Oddělení kapalinových paprsků

Projekt je zaměřen na posílení mezinárodní spolupráce a rozvoj vědeckých pracovníků z Ústavu geoniky AV ČR. Realizace projektu přispěje k posílení spolupráce se zahraničními výzkumnými organizacemi a jejich vědeckými pracovníky. Uskutečnění jednotlivých mobilit přispěje k rozvoji jak samotných účastníků, tak i pracoviště. Současně lze očekávat vyšší publikační činnost a zapojení ÚGN do řešení mezinárodních projektů.

Cílem projektu je podpora profesního rozvoje začínajících mladých výzkumných pracovníků a prohloubení poznatků již zkušených výzkumných pracovníků, kteří získají na prestižních zahraničních pracovištích nové dovednosti a zahraniční kontakty. V průběhu návratové fáze realizace projektu se počítá s následným předáním získaných zkušeností ostatním pracovníkům ÚGN.

Předpokládanými výstupy budou příprava příspěvku, účast na mezinárodní konferenci a rozvoj spolupráce se zahraniční institucí, tak aby byla zajištěna efektivita vynaložených finančních prostředků. Interní podmínkou realizovaných stáží bude příprava kvalitní odborné publikace na zahraničním pracovišti, která bude vydána v renomovaném zahraničním periodiku.

Celkem bude uskutečněno 6 aktivit, a to: 3 pracovní pobyty výzkumných pracovníků - juniorů v zahraničí a 3 pracovní pobyty výzkumných pracovníků - seniorů v zahraničí s následnou návratovou fází.

Projekt je zaměřen na experimentální analýzu vlivu plynu akumulovaného v pórovém prostoru hornin na energetickou bilanci při jejich rozmělňování. Plánované studie pomohou odhadnout energii potřebnou ke zničení horniny v důsledku tahového napětí. Tato energie bude korelována s lomovým povrchem vzorků tak, aby se ukázal vztah mezi distribucí velikostí částic vytvořených v důsledku rozmělňování a užitou energií. Dále bude analyzován pórový prostor, který pomůže určit vliv porozity (popsané řadou parametrů) na energetiku celého procesu.

Projekt je zaměřen na zvýšení výkonu vysokorychlostních vodních paprsků pro řezání pod vodou. Experimentální práce spočívá ve vizualizaci paprsku vysokorychlostní kamerou a pozorování paprsku při jeho aplikaci pod vodní hladinou, studiu struktury proudění a vlivu kavitace. Teoretická část zahrnuje modelování vodních paprsků pomocí speciálního interního software k objasnění struktury kavitačních paprsků a jejich účinků na materiály. V rámci projektu bude realizován 6měsíční pobyt na Nihon University v Koriyamě v Japonsku. Projekt posílí spolupráci s japonskými vědci, umožní sdílení znalostí a přispěje k navázání nových kontaktů s vizí budoucí spolupráce na společném výzkumu.

Základními cíli projektu je: A: Ověření technologie pro výrobu nových abraziv se specifickými vlastnostmi zaměřené především na obrábění těžkoobrobitelných materiálů - technologii AWJ zvyšující produktivnost obrábění (řezání) až o 20 %. B: Vývoj a výroba prototypu Smart recyklační jednotky pro účinnou a optimalizovanou recyklaci použitého abraziva s účinností až 70 %. C: Vybudování internetového znalostního portálu abraziv pro technologii AWJ a pro realizaci automatizovaného řízení recyklační linky abraziv na principech Průmysl 4.0.

V rámci projektu je pulzující vodní paprsek aplikován na povrch materiálů a následně jsou podrobně charakterizovány změny na povrchu a v povrchové vrstvě materiálů pomocí rentgenové difrakce, měřením mikrotvrdosti, profilometrií a elektronovou mikroskopií (SEM, TEM). Souběžně probíhají únavové zkoušky s cílem nalezení ideálních parametrů pulzujícího vodního paprsku pro prodloužení životnosti materiálů, neboť pulzující paprsek má na materiály pravděpodobně podobný účinek jako kuličkování.

Základním cílem projektu je výzkum a vývoj pokročilé výrobní technologie obrábění materiálů vysokorychlostním vodním paprskem. Dílčí cíle projektu jsou: - výzkum a vývoj podmínek a závislostí technologie pro soustružení materiálů s cílem vytvořit databázi materiálů pro stanovení vlivu řezných parametrů paprsku na vlastnosti povrchu a databáze řezných parametrů paprsku. Předpokládá se její zpřístupnění široké odborné veřejnosti, - výzkum a vývoj nové řezné hlavy s důrazem na zvýšení její životnosti při zachování řezných schopností srovnatelných s tradičními výrobky a s tím související úspory provozních nákladů při obrábění - výzkum a vývoj nové jednotky podávání abrasiva se zaměřením na možnost podávání jemného abrasiva považovaného v současné době za odpad - vývoj a aplikace nových znalostních funkcí do Internetového portálu znalostí (IPZ) umožňujících optimalizaci návrhu řešení nové řezné hlavy, zvýšení její životnosti a výkonu. Vývoj a doplnění znalostních funkcí pro řízení recyklace a výtěžnosti abraziva a optimalizaci řezných podmínek v IPZ.

