletovým výkonem do 600 kW) a dále se zaměřit na detailní popis odpařovacího systému a jeho používaných modifikací. Hlavním předmětem práce je vývoj a zkoušení stávající odpařovací trysky. Doktorand připraví zkušební stend pro provoz trysky, osadí jej potřebnými snímači a bude na něm zkoumat charakteristiky uvedených systémů v daném rozsahu provozních podmínek (např. mapování teplot, zjištění regulačního rozsahu), posoudit jejich vhodnost pro konkrétní účely a systém dále vyvíjet se zaměřením na jeho problematické aspekty. Součástí práce je: technická rešerše a analýza publikovaných technických řešení, jejich systematické porovnání, hodnocení výhod a nedostatků, rozsahu regulačních parametrů a energetických požadavků, popis konstrukčních řešení a jednotlivých částí, rozbor a fyzikální popis jejich funkce, návrh a příprava zkušebního stendu pro provoz trysky, analýza činnosti a orientační výpočet energetické (tepelné) bilance odpařovací trysky Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na stávající nebo podaný projekt. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích. Práce bude řešena v rámci projektu a ve spolupráci s firmou PBS Velká Bíteš. Praktická část práce bude realizována ve zkušebnách PBS a v laboratořích VUT.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

13. Posuv zubů v důsledku remodelace okolní kostní tkáně u hráčů na žesťové nástroje

    Hráči na žesťové nástroje při hře používají tzv. nátrubky. Nátrubek je v neustálém kontaktu se rty hráče, ty jsou díky tomu v kontaktu se zuby. V ideálním případě by mělo být zatížení zubů v důsledku kontaktu co nejnižší, čehož nelze v muzikantské praxi vždy dosáhnout. Dochází tak k přetížení závěsného zubního aparátu. Součástí závěsného zubního aparátu je i alveolární kostní tkáň, která má jako každá jiná kostní tkáň schopnost remodelace, což znamená, že při přetížení dochází k apozici (tedy vzniku kostní tkáně, tak aby se napětí v kostní tkáni snížilo) a při nízkém napětí v kostní tkání k resorpci (tedy úbytku kostní tkáň). Pokud však je napětí v kostní tkáni příliš velké, může dojít k nekróze a tedy úbytku přetížené kostní tkáně. Díky remodelačnímu procesu se může významným způsobem měnit postavení jednotlivých zubů vůči sobě, což má vliv na proudění vzduchu při hraní a tím pádem i na kvalitu samotné hry na žesťový nástroj.

    Školitel: Fuis Vladimír, 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. Příprava a spalování kapalných paliv ve spalovacích komorách turbínových motorů

    Energetické nároky leteckých pohonů budou ještě dlouhou dobu vyžadovat zdroje s vysokou energetickou hustotou, tedy zejména turbínové pohony. Rostoucí nároky na ekologii, ekonomiku provozu i výkonové parametry vyžadují kontinuální vývoj těchto zařízení, lepší pochopení a pokročilé řízení procesů, které ovlivňují jejich funkci. Na pracovišti se dlouhodobě zabýváme výzkumem a vývojem trysek pro rozstřik leteckých paliv do spalovacích komor turbínových motorů. Po vyřešení návrhu samotných trysek a mechanické interakce spreje s okolním plynem je nutné se zabývat dalšími fázemi procesu, tedy odpařováním a spalováním tohoto paliva se zahrnutím moderních trendů v turbomotorech, Současnou ambicí je vytvořit pracoviště, které umožní tento výzkum a vývoj pokročilých proudových motorů. Doktorand bude řešit přípravu zkušebního zařízení, provádět na něm experimenty s využitím moderní optické diagnostiky a v kombinaci s CFD simulacemi přispěje k lepšímu pochopení relevantních procesů. Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na jeden či více stávajících nebo podaných projektů a je řešeno ve spolupráci s firmou PBS Velká Bíteš. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

16. Strukturální integrita aditivně vyráběných polymerních materiálů

    Zatímco aditivní výroba polymerů je stále populárnější pro designové studie, rychlé prototypování a výrobu nekritických náhradních dílů, její použití ve strukturálně zatížených součástech je stále vzácné. Jedním z důvodů může být skepse inženýrů, kvůli nedostatku znalostí ohledně očekávané životnosti a spolehlivosti, stejně jako znalostí mechanismů porušení. Předložená práce bude proto zaměřena na únavové poškození aditivně vyráběných polymerních materiálů, experimentální testování těchto materiálů a také na numerické modelování únavového poškození a šíření únavových trhlin v těchto materiálech. Tato práce bude řešena v úzké spolupráci s PCCL- Polymer Competence Center v Leobenu.

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

17. Transport vláknitých aerosolů v nestacionárním proudění a interakce se stěnou

    Schopnost modelovat proudění vláken v nestacionárním proudění je potřebná v mnohých inženýrských aplikacích. Jednou z nich mohou být inhalovaná vlákna, ať už toxická nebo sloužící jako nosiče léčiv. V rámci tématu bude provedena experimentální vizualizace proudění vláken v kanále s bifurkací (rozdvojením) o rozměrech lidské trachey a hlavních bronchů. Bude studována také interakce se stěnou – zejména adhezní síly a budou sestaveny rovnice pro predikci chování vlákna při proudění a kontaktu se stěnou.

    Školitel: Lízal František, doc. Ing., Ph.D.

