Témy, ktoré budú riešené v spolupráci s Ústavom materiálov a mechaniky strojov
SAV v.v.i, Bratislava (2):
1. Téma: Návrh a optimalizácia laboratórneho modelu koncového efektora robotického ramena pre kontaktné kapacitné priváranie svorníkov (CCDS) na obežnej dráhe na vodivé a nevodivé povrchy satelitov a kozmických lodí
Školiteľ: Ing. Naďa Beronská, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Školiteľ špecialista: Ing. Marek Gebura, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava, Space scAvengers, s.r.o,
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Ako sa hlbšie púšťame do éry vesmírneho prieskumu a hustota objektov vyrobených ľuďmi na obežnej dráhe rastie, imperatív cirkulárnej ekonomiky vo vesmíre sa stáva čoraz kritickejším. Táto práca je zameraná na pokrok v technológii, ktorá je kľúčovou pre umožnenie realizácie udržateľných operácií na obežnej dráhe: návrh a optimalizácia koncového efektora robotického ramena pre priváranie svorníkov (Contact Capacitor Discharge Stud – CCDS Welding). Tento inovatívny koncový efektor nebude určený len na zváranie vodivých a nevodivých povrchov bežných pre satelity a rakety, ale umožní aj všestrannú schopnosť manipulovať s vesmírnym odpadom a vytvárať univerzálne rozhrania na spájanie materiálov. Vybavením vesmírnych misií schopnosťou privariť svorníky na konštrukcie, táto technológia otvára nové cesty pre opätovné využitie trosiek a konštrukciu modulárnych zostáv vo vesmíre. Takéto schopnosti budú nevyhnutné pre vytvorenie cirkulárnej ekonomiky mimo Zeme, kde sú princípy opätovného použitia, recyklácie a optimalizácie zdrojov rozhodujúce pre minimalizáciu vesmírneho odpadu a zníženie závislosti od zdrojov na Zemi. Cieľom tohto výskumu je zlepšiť našu schopnosť vykonávať montáž a opravu na obežnej dráhe, a tým prispieť k rozvoju udržateľnej vesmírnej infraštruktúry, ktorá podporuje dlhodobú prítomnosť a prieskum ľudstva vo vesmíre. Výskum je podporený spoluprácou s Európskou vesmírnou agentúrou ESA.
Konkrétne ciele DP:
1. Koncepcia elektromechanického dizajnu koncového efektora
2. Prototypovanie koncového efektora
3. Analýza mechanického a tepelného správania koncového efektora pomocou simulácií
4. Funkčné testy koncového efektora
5. Dosiahnutie vysokokvalitných spojov na rôznych povrchoch kozmických lodí
6. Metalografická a metalurgická analýza zvarových spojov
7. Mechanické testovanie zvarových spojov.
2. Návrh simulačného modelu delenia kovových a nekovových materiálov elektrónovým lúčom
Školiteľ: doc. Ing. Erika Hodúlová, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Cieľom dizertačnej práce je vytvoriť komplexný geometrický, matematický a numerický model, ktorý bude slúžiť na analýzu správania sa rôznorodých materiálov (kovových aj nekovových) pri pôsobení elektrónového lúča s dôrazom na proces delenia. Model bude zohľadňovať multifyzikálny charakter problému, konkrétne tepelné, mechanické a elektromagnetické javy vrátane tvorby a šírenia taveniny a akumulácie elektrického náboja v prípade nevodivých materiálov. Geometrický model bude vytvorený na základe reálnych rozmerov experimentálnych vzoriek a následne rozdelený na vhodné objemové elementy prostredníctvom generovania siete. Výber hustoty siete bude priamo ovplyvňovať presnosť výpočtov. Matematický model bude zadefinovaný na základe tvaru zdroja tepla a hustoty tepelného toku, pričom je dôležité brať do úvahy termofyzikálne a mechanické vlastnosti jednotlivých materiálov v závislosti od teploty. Numerická simulácia bude realizovaná s využitím vhodného výpočtového softvéru. Predpokladá sa kombinácia viacerých softvérových nástrojov (ANSYS, COMSOL...) v závislosti od požiadaviek jednotlivých fyzikálnych javov. Súčasťou riešenia bude aj využitie Matlabu – na generovanie vstupných dát, spracovanie výstupov, analýzu výsledkov alebo implementáciu či validáciu vlastných výpočtových modulov.
