Software vyvinuté na katedře mechaniky

2014

IDENTIF-POWER-LOW

Autoři: Křen, Jiří; Lobovský, Libor
 

Vytvořený programový modul umožňuje na základě navržené metodiky za předpokladu laminárního rotačně symetrického proudění a na základě experimentálně naměřených hodnot průtočných množství a tlakových gradientů identifikovat parametry mocninového zákona viskozity používaného pro modelování vlastností a chování nestlačitelných nenewtonských kapalin. Programový modul byl vytvořen v programovém prostředí MATLAB a bude dále upravován a rozšiřován podle aktuálních potřeb v rámci řešení projektu TAČR TA03010990 „Výzkum materiálů při vakuovém lití a optimalizace procesů pomocí matematického a fyzikálního modelování“ v přímé návaznosti na prováděná experimentální měření.

Software je k dispozici na vyžádání na adrese kren@kme.zcu.cz


 

LBM-FREE-SURFACE-FLOW-2D

Autoři: Bublík, Ondřej; Vimmr, Jan
 

Vyvinutý software je určen pro numerické simulace proudění nestlačitelných nenewtonovských kapalin s volnou hladinou ve 2D výpočtových oblastech. Software je založen na implementaci lattice Boltzmannovy metody. Vlastnosti a chování nenewtonských kapalin jsou modelovány pomocí mocninového zákona viskozity. Software byl vytvořen v programovém prostředí MATLAB za účelem simulace vakuového lití materiálů (PU – polyuretany, epoxidové pryskyřice) do forem. Software je vytvořen tak, aby jej bylo možné dále modifikovat podle aktuální potřeby v rámci řešení projektu TAČR TA03010990 „Výzkum materiálů při vakuovém lití a optimalizace procesů pomocí matematického a fyzikálního modelování“.

Software je k dispozici na vyžádání na adrese jvimmr@kme.zcu.cz


 

LBM-FREE-SURFACE-FLOW-3D

Autoři: Bublík, Ondřej; Vimmr, Jan
 

Vyvinutý software, který je založen na implementaci lattice Boltzmannovy metody, je určen pro numerické simulace proudění nestlačitelných nenewtonovských kapalin s volnou hladinou ve 3D výpočtových oblastech. Vlastnosti a chování nenewtonských kapalin jsou modelovány pomocí mocninového zákona viskozity. Software byl vytvořen v programovém prostředí MATLAB, kde kritické části programu byly implementovány v jazyce C++ s použitím MEX rozhraní. Software byl vyvinut za účelem simulace vakuového lití materiálů do 3D forem a byl vytvořen tak, aby jej bylo možné dále modifikovat podle aktuální potřeby v rámci řešení projektu TAČR TA03010990 „Výzkum materiálů při vakuovém lití a optimalizace procesů pomocí matematického a fyzikálního modelování“.

Software je k dispozici na vyžádání na adrese jvimmr@kme.zcu.cz


 

Non newton free surface flow

Autoři: Brandner, Marek; Kopincová, Hana; Nejedlý, Jan
 

Vyvinutý přístup využívá systému OPENFOAM, který umožňuje simulaci stlačitelného i nestlačitelného proudění. Pro popis dynamiky rozhraní je použita technologie VOF (Volume of Fluid). Byl implementován model nenewtonovské tekutiny (typu power law). Je možné realizovat výpočty jak ve 2D, tak i v 3D. Software je vytvořen tak, aby jej bylo možné dále modifikovat podle aktuální potřeby v rámci řešení projektu TAČR TA03010990 „Výzkum materiálů při vakuovém lití a optimalizace procesů pomocí matematického a fyzikálního modelování“.

Software je k dispozici na vyžádání na adrese jvimmr@kme.zcu.cz, příp. brandner@kma.zcu.cz


 

2011

Software pro modelování a modální analýzu aktivní zóny reaktoru

Autor: Hlaváč, Zdeněk

Software umožňuje na základě znalosti materiálových a geometrických parametrů komponent palivového souboru aktivní zóny jaderného reaktoru konstruovat matici hmotnosti a tuhosti palivového souboru (matematický model) ve vhodně zvoleném konfiguračním prostoru. Řešením zobecněného problému vlastních hodnot se poté určují vlastní frekvence a jim odpovídající maticí hmotnosti znormované vlastní vektory (tvary kmitání). Vlastní vektory lze graficky zobrazit prostřednictvím deformací uzlových bodů komponent na úrovni všech distančních mříží. Uživatel si tak udělá dostatečně podrobný obraz o pohybu a deformacích jednotlivých komponent při kmitání různými tvary kmitání. Protože model má řádově 104 stupňů volnosti, užívá se s ohledem na úsporu paměti zápis prostřednictvím řídkých matic.


