České vysoké učení technické
Fakulta stavební

Katedra mechaniky K132

Zakladní informace: Věda a výzkum

Aplikace a rozvoj numerických metod ve stavební mechanice

Na katedře byly vyvinuty dva objektově orientované programy (OOFEM a SIFEL) umožňující třírozměrnou analýzu náročných inženýrských problémů založené na metodě konečných prvků. V současné době jsou do výpočtů intenzivně zapojovány paralelní počítače.

Ukázky aplikací programu OOFEM:

Obrázek rozvoje poškození (adaptivní výpočet). Simulace zatěžovaní cihelné zdi. Ukázka nestacionárního proudění.

Aplikace a rozvoj materiálových modelů

Nové materiálové modely, které jsou používány a rozvíjeny na katedře jsou zaměřeny převážně na detailní analýzu betonu a na výzkum mikromechanických a makroskopických vlastností kompozitních materiálů. K nastavení parametrů modelů a jejich verifikaci je využíváno též zdrojů z vlastního laboratorní pracoviště. V oblasti kompozitů je používáno víceúrovňové modelování s uvážením náhodné geometrie na mikro i mezo úrovni a využitím mikrosnímků reálné mikrostruktury ke konstrukci statisticky ekvivalentního reprezentativního objemu pro numerickou analýzu složitých kompozitních struktur.

Víceúrovňové modelování. Od reálné velikosti až po výpočetní jednotkovou buňku kompozitu.

Víceúrovňové modelování. Od reálné velikosti až po výpočetní jednotkovou buňku kompozitu.

Vývoj obecného generátoru sítí pro metodu konečných prvků

Na katedře mechaniky byl vyvinut softwarový balík T3D pro diskretizaci 3D oblastí libovolné topologické složitosti na sítě trojúhelníkových a čtyřstěnných prvků. Software zpracovává vstupní model popisující hranici oblasti, v níž následně generuje prvky sítě, která je poté jako celek optimalizována za účelem zlepšení její kvality.

Ukázka generace sítě. Těleso betonové přehrady s přelivem. Obrázek napětí. Ukázka adaptivního výpočtu (změna sítě konečných prvků v závislosti na velikosti chyby výpočtu). Ukázka generátoru sítě. Opracovaný odlitek ocelové mechanické součástky.
Ukázka generace sítě. Těleso betonové přehrady s přelivem. Model betonového vzorku na mikroúrovni. Ukázka generátoru sítě. Opracovaný odlitek ocelové mechanické součástky.

Laboratorní výzkum kvazikřehkých materiálů pomocí unikátních experimentálních zařízení

Katedra disponuje unikátním zatěžovacím lisem DSM 2500 vyznačující se velkou tuhostí, kde lze provádět např. tyto testy:

  • Tlakové zkoušky vzorků včetně měření post-peak fáze a rychlého odtížení
  • Měření pracovních diagramů v tlaku za vysokých či nízkých teplot (+250 / -50 C)
  • Meření pracovních diagramů v tahu
  • Meření modulu pružnosti kvazikřehkých materiálů
  • Dvouosé nezávislé zatěžovaní stavebních prvků

Dále katedra uvádí do provozu výkonný elektronový rastrovací mikroskop XL30 ESEM ? TMP s prvkovým mikroanalyzátorem EDAX poskytuje snímky nejvyšší kvality v širokém spektru vybraných materiálů (od biologických přes kovové a anorganické včetně stavebních, zpevněných i nezpevněných), a to jak ve vysokém vakuu, tak i v režimu nízkého vakua (tj. za tlaku okolo 25 Torrů) a dokonce i v režimu 'mokrém'. Pracuje v teplotním rozsahu +1 000 až ? 50 C. Katedra dále rozvíjí laboratorní systém pro stanovení průběhu teploty, vlhkosti a kapilárního tlaku ve stavebních konstrukcích. Za tímto účelem provozuje klimatickou komoru umožňující různé teplotní a vlhkostní režimy zatěžování.

Mikroskop XL30 ESEM ? TMP Snímek pořízený v mikroskopu XL30 ESEM ? TMP Snímek pořízený v mikroskopu XL30 ESEM ? TMP
Mikroskop XL30 ESEM ? TMP Snímek pořízený v mikroskopu XL30 ESEM ? TMP Snímek pořízený v mikroskopu XL30 ESEM ? TMP
Zatěžovací lis DSM 2500 Grond Klimatická komora
Zatěžovací lis DSM 2500 Grond Klimatická komora

Mechanika zemin

Pracovníci katedry přispívají i k rozvoji teorie mechaniky zemin, které se ověřují a uplatňují v praxi. Jedná se např o štěrkové piloty realizované technologií FRANKI. Ověření teorie bylo prováděno ve spolupráci s firmou Zakládání staveb.

Ověření Franki pilot in situ

Ověření Franki pilot

Laboratoř biomechaniky a biomateriálového inženýrství

V současné době se v naší laboratoři řeší několik úloh v oblasti biomechaniky:

  • Základní teorie kostní remodelace
  • Numerické a experimentální stanovení viskoelastických vlastností kosti s přihlédnutím k pohlaví a věku
  • Napěťové a deformační pole na femorální diafýze během chůze
  • Biotolerance tkáně na rozhraní na rozhraní kompozitní materiál - kost
  • Silové účinky v Musculi masticatores na dolní čelisti
  • Kombinace napěťových a deformačních polí na dolní čelisti
Biomechanika dentálních implantátů Biomechanika lidských implantátů Biomechanika dentálních implantátů
Biomechanika dentálních implantátů Biomechanika lidských implantátů Biomechanika dentálních implantátů

Pole napětí skeletárních prvků Biomechanochemická remodelace tkáně Hybridní biokompozity
Pole napětí skeletárních prvků Biomechanochemická remodelace tkáně Hybridní biokompozity

— K132 FSv CVUT —
(C) 1998-2020 by Mech, powered by Apache, Debian & Dell