Výsledky simulácií prinesú hlbšie porozumenie správania sa materiálov počas pôsobenia elektrónového lúča, s cieľom podporiť vývoj a optimalizáciu technologických parametrov procesov delenia v náročných podmienkach – napríklad vo vákuu alebo prostredí s nízkou gravitáciou.
Požiadavky na uchádzačov:
ANSYS, SYSWELD, CAD/CAM, SolidWorks, Termomechanika, Anglický jazyk, Materiály a technológie
Témy interných školiteľov Fakulty špeciálnej techniky TnUAD (8):
3. Téma: Vplyv technologických parametrov na vlastnosti nanoštrukturovaných WC HiPIMS povlakov deponovaných vybranými prvkami
Školiteľ: prof. Ing. Daniel Kottfer, PhD.
Školiteľ špecialista: Assoc. Prof. Karol Kyzioł, DSc, PhD, Eng., AGH Stanisława Staszica v Krakove, Fakulta náuky o materiáloch a keramiky
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Príprava tvrdých nanoštrukturovaných povlakov na oceľových povrchoch je limitovanná teplotou popúšťania ocelí. Vytváranie tvrdých povlakov na báze karbidu W pre strojársku výrobu je stále aktuálne. Povlak WC má individuálne prednosti ako sú vysoká tvrdosť a Youngov modul, nízky koeficient trenia (WC) a odolnosť voči opotrebovaniu. HiPIMS technológia umožňuje deponovanie povlakov pri teplotách do 400°C, čo je vhodné pre vytvorenie povlaku na oceľovej súčiastke, ktorá bola tepelne spracovaná na požadovanú tvrdosť. Po procese povlakovania tým možno dosiahnuť tvrdší a oteruvzdornejší funkčný povrch súčiastky, ktorý pridaním Ti, Al alebo Si do WC povlaku ponúka aj ďalší benefit – zlepšenie žiaruvzdornosti a tým rozšírenie podmienok použitia povlakovanej súčiastky pri vyšších teplotách. Oblasť procesu deponovania WC povlakov a ich dopovanie Al a Si odprašovaním z terča metódou HiPIMS, vplyv parametrov na vlastnosti WTiSiC a WTiAlC povlakov sú v posledných desaťročiach málo publikované. Takto sa ponúka priestor na základný výskum uvedených zákonitostí formou dizertačnej práce.
Dizertačnú prácu možno zamerať na:
• Výskum vplyvu vybraných parametrov procesu deponovania ako frekvencia, dĺžka pulzu na hrúbku, tvrdosť a Youngov modul, štruktúru a chemické zloženie, koeficient trenia a opotrebovanie WC HiPIMS povlakov
• Výskum štruktúrnych, mechanických a tribologických vlastností WC HiPIMS povlakov dopovaných prvkami (napr. Ti, Al, Si) odprašovaním z terča
• Optimalizovanie získaných technologických parametrov vo vzťahu ku maximálnej tvrdosti a minimálnemu koeficientu trenia za účelom prípravy povlaku pre prax
4. Téma: Skúmanie a aplikácia aditívnych dizajnových štruktúr v priemyselných súčiastkach
Školiteľ: doc. Ing. Peter Pokorný, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Dizertačná práca bude zameraná na skúmanie aditívnych dizajnových štruktúr. Ich využitie je široké a zahŕňa rôzne oblasti ako výroba, logistika, estetika a mnoho ďalších. Cieľom tejto práce je preskúmať rôzne hľadiská využitia dizajnových štruktúr a skúmať ich aplikácie v priemyselných odvetviach. Výskum bude smerovaný na mechanické vlastnosti dizajnových štruktúr, kde sa bude klásť dôraz na optimalizáciu topológie súčiastky, efektívnosť využitia materiálu a návrh dizajnu produktov, pri ktorých je vhodné a možné použitie dizajnových štruktúr. Aplikácia dizajnových štruktúr sa realizuje využitím aditívnych technológií a je vhodná pre súčiastky z plastov aj kovov. Súčiastky s aplikovanou dizajnovou štruktúrou vykazujú nižšiu hmotnosť, čím je možné ušetriť finančné prostriedky na materiál a tým prispieť ku zníženiu uhlíkovej stopy. Predpokladaným prínosom práce bude aplikácia dizajnových štruktúr do rôznych funkčných súčiastok, overenie funkčných, primárne mechanických vlastností skúmaných súčiastok a prípadné zavedenie takýchto dizajnových štruktúr do priemyselnej praxe.
