Využití moderních výpočetních a experimentálních přístupů v aplikované mechanice

SP2023/027

Fusek Martin doc. Ing., Ph.D.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

Projekt je rozdělen do třinácti dílčích podoblastí a to z důvodu, že oblast aplikované mechaniky zahrnuje velmi širou škálu aplikačních problémů (klasická mechanika, biomachanika, výzkum materiálů, aj.) 1) Ib-value analýza jako nástroj pro hodnocení strukturální integrity součástí z kompozitních materiálů: Ib-value analýza je již řadu let standardem v oblasti hodnocení a predikce strukturální integrity nejen kompozitních celků. S aplikací dané metodiky se můžeme setkat kupříkladu v oblasti monitorování betonových objektů. Určitou nevýhodou této metodiky je nutnost vstupu počátečních parametrů, jenž do určité míry ovlivňují výsledek vyhodnocování Ib-hodnoty. Cílem projektu je návrh procedury, jež by autonomně vyhodnocovala vstupní parametry, tímto minimalizovala chyby vzniklé nesprávným návrhem počátečních parametrů. 2) Analýza zbytkových napětí brzdového pedálu historického motocyklu značky Indián, zhotoveného navařovací technologií MIG z materiálu 316L. Analýza zbytkových napětí pomocí odvrtávací a rozřezávací metodou metody a srovnání výsledků. 3) Zkoušky vysokocyklové únavy ve střídavém tahu/laku u vrubovaných vzorků z materiálu 11523.1. Návrh metodiky zkoušení a realizace sady experimentů v oblasti vysokocyklové únavy materiálů u tří typů konstrukčních vrubů. 4) Navrhovaný projekt se zaměřuje na numerickou simulaci deformace ortopedických vložek do bot. Tyto vložky se navrhují na míru podle tvaru chodidla zákazníka a kvůli tvarovým odlišnostem jednotlivých vložek je potřeba každou vložku před její výrobou pevnostně zkontrolovat. Při chůzi dochází ke značnému ohybu vložky, který znemožňuje rychlý výpočet lineárním algoritmem metody konečných prvků. Výpočet lze standardně provézt plně nelineárním algoritmem, který je však časově náročný. Alternativou je výpočet metodou konečných prvků s využitím korotační formulace, která umožňuje rychlé a numericky stabilní pseudolineární řešení geometricky nelineárních strukturálních úloh s velkými posuvy a natočeními, ale malými deformacemi. Vybraná ortopedická vložka bude vypočtena pomocí vlastního algoritmu s korotační formulací. Výsledky budou srovnány s výsledky vlastního plně nelineárního algoritmu, s výsledky z komerčního programu a s výsledky z experimentu. Na základě experimentálně zjištěných dat bude doporučen vhodný výpočetní algoritmus pro statické pevnostní kontroly ortopedických vložek. 5) Navrhovaný projekt se zaměřuje na aplikaci numerických metod na úlohy technické praxe. V projektu bude řešeno modelování vícepramenného ocelového lana s duší. Sestaven bude numerický model lana včetně detailní implementace jednotlivých drátu a jejich interakcí. Model bude využit pro studium vlivu vybraných vad na únosnost lana. 6) V projektu bude řešeno modelování a optimalizace segmentu mechanického vklíněnce určeného pro horolezectví. Sestaven bude parametrický numerický model, pomocí kterého bude nalezena optimální geometrie segmentu. Práce se zaměřuje na zvýšení vybraných užitných vlastností segmentu, především na snížení hmotnosti při zachování jeho únosnosti. 7) Rekonstrukce aort břišních aneurysmat. Rekonstrukce bude prováděna ve freewaru Blender s upraveným modulem pro tvorbu aneurysmat z CT snímků. Takto zrekonstruované modely je potřeba ošetřit pro konečno prvkovou analýzu. Modelování stěn aneurysmat a intraluminálních trombů je časově náročný proces z důvodu její nutné preciznosti. Bude provedena validace výsledků. Finální modely budou vyhodnoceny v softwaru ANSYS. Vyhodnocení bude provedeno s již námi využívaným algoritmem pro výpočet aneurysmat. Na závěr bude provedena validace výsledků a statistické vyhodnocení přístupů napětí a tension. 8) Součástí výzkumného projektu bude tematika popisu napěťově-deformačního chování materiálů nad mezí kluzu, a to včetně senzitivity na rychlost deformace, tedy viskoplasticity. Takové chování je obvyklé u polymerů za běžné teploty a za zvýšených teplot u kovů. Užší team se zaměří na materiály pro aditivní výrobu. 9) Navrhovaný projekt se zaměřuje na výzkum a vývoj v oblasti chirurgie, ortopedie a traumatologie, který bude probíhat ve spolupráci s lékaři z OSU a FNO. Zabývat se bude dále výzkumem zlomenin crania v souvislosti s brachiálním násilím. Budou navrženy zevní a vnitřní fixátory pro léčby komplikovaných zlomenin. Budou zpracovány CT snímky pomocí softwaru Mimics a vytvořeny CAD/FEM modely pro numerické řešení pomocí MKP. 10) Navrhovaný projekt se zaměřuje na aplikaci metody konečných prvků a dalších numerických metod v implantologii, konstrukcích na pružném podkladu a nelineárních konstrukcích. Výzkum nelinearit prutových a nosníkových konstrukcí. Dojde k porovnání teorie 1. a 2. řádu a teorie velkých deformací. Bude se řešit Von Missesův nosník na tuhých a pružných podporách a jeho ztráta mechanické stability. Připravuje se tvorba experimentálního přípravku pro laboratoře. Pro výpočty v mechanice a biomechanice budou použity stochastické a pravděpodobnostní přístupy – jako například pravděpodobnostní posudek spolehlivosti založený na metodě Monte Carlo. Při ztrátě stability se bude řešit snap-through efekt a jeho využití. Bude se řešit výzkum lineárních a nelineárních modelů chování podloží pro konstrukce na pružném podkladu. Při řešení transportu sypkých hmot se použije Winklerův a Heténioův model. Bude se řešit výzkum sendvičových pásových dopravníků pro přepravu sypkých hmot. Dojde k měření průhybů pásů a vyhodnocení naměřených dat. Sestaví se modely pro výpočet průhybů v interakci pasu a sypké hmoty. Pásy budou zatíženy podélnými a příčnými silami. 11) První část dílčího projektu se zaměřuje na testování zkušební sady vzorků na dynamické zatížení. Testování proběhne na Hopkinsonově tyči. Vzorky budou z tištěné hliníkové slitiny AlSi10Mg. Výsledkem bude zjištění odezvy materiálu při různých rychlostech zatěžování. 12) Projektu se zaměřuje na testování svarových spojů. Bude testován tupý obvodový svar trubky a tupý svar desky. Nejprve se provede návrh vzorků. První uvedený vzorek bude cyklicky deformačně zatěžován na biaxiálním zkoušecím stroji. Pro toto zkoušení je navrženo několik deformačních zátěžných cest a několik hladin živostnosti. Naměřená data budou zpracována a budou z nich vyhodnoceny únavové koeficienty pro následnou predikci životnosti svarového spoje. Na druhém vzorku bude provedena jednoosá tahová zkouška, při které se bude akustickou emisí detekovat vznik trhlin ve svaru. 13) Projekt se zaměřuje na podporu návrhu hlavních konstrukčních uzlů futuristického elektro-vodíkového motocyklu. Hlavním cílem je provedení numerických analýz jednotlivých částí navrhovaného stroje za účelem poznání jejich chování při budoucí stavbě konkrétního vozidla na vodíkový pohon. Jedná se zejména o prvky rámu a palivového systému. Výsledky pevnostních a optimalizačních analýz budou ověřeny pomocí konvenčních i moderních experimentálních postupů (tenzometrie, DIC, akustická emise, aj.).

