2 of 54

Návrh a realizace úlové váhy

Ing. Petr Krejčí, Ph.D.

krejci.p@fme.vutbr.cz

Cílem bakalářské práce je návrh a realizace úlové váhy pro on-line monitoring hmotnosti úlové sestavy. Práce bude obsahovat rešerši v dané oblasti, návrh konstrukce váhy, volbu vhodných snímačů a realizaci konstrukce za použití technologie 3D tisku.

3 of 54

Experimentální a numerická analýza koncentrátoru napětí vřetene regulačního ventilu

doc. Ing. Jana Horníková, Ph.D. (hornikova@fme.vutbr.cz)

Vřetena regulačních ventilů obsahují slot pro přívod vody, který je považován za nejvýznamnější koncentrátor napětí, který může ovlivnit životnost vřetene, proto je tam nutné stanovit součinitel koncentrace napětí. Cílem BP je vytvoření numerických modelů vybraných vřeten v prostředí ANSYS a provedení deformačně-napěťové analýzy a vytvoření grafů definujících hodnotu součinitele koncentrace napětí v závislosti na vybraných geometrických veličinách. Numericky získané výsledky budou následně ověřeny experimentálně. Práce bude řešena ve spolupráci s odborníkem z praxe.

4 of 54

Vytvoření studijní pomůcky pro výuku napjatosti v bodě tělesa

prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (petruska@fme.vutbr.cz)

Vytvořte algoritmus a program pro výpočet složek tenzoru napětí v souřadnicovém systému, obecně orientovaném vůči hlavním směrům zadaných napětí s₁, s₂, s₃. Zobrazte výsledky ve vhodném grafickém prostředí v podobě:

složek napětí působících na povrchy elementárního hranolu, pootočeného v prostoru vůči hlavnímu souřadnicovému systému,
bodů, znázorňujících v Mohrově diagramu napjatost na površích elementárního hranolu.

Koncipujte práci tak, aby byla využitelná ke studijním a demonstračním účelům výuky pružnosti.

5 of 54

Vytvoření studijní pomůcky pro výklad ohybu krátkých nosníků

prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (petruska@fme.vutbr.cz)

Uvažujte rovinný ohyb přímého prizmatického jednostranně vetknutého nosníku, zatíženého příčnou silou na volném konci. Vypočtěte více způsoby energii napjatosti ohýbaného nosníku a uvažujte přitom samostatně energii od ohybové a smykové (posouvající) složky. Ukažte, jak se při relativním zkracování délky nosníku vůči rozměru průřezu mění

poměr energie ohybové a smykové složky deformace,
poměr průhybu koncového bodu od ohybové a smykové složky deformace,
poměr maximálního normálového a smykového napětí.

Zvolte vhodné grafické znázornění výsledků a koncipujte

práci tak, aby byla využitelná ke studijním a demonstračním

účelům výuky pružnosti.

6 of 54

Studium mechanismů porušení pedikulárních šroubů

Ing. Natália Králová, Ph.D. (kralova@ipm.cz)

Cílem bakalářské práce bude provedení analýzy poškozených vzorků vyjmutých z pacientů, ale také vzorků po únavových zkouškách, pomocí světelného optického mikroskopu a skenovacího elektronového mikroskopu. Součástí výzkumu bude rovněž fraktografická analýza vzorků, která umožní identifikovat únavové porušení.

7 of 54

Návrh vhodné zobrazovací funkce pro výběr modálních vlastností

Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (houfek@vutbr.cz)

Při experimentálním zjišťování modálních vlastností struktur (vlastní frekvence, vlastní tvary, modální tlumení) je jednou z metod experimentální modální analýza pomocí buzení rázovým kladívkem. Z tohoto experimentu dostáváme celou řadu přenosových funkcí, které se musí dále zpracovat, aby mohlo dojít k výběru a vyhodnocení modálních vlastností. K tomuto výběru je používají tvz. Mode Indicator Function (MIF). Těchto funkcí je navržených celá řada. Cílem práce je provést rešerši známých MIF, zhodnocení jejich použitelnosti a aplikace vybraných MIF na praktický problém.

8 of 54

Porovnání různých metod pro stanovení dynamických vlastností při EMA

Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (houfek@vutbr.cz)

Zjišťování modálních vlastností struktur se provádí např. pomocí klasické experimentální modální analýzy. Pro odhad modálních parametrů (vlastní frekvence, modální tlumení, vlastní tvar) z naměřených přenosových funkcí existuje celá řada metod. Cílem práce je provést rešerši známých metod, zhodnocení jejich použitelnosti a aplikace některých metod na praktický problém.

9 of 54

Porovnání různých přístupů k hodnocení trvalé únavové pevnosti prutů koncepcí nominálních napětí

František Šebek (sebek@fme.vutbr.cz)

Pro hodnocení trvalé únavové pevnosti prutů je využitelná koncepce nominálních napětí. V literatuře se však objevuje několik přístupů kromě toho, který je vyučován v Pružnosti a pevnosti II. Proveďte tedy jejich srovnání a vypracujte ukázky na několika příkladech.

