Témata závěrečných prací

DynLab Vám pomůže s výběrem tématu a vedoucího závěrečné práce

DynLab zprostředkovává studentům vedení bakalářských a diplomových prací zaměřených na témata související s analýzou dynamiky rotorů, návrhem a měřením rotačních strojů a jejich částí.

Témata závěrečných prací jsou inspirovaná aktuálními problémy řešenými v inženýrské praxi při návrhu a analýze rotačních zařízení. Závěrečné práce jsou vedeny nejen odbornými lektory ústavu, ale i průmyslovými specialisty a vývojáři.

Zadání závěrečných prací není definitivní, je možné je přizpůsobit zaměření studentů nebo zpracovat vlastní návrhy témat.

Bakalářské práce

1. Zjednodušený výpočet průhybu segmentu ložiska

Ložiska s naklápěcími segmenty se využívají ve vysokorychlostních zařízeních. Vlastnosti těchto ložisek se často určují na základě výpočtu. Protože na segmenty ložiska během provozu působí tlak a teplota, závisí dosažené výsledky mimo jiné na průhybu segmentů. Úkolem je provést rešerši a zjednodušený výpočet průhybu segmentu.

2. Návrh pružné spojky pro vysokorychlostní aplikace

Spojky se používají nejen pro přenos točivého momentu z motoru, ale také ke kompenzaci nesouososti hnacího a hnaného hřídele nebo případných vibrací. Úkolem je provést rešerši a návrh vysokorychlostní pružné spojky.

3. Srovnání programů pro výpočet dynamiky rotorů

Výpočet dynamiky rotorů je nedílnou součástí návrhu vysokorychlostních zařízení. Tento výpočet je možné provést v různých komerčních i open-source programech. Cílem práce je provést rešerši dostupných programů a srovnat jejich výsledky pro zvolený příklad.

4. Návrh zařízení pro měření tuhosti a tlumení tlumících prvků rotačních uložení

V uložení vysokorychlostních rotačních strojů se často využívá tlumicích prvků jako jsou např. o-kroužky. Pro určení dynamických parametrů uložení jako celku je nutné znát tuhost a tlumení těchto tlumících prvků. Cílem práce je provést rešerši a navrhnout zařízení pro měření dynamických parametrů těchto tlumících prvků.

Diplomové práce

1. Srovnání výpočtových programů využívajících MKP v prostředí Python

Při návrhu vysokorychlostních ložisek využíváme výpočtové modelování pro predikci jejich vlastností a chování. Související výpočtové modely vyvíjíme v prostředí Python. Pro vytvoření komplexních analýz lze s výhodou využít metodu konečných prvků. Z tohoto důvodu je snaha do prostředí Python implementovat již existující softwarové balíky pro metodu konečných prvků. Cílem práce je proto provést srovnání existujících výpočtových programů pro metodu konečných prvků v prostředí Python.

2. Srovnání únosnosti radiálního hydrodynamického ložiska určené v prostředí Ansys Fluent a dle předpokladů Reynoldsovy teorie

Při výpočtu únosnosti ložiska se často využívá předpokladů Reynoldsovy teorie hydrodynamického mazání. Díky nim je možné provést výpočet únosnosti ložiska velmi efektivně. Tyto předpoklady však ovlivňují přesnost získaných výsledků v závislosti na zvolených provozních parametrech ložiska. Z tohoto důvodu je cílem práce provést výpočet únosnosti hydrodynamického ložiska pro zvolené parametry v prostředí Ansys Fluent využívající menšího počtu zjednodušujících předpokladů a následně provést srovnání dosažených výsledků.

3. Návrh optického snímače otáček pro vakuové a tlakové aplikace

Pro monitorování otáček vysokorychlostních zařízení je zapotřebí vyhovující snímač otáček. S výhodou lze použít optický snímač, který je schopen bezkontaktního měření i při vysokých frekvencích. Aby bylo možné tento snímač osadit do stroje, musí pracovat za zvýšených nebo naopak snížených tlaků. Z tohoto důvodu je cílem práce návrh optického snímače otáček s využitím metody konečných prvků a následné experimentální ověření jeho funkce.

4. Měření dynamických parametrů o-kroužků

Návrh a realizace zařízení pro identifikaci tlumících parametrů o-kroužků pro použití při návrhu vysokootáčkových strojů. Použití elastomerů jako tlumících prvků je běžnou praxí v oblasti silentbloků a dalších komponent. Avšak v rámci jejich návrhu je nutná znalost jejich tlumících vlastností. V případě o-kroužků jde na první pohled o triviální záležitost, avšak při zohlednění všech návrhových parametrů vysokootáčkových strojů jakými jsou čerpadla, kompresory a turbíny se jedná o problematiku málo probádanou a hodnou inženýrských prací. V rámci práce půjde o návrh experimentu a jeho vyhodnocení s cílem identifikovat tlumící parametry uložení rotačních částí v o-kroužcích různých tuhostí a dalších parametrů jejich uložení, která jsou zásadní pro použití ve vysokootáčkových strojích.