doc. Ing. Martin Fusek, Ph.D.
Ing. Anna Tošková
Ing. Roman Potrok
Ing. Filip Zogata
Ing. Zbyněk Paška, Ph.D.
Ing. Jaroslav Prajka
Bc. David Homola
Bc. Ondřej Kušnír
Ing. Phu Ma Quoc
Ing. Leona Tošenovjanová
Ing. Jiřina Kurjanová
Chanthru Anthony Xavier Sahayam
Ing. Bhuvanesh Govindaraj
Ing. Fatih Sari
Ing. Radek Páleník
Ing. Martin Šotola, Ph.D.
Ing. Pavel Kovář
Ing. Kateřina Vlčková
Bc. Daniel Rusz
Bc. Vojtěch Wantula
Ajay Krishnan Gopalakrishnan
Ing. Pavel Pavlíček
Ing. Daniel Čepica
Ing. Tomáš Halo
Ing. Patrik Eiba
Ing. Juraj Hronček
Ing. Lukáš Drahorád
Ing. Michal Molčan
Ing. Jan Hrček
Ing. Jakub Cienciala
Ing. Martin Mánek
Ing. Michal Kořínek
Ing. Radek Vitásek
Ing. David Schwarz
Ing. David Rybanský, Ph.D.
Ing. Anilraj Sudhakar
Behrad Zanganeh
Bc. Martin Groh
Bc. Šimon Kurečka
Bc. Filip Lysek
Bc. René Souček
Bc. Jakub Šrom
Bc. Ladislav Vaněk
Bc. Pavel Vavrečka
Bc. Patrik Vičánek
Bc. Martin Váňa
Bc. Ajay Vignesh Natarajan
Bc. Aneta Pilchovská

Projekt si klade za cíl uskutečnění pokusů a výpočetních simulací, které budou provedeny tak, aby bylo dosaženo kýžených výsledků.

Výstupy projektu:
Publikace na konferencích - 10
Řešení problematiky v rámci diplomové práce – 4
Řešení problematiky v rámci disertační práce (teze, odevzdané) - 4
Funkční vzorek – 2
Publikovaný článek do impaktovaného časopisu – 10
Publikovaný článek do časopisu uvedeného v databázi SCOPUS – 6



Harmonogram řešení projektu:
jaro 2023 – návrh a plán experimentální a výpočetní činnosti, studium odborných zdrojů,
léto 2023 – příprava experimentů, tvorba výpočetních modelů,
podzim 2023 – realizace měření a vyhodnocení dat, realizace výpočtů,
zima 2023 – diskuze výsledků, prezentace výsledků, zhodnocení projektu.