10 of 54

Porovnání koncepce nominálních a lokálních elastických napětí pro pruty

František Šebek (sebek@fme.vutbr.cz)

K vyhodnocování trvalé únavové pevnosti lze využít koncepce lokálních elastických nebo nominálních napětí. Oba přístupy představené v Pružnosti a pevnosti II srovnejte a ilustrujte na několika příkladech prutových těles. Na závěr zhodnoťte výhody a ne- výhody jednotlivých koncepcí.

11 of 54

Zjišťování zbytkových napětí pomocí numerické simulace odvrtávací metody při nedodržení kolmosti odvrtávané díry vůči měřenému povrchu součásti

Ing. Dávid Halabuk, Ph.D. (david.halabuk@vutbr.cz)

Zbytková napětí hrají důležitou roli při návrhu a posouzení životnosti jednotlivých strojních součástí, proto je nezbytné je umět co nejpřesněji měřit. Jednou z nejpoužívanějších metod pro měření zbytkových napětí je odvrtávací metoda, která ale předpokládá, že otvor je vyvrtán kolmo na povrch měřeného tělesa. Tento předpoklad ale nemusí být v praxi vždy dodržen, což může do vyhodnocení zbytkových napětí vnášet chyby. Cílem práce bude vytvoření výpočtového modelu pomocí metody konečných prvků, který bude zkoumat vliv kolmosti odvrtávané díry na výsledná určená zbytková napětí.

12 of 54

Zjišťování zbytkových napětí pomocí numerické simulace odvrtávací metody při odvrtávání díry se zkoseným čelem

Ing. Dávid Halabuk, Ph.D. (david.halabuk@vutbr.cz)

Zbytková napětí hrají důležitou roli při návrhu a posouzení životnosti jednotlivých strojních součástí, proto je nezbytné je umět co nejpřesněji měřit. Jednou z nejpoužívanějších metod pro měření zbytkových napětí je odvrtávací metoda, která předpokládá, že otvor, který je do měřeného tělesa vyvrtán má rovné čelo. Tento předpoklad ale nemusí být v praxi vždy dodržen, např. kvůli otupení frézy, což může do vyhodnocení zbytkových napětí vnášet chyby. Cílem práce bude vytvoření výpočtového modelu pomocí metody konečných prvků, který bude zkoumat vliv zkosení čela odvrtávané díry na výsledná určená zbytková napětí.

13 of 54

Určování zbytkových napětí pomocí „Contour method“

Ing. Dávid Halabuk, Ph.D. (david.halabuk@vutbr.cz)

Contour method je nejnovější a stále se rozvíjející metoda používaná k měření zbytkových napětí. Její velkou výhodou je, že je schopna zmapovat celé pole zbytkových napětí působících ve směru kolmém na rovinu řezu. Cílem práce bude rešeršní studie této metody a vytvoření výpočtového modelu, který bude simulovat použití této metody v praxi.

14 of 54

Mechanická analýza soustav těles s vazbami s pasivním účinkem

doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (fuis@fme.vutbr.cz)

Student si vybere reálnou pohyblivou soustavu těles, kterou bude v bakalářské práci modelovat s vazbami s pasivním účinkem. Provede výpočet stykových sil pro různé polohy/konfiguraci těles analyzované

soustavy a pro různé pohybové stavy

soustavy těles. Dále budou analyzo-

vány kinematické a dynamické veliči-

ny u vybraných těles soustavy.

Na obrázcích jsou znázorněny někte-

ré z řešených soustav (střešní výtah

a zdvižné zařízení).

15 of 54

Napjatostně deformační analýza prutové soustavy

doc. Ing. Vladimír Fuis, Ph.D. (fuis@fme.vutbr.cz)

Prutové soustavy se běžně používají k modelování chování mostů, jeřábů, stožárů a ostatních technických objektů, které jsou vyrobeny z prutových těles a splňují předpoklady kladené na prutové soustavy, případně se provede úprava konstrukce tak, aby se vytvořila prutová soustava. Bakalář si vybere konkrétní prutovou soustavu, kterou chce řešit a zadání bakalářské práce bude poté upraveno.

Příklady řešených prutových soustav:

16 of 54

Vytvoření parametrických modelů geometrie živočišné buňky

Ing. Lucie Jadrná (lucie.jadrna1@vutbr.cz)

Zdravé buňky mívají relativně pravidelný, kompaktní tvar, zatímco patologické buňky, které mají potřebu migrace, se vyznačují velmi nepravidelnou morfologií. Právě tato geometrická různorodost může sama o sobě ovlivňovat mechanické chování buňky. Cílem práce je vytvořit sadu modelů buňky s postupně rostoucí nepravidelností tvaru, od rotačně symetrických až po nepravidelné geometrie s nízkou kruhovitostí a otestovat jejich kompatibilitu s výpočtovým softwarem ANSYS.

