O katedře mechaniky

 

Katedra mechaniky je součástí Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni. V současné době katedru mechaniky tvoří čtyři oddělení (oddělení mechaniky, oddělení pružnosti a pevnosti, oddělení mechaniky mikrostruktur a oddělení stavitelství). Aktivity katedry mechaniky směřují jak do oblasti vědecko-výzkumné, tak do oblasti vzdělávací.

Ve vědecko-výzkumné činnosti katedra mechaniky rozvíjí metody analýzy a optimalizace dynamicky zatěžovaných rozsáhlých mechanických systémů z hlediska snižování rizika jejich poruch s aplikacemi v energetice a v oblasti silničních a kolejových vozidlech. Dále se soustřeďuje na rozvíjení perspektivních oblastí mechaniky, jejichž společným jmenovatelem je zkoumání procesů porušování heterogenních materiálů, konstrukcí z kompozitů a poškozování tkání živých organismů analytickými, numerickými i experimentálními metodami od makroskopické úrovně až na úroveň mikroskopickou.

Výzkumné aktivity katedry mechaniky jsou směrovány zejména do následujících oblastí:

  • Modelování vibrací a posouzení stability turbinových a turbogenerátorových rotorů zahrnujících vlastní hřídel, systémy lopatek, ucpávek, ložisek a další komponenty. Výzkum vlivu nelineárních vazeb mezi jednotlivými turbinovými subsystémy a jejich optimalizace. Výzkum dynamiky a spolehlivosti provozu turbodmychadel při extrémních provozních podmínkách včetně modelování jejich uložení pomocí vhodných kluzných ložisek. Výzkum a vývoj metod pro studium dynamického chování široké třídy systémů charakterizovaných jako multibody systémy. Vývoj metodiky a příslušných algoritmů pro řešení akustických a vibroakustických problémů s cílem stanovit, popř. minimalizovat emitovaný akustický výkon zejména při konstrukci dopravních prostředků či mobilních šroubových kompresorů.
  • Návrh inteligentních kompozitních struktur, které jsou schopny on-line monitorovat svůj stav pomocí zabudovaných piezoelektrických senzorů a aktuátorů. Takové konstrukce jsou schopny detekovat, lokalizovat a kvantifikovat vzniklé porušení a následně stanovit zbytkovou pevnost za účelem zvýšení jejich bezpečnosti. V návaznosti na to predikovat spolehlivost kompozitních struktur s využitím nedestruktivních metod. Problematika se řeší zejména v oblasti spojování materiálů kompozit-kompozit a kompozit-kov. Výzkum pryže či částicových kompozitů s pryžovou matricí za účelem snižování vibrací a hlučnosti konstrukcí. Komplexní pryžové modely jsou využívány např. v inovacích odpružených tramvajových kol.
  • Rozvoje metod homogenizace a optimalizace s aplikacemi na modelování vysoce heterogenních struktur. Vývoj komplexních modelů biologických tkání pomocí víceškálového popisu fyzikálních interakcí na několika úrovních uspořádání jejich heterogenní struktury. Kvantitativní analýza mikroskopických tkáňových vzorků a testování jejich mechanických vlastností. Vývoj hierarchického modelu perfuze tkáně mozku a jater pro rekonstrukci výsledků z CT perfuzních vyšetření. Víceškálové modelování proudění krve v cévách a cévních řečištích včetně uvažování patologických případů poškození cévních stěn, např. aterosklerózou, s využitím reálných modelů cév zrekonstruovaných na základě klinických vyšetření. Vývoj počítačového modelu člověka.
  • Vývoje algoritmů a implementace pokročilých numerických metod pro řešení laminárního a turbulentního proudění stlačitelných i nestlačitelných newtonských i nenewtonských tekutin a pro řešení složitých úloh vzájemné interakce proudící tekutiny s pohybujícím se poddajným tělesem. Výzkum v oblasti CFD je orientován zejména na modelování komplexních problémů proudění v různých technických aplikacích, jako např. simulace transsonického proudění ve štěrbinách odlehčených regulačních ventilů parních turbín či v labyrintových ucpávkách turbinových rotorů, nebo na modelování proudění nestlačitelných nenewtonských tekutin s volnou hladinou.