5. Téma: Štúdium zmeny Q&P parametrov na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Daniel Križan, PhD. (voestalpine Stahl GmbH Linz, Rakúsko)
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Práca sa zameriava na zmenu Q&P parametrov tepelného spracovania s cieľom zvýšiť odolnosť proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS. Pre hĺbkové preskúmanie budú potrebné rôzne techniky, ktoré umožnia detailnú analýzu vzniku mechanizmov opotrebenia ako aj následné stanovenie ideálneho procesu tepelného spracovania. Medzi tieto techniky zaraďujeme: využitie dilatometra DIL 805A/D na fyzikálnu simuláciu rôznych metód tepelného spracovania s využitím hlbokého zmrazenia, skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) na analyzovanie vzniknutej mikroštruktúry, experimentálna simulácia trecích procesov na zariadený UMT TriboLab s vyhodnocovaním koeficientu trenia, objemové stanovenie zvyškového austenitu pomocou metódy saturačnej magnetizácie (SMM). Výsledky tejto štúdie budú poskytovať cenné nové poznatky o možnom využití vysokopevných AHSS ocelí v mechanizmoch, ktoré sú vystavené zvýšeným trecím procesom pri, ktorých dochádza k opotrebeniu a degradácií materiálu. Využitie týchto poznatkov v praxi môže viesť k vývoju materiálov pre automobilový a priemyselný sektor, ktorý bude mať pozitívny ekonomický dopad.
6. Téma: Systematická analýza a využitie kvantitatívnych metód analýzy spoľahlivosti v strojárskej výrobe
Školiteľ: doc. Ing. Alena Breznická, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Dizertačná práca sa zameriava na systematické hodnotenie spoľahlivosti technických systémov počas celého životného cyklu výrobku. Báza znalostí o spoľahlivosti predstavuje kľúčový predpoklad pre efektívnu, bezpečnú a ekonomickú výrobu v oblasti strojárstva. Hlavným cieľom práce je identifikácia a analýza vplyvu technických rizík na spoľahlivosť výrobkov, ako aj návrh a overenie metodík, ktoré umožňujú hodnotenie a predikciu spoľahlivosti pomocou kvantitatívnych ukazovateľov, ako sú poruchovosť a miera rizika.
Súčasťou výskumu bude realizácia laboratórnych a prevádzkových skúšok životnosti výrobku zameraných na čiastkové vlastnosti spoľahlivosti, ktoré poskytujú empirické dáta potrebné pre stanovenie spoľahlivosti výrobkov v rôznych fázach ich životného cyklu. Kvantitatívne metódy analýzy, vrátane modelovania porúch a hodnotenia rizík, budú využité na vytvorenie rámca pre komplexné posudzovanie spoľahlivosti technických systémov. Výsledkom dizertačnej práce bude návrh komplexného prístupu k hodnoteniu spoľahlivosti, aplikovateľného v podmienkach strojárskej výroby, a definovanie modelov kritických a akceptovateľných rizík, ktoré podporia efektívne rozhodovanie v oblasti navrhovania a prevádzky technických zariadení.
7. Téma: Vplyv technologických parametrov aditívnej výroby na geometrickú integritu a povrchové charakteristiky výtlačkov z plastov
Školiteľ: doc. Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Rozvoj technológie aditívnej výroby, najmä FFF (Fused Filament Fabrication), významne ovplyvňuje oblasti strojárskej výroby a prototypovania. Napriek širokej dostupnosti tejto technológie ostáva otvorený vedecký problém kvantifikácie vplyvu procesných parametrov na rozmerovú presnosť a povrchovú kvalitu výtlačkov, čo je kľúčové pre ich funkčnosť v technických aplikáciách. Téma dizertačnej práce reflektuje aktuálne výzvy v oblasti metrológie a materiálového inžinierstva, čím nadväzuje na profil absolventa študijného programu Strojárske technológie a materiály.