17 of 54

Rešerše strukturního složení živočišné buňky a jeho vliv

na mechanickou odezvu

Ing. Lucie Jadrná (lucie.jadrna1@vutbr.cz)

Mechanická tuhost buňky je dána kombinací příspěvků jednotlivých strukturních složek. Složení je ale proměnné v závislosti na funkci a umístění buňky v tkáni. Cílem práce je porovnání příspěvků jednotlivých komponent k celkové tuhosti buňky s ohledem na jejich zastoupení v objemu buňky. Toho bude dosaženo rešerší procentuálního složení živočišné buňky a tuhosti jednotlivých komponent, případně jak se tuhost buňky mění při cíleném ovlivnění jednotlivých složek (např. odstranění aktinu).

18 of 54

Detekce mikročástic v okolním prostředí

Ing. Petr Skalka, Ph.D. (skalka@fme.vutbr.cz)

Bakalářská práce bude zaměřena na problematiku detekce mikročástic (včetně biologických agens, jako jsou viry a bakterie) v okolním prostředí pomocí pokročilých mikromechanických systémů. Hlavním objektem zkoumání bude oboustranně vetknutý křemíkový deskový mikro-rezonátor, na němž dochází k zachycení detekované mikročástice. Práce bude zaměřena na numerickou analýzu vlivu polohy a hmotnosti mikročástice na frekvenční odezvu rezonátoru, což představuje klíčový princip pro samotné vyhodnocení přítomnosti mikročástic.

Cílem bakalářské práce bude:

Vypracování literární rešerše zaměřené na současné metody detekce mikročástic pomocí mikro-rezonátorů a možnosti jejich využití v praxi.
Vytvoření výpočtového modelu oboustranně vetknutého mikro-rezonátoru se zohledněním zachycené mikročástice v softwaru ANSYS.
Provedení numerických simulací za účelem stanovení vlastních frekvencí a tvarů kmitů (1. a 2. tvar kmitu).
Vytvoření frekvenčních map v závislosti na poloze a hmotnosti mikročástice
Vyhodnocení a závěr: Diskuze citlivosti rezonátoru na základě získaných frekvenčních map a zhodnocení limitů této detekční metody pro praktické využití.

19 of 54

Simulace šíření trhliny v keramických komponentách leteckých motorů

Ing. Petr Skalka, Ph.D. (skalka@fme.vutbr.cz)

Zvýšení účinnosti moderních proudových motorů přímo závisí na růstu provozních teplot ve spalovací komoře motoru. Vzhledem k tomu, že niklové superslitiny již dosáhly svých teplotních limitů, se současný výzkum v letectví zaměřuje na monolitickou technickou keramiku (zejména na bázi karbidu křemíku – SiC). Tyto materiály vynikají vysokou teplotní odolností, jejich hlavním nedostatkem je však nízká lomová houževnatost. Rizikový provozní stav představuje tzv. tepelný šok (např. při náhlém odstavení motoru či prudkém snížení jeho tahu), kdy v materiálu vznikají extrémní teplotní gradienty vyvolávající vysoká tahová napětí. To může vést k iniciaci a nestabilnímu šíření trhlin. Hlavním cílem bakalářské práce je určit kritický časový okamžik během tepelného šoku, ve kterém dochází k nestabilnímu šíření povrchové trhliny stěnou spalovací komory.

Cíle bakalářské práce:

Vypracovat rešeršní studii zaměřenou na použití pokročilé technické keramiky u proudových motorů a popsat mechanismy jejich porušování.
Vytvořit 2D výpočtový model stěny spalovací komory s počáteční povrchovou trhlinou v softwaru ANSYS.
Na vytvořeném výpočtovém modelu provést deformačně-napěťovou a transientní teplotní analýzu stěny spalovací komory zatížené tepelným šokem.
Kvantitativně vyhodnotit chování povrchové trhliny v keramické stěně (vývoj faktoru intenzity napětí v čase) za pomoci lineárně elastické lomové mechaniky (LELM) a stanovit kritický časový okamžik, kdy dojde k nestabilnímu šíření trhliny.
Zahrnout analytický přepočet na 3D semieliptickou geometrii trhliny a stanovit kritický časový okamžik, kdy dojde k nestabilnímu šíření.

Ukázka 2D modelu geometrie

20 of 54

Návrh geometrie vzorku pro pěchovací zkoušku

doc. Ing. Petr Kubík, Ph.D. (kubik.p@fme.vutbr.cz)

Téma je zaměřeno na vývoj nové geometrie vzorku pro pěchovací zkoušku s cílem potlačit nežádoucí jevy spojené s kontaktním třením. U běžně používaných válcových vzorků způsobuje tření soudkovitost a neproporcionální průběh napětí. Úkolem studenta bude pomocí numerických simulací (MKP) navrhnout alternativní tvar zkušebního tělesa tak, aby byla deformace v průběhu zatěžování co nejvíce homogenní a napěťový stav co nejvíce stacionární.

