Využití experimentálního a výpočtového modelování úloh pružných a poddajných těles

SP2021/66

Ličková Dagmar Ing. Mgr., Ph.D.

01. 01. 2021 - 31. 12. 2021

Předkládaný projekt navazuje ve vybraných oblast na předchozí SGS projekt Katedry aplikované mechaniky FS VŠB-TUO. Získané zkušenosti studentů z řešení dílčích úloh projektu povedou k zvýšení jejich odborné úrovně a po úspěšném absolvování studia i k vyššímu uplatnění na trhu práce. Projekt bude zaměřen na následující výzkumné části: 1) Modelování a testování prostorových pružných struktur zhotovených metodou 3D tisku. Pružné struktury jsou tenké skořepiny se vzorem s otvory používané v biomedicínských aplikacích jako výstelka pro snížení otlaků pacientů. Tuhost pružné struktury v normálovém směru je snižována pomocí geometrie vzoru. V novém projektu se řešitelé zaměří na prostorové geometrie vzorů, pomocí kterých může být snadněji snižována tuhost struktury než v případě rovinného vzoru. Cílem projektu je maximalizovat poddajnost pružných struktur s ohledem na její únosnost. 2) Aplikace metody topologické optimalizace na dynamické systémy. Současné aplikace metody topologické optimalizace ve strukturální mechanice umožňují navrhnou ideální tvar výrobku s ohledem na jeho tuhost, hmotnost případně napjatost. V novém projektu se řešitelé zaměří na optimalizaci tvaru výrobků s ohledem na jejich dynamickou odezvu, stále však bude předpokládáno jejich lineární elastické chování. Cílem projektu je maximalizovat nejen tuhost popsaného systému, zároveň budou analyzovány její vlastní frekvence. Řešitelé předpokládají, že tímto způsobem výrazně zlepší využití metody topologické optimalizace pro průmyslové aplikace. 3) Experimentální a numerické ověření lokalizace zdrojů akustické emise s využitím modální analýzy. Lokalizace zdrojů akustické emise s využitím modální analýzy vlnových průběhů. Využití metody akustické emise (AE) v průmyslové praxi zahrnuje mimo jiné i lokalizaci detekovaných událostí včetně jejich následné evaluace co se závažnosti týče. Pro samotnou lokalizaci zdrojů AE je standartně využíváno gradientních metod. Ve specifických případech, jenž jsou charakterizovány atypickým rozmístěním snímačů, však uvedené metody selhávají a je tudíž nutné nalézt vhodnou alternativu. Jedna z možných forem řešení se nabízí využití modální analýzy zaznamenaných vlnových průběhů. Cílem výzkumu bude ověřit možnosti detekce zdrojů AE s využitím modální analýzy na válcové geometrii, a to jak experimentálně, tak i numericky. 3) Student se bude zabývat numerickou studií procesu 3D tisku testovacího můstku, který se používá na kalibraci zbytkových napětí vznikajících při 3D tisku. Vyhodnocení zbytkových napětí podle zavedených metod. Analýza zbytkových napětí pomocí odvrtávací metody a srovnání výsledků. Numerická studie procesu 3D tisku testovacího můstku, který se používá na optimalizaci zbytkových napětí vznikajících při 3D tisku. Vyhodnocení zbytkových napětí podle zavedených metod. Analýza zbytkových napětí pomocí odvrtávací metody a srovnání výsledků. Výsledkem bude Diplomová práce. Zkoušky vysokocyklové únavy v míjivém tahu s vnitřním přetlakem za pomocí vhodného zkušebního přípravku. Realizace a vyhodnocení dvou sad expedientů v oblasti časované a vysokocyklové únavy materiálů. 4) Výzkumná část se zaměřuje na analýzu tlaků v lidských tepnách. Bude provedena analýza intra a inter variabilitu tlak a vliv této variability na napjatost v tepnách a šíření pulzní vlny. Získat představu o variabilitě tlaku u člověka a analyzovat vliv této variability na šíření pulzní vlny. To umožní respektovat tuto variabilitu v současných výpočtových modelech, které zatím používají jen konstantní hodnotu tlaku bez uvažování jeho variability. 5) Testování podložek z biokompatibilních materiálu, které se dávají pod hlavy šroubů a příznivě tak snižují lokální mechanický tlak na kost, při léčení komplikovaných zlomenin (nehrozí pak proniknutí hlavy šroubu do kosti, která může být v některých případech poškozena úrazem nebo patologickými změnami). Ve spolupráci se střediskem 9360 – Centrum nanotechnologií, MEDIN a.s., a lékařskou fakultou (Ostravská univerzita) se budou zkoumat alternativní podložky z umělých hmot (PEEK, či absorbovatelné). Dále se bude provádět jednoduché numerické modelování podložek pomocí MKP. 6) Experimentální testování růstových dlah a skob z biokompatibilních materiálů, které se budou využívat či již využívají při léčbě růstových deformit dolních končetin u dětí. Porovnání starého přístupu pomocí skob a nového pomocí růstových dlah. U nových růstových dlah se předpokládá zamezení uvolňování z místa aplikace, a tedy vyšší bezpečnost a komfort pro pacienta. Dále budou prováděny MKP výpočty jednotlivých typů dlah. S možnou aplikací cyklického namáhání. Provést měření podložek. Celý proces opakovat pro různé biokompatibilní materiály. Provést MKP simulaci s cílem vytvořit numerické model, se stejnými výsledky jako experiment. Vyhodnocení a porovnání výsledků. Provést experimentální měření jednotlivých růstových dlah a skob. A to pro různé materiály a tvary. Provést MKP simulaci s numerickým modelem, který bude mít stejné výsledky jakožto experimenty. Vyhodnocení a porovnání výsledků

