Prezentace aplikace PowerPoint - Nové technologie

Západočeská univerzita v Plzni
Nové technologie – Výzkumné centrum
Váš partner pro výzkum, vývoj a inovace v průmyslových aplikacích
NOVÉ TECHNOLOGIE – VÝZKUMNÉ CENTRUM (NTC)
►
Je vysokoškolský ústav Západočeské univerzity v Plzni
►
Má přímý kontakt s průmyslovými subjekty
►
Provádí výzkum
►
►
►
Formou projektů
►
MŠMT
►
MPO
►
GAČR
►
EU
►
MD
Formou konkrétního smluvního výzkumu
Disponuje moderní výpočetní, přístrojovou a laboratorní technikou
STATISTICAL DATA
►
Počet pracovníků: 77
►
4 profesorů
►
6 docentů
►
Přepočtený počet úvazků: 47,7
►
Počet pracovníků mladších 40 let: 47
►
Počet pracovníků mladších 35 let: 32
►
Celkové roční provozní náklady: 50 mil. Kč
►
Finanční zdroje
►
►
Projekty pro veřejné instituce
►
Projekty EU
►
Projekty pro podniky v ČR a EU
Přístrojové vybavení: cca 100 mil. Kč
KLÍČOVÉ KOMPETENCE
Klasické
►
Počítačové modelování systémů i s respektováním struktury vedoucí na
silně nelineární a sdružené úlohy
►
Výzkum procesů chování exploatovaných materiálů, diagnostika jejich
charakteristických vlastností s cílem vypracovat postupy pro predikci
jejich materiálových vlastností
Nové
►
Výzkum chování a tvorba nových materiálů včetně smart materiálů a
jejich využití ve fotovoltaice, mikrosystémové technice, stavebnictví,
strojírenství a energetice
►
Výzkum procesů souvisejících s obnovitelnými zdroji energie a s
čistotou ovzduší
ODBORY
►
Modelování deformačních a dynamických procesů (MDP)
RNDr. Voldřich, CSc.
►
Modelování a měření interakcí v elektrických a mechanických systémech (MIS)
Ing. Sedláček, Ph.D.
►
Modelování heterogenních materiálů a biomechanických procesů (MBS)
Doc. Dr. Ing. Rohan
►
Termomechanika technologických procesů (TTP)
Doc. Ing. Honner, Ph.D.
►
Technologie polymerních kompozitů (TPK)
Ing. Foller, Ph.D.
►
Materiály a technologie (MAT)
Doc. RNDr. Šutta, Ph.D.
►
Mezioborové aktivity (MA)
Ing. Jan Romportl, Ph.D.
MODELOVÁNÍ DEFORMAČNÍCH
A DYNAMICKÝCH PROCESŮ
Srážka lokomotivy 85E s referenční překážkou
Spolupráce s VÚVK a ŠKODA Výzkum
Rychlost 100km/hod
MODELOVÁNÍ DEFORMAČNÍCH
A DYNAMICKÝCH PROCESŮ
Dělička pneumatik
Průběh smykové síly na 1 zubu
Spolupráce na vývoji stroje se Sokolovskými
strojírnami a.s. v rámci MPO
MODELOVÁNÍ DEFORMAČNÍCH
A DYNAMICKÝCH PROCESŮ
Balistika
Penetrace ocelových plechů projektilem
- ladění materiálových modelů
MODELOVÁNÍ A MĚŘENÍ INTERAKCÍ
V TECHNICKÝCH SYSTÉMECH
CFD modely proudění vzdušniny a vícefázového proudění
MODELOVÁNÍ A MĚŘENÍ INTERAKCÍ
V TECHNICKÝCH SYSTÉMECH
Modelování odlučovacího procesu
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Simulace střetu malého osobního vozu s malým
nákladním vozem;
výpočet potvrdil porušení jater a sleziny
Rodina ROBBY
aplikace modelů
pro bezpečnost
silniční, kolejové
a letecké dopravy
►
Úzká spolupráce se společností
CT z „Visible Human project“
Model segmentu
Obrázek poskytnut Policií ČR
Model člověka s deformovatelnými orgány
Srovnání s experimentem
Experimentální koridor převzat z Kroella
Model kolenních menisků
Model těhotné ženy
Dynamická validace modelu hrudníku
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Škálování a ergonomie
Model čela tramvaje poskytnut
společností ŠKODA Transportation
Věkové škálování české
populace na základě
antropologických dat a
aplikace na simulaci
nárazu chlapce
Osvalený multi-body
model průměrného muže;
chůze řízená aktivními
svaly během střetu s
kolejovým vozidlem
Řízení pohybu svalovou aktivitou
Svalová aktivita pro „pre-crash“
Osvalený
multi-body
model