21 of 54

Vliv kontroly hourglassingu na predikci deformace a silové odezvy vybraných těles

doc. Ing. Petr Kubík, Ph.D. (kubik.p@fme.vutbr.cz)

Základem metody konečných prvků je diskretizace geometrie těles pomocí prvků, které tvoří síť. Při použití prvků s jedním Gaussovým integračním bodem, dochází k nežádoucímu jevu zvanému Hourglassing. Jedná se o symetrickou deformaci prvku okolo integračního bodu, která nemá vliv na jeho vnitřní energii. Existuje několik metod pro omezení výskytu hourglassingu. Cílem práce bude tyto metody použít pro vybraná tělesa a porovnat jejich vliv na predikovanou deformaci a silovou odezvu.

22 of 54

Porovnání metod kalibrace kritérií tvárného porušování

doc. Ing. Petr Kubík, Ph.D. (kubik.p@fme.vutbr.cz)

Student se zaměří na rešerši kritérií tvárného porušování a metody jejich kalibrace. Tyto metody aplikujte na vybraná kritéria pro konkrétní materiál a porovná výsledky.

23 of 54

Analýza napětí a deformace rotující stěny s nehomogenním rozložením teploty

Ing. Miroslav Hrstka, Ph.D. (Miroslav.Hrstka1@vutbr.cz)

Problém rotující stěny je inspirován speciální aplikací tepelného štítu v proudovém motoru. Otázkou bylo, jestli složená stěna poskytuje výhodu ve srovnání s homogenní. Známe vstupní parametry jsou geometrie dílu, materiál a teplotní pole, které je rotačné symetrické a nehomogenní, s daným profilem. Cílem bakalářské práce je stanovení pole napětí a deformací složeného rotujícího disku složeného z různých materiálů a při různých okrajových podmínkách a přesahu dílů, dále pak a posouzení kritických napětí a deformací z hlediska bezpečného provozu. Student použije znalosti z předmětu Pružnost a Pevnost II.

Cíle bakalářské práce:

Odvození analytických vztahů pro výpočet mechanických veličin složené rotující stěny pomocí analytických rovnic a numerických metod
Sestavení výpočtového modelu pro teorii v bodě 1 pomocí dostupného softwaru/programovacího jazyka (Python, Matlab).
Sestavení výpočtového modelu pomocí metody konečných prvků a srovnání s analyticky vypočtenými výsledky.
Zhodnocení použitelnosti jednotlivých přístupů a srovnání s MKP řešením.

24 of 54

Identifikace parametrů modelu geometrie hlasivky s reálně tvarovanými hlasivkami

Ing. Petr Hájek, Ph.D. (hajek.p@fme.vutbr.cz)

Výpočtové modelování na geometrii skutečných hlasivek je lákavé, neumožňuje ale řízení tvaru hlasivek parametricky – například vyboulení čela hlasivky. Pro tento účel se dají použít už vytvořené parametrické geometrie, jejichž parametry se mohou nalézt metodou nejmenších čtverců podle geometrie reálných hlasivek.

25 of 54

Rešeršná štúdia materiálov používaných v dentálnej implantológii

Ing. Barbora Thomková (Barbora.Thomkova@vutbr.cz)

Dentálne implantáty sú najčastejšie vyrábané z titánových zliatin, ktoré majú dobre zdokumentované mechanické vlastnosti. Z estetického hľadiska však môžu byť problematické, a preto sa na výrobu častí dentálnych implantátov začali používať iné materiály, ako napríklad keramika. Cieľom práce je rešerš a porovnanie rôznych materiálov na výrobu dentálnych implantátov a ich vplyv na deformačno-napäťové stavy dolnej čeľuste so zavedeným dentálnym implantátom.

26 of 54

Experimentálne a výpočtové modelovanie tlakovej skúšky modelov kostného tkaniva

Ing. Barbora Thomková (Barbora.Thomkova@vutbr.cz)

Trámčeková štruktúra špongiózneho kostného tkaniva je kľúčová pre prenos mechanického zaťaženia. Získanie vzoriek na experimentálne testovanie je však komplikované, najmä z etických dôvodov. Vo výskume sa preto bežne využívajú modely z náhradných materiálov (napr. zo živice). Tlakové skúšky týchto modelov umožňujú podrobnejšie preskúmať vplyv ich vnútornej štruktúry na výsledné mechanické vlastnosti.

27 of 54

Vliv modelu geometrie a materiálu na deformačně-napěťovou odezvu aterosklerotické tepny

Ing. Anna Hrubanová (Anna.Hrubanova@vutbr.cz)

Aterosklerotické tepny vykazují výrazně heterogenní mechanické vlastnosti. Cílem práce bude pomocí metody konečných prvků (MKP) analyzovat vliv zvolené geometrie a modelu materiálu aterosklerotické tepny na její deformačně-napěťovou odezvu. V rámci práce budou vytvořeny varianty modelu geometrie a modelu materiálu tepny a pomocí principů Design of Experiments (DOE) bude systematicky hodnocen vliv jednotlivých parametrů na výsledné napětí a přetvoření.