 

2010

elfpy : Fitování laboratorních experimentů v Pythonu

Program umožňuje polo-automatické vyhodnocování mechanických vlastností především měkkých biologických tkání. Měkké biologické tkáně, mezi které patří např. cévy, svalová tkáň, šlachy, střeva, apod., jsou za normálních fyziologických podmínek vystaveny cyklickému zatěžovaní a velkým deformacím. Vztah mezi mechanickou zátěží působící na tkáň a reakcí tkáně je popsán pomocí křivky napětí-deformace. Napětí je definováno jako síla působící na jednotku plochy a deformace je definována jako změna rozměrů vzorku vydělená počátečními rozměry vzorku (např. průřez vzorku). Většina biologických tkání vykazuje při jednoosém tahovém zatížení nelineární mechanické chování, tedy křivka napětí-deformace není přímka. Je zde patrné tzv. mechanické zpevnění tkáně (tj. dochází k nárůstu Youngova modulu elasticity v oblasti velkých deformací). Na křivce napětí-deformace můžeme rozlišit tři hlavní části: "prstová oblast" spojená s malou tuhostí, "patní oblast" charakterizována mechanickým zpevněním tkáně a "lineární oblast". Program elfpy umožňuje určit Youngův modul elasticity pro každý cyklus v případě cyklického zatěžování a Youngův modul elasticity pro oblast prstovou a lineární a dále mezní napětí a deformaci v případě, že je tkáň vystavena tahovému zatížení s rostoucím prodloužením tkáně až do přetržení. Kód umožňuje načtení vstupních dat, vyhodnocení jednoosých mechanických testů, grafickou interpretaci výsledků (křivka napětí-deformace s Youngovými moduly elasticity) a uložení výsledků.


 

esofspy: Vyhodnocení prostorové orientace systémů vláken v Pythonu

Tento balík může být použit pro automatické vyhodnocení prostorové orientace systému vláken. Esofspy umožňuje automatický postprocessing dvojdimenzionálních grafů délkových hustot, určení hlavních směrů a an/izotropie lineárních systémů. Pro hodnocení an/izotropie jsou použity tři metody: frakcionální, elipsoidální anizotropie a metoda chi-kvadrátu. První dvě metody jsou založeny na výpočtu vlastních čísel délkově vážených průměrných tenzorů orientace lineárních segmentů. Poslední metoda porovnává pozorované délkové hustoty lineárních segmentů s diskrétním rovnoměrným rozdělením anizotropního lineárního systému pomocí chi-kvadrát testu.


 

gensei: Software pro generování sériových řezů objekty se známými statistickými vlastnostmi a pro simulaci stereologické ve 3D

Program je schopen generovat série dvojrozměrných řezů referenčním prostorem obsahujícím elipsoidy, válce a vlákna, jejichž statistický popis je a priori znám. Série řezů těmito virtuálními strukturami modelují řezy histologickými strukturami jako jsou buňky a vlákna mezibuněčné hmoty biologických tkání. Obrazy představují sériové řezy nebo systematický nestranný výběr z řezů definované tloušťky. Uživatel volí počet a typ třídy trojrozměrných objektů (elipsoid, válec), rozměry referenčního objemu a generovaných obrázků, počet objektů a generovaných řezů, poměr délky ku šířce objektů a jejich objemový podíl. Jsou simulovány tři série řezů identickým objemem a strukturami, což umožňuje vyhodnotit jejich izotropii. Výsledek simulace je uložen na disk počítače společně s podrobným textovým výpisem statistických vlastností generovaných objektů a řezů (počet objektů a jejich profilů na řezech pro každou třídu zvlášť, objemový podíl objektů, povrchová hustota, rotace objektů kolem prostorových vektorů, atd). Srovnáním skutečných známých hodnot objemu, povrchu a délky s jejich stereologickými odhady je možné optimalizovat nastavení geometrických sond užívaných pro kvantitativní analýzu složení tkání. Uživatel může i simulovat vliv síly řezu na odhad objemu, povrchu a délky. Generované obrazy mají vysoký kontrast a lze je snadno automaticky segmentovat.