doc. Ing. Martin Fusek, Ph.D.
Ing. Jana Bartecká, Ph.D.
Ing. Vojtěch Bajtek
Ing. Martin Nevřela
Ing. Jiří Šmach, Ph.D.
Vít Zamarský
Ing. Petr Gál
Ing. Daniel Antoš, Ph.D.
Ing. Pavel Horňák
Ing. Vojtěch Machalla
Ing. Jiřina Kurjanová
Ing. Pavel Pavlíček
Ing. Michal Kořínek
Ing. Radek Vitásek
Ing. Jan Hrček
Ing. Ondřej Skoupý
Ing. Radek Páleník
Ing. Michal Molčan
Ing. Fatih Sari
Ing. Martin Šotola, Ph.D.
Ing. Jakub Trušina
Ing. Roman Potrok
Bc. Dominik Šťastný
Ing. David Krzikalla
Ing. David Schwarz
Ing. Adam Růžička
Ing. David Rybanský, Ph.D.
Ing. Kateřina Vlčková
Ing. Petr Lakomý
Ing. Lukáš Drahorád
Ing. Matěj Kosma
Ing. Tadeusz Czapek
Ing. Jan Řehák
Ing. Tomáš Halo
Ing. Juraj Hronček
Ing. Daniel Čepica
Ing. Anna Tošková
Ing. Martin Holeček
Ing. Martin Mánek
Bc. Štefan Kocmánek
Ing. David Janiczek
Bc. Milan Ježek
Bc. Daniel Uhlíř
Ing. Jaroslav Prajka
Ing. Bhuvanesh Govindaraj
Vivek Varanasi
Behrad Zanganeh
Javad Rahimi
Ing. Ondřej Vlček
Ing. Mgr. Dagmar Ličková, Ph.D.

Projekt si klade za cíl uskutečnění pokusů a výpočetních simulací, které budou provedeny tak, aby bylo dosaženo kýžených výsledků.
Jako výstupy projektu v souladu s metodikou RVVI se předpokládají:
- 3x publikované časopisecké články nebo příspěvky na konferenci uvedené v databázích WoS nebo SCOPUS,
- 3x odevzdaná/obhájená disertační práce,
- 8x odevzdané/obhájené diplomové práce,
- 1x funkční vzorek
- 1x podání užitného vzoru
Harmonogram řešení projektu:
jaro 2021 – návrh a plán experimentální a výpočetní činnosti, studium odborných zdrojů,
léto 2021 – příprava experimentů, tvorba výpočetních modelů,
podzim 2021 – realizace měření a vyhodnocení dat, realizace výpočtů,
zima 2021 – diskuze výsledků, prezentace výsledků, zhodnocení projektu.