2016
Browse
Recent Submissions
- ItemHomogenization in Perforated Domains(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Rozehnalová, Petra; Franců, Jan; Bock, Igor; Rohan, EduardNumerické řešení matematických modelů popisujících chování materiálů s jemnou strukturou (kompozitní materiály, jemně perforované materiály, atp.) obvykle vyžaduje velký výpočetní výkon. Proto se při numerickém modelování původní materiál nahrazuje ekvivalentním materiálem homogenním. V této práci je k nalezení homogenizovaného materiálu použita dvojškálová konvergence založena na tzv. rozvinovacím operátoru (anglicky unfolding operator). Tento operátor poprvé použil J. Casado-Díaz. V disertační práci je operátor definován jiným způsobem, než jak uvádí původní autor. To dovoluje pro něj dokázat některé nové vlastnosti. Analogicky je definován operátor pro funkce definované na perforovaných oblastech a jsou dokázány jeho vlastnosti. Na závěr je rozvinovací operátor použit k nalezení homogenizovaného řešení speciální skupiny diferenciálních problémů s integrální okrajovou podmínkou. Odvozené homogenizované řešení je ilustrováno na numerických experimentech.
- ItemBiomechanická studie ruky(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Krpalek, David; Florian, Zdeněk; Janíček, Přemysl; Horyl, PetrTato práce se zabývá problematikou z oblasti zápěstí člověka a příslušné totální náhrady, umožňujícího navrácení pohyblivosti ruky přibližující se fyziologickému stavu po traumatických a degenerativních onemocnění. Léčení těchto onemocnění má komplexní charakter. Vedle biologické a medicínské stránky zahrnuje i problémy biomechanické. K určení vhodné léčebné metody a implantátu je důležité znát chování zápěstí ve všech stavech nejen z hlediska lékařského, ale i biomechanického. Z tohoto důvodu byla vytvořena biomechanická studie zahrnující výpočtový model zápěstí (ruky) umožňující řešení deformace a napětí zápěstí ve fyziologickém a patologickém stavu a dále po aplikaci totální náhrady. Na základě Frostovy teorie remodelace kostní tkáně byla provedena analýza kostní tkáně zápěstí a kostní tkáně po aplikaci totální náhrady RE-MOTION™ Total Wrist.
- ItemČerpadlo s difuzorem s použitím stochastických lopatek (oběžné kolo i difuzor)(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Dobšáková, Lenka; Haluza, Miloslav; Melichar, Jan; Veselý, JindřichTato dizertační práce se zabývá studiem nerovnoměrné lopatkové mříže u odstředivých čerpadel. Vliv nerovnoměrné lopatkové mříže je zkoumána u oběžného i rozváděcího kola. Nerovnoměrné lopatkování kol čerpadla je v této práci zkoumáno z hlediska vlivu na účinnostní charakteristiku. Myšlenkou použití nerovnoměrného lopatkování je získání ploché účinnostní charakteristiky. Odstředivé čerpadlo by pak mohlo být používáno na větším rozsahu výkonů při dosažení dostatečně velké účinnosti. Práce je založena na experimentální měření a numerické simulaci nerovnoměrných hydraulických prvků čerpadla. Nerovnoměrné oběžné kolo a rozvaděč byli pro tento výzkum nově navrženy. Pro měření bylo v rámci této práce potřeba navrhnout a sestavit novou měřící trať malých ponorných čerpadel. Měřeny byly různé sestavy čerpadla s kombinacemi běžných návrhů hydraulik na jeden pracovní bod a hydraulik s nerovnoměrnou lopatkovou mříží. Všechna měření byla vyhodnocena a byly získány charakteristiky účinnosti, dopravní výšky a příkonu pro každou měřenou kombinaci. Část sestav měřených experimentálně byla také numericky vypočtena pomocí programu Ansys Fluent. Z numerických výpočtů byla sbírána data potřebná pro vyhodnocení charakteristiky účinnosti a měrné energie pro každou řešenou sestavu. Teoretické úvahy se týkají vlivu nerovnoměrné mříže u rozvaděče a vzniká tak doporučení, jak by bylo možné významně snížit ztráty v kanálech. Bylo také provedeno teoretické odvození způsobu, jak získat plochou charakteristiku účinnosti oběžného kola.