 

Software pro výpočet dynamického zatížení komponent vysokorychlostní čtyřnápravové lokomotivy

Autoři: Hlaváč, Zdeněk; Zeman, Vladimír

Na základě hmotových, tuhostních, tlumících a geometrických a materiálových vstupů je vytvořen linearizovaný model čtyřnápravové lokomotivy se čtyřmi individuálními pohony při jízdě po přímé trati. Je provedena jeho konzervativní a nekonzervativní modální analýza s grafickým výstupem reálných a komplexních vlastních vektorů. Buzení radiální nepřesnosti (ovalitou) kol je popsáno amplitudami a fázemi. Pohyb harmonické budicí funkce na každém (z osmi) kol software umožňuje vypočítat a graficky zobrazit amplitudové charakteristiky vybraných dynamických stavových veličin. Buzení nerovností tratě je popsáno výkonovými spektrálními hustotami nerovností každé kolejnice. Software určuje frekvenční přenosy z kolejnic do vybraných míst soustavy, výkonové spektrální hustoty a směrodatné odchylky vybraných stavových veličin (souřadnic a sil přenášených vazbami) pro určení extrémní dynamické odezvy s předem určenou pravděpodobností. Komplexní charakter a parametrický tvar software umožňuje analyzovat vliv návrhových a provozních parametrů na dynamické vlastnosti vysokorychlostních elektrických lokomotiv s individuálními pohony.


 

SPGM

Autor: Zemčík, Robert

Nový nástroj pro bezkontaktní měření deformace na povrchu tělesa vyvinutý v kódu Matlab. Je založen na stereofotogrametrii a přímé lineární transformaci. Po kalibraci scény tvořené párem fotoaparátů a kalibrační mřížky) je možné rekonstruovat povrch (tvar) vybraného objemtu v trojrozměrném prostoru. Následně mohou být vyhodnoceny složky tenzoru deformace na povrchu tělesa odpovídající změně mezi dvěma stavy.


 

2009

mloc

Autor: Zemčík, Robert

Software pro automatizované stanovení pole deformace na povrchu rovinného tělesa pomocí korelace digitálního obrazu. Na povrch tělesa je nanesen náhodný vysoce kontrastní vzor, který je nasnímán digitální kamerou v původní konfiguraci bez zatížení a ve zdeformované konfiguraci po zatížení. Jednotlivé oblasti nezdeformovaného obrazu jsou následně lokalizovány ve zdeformované obrazu pomocí minimalizace chyby mezi transformovaným původním a zderformovaným obrazem. Tato chyba je funkcí posunutí, pootočení a hodnot a natočení směrů hlavních deformací. Všechny uvedené parametry je pak následně možné dále zpracovávat včetně grafického výstupu.


 

Software pro simulaci laminárního proudění nestlačitelné zobecněné newtonské kapaliny

Autoři: Bublík, Ondřej; Jonášová, Alena; Vimmr, Jan

Software implementuje dva známé makroskopické nenewtonské modely (Carreauův-Yasudův model a modifikovaný Crossův model) pro numerickou simulaci ustáleného laminárního proudění 3D výpočtovou oblastí. Pro popis proudění je užit nelineární systém Navierových-Stokesových (NS ) rovnic formulovaný pro nestlačitelnou zobecněnou newtonskou kapalinu. Prostorová diskretizace systému NS rovnic je založena na metodě konečných objemů pro nestrukturované výpočetní sítě. Oba zmíněné nenewtonské modely stanovují hodnotu dynamické viskozity kapaliny v závislosti na stanovené hodnotě smykové rychlosti. Vstupem vyvinutého softwaru jsou souřadnice uzlů nestrukturované šestistěnné sítě a několik vstupních parametrů pro oba nenewtonské modely charakterizující reologické vlastnosti modelované kapaliny. Výstupem je vektorové pole rychlostí, tlakové pole a rozložení dalších veličin, např. smykové napětí na stěně. Vyvinutý software byl úspěšně aplikován pro modelování ustáleného laminárního proudění krve s respektováním jejích reologických vlastností v kompletních 3D modelech bypassu s koronární nebo femorální nativní artérií.