Projekt se zabývá účinkem působení proudu kapalin na proces vzniku mechanické koroze a opotřebení povrchu cementových kompozitů a jejich trvanlivost. Jako proudící médium je použit vodní paprsek s různým obsahem pevných částic pro simulaci reálných podmínek. Je sledován vliv kavitace s ohledem na trvanlivostní charakteristiky povrchu kompozitu. Důležitým hodnotícím parametrem je vliv drsnosti a mikrotvrdosti povrchu, kde je hodnocena textura a opotřebení povrchu kompozitu. Z hlediska degradace jsou sledovány i fyzikálně-mechanické vlastnosti. Pro stanovení míry predikce porušení kompozitu účinkem proudící kapaliny jsou sledovány parametry, jako pevnost, úprava povrchu či samotné složení cementového kompozitu a taktéž parametry proudící kapaliny (průtok, rychlost, teplota, množství abrazivních částic, chemikálie, pH). Na základě dosažených výsledků bude sestaven výpočtový model míry opotřebení, který bude sloužit jako podklad po návrh složení cementových kompozitů použitelných pro prostředí s proudící kapalinou s dobou trvanlivosti 30 až 50 let.

Projekt byl zaměřen na objasnění vztahu vlastností obrábění abrazivním suspenzním paprskem, zejména povrchové úpravy, se strukturou proudění paprsku, pracovními podmínkami a parametry řezání. Byly provedeny experimenty s ponořeným abrazivním suspenzním paprskem, abrazivním suspenzním paprskem a srovnávací experimenty s abrazivním vodním paprskem. Vzorky byly analyzovány pomocí digitálního mikroskopu Keyence VHX-6000. Byly získány analytické informace o vztahu geometrických parametrů topografie povrchu, technologických pracovních podmínek a řezných parametrů. Pro analýzu byla použita švýcarská norma SN 214001 (2010) Bezkontaktní řezání - Řezání vodním paprskem - Geometrická specifikace produktu a kvalita. Nedílnou součástí řešení projektu bylo studium abrazivních a nylonových částic obarvených rhodaminem používaných pro metody LIF-PIV.

Základním cílem projektu byl výzkum a vývoj pokročilé výrobní technologie obrábění kovových, nekovových, keramických a speciálních materiálů vysokorychlostním vodním paprskem. Dílčími cíli projektu byly: (i) výzkum a vývoj podmínek a závislostí aplikace pokročilé technologie při obrábění netradičních materiálů vysokorychlostním vodním paprskem s tím, že byla vytvořena databáze materiálů pro stanovení vlivu řezných parametrů paprsku na vlastnosti povrchu a databáze řezných parametrů paprsku a její zpřístupnění široké odborné veřejnosti, (ii) výzkum a vývoj nové řezné hlavy s více vodními tryskami s úkolem zvýšení řezných rychlostí a s tím související úspory energií při obrábění/řezání, (iii) vývoj nového řídícího SW a jeho zabudování do nových generací strojů, (iv) vývoj a ověření Internetového portálu znalostí (IPZ) k zajištění opakovaných průmyslových aplikací pokročilé výrobní technologie vysokorychlostního vodního paprsku pro obrábění různých typů netradičních materiálů frézováním s využitím databáze řezných parametrů provozovaných v IPZ.

Cílem projektu je rozvoj a provoz infrastruktury a vědeckovýzkumných týmů vytvořených v rámci projektu Institut čistých technologií těžby a užití energetických surovin na půdě řešitele VŠB - Technické univerzity Ostrava a partnera Ústavu geoniky AV ČR. Projekt zachovává vybudovanou síť výzkumných týmů navázaných na laboratorní infrastrukturu a je rozdělen do dvou výzkumných programů, které jsou provázány a vzájemně se doplňují.

Zadáním výzkumného programu 1 Vícefázové horninové prostředí je získat poznatky o fyzikálních, chemických, izotopových, strukturních a mechanických vlastnostech složek prostředí pomocí moderní instrumentální techniky, která zásadním způsobem zvyšuje úroveň poznání a možnosti jejich zobecnění pro dané geologické podmínky pomocí matematického modelování. Tyto informace jsou základním předpokladem pro návrh environmentálně šetrných technologií při exploataci nerostných surovin i při dalším využívání horninového prostředí.

