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. Aplikace TPMS struktur pro nové typy tepelných výměníků

   Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) jsou porézní struktury podobné buňkám, které lze jednoznačně definovat souborem trigonometrických funkcí, jež mají z definice společné vlastnosti nulové střední křivosti s výrazně zvýšeným poměrem plochy k objemu ve srovnání s běžným pěnovým materiálem. Tyto jedinečné vlastnosti vedou k slibným výsledkům v mnoha oblastech a jednou z těchto oblastí je zlepšení přenosu tepla ve výměnících. To vytvořilo mnoho příležitostí pro výzkum a následné uplatnění struktur s velmi složitou geometrií, které dříve nebylo možné vytvořit pomocí konvenčních výrobních technik, ale které jsou vhodné pro výrobu aditivní technologii (3D tiskem). Student/ka se bude podílet na využití a úpravě matematických popisů pro tvorbu komplexních tvarů využitelných pro konstrukci tepelných výměníků. Kombinace moderních způsobů návrhů, nekonvenční výroby (3D tisku) a také nových progresivních materiálů (jako jsou plasty se zvýšenou odolností a vodivostí) posouvá nové typy výměníků do současné doby a otevírá další možnosti optimalizace a úspor. Zájem o moderní typy výměníků projevila např. firma Innomotics, s.r.o., dříve Siemens Large Drives s. r. o. Tato firma plánuje využití moderních typů výměníků pro náročné aplikace jako je odvod tepla z elektromotorů a dalších produktů.

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

3. 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.

4. Autonomní navigace mobilního robotu v otevřených prostorách venkovního prostředí

   Autonomní navigace mobilních robotů v otevřeném venkovním prostředí patří k výzvám ve vyžití metod umělé inteligence pro zajištění spolehlivého provozu zejména zemědělských strojů s vysokým stupněm autonomie. Pohyb takového stroje v prostředí bez význačných a snadno detekovatelných znaků prostředí, jako jsou prostory polí, lesů či jiných zemědělských oblastí, představuje velkou výzvu pro aplikované metody umělé inteligence. Návrh vhodného senzorického systému, fůze dat a rozhodovacího procesu představuje hlavní oblast zájmu této práce.

   Školitel: Věchet Stanislav, 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. Fázové změny při tepelných procesech v mikro-kanálech: Výzvy a jejich řešení

   Polymerní tepelné výměníky s mikro-kanály jsou kompetetivní alternativou ke konvenčním kovovým zařízením. Kromě nižší hmotnosti nabízejí také výrazně nižší uhlíkovou stopu. Přenos tepla přes polymerní výměníky může být s výhodou zintenzivněn pomocí využití fázové změny pracovního média. Student detailně prozkoumá procesy fázových změn v polymerních mikro-kanálech a jejich vliv na přenos tepla. Identifikuje limity a vyřeší technické překážky při implementaci systému v reálné aplikaci.

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

7. Metamateriálové struktury pro morfovací aplikace

   Vývoj technologií aditivní výroby umožňuje vytvářet funkční strukturální metamateriály a integrovat pokročilé materiály do těchto tisknutelných struktur. Jedná se především o materiály s tvarovou pamětí a piezoelektrické materiály, které v rámci vyvinuté struktury jako celku dovedou změnit tvar a tuto morfovací operaci i snímat. Tyto metamateriálové struktury najdou uplatnění jak v letectví, tak i v robotických aplikacích.

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

8. Metody umělé inteligence pro optimalizaci tepelných výměníků

   Náš výzkum ukázal, že polo-empirické vztahy z léty prověřených příruček nelze využít v případě designu tvarově komplexních tepelných výměníků z nových materiálů vyrobených inovativními postupy. Postup návrhu je nutné doplnit o sofistikované 3D modely proudění a přenosu tepla. Student využije open-source software OpenFOAM® na strojích superpočítačové národní sítě pro CFD výpočty různých tepelných výměníků. Data ze svých výpočtů využije pro tvorbu náhradních modelů, které budou využívat umělou inteligenci.