Cieľom práce je preskúmať, ako vybrané parametre FFF tlače (napr. výška vrstvy, rýchlosť tlače, teplota tlače, orientácia vrstiev a hustota vnútornej výplne) ovplyvňujú presnosť geometrie a kvalitu povrchu plastových výtlačkov. Doterajšie štúdie sa často venujú len vybraným aspektom tohto problému, bez systematického porovnania a metrologického overenia.
Predpokladané metódy zahŕňajú experimentálnu výrobu vzoriek, metrologické merania (optická a kontaktná profilometria, 3D skenovanie, mikroskopia), testovanie zmien tvarovej stability po vystavení termooxidačnému starnutiu (napr. 70–100 °C počas 72 hodín) a cyklickému mechanickému zaťaženiu (napr. opakovaný ohyb, tlak alebo vibrácie), štatistické vyhodnotenie a analýzu korelácií. Výskum by mal viesť k definovaniu kvantitatívnych vzťahov medzi parametrami tlače a kvalitatívnymi výstupmi, čo umožní optimalizovať FFF proces pre priemyselné a technické aplikácie s dôrazom na presnosť, opakovateľnosť a využiteľnosť výtlačkov v praxi.
8. Téma: Vplyv materiálovej kombinácie na mechanické a termické vlastnosti polymérnych výtlačkov
Školiteľ: doc. Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Aditívna výroba v súčasnosti umožňuje kombinovanie viacerých materiálov v rámci jedného 3D výtlačku, čím sa otvárajú nové možnosti pre vývoj funkčných a viacúčelových súčiastok. Viaczložkové polymérne systémy využívané v technológii aditívnej výroby predstavujú výzvu z hľadiska zabezpečenia dostatočnej adhézie medzi jednotlivými materiálmi, ako aj z pohľadu ich mechanickej a teplotnej stability.
Cieľom dizertačnej práce je preskúmať vplyv rôznych kombinácií a usporiadaní polymérnych materiálov na ich výsledné vlastnosti vo forme výtlačkov vytvorených aditívnou výrobou. Osobitný dôraz bude kladený na analýzu rozhrania medzi materiálmi a ich správanie pri statickom a dynamickom zaťažení. Mechanické vlastnosti budú hodnotené prostredníctvom klasických pevnostných skúšok, zatiaľ čo viskoelastické vlastnosti budú analyzované pomocou dynamickej mechanickej analýzy (DMA). Na charakterizáciu tepelných vlastností a prechodových javov budú využité aj ďalšie termické analytické metódy ako diferenčná skenovacia kalorimetria (DSC) a termogravimetrická analýza (TGA). Súčasťou práce bude aj hodnotenie adhézie medzi jednotlivými zložkami prostredníctvom ťahových testov.
Na základe získaných výsledkov budú formulované odporúčania pre efektívne využívanie multimateriálovej aditívnej výroby v technických aplikáciách, kde je dôležitá pevnosť, pružnosť, tepelná odolnosť a integrované technické funkcie v jednom výtlačku.
9. Téma: Štúdium mechanických a termických vlastností kompozitu na báze ASA s technickými plnivami pre nosné komponenty exoskeletových systémov
Školiteľ: doc. Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: denné alebo externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Zvyšujúci sa dopyt po ľahkých, pevných a odolných konštrukčných prvkoch v oblasti vybavenia záchranných zložiek vytvára potrebu vývoja nových materiálov vhodných pre aditívnu výrobu. ASA (akrylonitril-styrén-akrylát) predstavuje perspektívny polymér so zvýšenou UV stabilitou a dobrou chemickou odolnosťou, čo z neho robí vhodný základ pre tvorbu technických kompozitov.
Cieľom dizertačnej práce je vývoj a analýza vlastností kompozitného materiálu na báze ASA plneného technickými aditívami (uhlíkové vlákna, grafit, hliníkový prášok) pre aplikácie vo funkčných častiach exoskeletov. V rámci výskumu bude pripravený filament s optimalizovaným zložením pre aditívnu výrobu a zhotovené skúšobné vzorky pre testovanie mechanických, viskoelastických a tepelných vlastností.