 

Pracovníci katedry mechaniky se podíleli na řešení výzkumných záměrů Modelování, identifikace a optimalizace komplexních mechanických a biomechanických systémů (1999 – 2004) a Predikce poruch heterogenních materiálů, komponent mechanických a biomechanických systémů (2005 – 2011). Podíleli se rovněž na řešení výzkumných úkolů v rámci Výzkumného centra kolejových vozidel (2005 – 2011). Jsou řešiteli nebo spoluřešiteli velkého počtu grantových projektů GA ČR, TAČR, smluvního výzkumu a mezinárodních projektů.

V současné době je většina pracovníků katedry mechaniky zapojena do řešení projektu OP VaVpI Nové technologie pro informační společnost. Na našem pracovišti je řešen výzkumný program P3 Výzkum a modelování heterogenních materiálů a mechanických a biomechanických struktur.

Katedra mechaniky se rovněž podílí na vzdělávací činnosti v bakalářských, navazujících magisterských a doktorských studijních programech. Garantuje bakalářský program Počítačové modelování v technice s obory Počítačové modelování a Výpočty a design. Dále garantuje studijní program Stavební inženýrství s oborem Stavitelství. V navazujícím magisterském studijním programu garantuje program Počítačové modelování v inženýrství s obory Aplikovaná mechanika, Dynamika konstrukcí a mechatronika a Výpočty a design. Dále garantuje studijní program Stavební inženýrství s oborem Stavitelství. Garantuje rovněž obor Aplikovaná mechanika v doktorském studijním programu Aplikované vědy a informatika. Mimo to se katedra podílí na výuce i v některých dalších studijních programech na Fakultě aplikovaných věd. Katedra mechaniky dále zabezpečuje výuku řady předmětů v bakalářských, navazujících a doktorských studijních programech na Fakultě strojní, Fakultě elektrotechnické, Fakultě pedagogické a na Fakultě designu a umění Ladislava Sutnara.

Největší chloubou katedry mechaniky je doktorské studium. Od roku 1993 obhájilo 66 studentů doktorského programu své disertační práce, z nichž celkem 21 studentů získalo ocenění v prestižních soutěžích o Babuškovu cenu, cenu prof. Valenty a prof. Čiháka v biomechanice, cenu Siemens, cenu České nukleární společnosti a cenu rektora ZČU v Plzni. Většina našich absolventů doktorského studia významně přispívá k vysoké grantové výkonnosti katedry a našla výborné uplatnění ve svém oboru.

Katedra mechaniky pořádá od roku 1984 každý rok vědeckou konferenci s mezinárodní účastí Výpočtová mechanika, které se účastní špičkoví odborníci z různých oblastí aplikované mechaniky nejen z České a Slovenské republiky, ale i ze zahraničí. Od roku 2007 začala Západočeská univerzita v Plzni ve spolupráci s katedrou mechaniky vydávat časopis Applied and Computational Mechanics. K činnostem katedry rovněž patří řada dalších aktivit, jako je organizování konference Mechanika kompozitních materiálů a konstrukcí nebo Letní školy Mechaniky kompozitních materiálů a konstrukcí. Katedra pořádá rovněž řadu odborných seminářů a přednášek významných odborníků.

Katedra mechaniky je vybavena na velmi dobré úrovni počítači, výpočtovými programy a experimentálním zařízením. Má rozvinutou rozsáhlou spolupráci s vysokými školami a výzkumnými pracovišti nejen v ČR, ale i v zahraničí, a disponuje širokou nabídkou zahraničních stáží pro studenty a doktorandy.