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

9. Multidisciplinární vývoj materiálových struktur pro biomechanické aplikace

   Současný vývoj moderních materiálů a výrobních technologií, včetně aditivní výroby, umožňuje vytvářet nové konstrukce a postupy vývoje inženýrských aplikací. V kombinaci jednotlivých multioborových systémů lze vytvářet nové materiálové struktury, která mají využití v biomechanických aplikacích. Důraz je kladen na senzorické funkcionality biomechanických aplikací, které navazují na technologie digitálního dvojčete pacienta a aplikace telemedicíny.

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

10. Optimalizace zařízení pro energy harvesting na bázi kmitání vyvolaného víry

    Energy harvesting z tělesa rozkmitaného víry v jeho úplavu představuje jednu z perspektivních možností pro výrobu elektrické energie pro snímače tlaku, průtoku, vibrací nebo kvality vody s cílem digitalizace vodovodní sítě. Cílem dizertační práce je návrh a optimalizace takového zařízení pro zajištění maximálního provozního rozsahu při změnách průtoku a co nejvyšší efektivity přeměny kinetické energie proudu na elektrickou energii. Výzkum bude probíhat v široké zahraniční spolupráci v rámci projektu Horizon Europe a bude se opírat o výpočtové modelování nestacionárního proudění a intenzivní exp. výzkum v hydraulické laboratoři. Téma je vhodné jak se zaměřením na mechaniku tekutin (vírové struktury, výpočtové a experimentální modelování, kmitání) tak mechatroniku (elektrický generátor, řízení).

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

11. Polymerní teplosměnné plochy pro aplikace ve vozidlech

    Pro zajištění spolehlivého provozu tepelných výměníků z polymerních trubek je nutné zabezpečit nízkou permeabilitu jejich stěn. To může být dosaženo pomocí vhodných povrchových úprav. Takto upravené plochy mohou být s výhodou využity ve vozidlech, a to díky své nízké hmotnosti. Student se bude zabývat vývojem a aplikací inovativních povrchových úprav na polymerních mikro-kanálech, včetně plazmového zpracování a chemické modifikace, a jejich vlivu na snížení difuze pracovních kapalin skrze stěny výměníku.

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

12. 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.

13. Přenos tepla z interakce vnějšího proudění tekutiny s porézními strukturami

    Vystavení kovů okolní atmosféře má za následek tvorbu oxidů kovů na jejich povrchu. Tento proces se zvýrazňuje při zvýšených teplotách. Výsledná mikrostruktura je porézní, vyplněná dutinami různých velikostí a tvarů. Oxidy kovů jsou nevyhnutelné v mnoha metalurgických procesech. Znalost tepelného chování takového porézního materiálu je proto nezbytná. Student vypracuje strategii zpracování CT snímků porézního materiálu do 3D geometrie vhodné pro modelování fyzikálních jevů pomocí MKO. Student vyvine vícefázový CFD model, aby prozkoumal, jak vnější proudění tekutiny interaguje s porézní strukturou. Numerické výsledky budou podpořeny experimentálními výzkumy jeho kolegů pomocí jejich metriky měření přenosu tepla.

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

14. Speciální zkušební tělesa pro zkoušky gigacyklové únavy materiálů

    Gigacyklové zkoušky únavy materiálů jsou moderní metodou, která zatěžuje vzorky materiálu ultrazvukovou frekvencí 20 kHz. Tak je možno v relativně krátkém čase dosáhnout počtu cyklů až několik miliard. Tyto zkoušky jsou rychlé a tedy i relativně levné. Specifikem ultrazvukových zkoušek je ale fakt, že zkušební vzorky musí být naladěny na vlastní frekvenci vibrací právě 20 kHz. Cílem studia bude návrh a testování zvláštních tvarů vzorků pro zkoušky tah-tlak, tah-tah, tah-krut atd.

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

15. Strojové učení řízení chůze kráčivého robotu v nestrukturovaném venkovním prostředí

    Kráčiví roboti, zejména ctyřnozí či humanoidní, se dostávají do popředí zájmu v oblasti aplikace metod strojového učení na vývoj adaptivních metod chůze s ohledem na omezení daná prostředím. Návrh robustníího řizení chůze s možností adaptace v reálném čase na okolní podmínky a terén je hlavním tématem této práce.