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Bio-balistika
Průstřel materiálu nahrazujícího svalovou tkáň
– směs petrolátu a parafínu
Vyvinutý software
Reference: Kriminalistický ústav, Praha
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Víceškálové modelování peruze krve
Výsledky na micro-struktuře
Výsledky na makro-struktuře
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Difúze kapaliny ve tkáni
Homogenizace
- mikro – řešení posuvů a
korekce tlaku
- makro – řešení makroposuvů
a tlaku v kanálu
Makro
Mikro
x
Periodická mikrostruktura
- Darcyho proudění v kanálu
Velké deformace různé tlakové systémy
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Model cévní stěny
Makro
Schéma hladkých svalových
buněk a jejich matematický
model
Mikro
MKP model SMC
Macroskopický model cévní stavy
– deformovaný stav
Rozložení tlaků a perfúzní rychlosti v SMC
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Model cévní stěny
MODELOVÁNÍ HETEROGENNÍCH MATERIÁLŮ
A BIOMECHANICKÝCH SYSTÉMŮ
Tvarová optimalizace
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Měření teplot a teplotních polí
bezkontaktní měření teplot (termovizní měření, vysokorychlostní bezkontaktní
senzory, ...)
► kontaktní měření teplot (termočlánky, ...)
► měřící zařízení pro speciální aplikace (tepelná box-bariéra, ...)
►
Speciální zařízení pro měření
teplot v průmyslových pecích průběžné pece pro ohřev
ocelových předvalků
Měření při tepelném
zpracování výkovků
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Měření tepelných toků a tepelně optických vlastností
měření tepelně-optických vlastností materiálů do
vysokých teplot (emisivita, ...)
► měření tepelných vlastností materiálů (vodivost,
kapacita, ...)
► vyhodnocení tepelných toků a přestupů tepla
►
Měření tepelných a optických
vlastností materiálů
Vývoj a aplikace metodiky měření
tepelných toků z požáru
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Mechanická měření
►
►
tenzometrická měření deformací
měření zbytkových napětí
Měření deformací a napětí pomocí odporových
tenzomerů
Odvrtávací metoda pro měření zbytkových
napětí
► napětí v blízkosti povrchu (do 0. 5mm)
► semidestruktivní metoda měření (malý
otvor v povrchu materiálu)
► různé materiály (kov, keramika,
povlaky,...)
► profil napětí po hloubce
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Počítačové modelování
►
►
►
►
►
►
základní výpočetní MKP systém Cosmos/M
inženýrský výpočetní MKP systém a modelář Cosmos DesignStar
tepelné výpočty
mechanické výpočty (lineární a nelineární úlohy, dynamické úlohy, ...)
sdružené tepelně-mechanické úlohy
rozšíření výsledků experimentů za pomoci MKP výpočtů
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Laserové technologie pro zpracování materiálů
►
►
►
►
laserové značení, popisování, ...
laserové obrábění, řezání, vrtání, navařování, ...
laserové tepelné zpracování, povlakování, ...
kontinuální laser Coherent HPDDL 4 kW, kontinuální laser Coherent FAP 40 W, ...
Výkonný kontinuální laser
Coherent HPDDL 4kW
► výkon 4kW
► vlnová délka 808 nm,
► stopa 12 x 1 mm nebo 12 x 6 mm
► ofuk inertním plynem
► hlava uchycena na robotu
► měření teploty povrchu
TERMOMECHANIKA TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ
Vývoj testovacích zařízení – brzdový stand
speciální zařízení pro testy bubnových a kotoučových brzd s definovanou
setrvačnou silou
► „indoor" testy na automobilu
► „outdoor" testy na automobilu
► zařízení pro vysokorychlostní měření teplot brzdových disků
► měření vibrací, hluku, deformací, ...