 

Software pro simulaci laminárního proudění stlačitelných tekutin ve velmi úzkých mezerách a mikrokanálech

Autoři: Bublík, Ondřej; Jonášová, Alena; Vimmr, Jan

Software je určen pro numerickou simulaci laminárního proudění stlačitelné vazké tekutiny ve velmi úzkých mezerách a mikrokanálech obecné geometrie modelovaných ve 2D. Pro popis proudění 2D výpočtovou oblastí je užit systém Navierových-Stokesových (NS) rovnic pro stlačitelnou newtonskou tekutinu doplněný stavovou rovnicí pro ideální plyn. Prostorová diskretizace systému NS rovnic je založena na „cell-centered“ metodě konečných objemů formulované pro strukturovanou čtyřúhelníkovou síť. Pro aproximaci nevazkých numerických toků je v softwaru implementováno upwind AUSM (Advection Upstream Splitting Method) schéma s upraveným minmod limiterem. Úprava minmod limiteru byla speciálně navržena pro stabilizaci proudového pole v oblastech, kde dochází k odtržení proudu. Časová integrace je založena na explicitní dvoustupňové Rungeově-Kuttově metodě druhého řádu přesnosti. Vstupem do softwaru jsou souřadnice uzlů čtyřúhelníkové sítě, parametry tekutiny a hodnoty okrajových podmínek. Výstupem je vektorové pole rychlosti a rozložení hustoty, tlaku, teploty a energie. Vyvinutý software byl úspěšně aplikován pro numerickou simulaci transsonického proudění vzduchu v rovinném modelu těsnící mezery mezi hlavou zubu hlavního rotoru a skříní šroubového kompresoru.


 

VVER 1000/PULS

Autoři: Hlaváč, Zdeněk; Zeman, Vladimír

Výpočet dynamické odezvy reaktoru VVER 1000 vyvolané buzením tlakovými pulsacemi HCČ v libovolné jejich konfiguraci. Výpočet umožňuje vyšetřit záznějový charakter odezvy, určit nejnepříznivější konfiguraci pracujících HCČ pro deformace a zatížení komponent reaktoru, stanovit podmínky pro zajištění kontaktu v uzlu zavěšení nosného válce v tlakové nádobě (předepnutí toroidních trubek a přítlačných pružin v hlavních palivových souborů) a definovat okrajové podmínky pro detailní deformační a napěťovou analýzu komponent reaktoru pomocí komerčních konečno-prvkových programů.


 

VVER 1000/SEIS

Autoři: Hlaváč, Zdeněk; Zeman, Vladimír

Výpočet seizmické odezvy reaktoru VVER 1000 buzením definovaným spektry odezvy zrychlení ve třech směrech na úrovni uložení tlakové nádoby ve stavební šachtě. Výsledky umožňují posoudit seizmickou odolnost reaktoru, analyzovat vliv konstrukčních úprav na její zvýšení a definovat okrajové podmínky pro detailní deformační a napěťovou analýzu komponent reaktoru pomocí komerčních konečno-prvkových programů.


 

2008

Program pro dynamickou odezvu reaktoru VVER1000 vyvolanou tlakovými pulzacemi generovanými hlavními cirkulačními čerpadly.

Autoři: Hlaváč, Zdeněk; Zeman, Vladimír

Program umožňuje určit extrémy i časové závislosti ustálené dynamické odezvy komponent reaktoru VVER1000 při buzení tlakovými pulzacemi hlavních cirkulačních čerpadel. Program vyvinutý v prostředí MATLAB je koncipován tak, že vstupními parametry lze vybrat libovolnou konfiguraci pracujících čerpadel, jejich otáčkové frekvence, fáze i amplitudy harmonických složek hydrodynamických sil působících mezi stěnami tlakové nádoby a nosným válcem.


 

RAMEC - Program pro řešení statistických charakteristik odezvy verikálního modelu sedícího pasažéra.

Autoři: Dupal, Jan; Křen, Jiří; Vimmr, Jan

Na základě vstupů (statistické charakteristiky konstrukčních parametrů a buzení) je tento program schopen vypočítat střední hodnoty a kovarianční matici vektorů zobecněných souřadnic, rychlostí a zrychlení v závislosti na čase. Pomocí "six sigma criterion" potom vyhodnocuje horní a spodní meze odezvy v pravděpodobnostním smyslu.