- ItemProcessing and Properties of 1D and 2D Boron Nitride Nanomaterials Reinforced Glass Composites(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Saggar, Richa; Dlouhý, Ivo; Cihlář, Jaroslav; Tatarko, PeterGlasses and ceramics offer several unique characteristics over polymers or metals. However, they suffer from a shortcoming due to their brittle nature, falling short in terms of fracture toughness and mechanical strength. The aim of this work is to reinforce borosilicate glass matrix with reinforcements to increase the fracture toughness and strength of the glass. Boron nitride nanomaterials, i.e. nanotubes and nanosheets have been used as possible reinforcements for the borosilicate glass matrix. The tasks of the thesis are many fold which include: 1. Reinforcement of commercially derived and morphologically different (bamboo like and cylinder like) boron nitride nanotubes in borosilicate glass with the concentration of 0 wt%, 2.5 wt% and 5 wt% by ball milling process. Same process was repeated with reinforcing cleaned boron nitride nanotubes (after acid purification) into the borosilicate glass with similar concentrations. 2. Production of boron nitride nanosheets using liquid exfoliation technique to produce high quality and high aspect ratio nanosheets. These boron nitride nanosheets were reinforced in the borosilicate glass matrix with concentrations of 0 wt%, 2.5 wt% and 5 wt% by ball milling process. The samples were consolidated using spark plasma sintering. These composites were studied in details in terms of material analysis like thermo-gravimetric analysis, detailed scanning electron microscopy and transmission electron microscopy for the quality of reinforcements etc.; microstructure analysis which include the detailed study of the composite powder samples, the densities of bulk composite samples etc; mechanical properties which include fracture toughness, flexural strength, micro-hardness, Young’s modulus etc. and; tribological properties like scratch resistance and wear resistance. Cleaning process of boron nitride nanotubes lead to reduction in the Fe content (present in boron nitride nanotubes during their production as a catalyst) by ~54%. This leads to an improvement of ~30% of fracture toughness measured by chevron notch technique for 5 wt% boron nitride nanotubes reinforced borosilicate glass. It also contributed to the improvement of scratch resistance by ~26% for the 5 wt% boron nitride nanotubes reinforced borosilicate glass matrix. On the other hand, boron nitride nanosheets were successfully produced using liquid exfoliation technique with average length was ~0.5 µm and thickness of the nanosheets was between 4-30 layers. It accounted to an improvement of ~45% for both fracture toughness and flexural strength by reinforcing 5 wt% of boron nitride nanosheets. The wear rates reduced by ~3 times while the coefficient of friction was reduced by ~23% for 5 wt% boron nitride nanosheets reinforcements. Resulting improvements in fracture toughness and flexural strength in the composite materials were observed due to high interfacial bonding between the boron nitride nanomaterials and borosilicate glass matrix resulting in efficient load transfer. Several toughening and strengthening mechanisms like crack bridging, crack deflection and significant pull-out were observed in the matrix. It was also observed that the 2D reinforcement served as more promising candidate for reinforcements compared to 1D reinforcements. It was due to several geometrical advantages like high surface area, rougher surface morphology, and better hindrance in two dimensions rather than just one dimension in nanotubes.
- ItemBiomechanická studie obličejového skeletu(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Valášek, Jiří; Florian, Zdeněk; Janíček, Přemysl; Horyl, PetrPředložená práce je biomechanickou studií obličejového skeletu se zaměřením na fixaci dolní čelisti po odstranění nádorového onemocnění dolní čelisti. Cílem práce je provedení biomechanické studie obličejového skeletu s následnou detailní deformačně napěťovou analýzou dvou čelistních dlah navržených a vyrobených pro konkrétní pacienty. Geometrie dolní čelisti pro konstrukční návrh dlah a pro vytvoření modelu geometrie výpočtového modelu byla získaná na základě dat získaných z CT vyšetření dvou pacientů. Součástí dizertační práce je dílčí klinicko-teoretická studie, která se zabývá srovnáním zpracování informací z CT na data potřebná k tvorbě modelu geometrie. V rámci této práce byly vytvořeny výpočtové modely a provedena řešení deformace a napjatosti dolní čelisti s deficitem kostní tkáně fixované dlahou. Modely dolní čelisti včetně dlah byly vytvořeny pro konkrétní pacienty s nádorovým onemocněním dolní čelisti. V závěrečných kapitolách dizertační práce jsou prezentována řešení deformace a napjatosti řešených čelistí s dlahou a analýza výsledků. Poznatky získané na základě provedené studie byly publikovány a aplikovány v klinické praxi.