►
Ventilační jednotka
– průtok 7000 m3/h
Nůžkový zvedák
– nosnost 4,5 t
Svařovaná podlaha:
zatížení –
pochozí 500 kg/m2
pod vozem 3000 kg/m2
Zařízení pro dynamická
měření brzd na jedné
nápravě automobilu
max.
simulovaná
rychlost
140 km/h
max. otáčky 1400/min
max. moment 2600 Nm
Zařízení pro dynamická měření brzd
na jednom kole mimo automobil
TECHNOLOGIE POLYMERNÍCH KOMPOZITŮ
Laboratoř polymerních kompozitů
laboratoř se zabývá výzkumem a vývojem v oboru dlouhovláknových polymerních
kompozitů a částicových polymerních kompozitů na bázi geopolymerních matric se
zaměřením na široký rozsah aplikací ve strojírenství, stavebnictví, důlním průmyslu a
elektrotechnice
►
Základní výzkumné programy
► výzkum technologie geopolymerních
kompozitních materiálů
► výzkum materiálových vlastností
geopolymerních materiálů
► výzkum technologie lití geopolymerních
konstrukcí
TECHNOLOGIE POLYMERNÍCH KOMPOZITŮ
Termická analýza uhlíkových kompozitních laminátů vyráběných
technologií pultruze
DMA, TGA a DSG analýza tenkých tažených uhlíkových laminátů vyráběných
technologií pultruze
► testování a vyhodnocování nově vyvinutých systémů epoxidových matric
►
Analýza povrchu uhlíkového laminátu mikroskopem HIROX 7700 firmy SPECION
TECHNOLOGIE POLYMERNÍCH KOMPOZITŮ
Dynamická mechanická analýza pultrudovaných magneticky vodivých
kompozitů
dynamická mechanická analýza pultrudovaných magneticky vodivých kompozitů
► DMA měření magneticky vodivých laminátů a analýza závislosti modulu pružnosti
v ohybu na teplotě
► stanovení míry vytvrzení epoxidového skelného magneticky vodivého laminátu,
zjištění tepelné odolnosti laminátu
►
DMA analýza vzorku magneticky vodivého laminátu (Zobrazeny tři teplotní cykly)
TECHNOLOGIE POLYMERNÍCH KOMPOZITŮ
Analýza laminátové vrstvy valivého ložiska výkonového generátoru
sloužící jako izolace proti ložiskovým proudům
rozbor možných alternativ výroby laminátové vrstvy
► měření DMA, DSC a TGA - srovnání teplotní odolnosti a mechanických vlastností
ložiskového uložení vyrobeného technologií ruční laminace a strojního navíjení
►
TGA graf.