 

Software pro pevnostní výpočet invalidního vozíku "Indenpendent"

Autor: Dupal, Jan

Invalidní vozík "Indenpendent" je jedinečný výrobek ve své kategorii kvůli své schopnosti pohybovat se i po schodech. Vyvinutý software umožňuje provádět různé změny konstrukčních parametrů pro dosažení optimální konstrukce vozíku. Vývoj vozíku "Stairbike" probíhá i v současnosti.


 

2007

HFEM_PERF

Autor: Lukeš, Vladimír
 

HFEM_PERF je nelineární řešič na bázi metody konečných prvků. Program umžňuje numerické simulace heterogenních visko-(hyper)elastických porézních materiálů nasycených vazkou kapalinou. Matematickýc model je založen na dvouškálové metodě homogenizace.

Hlavní program je vytvořen v jazyce C a podpůrné programy v jazyce Python. V programu jsou implementovány parallení algoritmy které umožňují běh programu na počítačovém clusteru.


 

Program pro vyšetření seizmické odolnosti reaktorů typu VVER440

Autoři: Hlaváč, Zdeněk; Zeman, Vladimír
 

Software obsahuje 4 programové moduly v jazyce MATLAB.

  • MODUL SEIZ441 provádí modální analýzu prostorového dynamického modelu reaktoru VVER440 bez tlumení a určuje relativní citlivost změn vlastních frekvencí na změny vybraných parametrů.
  • MODUL SEIZ442 určuje pro jednotlivé vlastní tvary kmitání soustavy spektra odezvy výchylky ve všech třech směrech seizmického buzení na úrovni uložení tlakové nádoby v reaktorovně. Vypočítává rovněž efektivní horní odhady vybraných souřadnic, sil přenášených vybranými vazbami a redukovaných napětí ve vybraných bodech trubkových konečných prvků modelujících nosnou konstrukci horního bloku. Horní odhady se konstruují SRSS metodou z nejnižších tvarů kmitu (cca do 35 Hz)
  • MODUL SEIZ443 je z hlediska vstupů i výstupů podobný předchozímu modulu. Zahrnuje však i příspěvek frekvenčně vysokých tvarů pomocí tzv. missing mass faktorů. Vstupuje se proto se všemi vlastními frekvencemi a s plnou maticí M-normou znormovaných vlastních vektorů. Při kmitání vysokými tvary se soustava bere jako pseudostatická, kdy komponenty se pohybují se zrychlením základu (bez dynamického zesílení). Korekční příspěvky do odhadu i-té souřadnice proto bereme jako statické příspěvky při konstantním buzení rovném extrému absolutní hodnoty skutečného buzení.
  • MODUL SEIZ444 umožňuje posoudit závislost horních odhadů vybraných souřadnic (eventuálně sil přenášených vazbami, eventuálně redukovaných napětí ve vybraných bodech vybraných trubkových prvků nosné konstrukce horního bloku) na jednom vybraném parametru dynamického modelu reaktoru.

 

2006

feaslab

Autor: Zemčík, Robert

Feaslab je program napsaný v prostředí MATLAB. Umožňuje provádět kvazistatickou, dynamickou a modální analýzu metodou konečných prvků na anisotropních strukturách ve stavu rovinné napjatosti. V metodice jsou použita kriteria porušení vláknových kompozitů (maximální napětí, maximální deformace, Tsai-Wu, Puck) a analýza postupného porušování s degradací materiálových charakteristik pro simulaci poškození materiálu.


 

SHELL10X

Autor: Zemčík, Robert

Byl vytvořen nový vysoce-výkonný skořepinový prvek s piezoelektrickou vazbou. Jedná se o izoparametrický 4-uzlový vrstevnatý prvek založený na Reissnerově-Mindlinově teorii desek. Předpokládá se stav lineární elasticity, malých posuvů, rotací a deformací. Element nemá parazitcké chování v případě membránového ani příčně-smykového namáhání a jeho matice tuhosti má plnou hodnost. Prvek je vytvořen v jazyku FORTRAN a může být přilinkován k programu ANSYS.