18. Výpočtové modelování scratch testu

    Scratch test neboli vrypová zkouška, je jednou ze základních zkoušek používaných pro hodnocení adhezních a kohezních charakteristik tenkých vrstev deponovaných na substrátech. Principiálně se jedná o velmi jednoduchou zkoušku spočívající v mechanickém kontaktu zkušebního tělesa a zkoumaného systému tenká vrstva-substrát, přičemž normálová síla je aplikována na hrot pohybující se laterálně po povrchu. Tímto způsobem jsou v soustavě vrstva-substrát vytvořeno napěťová a deformační pole vedoucí ke vznikům charakteristických poškození. Cílem scratch testu je právě identifikace kritických zátěžních normálových sil, při nichž dochází ke vzniku těchto poškození. Nejčastěji jsou kritické síly vztaženy k počátku plastické deformace vrstvy, počátku praskání vrstvy (kohezní porušení) a počátku adhezního porušení. Standartně se vyhodnocení scratch testu provádí pomocí mikroskopického pozorování reziduálních stop vytvořených na povrchu tenké vrstvy, kdy se hodnotí/identifikují různé typy trhlin, a míra a charakter plastického přetvoření. Dále je možno použít záznamy okamžité polohy hrotu, penetrační hloubky a aplikované normálové, případně je možno použít i záznam třecí síly. Velmi efektivním nástrojem je také detekce a analýza akustických emisí generovaných v průběhu testu. Navzdory principiální jednoduchosti provedení testu představuje jeho správné vyhodnocení, a zejména potom kvantifikace, relativně komplikovaný a komplexní problém, který primárně souvisí s velkou variabilitou elastických a plastických charakteristik jak substrátů, tak i tenkých vrstev. Dalším důležitým faktorem je samotná tloušťka tenké vrstvy, která se může pohybovat o desítek nanometrů do jednotek mikrometrů. Prvotním cílem práce je vytvoření výpočtového modelu (v systému MKP) popisujícího deformační odezvu objemového materiálu (kov, sklo, keramika) na vrypové namáhání, který bude validován pro několik přesně definovaných materiálů. Následně bude model rozšířen na různé systémy vrstva/substrát. V případě tenkých vrstev bude důraz kladen zejména na studium vlivu tloušťky vrstvy s cílem identifikace proškrábnutí vrstvy a odhalení substrátu. Simulace scratch testů budou primárně prováděny pro sférické indentory různých poloměrů, díky čemuž budou generována různá napěťově-deformační pole distribuovaná různou mírou do substrátu. Výsledky simulací budou porovnávány s experimentálními daty a budou následně použity mimo jiného také pro samotnou optimalizaci scratch testu a jeho vícepřejezdové varianty považovanou za test opotřebení. Problematika modelování scratch testu úzce navazuje na výzkumnou činnost pracoviště v oblasti modelování procesu naniondentace. Dále je zajištěna spolupráce s pracovištěm, které se experimentálně zabývá lokálním mechanický testování na pomezí nano/mikro oblasti (Fyzikální ústav AV ČR, pracoviště Olomouc).

    Školitel: Fuis Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

19. 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.

20. 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.

21. Vývoj balonového hořáku

    Předmětem studia je atmosferický plynový vícetryskový hořák užívaný pro balonové létání. Tyto hořáky se vyvíjí pomalými krůčky desítky let a stará a osvědčená koncepce dnes nesplňuje požadavky na komfortní let. Problémové okruhy jsou zejména: omezit kondenzát vody ze vzduchu na trubicích výměníku paliva, černé dohořívání plamene, špatný přístup vzduchu, Snížení sálavého tepla, požadavky na geometrii plamene s ohledem na aplikaci, Snížení hluku Jde o řadu protichůdných požadavků, které vyžadují systematický přístup a dostatečné pochopení problému. V rámci práce bude proveden teoretický rozbor a vytvořen matematicko-fyzikální model procesů včetně experimentálního ověření (popis, identifikace systému) a modelován nejdříve jeden segment hořáku), později případně celý hořák. Při vývoji budou využity experimentální a hlavně simulační metody. Doktorand má za úkol - popsat fenomenologicky relevantní jevy, kvantifikovat relevantní veličiny (měřením, výpočtem) - navrhnout perspektivní řešení s ohledem na efektivitu a technická, ekonomická, legislativní a jiná omezení. Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na jeden či více stávajících nebo podaných projektů a je řešeno ve spolupráci s firmou BALÓNY KUBÍCEK spol. s r.o.. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

22. Vývoj metamateriálových energy harvesting struktur

    Metamateriály jsou v současnosti vyvíjeny pro mnoho průmyslových odvětví. Metamateriály poskytují významný potenciál pro celou řadu aplikací díky svým unikátním elektromechanickým vlastnostem. Významný zájem o vývoj takovýchto materiálů je způsoben i možností poskytnutí vlastního napájení chováním tohoto metamateriálu. Fenomén metamateriálů může být takto využit pro vývoj energy harvesting zařízení, a to především v letectví. Hlavní cíl této disertační práce je vývoj metamateriálové struktury jako chytré strojírenské součástí, která má potenciál autonomního energetického provozu.

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

23. Vývoj metamateriálu pro snímání a tlumení vibrací

    Metamateriály poskytují významný potenciál pro mnoho aplikací díky jejich unikátním elektromechanickým vlastnostem. Zvýšený zájem o vývoj metamateriálů je také způsoben neschopností tradičních materiálů nabízet funkcionality, které poskytují metamateriály. Hlavní cíl této disertační práce je vývoj unikátní struktury metamateriálu, který bude provozován ve vibračním prostředí, kde tento metamateriál bude použit pro vlastní snímaní a bude mít taktéž potenciál pro tlumení vibrací.

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

24. 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 měřeních a tvorbě matematického modelu sloužícího k optimalizaci ohřevu polotovarů.

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

25. Vývoj nových ostřikových sekcí

    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.