Výzkumný záměr

V letech 2005-2009 je katedra mechaniky řešitelem nového výzkumného záměru "Predikce poruch heterogenních materiálů, komponent mechanických a biomechanických systémů". Předmětem výzkumného záměru je zkoumání procesů porušení heterogenních materiálů a vybraných komponent mechanických a biomechanických systémů. Jevy vedoucí k porušení budou zkoumány komplexně metodami analytickými, numerickými i experimentálními od makroskopických škál až ke škálám mikroskopickým (molekulárním, nanokrystalickým, buněčným) tak, aby bylo dosaženo jejich propojení v rámci výpočetního modelu. Na makroskopických škálách budou hledány příčiny porušení - extrémní zatěžování, dlouhodobé vlivy vibrací, rázové jevy - s cílem minimalizovat riziko vzniku poruch.

Tým řešící VZ se bude specializovat zejména na následující oblasti výzkumu:

• Porušování konstrukcí z kompozitních materiálů
  Zde půjde zejména o vytváření a ověřování modelů, které jsou schopny popsat chování kompozitních materiálů a komponent z nich vytvořených jak v provozním, tak v mezném stavu porušování při statickém a dynamickém zatěžování. Bude vyšetřován vliv materiálových charakteristik na šíření napěťových vln při uvažování vlivu geometrických nespojitostí a vyvíjeny metody pro optimalizaci orientace vláken, kladení vrstev, objemového podílu vláken vzhledem k matrici s cílem zvýšit odolnost komponent z kompozitních materiálů proti porušení. Bude též zkoumán vliv aktivních piezoelektrických materiálů zabudovaných do nosné struktury na změnu mechanických vlastností vedoucích ke snížení rizika poruchy.
• Poškozování tkání vybraných orgánů
  Zde bude výzkum zaměřen na oblast biologických systémů. Bude zkoumáno poškození tkání živých organismů porušením její soudržnosti na buněčné úrovni a degradace mechanických vlastností tkání vybraných orgánů na makroskopické účovni v závislosti na makrozatížení, chemických a fyziologických procesech. Vyvinuté metody budou využity pro určení kriteriálních parametrů predikce porušení kostí, ruptury aorty a ruptury močového měchýře při nárazech a fyziologickém zatížení. Experimentálně budou identifikovány parametry biomechanického modelu svalové a pojivové tkáně a parametry charakterizující porušení tkání.
• Snižování rizika poruch mechanických systémů
  V této oblasti bude vyvíjena metodika a programové vybavení pro analýzu dynamických vlastností a optimalizaci potrubních a rotorových systémů z  konstrukčních ocelí a z kompozitních materiálů v interakci s protékající a obklopující tekutinou. Optimalizační procesy budou zaměřeny na minimalizaci rizika poruch v extrémních stavech, jako jsou např. rezonanční stavy, ztráta stability potrubních systémů při výtoku přepravované tekutiny do atmosféry, silně nelineární kmitání rotorových systémů s rázy, a na tvarovou optimalizaci rotorů šroubových strojů za účelem snížení namáhání materiálu povrchové vrstvy.

V rámci výzkumného záměru budou rovněž rozvíjena nanoindentační měření, z nichž lze zjistit mechanické vlastnosti porušovaného materiálu na malých (mikroskopických až nanoskopických) škálách. Tato měření budou využitelná v rámci všech výše zmíněných specializací.