28 of 54

Využití prvků umělé inteligence pro predikci šíření trhlin v mechanických konstrukcích

Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (sevecek@fme.vutbr.cz)

Cílem práce bude seznámit se s možností využití metod umělé inteligence (strojového učení) pro predikci lomově-mechanických parametrů (jako např. součinitel intensity napětí nebo J-intergrál) standardně počítaných u konstrukcí s trhlinou s využitím numerických simulací a metody konečných prvků. Pomocí parametrických MKP výpočtů bude vytvořen soubor dat (trénovací data) popisujících uvedené parametry či chování trhliny v různých geometriích zvoleného tělesa a při různých podmínkách zatížení. Tato data budou následně využita pro vytvoření a natrénování vhodného modelu strojového učení, který bude schopen predikovat zvolené lomově-mechanické parametry, další chování trhliny či rychlost jejího růstu pro jiné nastavení vstupních parametrů zatížení či geometrie. Výsledky predikčního modelu budou porovnány s výsledky MKP simulací a bude posouzena přesnost a možnosti využití tohoto přístupu pro rychlé vyhodnocování lomového chování tělesa s trhlinou.

29 of 54

Praktické využití porézních piezoelektrických struktur vyrobených 3D tiskem

Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (sevecek@fme.vutbr.cz)

3D tisk umožňuje vytvářet lehké a geometricky komplexní porézní struktury, jejichž mechanické a piezoelektrické vlastnosti lze řídit vhodným návrhem vnitřní geometrie. Tyto struktury nacházejí uplatnění například v senzorech mechanického zatížení, vibračních snímačích nebo zařízeních pro získávání energie z mechanických vibrací. Cílem bakalářské práce bude zpracovat rešerši současného využití 3D tištěných porézních piezoelektrických struktur, porovnat jejich principy a aplikační možnosti a vytipovat vhodné konstrukční řešení pro vybranou aplikaci. Součástí práce bude také vytvoření jednoduchého 2D/3D výpočtového modelu zvolené struktury s využitím MKP a analýza vlivu její geometrie a poréznosti na mechanickou deformaci a piezoelektrickou odezvu.

30 of 54

Výpočtová analýza šíření trhliny při tlakovém cyklickém zatěžování

Ing. Oldřich Ševeček, Ph.D. (sevecek@fme.vutbr.cz)

Tato bakalářská práce se zaměřuje na výpočtovou analýzu šíření trhliny při cyklickém tlakovém zatěžování, které není v klasické lomové mechanice a únavě běžně řešenou problematikou. Standardní přístupy se soustředí zejména na tahové či střídavé namáhání, zatímco šíření trhlin v tlakové oblasti je podmíněno jinými mechanismy, jako např. přítomností tahové zbytkové napjatosti v okolí kořene trhliny, která může vzniknout např. při specifickém přetěžováním cyklu a v důsledku lokální plastické deformace. V práci bude nastíněna teorie lomové mechaniky a principy numerického modelování růstu trhlin, primárně pomocí metody konečných prvků. Součástí bude rovněž rešerše odborné literatury v oblasti vymezené tématem. Výsledkem bude přehled mechanismů a podmínek pro šíření trhliny při tlakovém cyklickém namáhání, včetně jednoduché 2D simulace v SW Ansys, jejíž snahou bude tyto podmínky namodelovat.

31 of 54

Mechanické vlastnosti spongiózní kostní tkáně obratle

Ing. Petr Marcián, Ph.D. (marcian@fme.vutbr.cz)

Páteř představuje základní nosný a pohybový pilíř lidského těla. Je tvořena jednotlivými obratli, které jsou vzájemně spojeny mimo jiné prostřednictvím meziobratlových plotének. Tvar a vnitřní struktura obratlů jsou přizpůsobeny tak, aby umožňovaly přenos a odolávání relativně vysokému mechanickému zatížení. Cílem bakalářské práce je studium mechanických vlastností spongiózní kostní tkáně vybraného obratle. Mechanické vlastnosti budou stanoveny a následně posouzeny pomocí výpočtového modelování na základě dat získaných z mikro-CT vyšetření. Práce je řešena ve spolupráci s odborníky z Anatomického ústavu Masarykovy univerzity.

32 of 54

Totální endoprotéza loketního kloubu – rešeršní studie

Ing. Petr Marcián, Ph.D. (marcian@fme.vutbr.cz)

Loketní kloub je složitá pohybová soustava, která umožňuje pohyb horní končetiny a přenos mechanického zatížení. Totální endoprotéza loketního kloubu představuje možnost náhrady poškozeného kloubu a obnovení jeho funkce. Cílem bakalářské práce je zpracovat rešerši zaměřenou na základní principy, konstrukci a materiály používané u totálních endoprotéz loketního kloubu. Praktická část práce bude zaměřena na vytvoření výpočtového modelu vybrané endoprotézy a provedení deformační a napěťové analýzy při definovaném mechanickém zatížení.

https://doi.org/10.1016/j.ijscr.2021.106356

33 of 54

Výpočet indentačních křivek pro indentaci poloprostoru rotačně-symetrickými indentory

Ing. Jaroslav Kovář, Ph.D. (Jaroslav.Kovar@vut.cz)

Při kontaktu dvou těles lze v některých případech určit závislost síly na vzájemném posuvu těles (tzv. indentační křivku). Speciálním případem je kontakt ideálně tuhého, sférického indentoru s lineárně-elastickým poloprostorem. Pro tento případ je možné využít Hertzovu teorii. Pro obecnější případy byla vytvořena metoda MDR (method of dimensionality reduction). Ta umožňuje určit indentační křivky jak pro indentaci poloprostoru sférickým nebo kuželovým indentorem, tak i rotačně-symetrickými indentory složitějších tvarů.