Analýza povrchu skelného laminátu mikroskopem HIROX 7700 firmy SPECION
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Laboratoř depozice tenkých vrstev
Systém SAMCO PD 220NA PE-CVD
► depozice oxidů křemíku (SiOx)
► depozice nitridů křemíku (SixNy)
► depozice oxidů křemíku s dusíkem
(SiOxNy)
► depozice hydrogenizovaného Si
(aSi:H)
► plně automatický provoz
Komora povlakového systému
BOC Edwards TF600 – aparatura na naprašování a
Doutnavý výboj – čištění terčů
odpařování elektronovým svazkem
► depozice tenkých vrstev techologií PVD
► RF naprašování – do 600 W
► DC naprašování – do 1,5 kW
► odpařování elektronovým svazkem
► automatické řízení procesu
Doutnavý výboj – depozice
► suchý vakuový systém
tenkých vrstev
► hraniční tlak: 4,35 x 10-7 mbar
► pracovní plyny : Argon, dusík, kyslík
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Laboratoř XRD
Možnosti XRD
► kvalitativní a kvantitativní fázová
analýza
► kvalitativní a kvantitativní texturní
analýza
► analýza zbytkových napětí
► mikrostruktura (mikrodeformace,
velikost krystalitů)
Typický záznam jednozrného
materiálu – prášek Al2O3
Eulerova kolébka &
2D-detektor
400
Fe
1922
3.1
(110)
Intensity (cps)
300
200
Fe
Fe
(111)
100
(200)
0
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
2 (degrees)
400
Fe
1922
3.1
(110)
RTG práškový
difraktometr
AXS Bruker D8
s 2D detektorem
Intensity (cps)
300
200
Fe
Fe
(111)
100
(200)
0
46
48
50
Vyšetřování obsahu austenitu
v TRIP-ocelích RTG difrakcí
52
54
56
2 (degrees)
58
60
62
64
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Práškový RTG difraktometr Panalytical X’Pert Pro
(101)
70000
ZnO powder
60000
(112)
(200)
20000
10000
(201)
(102)
30000
(103)
(002)
40000
(110)
(100)
50000
Intensity (counts)
Aplikace
► kvalitativní a kvantitativní fázová analýza
► analýza zbytkových napětí
► texturní analýza
► analýza změn krystalické struktury
► vysokoteplotní fázové transformace
► ultra-rychlý sběr dat sdetektorem PIXcel
0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
2 (degrees)
Záznam jednozrného materiálu – prášek ZnO
Pohled do vysokoteplotní
komory Anton Paar
s ultrarychlým lineárním
detektorem HTK 1200
Theta-theta
goniometr
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Vlnově disperzní RTG fluorescenční spektrometr
S4 EXPLORER AXS Bruker
►kvalitativní a kvantitativní prvková analýza
► analýza pevných a práškových materiálů
(minerály, keramika, kovy, skla, polymery…)
► rychlá a snadná příprava vzorků
► prvky od Be do U ve všech druzích vzorků
► typické detekční limity (LLD): ~ 1 to 10 ppm
► analýza kovů a syntrovaných prášků
Dráha paprsku v S4 EXPLORER
výstupní data
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Nanoindentace a tribologie
Specifikace NanoIndetoru XP
► maximální zatížení
► přesnost zatížení
► přesnost měření hloubky
► přesnost polohy
► zvětšení mikroskopu
10 N (1 kg)
50 nN (5.1 μgm)
<0.01 nm
1.5 μm
200x, 400x,1000x
Možnosti NanoIndentoru XP
► vysoce přesný přístroj pro hodnocení
mechanických vlastností v mikro- a nano objemech
► vhodný pro charakteristiku povlakovanýchm
systémů, možnost měření jednotlivých fází CSM:
hodnocení tvrdosti a modulu pružnosti v závislosti
na hloubce vtisku
► microscratch test, profilometr
NanoIndenter XP se systémem CSM
(Kontinuelní měření tuhosti)
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Nanoindentace a tribologie
Specifikace tribometru
► metoda „Pin-on-disk“
► pin: kulička, váleček nebo jiné těleso
► pohyb pinu po kruhové dráze s definovaným
zatížením
► přesné hodnocení tření a opotřebení do 800°C
► vysoká tepelná stabilita
► automatické řízení dráhy a zatížení pinu
► výkonný software pro zpracování dat
