Využití numerického a experimentálního modelování v průmyslové praxi

SP2019/100

Ličková Dagmar Ing. Mgr., Ph.D.

01. 01. 2019 - 31. 12. 2019

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) Návrh tlakového tenzometrického snímače, který je vhodný k měření válcovacích sil u stolice DUO. Návrh konstrukčního uspořádání a realizace pevnostních výpočtů. Zkoušky vysokocyklové únavy v míjivém ohybu a míjivém ohybu s vnitřním přetlakem za použití navrženého zkušebního přípravku. Realizace a vyhodnocení experimentů v oblasti vysokocyklové únavy materiálů. Aplikace DIC metody při měření a vyhodnocení mechanických materiálových zkoušek vybraných typů zkušebních vzorků. 2) Výzkum kroucení kovových materiálů se zaměřením v biomechanice. Při řešení bude využito bohatých zkušeností z kroucení na našem pracovišti (prof. FUXA, doc. FRYDRÝŠEK, Dr. FOJTÍK). Zvláště zajímavé je kroucení dlouhých vzorků, které se v praxi příliš často neprovádí. Praktické využití je ve znalostech materiálových vlastností, inženýrském konstrukčním návrhu. Zájem o tuto problematiku je také v technické praxi, kde např. firma MEDIN a.s. potřebuje torzní testy nerezových a titanových implantátů v medicínské technice. Dále začít řešit tyto úlohy také pomocí MKP, kde se jedná o úlohu velkých deformací, mechanického kontaktu a plasticity. 3) Experimentální a numerické řešení problematiky osteosyntézy zlomenin pomocí zevní a vnitřní fixace (zaměření primárně na kosti končetin). Žádoucí je ověření implantátů pro zevní a vnitřní fixaci obecně komplikovaných zlomenin pomocí Herbertových šroubů, K-drátů, kostních šroubů, hřebů a dlah v traumatologii a ortopedii. Pomocí analytických, numerických, pravděpodobnostních a experimentálních metod ve spolupráci s experty na naší katedře, průmyslu a specialisty z traumatologického oddělení FN Ostrava 4) Topologická optimalizace 3D tisku při navrhování komponent a jejich realizace v rámci projektu. 3D tisk kovů a kompozitů s experimentální částí, kde bude cílem vyhodnotit materiálové vlastnosti. U kompozitů definovat vlastnosti materiálu v závislosti na orientaci vláken v rámci projektu. Dynamické analýzy vozidel v rámci práce na projektu. Dále návrhy tuhostních náhrad v MKP a jejich aplikace v praxi. 5) Výzkum a vývoj vícekomorového izolačního skla nového typu a jeho výroby. Žádoucí je pro potřeby výzkumu a zkvalitnění výroby analyzovat mechanické napětí rámku, který je deformován vlivem silového působení v předepnuté izolační folii. Dále je cílem navrhnout ideální poměr zátěžných sil folie, tak aby docházelo k rovnoměrnějšímu rozložení napětí v rámku. Pro tyto potřeby je důležité provést řadu testu s cílem zjistit materiálové parametry u materiálu, které se používají při výrobě vícekomorového izolačního skla. 6) Reálný popis biomechaniky každého jednotlivého člověka je vždy značně variabilní. Stochastický model zatížení člověka (využití metody Monte Carlo, SBRA) nabízí v současnosti jedinou alternativu jak správně respektovat realitu přírody. Z tohoto důvodu je žádoucí zkoumat i tento aktuální směr vědy a techniky. Vznikne unikátní pravděpodobnostní (stochastický) model sedícího člověka, který se zaměří na rozbor zátěžných sil hlavních segmentů těla, který by měl dostatečně respektovat variabilitu každého jedince. 7) Výzkum a nový design držáků pro infuzní hadičky, tj. zařízení sloužící k samočinnému navíjení přebytečné délky hadičky infuzní sady v nemocnicích, léčebných zařízeních nebo doma. Při pohybu pacienta připojeného k infuzi dochází k samočinnému navíjení a odvíjení hadičky tak, aby přebytečná délka neležela na zemi nebo okolních předmětech a nehrozila její kontaminace znečištěním. Dalším důležitým účelem zařízení je minimalizace rizika, že nadbytečná délka hadičky bude ležet v lůžku pacienta a může se mu omotat kolem krku, což je nebezpečné zvláště u kojenců a malých dětí. Existuje tedy požadavek z FN Ostrava. Zařízení se skládá koncepčně ze dvou částí, mechanické a řídicí elektronické. Mechanická/konstrukční část se řeší na našem pracovišti. Mechanická část navíjí a odvíjí přebytečnou délku hadičky. V rámci výzkumu budou prováděny také tahové zkoušky infuzních hadiček, numerické modelování a konstrukční práce 8) Výzkum těsnění hlav motorů a zajištění předepjatými šrouby. Vliv teploty a mechanického zatěžování je nejdůležitějším faktorem návrhu moderních typů těsnění velkých motorů. V rámci řešení se budou provádět experimenty, numerické modelování těsnění a předepjatých šroubů. 9) Výzkum sil působících ve šroubech při osteosyntéze zlomenin (vytrhávání, bezhlavičkové šrouby a šrouby z femuru). Měření normálových sil působících ve šroubu při osteosyntéze pátého metatarsu Herbertovým šroubem. Zaměření na zjištění utahovacího momentu a potřebného počtu otáček utažení bez rizika stržení závitu šroubu. 10) Verifikace naměřených dat z únavových zkoušek patního hřebu C-NAIL a patní dlahy. Publikace v databázi SCOPUS/WOS (Engineering Mechanics 2018). Dokončení disertační práce na téma Biomechanika - Osteosyntéza zlomenin calcanea 11) Studium interakce fundamentálních modů Lambových vln s lepenými spoji. Předmětem řešení je návrh metodiky detekce nespojitostí v lepených spojích s využitím fundamentálních módů Lambových vln. Uvedená problematika bude řešena s využitím semi-analytického, numerického a experimentálního přístupu. V první fázi proběhne výroba referenčních vzorků s předem definovanými vadami a návrh zkušební metodiky. Dále se bude jednat o návrh metodiky stanovení en. reflexních a transmisních koeficientů s využitím numerického a semi-analytického přístupu, realizaci sérií ověřovacích experimentů včetně experimentálního stanovení energetických koeficientů transmise a reflexe Lambových vln v okolí lepeného spoje. A na závěr komparační studie všech tří přístupů, tedy numerického, semi-analytického a experimentálního. Finální návrh vyhodnocovací metodiky. 12) Realizace zkoušek mechanických vlastností pro individuálně zkoumané materiály s využitím optických metod (navázání na dříve testované bezolovnaté pájky-spolupráce s firmou Continental, oceli železničního kola – spolupráce s firmou Bonatrans Bohumín, nerezová ocel 316L za zvýšených teplot…), aplikace a vývoj konstitučních vztahů pro správný popis napěťově-deformačního chování. Vývoj vhodného viskoplastického modelu (v kombinaci s creepem). 13) Testování lékařské vybavení (kardiostimulátor) s cílem ověření mechanických vlastností jak měřením, tak výpočtem. Detailní zkoumání jejich funkčnost a bezpečnost z hlediska pacientů. Případné připomínky odborného lékařského pracoviště budou akceptovány. Zaměření na spolupráci s odbornými lékařskými pracovišti. Cílem je je výzkum přístrojů, jejichž pořízení je nesmírně náročné avšak pro lékařské pracoviště a pacienty by přístroj byl velkým přínosem. 14) Vývoj matematických modelů, využitelných pro studium rotorů uložených v magneto-reologických tlumičích. Příprava testovacích úloh pro případ poddajných rotorů a ložisek. Následně bude provedeno vyhodnocení výsledků získaných ze simulací, energetické ztráty systému, rozložení teplot a podobně. Výsledkem budou optimální podmínky tlumení pro snížení energetických ztrát a provedou se experimenty na podporu výpočetních výsledků. Témata diplomových a disertačních prací studentů jsou vedeny v systému Edison a jejich výstupy pak na dsapce.vsb.cz