Práce bude zaměřena odvození vztahů pro indentační křivky pro indentaci poloprostoru sférickým indentorem pomocí metody MDR. Výsledky tohoto výpočtu budou porovnány s výsledky získanými pomocí Hertzovy teorie. V další části bude metoda MDR použita pro odvození vztahů pro indentaci indentorem vybraného tvaru.

Porovnání indentačních křivek pro indentace lineárně-elastického poloprostoru tuhým kuželovým indentorem

34 of 54

Deformačně-napěťová analýza rámu invalidního vozíku

Ing. Jaroslav Kovář, Ph.D. (Jaroslav.Kovar@vut.cz)

S rozvojem invalidních vozíků, dochází ke snaze provádět optimalizaci současných konstrukcí. Hlavním cílem této optimalizace je obvykle snížení hmotnosti rámu vozíku, což je jeden z nejdůležitějších parametrů vedoucí k jednodušší manipulaci s ním. Dalším významným parametrem je poloha těžiště, která ovlivňuje jak stabilitu vozíku při jízdě v kopci, tak i možnost postavení vozíku na zadní kola při překonávání překážek jako jsou například obrubníky.

Cílem práce bude provést deformačně-napěťovou analýzu rámu invalidního vozíku pomocí numerického výpočtu a následně jeho výsledky ověřit za pomocí zjednodušeného analytického výpočtu.

Invalidní vozík QUICKIE Xenon2

Zdroj:https://www.medicco.cz/voziky/quickie/mechanicke-voziky/xenon-2-ff-skladaci-vozik

35 of 54

Teplotní tečení materiálu – creep

Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (vosynek@fme.vutbr.cz)

Creep v mechanice představuje důležitou oblast zájmu, která má přímý dopad na spolehlivost a životnost strojních součástí pracujících v podmínkách vysokých teplot a mechanického zatížení. Nebezpečný je zejména proto, že k poškozování dochází při napětí, které je nižší než mez kluzu. To může vést k postupnému oslabení, a nakonec k selhání kritických komponent, jako jsou lopatky turbín, jaderné reaktory nebo součásti spalovacích motorů.

Pokud se chcete zabývat tímto tématem, tak si postupně nastudujete základy a poté získané znalosti prakticky aplikujeme do numerických výpočtů (MKP) tak, aby bylo možné posoudit životnost vybrané strojní součásti.

https://spectra.mhi.com/testing-turbochargers-to-boost-durability-and-reliability

36 of 54

Určení zbytkové životnosti součásti s trhlinou

Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (vosynek@fme.vutbr.cz)

Pokud zjistíme, že strojní součást má trhlinu, většinou nás napadne okamžité vyřazení z provozu. Trhlina může vzniknout nejen při cyklickém provozu, ale i kvůli nevhodné technologii výroby, kdy například rychlejším ochlazením odlitku jeho povrch popraská. Trhlina ovšem nemusí být důvodem k vyřazení součásti.

Pokud Vás zajímá téma, kde budete moci na základě výpočtu rozhodnout, zda uvést součást s trhlinou do provozu, nebo ji vyřadit, podíváte se v rámci řešení na analytické a zejména numerické možnosti takového posouzení.

37 of 54

Analýza náhodného zatížení pro účely vyhodnocení životnosti součásti

Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (vosynek@fme.vutbr.cz)

Na rozdíl od cyklického zatížení s konstantní amplitudou, jsou reálné komponenty (například podvozkové díly automobilů, rámy letadel nebo komponenty větrných turbín) vystaveny komplexnímu a stochastickému zatížení, které nelze popsat jednoduchou sinusoidou.

Základem práce bude měření odezvy plochých vzorků při vibračním zatížení a zpracování naměřené odezvy pro navazující posouzení životnosti. Taktéž bude do práce zahrnuta metoda konečných prvků (MKP).

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112319300568

38 of 54

Biomechanika – fixace implantátů, cyklické charakteristiky

Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (vosynek@fme.vutbr.cz)

Spolehlivost implantátů je dána nejen pevností samotného implantátu, ale taktéž jeho fixací do kostní tkáně. Zlomeniny dlouhých kostí v oblasti jejich konců (epifýzy) se nejlépe hojí, když je fixace co nejtužší. Spoje mezi implantátem a kostní tkání bývají cyklicky zatěžovány, a proto jsou cyklické charakteristiky spoje důležité pro posouzení fixace.