Výzkumný program 2 Environmentálně šetrné technologie vychází z poznatků výzkumného programu 1 a zabývá se orientovaným výzkumem a aplikačními řešeními v oblasti těžby energetických surovin, využitím vedlejších produktů pro zavedení bezodpadových technologií při těžbě nerostných surovin, vytvořením podmínek pro minimalizaci bezpečnostních rizik na základě poznání příčinných procesů a metodami oceňování a ovlivňování horninového prostředí v souvislosti s připravovanými velkými projekty týkajícími se využívání geotermální energie, trvalého ukládání jaderného odpadu a podzemích zásobníků energetických surovin.

Hlavní výzkumné aktivity výzkumného programu 1 a 2, které jsou řešeny v gesci Ústavu geoniky, jsou následující:

• Vlastnosti a chování geomateriálů v závislosti na jejich vnitřní stavbě, způsobu zatěžování a fyzikálních podmínkách. Komplexní znalost petrologických, chemicko-fyzikálních a mechanických vlastností horninového prostředí je základním předpokladem pro efektivní, bezpečný a environmentálně šetrný návrh technologií těžby, úpravy a využití nerostných surovin, nebo realizaci důlních děl a náročných podzemních a geotechnických staveb. Cílem je získání poznatků o vlivu složení a charakteru vnitřní stavby hornin a horninového masívu na jejich pevnostně-deformační a transportní chování a získání spolehlivých a relevantních dat, přímo použitelných jako vstupy do numerických modelů a dat pro jejich experimentální ověřování a inverzní analýzu.
• Intenzifikace účinků vysokorychlostních vodních paprsků při dezintegraci. Cílem řešení této aktivity je intenzifikovat účinky vysokorychlostních vodních paprsků využitím fyzikálního jevu, vznikajícího při dopadu kapky na pevný povrch. Při střetu kapaliny pohybující se vysokou rychlostí s tuhým tělesem totiž vzniká krátkodobý přechodový jev, který je provázen výrazným nárůstem tlaku v místě dopadu kapaliny na povrch a může způsobit vážné poškození jak na povrchu, tak i ve vnitřní struktuře materiálu vystaveného působení dopadající kapaliny. Proto bude řešení zaměřeno na studium možností ovlivnění proudění před tryskou tak, aby byl generován paprsek využívající k dezintegraci materiálu výše uvedený fyzikální jev.
• Vývoj změn indukovaných napěťových a deformačních polí při podzemním využití horninového masivu. Při hlubinné exploataci ložisek nerostů a budování podzemních staveb dochází v důsledku této činnosti ke změnám napěťových stavů v horninovém masivu. Napěťové změny mohou při překročení příslušných mezních parametrů stavebních jednotek horského masivu indukovat porušování křehkým lomem, což v postižené oblasti vyvolává seismické jevy. Tento proces může být ve složitých přírodních a hornických podmínkách doprovázen náhlým uvolněním energie akumulované v masivu a vznikem anomálních geomechanických jevů s projevy v podzemních prostorách. Významné napěťové a deformační změny horninového masivu se mohou také nepříznivě projevit na povrchu, hrají významnou roli v procesu dimenzování důlních děl realizovaných v horninovém masivu za účelem jeho využití a ovlivňují transportní vlastnosti horninového masivu. Cílem výzkumu bude získání poznatků v této oblasti a jejich aplikace při hornické činnosti a podzemní výstavbě.

V rámci projektu získal ústav řadu unikátních přístrojů pro výzkum horninového prostředí a vývoj geotechnologií. Jedná se analytické přístroje, softwarové vybavení, ale především o zkušební zařízení a triaxiální komoru pro zkoušky hornin, robotické zařízení pro použití pulzního vysokotlakého vodního paprsku nebo rentgenový počítačový tomograf pro oblasti nedestruktivního studia plošných i prostorových nehomogenit materiálů a defektoskopii.

V návaznosti na nové unikátní přístrojové vybavení Centrum umožňuje zavést nové směry výzkumu - pracoviště tomografických metod, nebo významně rozšířit stávající výzkumné aktivity - pracoviště výzkumu THM procesů v horninách a pracoviště výzkumu vysokorychlostního vodního paprsku.

Projekt byl zaměřen především na: 1. Studium dispergace nanočástic (zejména uhlíkových nanotrubic - CNTs) orientované na stanovení vlivu způsobu a parametrů dispergace a identifikace kvality disperze a definování účinné metody dispergace ve vodním prostředí. 2. Přípravu cementových kompozitů s nanočásticemi (zejména CNTs) a studium vlivu koncentrace a typu nanočástic na strukturu, fyzikálně-mechanické vlastnosti a odolnost těchto cementových kompozitů vůči agresivním prostředím. 3. Studium odolnosti cementových kompozitů s nanočásticemi (zejména CNTs) vůči působení kontinuálních a pulsujících vodních paprsků.