    Školitel: Věchet Stanislav, doc. 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. Studium deformačních procesů na mikroúrovni

    Současné špičkové aplikace, jakými jsou například letecký/kosmický průmysl nebo medicínské technologie, vyžadují materiály, které jsou schopny odolat velmi náročným podmínkám mechanického, tepelného a chemického zatížení. Musí být také vhodné pro nové typy výrobních procesů, jakými jsou například aditivní technologie. Materiály je tak nutné navrhovat a vyrábět přímo pro konkrétní aplikaci. Při takovémto vývoji je proto nezbytně nutné přesně znát vlastnosti materiálu i na mikroskopické úrovni. Pro studium deformačních procesů na mikroúrovni se velmi vhodná metoda nanoindentace, při které lze studovat jevy v objemu několika mikrometrů. Limitací této metody je složitý stav napjatosti vyvolaný indentorem, což komplikuje výslednou analýzu. Proto je potřeba tuto metodu doplnit o numerické simulace, které podají informaci o napěťovém stavu ve zkoumaném objemu. Díky jedinečné kombinaci experimentu a numerické simulace lze dosáhnout jednak analýzy deformačních procesů na mikroúrovni a také verifikace materiálových modelů pro numerické simulace, které pak lze následně aplikovat i na větších měřítkách. V rámci práce na tomto tématu se bude student zabývat studiem deformačních procesů v mikroobjemu pomocí kombinace nanoindentačních experimentů a numerických simulací pomocí metody konečných prvků s využitím pokročilých teorií plasticity.

    Školitel: Šiška Filip, Ing., Dr.

18. Šíření únavové trhliny přes bi-materiálové rozhraní vytvořené laserovým navařováním

    Laserové navařování je moderní technologií vedoucí ke spojení kovových materiálů různých vlastností. Využívá se pro součásti s požadavkem na speciální vlastnosti povrchové vrstvy. V těchto vrstvách však mohou za provozu vznikat trhliny, které se mohou šířit až do podkladového materiálu. Šíření trhlin přes rozhraní bude studováno experimentálně i teoretickými postupy využívajícími numerické modelování.

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

19. Tepelné zpracování kovových 3D tištěných dílů pro letectví a kosmonautiku

    Tepelné zpracování kovových dílů vyrobených aditivní technologií (3D tiskem) je nedílnou součástí této výroby. Tepelné zpracování těchto dílů je zcela nezbytné pro dosažení vyšší jakosti výsledného produktu, což vede ke zvýšení jeho přidané hodnoty, která je pro praxi klíčová. Student/ka bude mít možnost podílet se na výzkumu procesu tepelného zpracování super slitin typu Titan a Inconel, určených pro náročné podmínky a v oblasti letectví a kosmonautiky (space industry). Uvedené téma je řešeno v rámci spolupráce organizací a firem jako ESA, Thales, AVIO a je aktuálně řešeno v rámci probíhajícího projektu NCK2.

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

20. Transport inhalovaných aerosolů v modelech lidských plic

    Mechanika proudění inhalovaných částic v postupně se větvících kanálech má uplatnění v mnoha oblastech. I konkrétní aplikace v dýchacích cestách je dvojí, jednak ochrana plic před škodlivými částicemi (ať už nanočástice, azbestová vlákna, nebo bioaerosoly), a dále také doprava léčiv pro inhalační léčbu. Práce má interdisciplinární charakter a vyžaduje kombinovat poznatky strojního inženýrství, chemie, matematiky, biologie a farmacie. Cílem je vyvinout přesné modely pro výpočet transportu a zejména dopraveného množství částic do konkrétních oblastí plic. Předpokládá se spolupráce se zahraničními pracovišti, např. University of Delaware, Centre for Energy Research Budapešť a další.

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

21. Výpočtové modelování elektromechanické aktivity srdečních buněk při srdečním selhání

    Hlavní částí výpočtových modelů pro simulaci elektrické, chemické a mechanické aktivity srdečních buněk jsou matematické modely (soustava diferenciálních a algebraických rovnic) obsahující kvantitativní popis podstatných buněčných mechanismů (membránové proudy, membránové napětí, koncentrační změny iontů aj.). Současná struktura matematických modelů je založena především na popisu dějů, které jsou významné z hlediska vazby mezi excitací a kontrakcí a studia farmakologických účinků látek. Cílem práce je matematicky formulovat ovlivnění membránových transportních dějů a vazby excitace-kontrakce u buněk selhávajících srdcí a pomocí simulací objasnit důsledky těchto změn pro buněčnou elektromechanickou aktivitu.