Jestli Vás zajímá lidské tělo z pohledu mechaniky těles, tak se v tomto tématu budete nejprve zabývat laboratorním měřením, jak se bude šroub fixátoru cyklicky chovat v kostní tkáni. Dále si pak vyzkoušíte, jak takový jev modelovat ve výpočtovém prostředí s využitím MKP.

https://www.jnjmedtech.com/en-US/product/multiloc-humeral-nail

39 of 54

Biomechanika – vliv průměru a délky šroubů fixátoru na tuhost fixace a pevnost šroubu

Ing. Petr Vosynek, Ph.D. (vosynek@fme.vutbr.cz)

Spolehlivost implantátů je dána nejen pevností samotného implantátu, ale taktéž jeho fixací do kostní tkáně. Při fixaci zlomených nebo jinak poškozených obratlů je potřeba danou oblast vyztužit páteřním fixátorem. Na chirurgovi poté je, jaký průměr a jakou délku šroubu zvolí.

Jestli Vás zajímá lidské tělo z pohledu mechaniky těles, tak se v tomto tématu budete nejprve zabývat studiem numerického výpočtového modelování v biomechanice a poté prakticky pracovat na výpočtových modelech, jejichž výsledky pomůžou objasnit, jaké parametry šroubu jsou nejlepší.

RAPANTOVÁ, Zuzana. Posouzení pevnosti šroubu fixátoru bederní páteře s využitím stochasticky zadaných vstupních veličin. Brno, 2023. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Vedoucí práce Ing. Petr Vosynek, Ph.D.

40 of 54

Návrh konstrukce a pevnostní posouzení nosného rámu a končetin kráčivého robota

doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

navrat@fme.vutbr.cz

Cílem bakalářské práce je konstrukční návrh nosné struktury čtyřnohého (kráčivého) robota určeného k přepravě nákladu o hmotnosti přibližně 80 až 100 kg v terénu. Práce se zaměří na návrh rámu, kloubových spojů a nohou robota s ohledem na požadovanou nosnost, dynamické rázy při chůzi a stabilitu při přenosu těžiště. Součástí práce bude výběr vhodných materiálů, návrh pohonných jednotek (aktuátorů) v kloubech, kinematická analýza chůze a především pevnostní (MKP) posouzení kritických konstrukčních uzlů při statickém i dynamickém zatížení.

41 of 54

Topologická optimalizace a testování nohy kráčivého robota

doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. navrat@fme.vutbr.cz

Cílem bakalářské práce je návrh a topologická optimalizace konstrukce nohy kráčivého (kvadrupedního) robota s důrazem na minimalizaci hmotnosti při zachování dostatečné tuhosti a pevnosti pro provozní zatížení. Optimalizovaný díl bude vyroben pomocí 3D tisku z plastového materiálu (např. PLA, PETG, ABS nebo nylon) a následně experimentálně otestován, aby bylo možné porovnat predikované vlastnosti ze simulace se skutečným chováním reálného výtisku. Práce propojuje výpočtové metody (topologická optimalizace, MKP) s praktickou výrobou a testováním, včetně zohlednění specifik aditivní výroby (anizotropie tištěného materiálu, orientace vrstev, výplň).

42 of 54

Využití akustických černých děr pro snižování hluku vyzařovaného strojními součástmi

Ing. Pavel Švancara, Ph.D. (svancara@fme.vutbr.cz)

Tzv. akustické černé díry jsou jednou z nových metod pro pasivní kontrolu vibrací a hluku. Efektu je dosaženo vložením lokální nehomogenity do tenkostěnného konstrukce, typicky nosník nebo deska. Kombinace místního snížení tuhosti a místního zvýšení tlumení (zajištěného souběžnou aplikací viskoelastických vrstev) vede k významnému snížení rychlosti vlnění a k výraznému zlepšení útlumových vlastností. Cílem práce je provést rešerši literatury týkající se využití akustických černých děr pro snížení vyzařovaného hluku. Dále pak s využitím metody konečných prvků v programu ANSYS vytvořit výpočtový model nosníku/desky s akustickou černou dírou a provést výpočet vyzařovaného hluku.

43 of 54

Výpočtové modelování rehabilitace hlasu a vokálního traktu foukáním do brčka ponořeného ve vodě

Ing. Pavel Švancara, Ph.D. (svancara@fme.vutbr.cz)

Cvičení hlasu foukáním nebo fonací do brčka ponořeného ve vodě se odborně nazývá metoda Lax Vox a spadá pod takzvané SOVT techniky (Semi-Occluded Vocal Tract – polouzavřený vokální trakt). Této techniky se také využívá při rehabilitaci vokálního traktu u dětí po operacích rozštěpu. Cílem práce je provést rešerši literatury zabývající se výpočtovým a experimentálním modelováním této metody. Dále pak s využitím metody konečných objemů v programu ANSYS Fluent vytvořit zjednodušený rovinný výpočtový model tohoto cvičení a na něm analyzovat vliv parametrů jako je průměr brčka a hloubka jeho ponoření na probíhající procesy.