Ing. Alexandros Markopoulos, Ph.D.
prof. Ing. Radim Halama, Ph.D.
doc. Ing. Martin Fusek, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.
doc. Ing. František Fojtík, Ph.D.
Ing. Petr Ferfecki, Ph.D.
prof. Ing. Petr Horyl, CSc., dr.h.c.
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc.
doc. Ing. Jiří Podešva, Ph.D.
Mgr.Ing. Alena Bilošová, Ph.D.
Dr. Ing. Ludmila Adámková
Ing. Jaroslav Rojíček, Ph.D.
prof. Ing. Karel Frydrýšek, Ph.D., FEng.
Ing. Michal Weisz, Ph.D.
doc. Ing. Michal Šofer, Ph.D.
doc. Ing. Pavel Maršálek, Ph.D.
doc. Ing. Stanislav Polzer, Ph.D.
Ing. Michal Kováčik, Ph.D.
Ing. Vojtěch Bajtek
Ing. Radomír Bělík, Ph.D.
Ing. Martin Maťas
Ing. František Sejda
Ing. Martin Nevřela
Ing. Lukáš Horňáček, Ph.D.
Ing. Rostislav Čech
Ing. Zbyněk Paška, Ph.D.
Ing. Jakub Cienciala
Ing. Jiří Šmach
Vít Zamarský
Ing. Petr Gál
Ing. Daniel Antoš, Ph.D.
Ing. Vojtěch Machalla
Ing. Pavel Kovář
Ing. Anilraj Sudhakar
Ing. Pavel Pavlíček
Ing. Michal Kořínek
Ing. Radek Vitásek
Ing. Radek Vitásek
Ing. Marek Konečný
Bc. Ondřej Hurník
Bc. Petr Matějů
Ing. Vojtěch Řepa
Ing. Lukáš Hertl
Ing. Jan Hrček
Ing. Ondřej Skoupý
Bc. Jan Chrobok
Bc. Pavel Pergler
Ing. Radek Páleník
Bc. David Bolek
Ing. Michal Molčan
Ing. Michal Molčan
Ing. Daniel Rohel
Ing. Petr Zondlak
Ing. Fatih Sari
Bc. David Stareczek
Ing. Yasin Batiha
Bc. Martin Šrámek
Ing. Martin Šotola
Bc. Timotej Naglák
Ing. Jakub Trušina
Bc. Adam Komínek
Ing. Marek Týn
Bc. Dominik Šťastný
Bc. Jakub Pavelek
Ing. David Krzikalla
Ing. David Schwarz
Ing. Adam Růžička
Ing. David Rybanský
Ing. Jan Petzuch
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
Venkatesh Nagarajan Kamaladevi
Sinan Polat
Kishore Ragav Poorna Chandran
Avinash Musiri Ramalingam Pillai Baskar
Ing. Tomáš Novotný
Jorge Alberto Rodríguez García
Abdulaziz Mubarak M Almubarak
Tariq Abdulaziz A Aldabash
Abdulaziz Suliman H Alawaji
Ali Khalid A Alsaif
Mutaz Fawzi M Sindi
Mutaz Fawzi M Sindi
Ing. Bhuvanesh Govindaraj
Prabhakaran Varudharajaperumal
James Akshay Nicholas Rajkumar Arokiaraj
Balaji Ramdas
Arvind Murali
Sowmiya Duraimurugan
Dhanishkumar Loganadaneejil
Viknesh Arthanarieswaran Hemamalini
Joyson Sam Devapaul Peniel Pauldoss
Bc. John Albin
Ing. Mgr. Dagmar Ličková, Ph.D.