Možnosti tribometru
► simulace pracovních podmínek do 800°C
Tribometr CSEM
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Nanoindentace a tribologie
Specifikace profilometru
► dotykový profilometr s diamantovým hrotem
► délka snímání 60 / 120 / 200 mm
► rychlost pohybu 0.02 - 3.0 mm/s
Možnosti profilometru
► měření základního profilu, profilu vlnitosti
a profilu drsnosti povrchu
► stacionární i přenosné použití
► výkonný software pro zpracování dat podle
norem
Profilometr HOMMEL T 1000
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Laboratoř řádkovací elektronové mikroskopie
FEI Quanta 200
► vysoce výkonný
termo-emisní ŘEM
s EDA (elektronová
mikrosonda) a VDA
od EDAXu rozlišení
laboratoř ŘEM
► vysoké vakuum
► 3.0 nm při 30 kV (SE)
► 4.0 nm při 30 kV (BSE)
► 10 nm při 3 kV (SE)
► rozšířený vakuový mód (ESEM)
pro nevodivé vzorky bezpokrytí
► 3.0 nm při 30 kV (SE)
► urychlující napětí: 200 V – 30 kV
► proud svazku: do 2 μ kontinuálně
nastavitelný
Detailní vizualizace katalyzátoru
vozidla - řešení problémů usazování
pevných částic v katalyzátoru vozidla
během provozu
vstup
zvětšení 100x
výstup
zvětšení 100x
zvětšení 200x
vrstva ZnO
zvětšení 200x
analýza prvků
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Optická spektrometrie
UV / VIS Spektrofotometr
► spektrální rozsah 190 – 1100 nm
► měření transmitance, obsorbnce a
reflektance v závislosti na vlnové délce
SPECORD 210
Variable Angle Reflectance Attachment
100
Multilayers of a-Si:H, a-SiN:H
100
80
Reflectance (%)
80
Transmittance (%)
Příslušenství
► nástavec absolutní reflektance
(určení absolutní reflektance
reflektujících vrstev)
► nástavec s proměnným úhlem
reflektance (určení indexu lomu
pevných látek)
► integrační sféra (pro měření
transmitance a difuzní reflektance)
60
40
40
20
20
0
300
60
0
400
500
600
700
800
Wavelength (nm)
900
1000
1100
200
300
400
500
600
700
800
Wavelength (nm)
900
1000
1100
MATERIÁLY A TECHNOLOGIE
Optická spektrometrie
Smart SAGA Accessory
1,0
0,9
0,8
Spektrometr FTIR
► max / min rozsah měření
7800 – 350 cm –1
► měření transmitance, obsorbnce
a reflektance v závislosti na vlnočetu
Absorbance
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
1000
2000
3000
4000
-1
Wavenumber (cm )
100
80
Absorbance
Příslušenství
► nástavec pro zrcadlovou
reflektanci (pro povrchovou analýzu)
► nástavec „Smart SAGA“ (pro
analýzu tenkých vrstev na
reflektujících substrátech, kontaktní
úhel 80 stupňů, citlivost měření
vrstev tenkých 0,1 nm)
60
40
20
0
2000
3000
4000
5000
6000
7000
-1
Wavenumber (cm )
80
Specular Reflection Accessory
70
Reflectance (%)
60
50
40
30
20
10
0
NICOLET 380
1000
2000
3000
4000
5000
-1
Wavenumber (cm )
6000
7000
MEZIOBOROVÉ AKTIVITY
►
Vzdělávání vědecko-výzkumných, akademických pracovníků, studentů
►
Popularizace technických oborů
►
Interdisciplinární semináře
►
Badatelské semináře
►
Výjezdní semináře
►
Celostátní konference
►
Knižní publikace
►
Brigády pro středoškolské studenty
REFERENCE
►
AP Racing, Velká Británie
►
Plzeňský Prazdroj a.s.
►
AZW s.r.o.
►
STAHLWERK Thueringen, Německo
►
Brisk a.s.
►
ŠKODA a.s.
►
Buzuluk Komárov
►
ŠKODA Auto a.s.
►
ESI Group
►
ŠKODA JS a.s.
►
GHE HAPPICH CZ s.r.o.
►
ŠKODA Výzkum s.r.o.
►
Hofmeister s.r.o.
►
Triumph Designs, Velká Británie
►
HP Pelzer k.s.
►
Ústav jaderného výzkumu Řež a.s.
►
I&C Energo a.s.
►
VALEO VÝMĚNÍKY TEPLA s.r.o.
►
Lintech s.r.o.
►
Volkswagen, Německo
►
Lutos a.s.
►
ZVVZ a.s.
► Pilsen
Steel s.r.o.
KONTAKT
Západočeská univerzita v Plzni
Výzkumné centrum Nové technologie
Univerzitní 8, 306 14 Plzeň
telefon: (+420) 377 63 4701
fax: (+420) 377 63 4702
e-mail: [email protected]
http://www.zcu.cz/ntc