5. Analýza open-source softwarů pro výpočet dynamiky rotorů

Problematika výpočtů dynamiky rotorů je rozsáhle zpracována v open-source kódech, avšak objektivní vyhodnocení jejich použitelnosti pro návrh vysokootáčkových strojů s mnoha jejich specifiky není dostupné. Cílem práce je provést analýzu dostupných řešení včetně zhodnocení životaschopnosti dané platformy a provedení testovacích výpočtů vysokootáčkových strojů na vybraných případech z inženýrské praxe.

6. Zařízení pro měření propustnosti materiálů pro statické a dynamické aplikace ložisek a těsnění

Používané materiály pro aerostatická a dynamická těsnění a ložiska vykazují jistou míru porozity. Tato porozita může mít různý charakter, a ve svém důsledku její vliv na možnost použití pro daný účel nemusí být jednoznačný. Cílem práce je navrhnout a realizovat jednoduché měřící zařízení a metodu měření porozity, jež by odrážela potřeby aerostatických a aerodynamických aplikací ložisek a těsnění.

Cíle práce:

Návrh výpočtového modelu
Návrh experimentu
Návrh měřicího zařízení
Výroba zařízení s využitím 3D tisku
Provedení experimentu a vyhodnocení

7. Návrh kompozitní objímky rotoru vysokootáčkového rotačního stroje

Kovové návleky se dnes hojně používají ve vysokootáčkových strojích, zejména elektromotorech a generátorech, pro upevnění permanentních magnetů. Vysoká hustota použitých materiálů způsobuje při vysokých otáčkách nutnost použití tlustého návleku, který zvyšuje mezeru mezi magnety rotoru a statoru a snižuje tak účinnost stroje. Dále se v kovech generují vířivé proudy, mající za následek další pokles účinnosti a zahřívání. Snahou je tedy odstranit tyto nežádoucí jevy náhradou kovového materiálu kompozitním. Cílem práce je navrhnout kompozitní objímku pomocí výpočtů založených na MKP, navržený kus vyrobit a vyzkoušet požadované vlastnosti.

Cíle práce:

Rešerše kompozitních materiálů (typy, rozdělení, výroba)
Vytvoření výpočtového modelu objímky
Určení geometrických parametrů objímky pro vybraný rotační stroj
Návrh a realizace zkušebního zařízení pro testování objímky

8. Návrh axiálního ložiska se spirálními drážkami včetně experimentálního ověření

Cílem práce je využití nových poznatků a technologií ke zlepšení výroby, zejména přesných povrchových drážek používaných např. pro axiální aerodynamická ložiska vysokootáčkových strojů. Ty zpravidla pracují lépe při vyšším počtu drážek, který je omezen metodou výroby a její přesností.

Cíle práce:

Rešerše aditivních a subtraktivních metod výroby komponent
Návrh experimentu a výroby (PVD, EE, AB a dalších)
Provedení výpočtů pomocí MKP
Provedení ověřovacího experimentu

9. Návrh a realizace dobrušovacího přípravku k mikroobrábění komponent pro rotační stroje s nanometrickou přesností

Moderní rotační stroje vyžadují přesné rozměry klíčových komponent, jichž je však možné dosáhnout statistickým výběrem v případě hromadné výroby, nebo přídavnou dobrušovací operací s nano-metrickou přesností. Pro laboratorní účely bude cílem práce navrhnou a realizovat přípravek, jež bude schopen s využitím metalografické brusky doobrobit povrch vybraných komponent s nanometrickou přesností. Půjde o mechatronickou sestavu, již bude nutné mimo pohyb dobrušované komponenty doplnit o metodu přesného odměřování a jiné.

10. Návrh a automatizace abrazivního obráběcího stroje pro mikroobrábění velkých povrchů decimetrických rozměrů a mikrogravírování

Existují případy vyžadující přesnou výrobu s ohledem na hloubku odběru anebo opakovatelnost rozměrů definovaných prototypní šablonou. Jedná se o relativně velké rozměry v řádu centimetrů, které však musí mít přesnou opakovatelnost obrobení v řádu jednotek mikrometrů či desítek nanometrů. Cílem práce je navrhnout a realizovat analogii 3D tiskárny pro tyto aplikace, avšak namísto tiskové hlavy použít pískovací trysku s abrazivem.

Cíle práce:

Návrh a výroba (případně úprava stávajícího) zařízení pro úpravu povrchu dle zadání
Optimalizace výrobního procesu z hlediska povrchu materiálu
Ověření dosažených výsledků pomocí kamerové techniky