Cílem tohoto projektu je realizace experimentů a výpočetních simulací vedoucí k dosažení popsaných cílů, které se zaměřují na oblasti biomechaniky, únavy a dalších problémů technické praxe.

Jako výstupy projektu v souladu s metodikou RVVI se předpokládají:
- 14 odeslané časopisecké články nebo příspěvky na konferenci uvedené v databázích WoS, SCOPUS,
- 2 odevzdané/obhájené disertační práce,
- 10 odevzdaných/obhájených diplomových prací .

Harmonogram řešení projektu:
jaro 2018 – návrh a plán experimentální a výpočetní činnosti, studium odborných zdrojů.
léto 2018 – příprava experimentů, tvorba výpočetních modelů.
podzim 2018 – realizace měření a vyhodnocení dat, realizace výpočtů.
zima 2018 – diskuze výsledků, prezentace výsledků, zhodnocení projektu.

V roce 2019 bude pořádat Katedra aplikované mechaniky konferenci Aplikovaná mechanika 2019, která nabídne studentům magisterského a doktorského studijního programu možnost prezentovat své dosavadní poznatky a výsledky. Tato konference je primárně určena pro mladé vědecké pracovníky, kteří začínají svou kariéru.


Časový plán projektu
01/2019
Návrh experimentálního měřicího standu pro Rootsovo dmychadlo a poptání výroby standu dle navržené specifikace.

02–05/2019
Předpokládaná doba pro výrobu a dodávku experimentálního měřicího standu od vysoutěžené společnosti.
V mezičase budou řešeny dílčí kroky, jako je:
Opětovné proměření rázové komprese a příprava článku měření rázové komprese při provozu šroubového kompresoru na stávajícím standu
Realizace měření rázové expanze při provozu šroubového kompresoru na stávajícím standu
Příprava článku o měření rázové expanze při provozu šroubového kompresoru na stávajícím standu

06–07/2019
Experimenty na novém měřicím standu pro Rootsovo dmychalo. Získaná data budou v první řadě určena pro tvorbu disertační práce a také pro přípravu článku, který bude o této problematice hovořit.

08/2019
Analýza dat části o kuželovém průtokoměru a porovnání nejistot měření kuželových průtokoměrů pro měření průtoku vody a páry

09–12/2019
Vyhodnocování a interpretování naměřených dat a tvorba závěrečných zpráv z projektu a tvorba publikací

Specifikace výstupů
Inovace předmětů kompresorů o informace zjištěné v rámci projektu.
Literární rešerše.
Návrhy postupů nových experimentů vč. laboratorních úloh pro studenty.
Zisk podkladů pro vypracování disertační práce.
Publikace výsledků ve vědeckých časopisech a na odborných konferencích.

Konkretizace:
1x článek v časopise s impakt faktorem, 1x funkční vzorek nebo prototyp, 2x aktivní účast a příspěvek na vybraných odborných konferencích