Charakterizácia materiálu bude zahŕňať skúšky pevnosti a húževnatosti, analýzu správania pri rôznych teplotách pomocou DMA (dynamická mechanická analýza), ako aj stanovenie prechodových teplôt a tepelnej stability pomocou termických analytických metód (DSC, TGA). Vyhodnotená bude aj mikroštruktúra materiálu pomocou SEM s cieľom posúdiť rovnomernosť rozloženia plnív a kvalitu spojenia medzi matricou a výstužou.
Výsledky práce podporia vývoj a aplikáciu kompozitného ASA materiálu vhodného pre aditívnu výrobu zaťažovaných komponentov v exoskeletových systémoch záchranných zložiek, s dôrazom na pevnosť, odolnosť voči vonkajším vplyvom, nízku hmotnosť a tvarovú stabilitu.
10. Téma: Výskum degradačných javov v hlavniach strelných zbraní
Školiteľ: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Ján Štrba, PhD.
Študijný odbor: Strojárstvo
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Forma štúdia: externé štúdium
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia:
Hlavnou témou dizertačnej práce je výskum degradačných javov v hlavniach, ktoré výrazne znižujú ich životnosť. Streľba zo strelnej zbrane, najmä zo zbraňových systémov vybavených hlavňou s drážkovaným vývrtom, výrazne namáha tvarovo zložitý povrch oceľových súčastí. Hlavne predstavujú jednu z najnáročnejších častí výroby zbrane a často určujú jej celkovú životnosť aj pohotovosť na plnohodnotné bojové nasadenie. Počet výstrelov, ktoré možno vystreliť so zachovaním účinnosti, zásadne ovplyvňuje aj prevádzkové náklady danej zbrane.
Životnosť hlavne strelnej zbrane závisí od viacerých faktorov, pričom najvýznamnejším je tepelná únava. Opakované zahrievanie a ochladzovanie spôsobuje vznik hustej siete mikrotrhlín na povrchu vývrtu, pričom do týchto trhlín sa vtláča materiál vodiacej obrúčky strely alebo plášťa strely (zliatiny Cu). Tento proces zvyšuje oterové opotrebenie hlavne počas prechodu strely vývrtom, čím dochádza k deformácii a zmene pôvodného tvaru a rozmerov vývrtu, čo následne skracuje životnosť hlavne. Ak sa trhliny rozšíria do hĺbky, dochádza k oslabeniu steny hlavne, čo môže pri vysokých tlakoch výstrelu (až 450 MPa pri delostreleckých hlavniach) viesť ku katastrofálnemu poškodeniu zbraňového systému.
Na lepšie pochopenie týchto degradačných javov môžeme využiť poznatky z laboratórnych a prevádzkových skúšok v oblastiach s podobným tepelným zaťažením, akým je cyklické namáhanie hlavní pri streľbe. Ide napríklad o zápustkové kovanie, kde sú povrchové vrstvy nástrojov – zápustiek – vystavené podobným problémom so životnosťou.
Teoretickou časťou práce bude popísanie a kvantifikovanie tepelných, fyzikálnych a chemických degradačných javov v hlavni ako: Proces deformácie a vznik trhliniek pri tepelnej únave
- Veľkosť a rozdelenie nestacionárnych teplotných pnutí v povrchovej vrstve
- Vplyv pnutia druhého rádu na tvorbu trhliniek tepelnej únavy
- Vplyv mechanických vlastností oceli na odolnosť proti tvorbe trhliniek tepelnej únavy
- Vplyv charakteru makroštruktúry na tvorbu trhliniek tepelnej únavy
- Vplyv akosti povrchu a povrchových úprav na odolnosť oceli ku tvorbe trhliniek tepelné únavy
- Vplyv chemického zloženia a tepelného spracovania oceli na tvorbu trhliniek tepelnej únavy
- Vplyv prevádzkových podmienok na odolnosť oceli k tepelnej únave
- Erózia hlavní (mechanická, tepelná, chemická,..)
Keďže sa jedná o veľké množstvo vplyvov a relatívne komplikované separovanie ich parciálny účinok na opotrebenie, vyberú sa len hlavné vplyvy, ktoré budú ďalej skúmané. Praktická časť bude obsahovať najmä skúmanie vzoriek hlavní (optický mikroskop, elektrónový mikroskop s EDS, nanoindentor, ...)