44 of 54

Optimalizace a pevnostní posouzení konstrukce pro výrobu nepálených cihel

Ing. Gabriel Cabaj

gabriel.cabaj@vutbr.cz

Bakalářská práce se zaměří na konstrukční optimalizaci a pevnostní posouzení stávající manuální “cihlovačky” určené pro výrobu nepálených cihel. Návrh vychází z reálné konstrukce používané v rámci projektu výstavby školy v Zambii, kterého součástí jsou kolegové z FAST. Cílem práce bude analyzovat namáhání jednotlivých konstrukčních částí, identifikovat kritická místa a navrhnout vhodné konstrukční úpravy. Navržené řešení bude posouzeno z hlediska pevnosti, tuhosti, hmotnosti a technologičnosti výroby. Výsledkem bude návrh optimalizované konstrukce pro použití v provozních podmínkách.

45 of 54

Návrh algoritmu pro samoladící dynamický tlumič vibrací

Ing. Gabriel Cabaj

gabriel.cabaj@vutbr.cz

Cílem práce je sestavit výpočtový model soustavy se dvěma stupni volnosti s dynamickým tlumičem kmitů s laditelnou tuhostí a implementovat jednoparametrický adaptační algoritmus, který tuhost dolaďuje podle měřené odezvy. Součástí je parametrická studie rychlosti, přesnosti a stability konvergence a ověření schopnosti sledovat pomalu proměnnou budící frekvenci odpovídající rozběhu a doběhu stroje. Řešení je využitelné u rotačních strojů s proměnnými otáčkami, například ventilátorů, čerpadel či obráběcích vřeten, a u konstrukcí s vlastní frekvencí driftující vlivem zatížení nebo teploty, kde pasivní tlumič naladěný na konkrétní frekvenci ztrácí účinnost. Konkrétní cíle práce budou formulovány po individuální domluvě.

46 of 54

Analýza napětí a deformace u prizmatického prutu s nesymetrickým příčným průřezem

doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D.

profant@fme.vutbr.cz

Nesymetrie příčného průřezu prutu je jeden z mnoha faktorů ovlivňující rozložení napětí a deformace v prutu. Ne vždy lze v technických problémech využít výhody symetrie úlohy a znalost řešení obecnějších nesymetrických úloh je důležitou součástí teorie pružnosti. Student aplikuje znalosti z kurzu PPI na případy nesymetrických příčných průřezů, řešení srovná s řešením stejných úloh pomocí MKP v systému FEniCSx a analyzuje meze jejich platnosti.

47 of 54

Vliv zakřivení střednice prutu na rozložení napětí v jeho příčném průřezu

doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D.

profant@fme.vutbr.cz

Zakřivení střednice prutu zásadně ovlivňuje rozložení napětí v jeho příčném průřezu, jak v pozitivním, tak i negativním smyslu. Silně zakřivené pruty jsou běžnou součástí technické praxe a pochopení jejich chování při různých formách zatížení je důležitou součástí technického vzdělání. Student se seznámí se zobecněnými vztahy z kurzu pružnosti a pevnosti zahrnující zakřivení střednice prutu, s řešením pomocí MKP v systému FEniCSx a aplikací analytických i numerických výsledků na případy různě uložených prutů.

48 of 54

Komplexní potenciály v izotropní a anizotropní rovinné pružnosti

doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D.

profant@fme.vutbr.cz

Přes veškerý současný výpočetní potenciál má teorie komplexních potenciálů nezastupitelné místo v problematice rovinné pružnosti a vyplňuje mezeru mezi klasickým přístupem a mocnými numerickými nástroji současnosti, jako je např. MKP. V teoretické práci se student seznámí s problematikou tzv. komplexních potenciálů a jejich aplikací na některé problémy rovinné pružnosti jak izotropního, tak i anizotropního materiálu. Funkce komplexní proměnné, se svými specifickými vlastnosti, mohou značně zjednodušit popis řešení některých problémů matematické teorie rovinné pružnosti, zejména úloh, ve kterých se vyskytují singularity v geometrii tělesa nebo jeho zatížení.

N. I. Muschelišvili, autor teorie komplexních potenciálů v izotropní pružnosti.

S. G. Lechnickij, spoluautor teorie komplexních potenciálů v anizotropní pružnosti.

49 of 54

Metoda konečných prvků v jednodimenzionální pružnosti

doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D.

profant@fme.vutbr.cz

Metoda konečných prvků je vítězným matematickým nástrojem řešení okrajových úloh mechaniky kontinua. Pro svou univerzálnost a snadnou algoritmizovatelnost se stala jednoznačně dominantní, samozřejmou a v podstatě neoddělitelnou součástí řešení obrovské škály inženýrských problémů. Množství výpočtů v samotném algoritmu metody konečných prvků se značně redukuje s klesající dimenzí řešené úlohy. V případě jedné dimenze jde o snadno zvládnutelný proces s minimem výpočetních pomůcek. Cílem této práce je seznámení se s algoritmem metody konečných prvků na úlohách ze základního kurzu pružnosti a pevnosti a s pomocí numerických knihoven v Pythonu vytvořit ukázkové příklady jako učební pomůcku pro výuku.

50 of 54

Určení přípustné nevývahy vysokootáčkového rotoru