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

22. 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.

23. Výpočtové modelování vlivu redukce membránových t-tubulů na elektromechanickou aktivitu srdečních buněk

    Membrána srdečních buněk obsahuje systém tubulů (t-tubulů), které umožnují šíření elektrického vzruchu z povrchu do nitra buněk a následně iniciují děje vedoucí k buněčné kontrakci. T-tubuly proto hrají klíčovou roli v elektromechanické aktivitě srdečních buněk. Chronická srdeční onemocnění jsou doprovázena úbytkem t-tubulů, doposud však schází detailní matematická analýza vlivu jejich redukce na buněčnou kontraktilitu. Cílem práce je doplnit stávající modely srdečních komorových buněk o matematický popis buněčné mechanické aktivity a simulovat její ovlivnění při patologické redukci či remodelaci t-tubulů.

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

24. Vývoj adaptronického systému založeného na metamateriálové struktuře

    Adaptronické systémy integrují v mechanické konstrukci senzorické a aktuační prvky, které umožnují řízenou změnu odezvy takového systému na mechanické buzení. Vývoj technologií aditivní výroby umožňuje vytvářet nové funkční strukturální materiály, které mohou integrovat piezoelektrické prvky pro senzorickou a aktuační funkcionalitu. Vyvinutý adaptronický systém umožní elektricky měnit mechanické vlastnosti takové struktury. Vyvinutá multimateriálová struktura bude reprezentovat metamateriálové buňky a celá struktura bude vyvíjena s cílem maximalizovat změnu elektro-mechanických vlastností takovéto konstrukce.

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

25. Vývoj nových ostřikových sekcí

    Ostřik horkého povrchu vodním paprskem je hlavně v ocelárnách velmi často využívaný technologický proces, jehož cílem může být buďto odstranění nežádoucích vrstev okují na povrchu ocelí, nebo zchlazení povrchu. Tento proces je energeticky velmi náročný a optimalizací lze dosáhnout maximálního účinku při minimální možné spotřebě energie. Vlastnosti hydraulických ostřiků jsou ovlivněny celou řadou parametrů. Úkolem doktoranda bude na základě numerického modelu a experimentálního výzkumu objasnit a detailně popsat mechanismy popisující působení vodního paprsku. Poté lze optimalizovat parametry ostřiku s ohledem na jeho účinnost a energetickou náročnost.

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

26. Vývoj sprejových systémů pro cílové aplikace s využitím strojového učení na databázi interních dat

    Laboratoř vícefázové mechaniky tekutin na FSI vyprodukovala v posledních deseti letech značné množství kvalitních obrazových i číselných výsledků o chování různých sprejových systémů. V současnosti se pracoviště zabývá několika tématy, mezi nimi především vývojem sprejových systémů pro 1) aplikaci nanočásticových povrchů a 2) pro zachycování CO2. Cílem práce je využít tato data, utřídit a zpracovat je tak, aby byla využitelná pro aplikaci metod strojového učení. Budou využity stávající a vyvinuty nové modely strojového učení, které následně umožní extrahovat ze stávajících i nově získaných dat nové poznatky z oblasti vícefázových disperzních soustav. Ty umožní vývoj a optimalizaci sprejových systémů pro obě zmiňované témata.

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

27. Základní výzkum vícefázového přenosu tepla v porézních strukturách

    Při tepelném zpracování kovů dochází k tvorbě povrchových porézních oxidových struktur. Ukazuje se, že pochopení mechanismu přenosu tepla napříč těmito ostrukturami je nutný aspekt k zabezpečení kvalitní výroby kovových výrobků. Student vyvine metodu pro zpracování obrazu struktur z tomografu a elektronového mikroskopu. Provede 3D charakterizaci struktury a prozkoumá její vliv na přenos tepla.

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