No (1174)
Used filters
(3)
Number of found documents:
1174
Published from
to
Mechanismy poškození při multiaxiální únavě
Poczklán, Ladislav; Kunz,, Ludvik; Spätig, Philippe; Kruml, Tomáš
2024 - English
Práce se zabývá víceosou únavou austenitické korozivzdorné oceli 316L. Materiál byl zatěžován cyklicky v tahu/tlaku a krutu. Jejich kombinace byla použita pro testování ve dvou víceosých módech: in-phase (ve fázi) a out-of-phase (mimo fázi). Všechny zkoušky byly provedeny v režimu řízení celkové deformace za pokojové teploty. Výsledky únavových zkoušek naznačují, že cyklování v módu tah/tlak způsobuje nejrychlejší růst trhliny a nejkratší životnost. Naproti tomu torzní mód vedl k nejpomalejšímu šíření únavových trhlin a k nejdelším životnostem. Oba víceosé módy se ukázaly být podobně poškozující. Detailně byly studovány dva aspekty mikrostrukturních změn: vzniklé dislokační struktury a deformačně indukovaná martenzitická transformace. Oba jevy byly analyzovány pomocí elektronové mikroskopie. In-phase zatěžování stejně jako oba jednoosé módy vedly k vytvoření podobných dislokačních struktur odlišných od těch pozorovaných v out-of-phase módu což vedlo k odlišné mechanické odezvě. Stabilita austenitu během cyklování byla závislá na zatěžujícím módu a amplitudě deformace. Rozložení indukovaného martenzitu v torzním a out-of-phase módu se ukázalo být silně heterogenní. Měření jeho obsahu pomocí feritoskopu na vnějším povrchu může v některých případech vést k zavádějícím výsledkům. Nejnižší množství martenzitu bylo pozorováno v módu tah/tlak. Odolnost vůči únavovému lomu a úhel náklonu únavové trhliny byly predikovány pomocí modelů založených na principu kritické roviny. Počet cyklů do lomu byl nejpřesněji předpovězen kritériem, které navrhnul Fatemi a Socie. Model Smith Watson Topper vedl k nejlepším odhadům orientace únavové trhliny. Kinetika růstu trhlin byla analyzována metodou navrženou Polákem a dále také pomocí plastické části J-integrálu. Druhý způsob vedl k univerzálnímu popisu rychlosti růstu trhlin ve všech zatěžujících módech s výjimkou out-of-phase, kde výpočet plastické části J-integrálu nebyl proveden. The manuscript is focused on multiaxial fatigue of austenitic stainless steel 316L. The material was cyclically tested in tension/compression and pure torsion as well as in two multiaxial modes formed by their in-phase and 90° out-of-phase combination. All tests were performed in total strain-controlled mode at ambient temperature. Results of fatigue tests suggest that cycling in tension/compression mode causes the fastest crack growth rate and the shortest fatigue life. Torsional mode, on the contrary, led to the slowest propagation of fatigue cracks and the longest fatigue lives. Both multiaxial modes proved to be comparably damaging. Two aspects of microstructural changes were studied in detail: developed dislocation structures and strain-induced martensitic transformation. Electron microscopy was utilized for analyzing both features. In in-phase and both uniaxial modes similar dislocation structures distinguished from those observed in out-of-phase mode were formed which results in the distinct mechanical response observed in the case of out-of-phase loading path. The stability of austenite during cycling was dependent on the loading mode and strain amplitude. The distribution of induced martensite in torsional and out-of-phase modes was strongly heterogeneous. Measuring its content on the outer surface with the Feritscope may give misleading results in some cases. The lowest amount of martensite was observed in tension/compression mode. The endurance against fatigue fracture as well as the tilt angle of the fatigue crack path were predicted using models based on the critical plane approach. The number of cycles to failure was predicted the most precisely by the criterion proposed by Fatemi and Socie. The Smith-Watson-Topper yielded the best predictions of the fatigue crack orientation. The analysis proposed by Polák and the method using the plastic part of the J-integral were applied to investigate the crack growth kinetics. The later approach provided a versatile description of the crack growth rate under all loading paths except out-of-phase mode.
Keywords:
Austenitic steel; Multiaxial fatigue; Strain-induced martensite; Dislocation structure; Critical plane; Crack growth rate; Austenitická ocel; víceosá únava; deformačně indukovaný martenzit; dislokační struktura; kritická rovina; rychlost růstu trhliny
Available in a digital repository NRGL
Mechanismy poškození při multiaxiální únavě
Práce se zabývá víceosou únavou austenitické korozivzdorné oceli 316L. Materiál byl zatěžován cyklicky v tahu/tlaku a krutu. Jejich kombinace byla použita pro testování ve dvou víceosých módech: ...
Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii
Šedivý, Matúš; Malik, Aamir Saeed; Epel, Boris; Vrba, Radimír
2024 - English
Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z progresivních metod EPR je rychlé skenování, které umožňuje pozorovat kinetiku chemických reakcí. Kromě toho nedávný vývoj vysokofrekvenčních součástkách rozšířil použití vysokofrekvenční EPR (HFEPR), které využívají sub-terahertzové až terahertzové vlny. Tato práce se zabývá propojením obou cest do HFEPR spektrometru s rychlým skenováním frekvencí (FRaScan), který byl nedávno vyvinut na CEITEC VUT. Na začátku je stručně uvedena základní teorie k EPR, následovaný přehledem přístrojového vybavení pro HFEPR. V praktické části je popsáno technické řešení spektrometru. Důraz je kladen na implementaci softwaru, pomocí kterého je spektrometr ovládán a měření jsou automatizována. Následně jsou ukázány příklady z měření pevných látek, konkrétně karbidu křemíku dopovaného vanadem (SiC:V), ftalocyaninu líthia (LiPc) a krystalu 1,3-bisdifenylen-2-fenylallylu (BDPA). Příklady demonstrují schopnosti spektrometru získat multifrekvenční vlnově spojitá EPR spektra a frekvenčně rozmítaná spektra v závislosti na teplotě a orientaci vzorku, a taky spektra pomocí rychlého skenování frekvencí Electron spin resonance (also called electron paramagnetic resonance or just EPR) spectroscopy includes methods that investigate matter via unpaired electrons. One of the progressive EPR methods is the rapid scan, which allows one to observe the kinetics of chemical reactions. Moreover, recent developments of high-frequency components expand application of high-frequency EPR (HFEPR), that use sub terahertz and terahertz waves. This thesis deals with the connection of both paths into the frequency rapid scan (FRaScan) HFEPR spectrometer that was recently developed at CEITEC BUT. A brief introduction to the theoretical background of EPR is provided, followed by an overview of the HFEPR instrumentation. The practical part describes a technical solution for the spectrometer. The emphasis is on the implementation of software through which the spectrometer is controlled, and measurements are automated. Afterward are shown example measurements of solid state materials, namely vanadium doped silicon carbide (SiC:V), lithium phthalocyanine (LiPc), and crystal of 1,3-bisdiphenylene-2-phenylallyl (BDPA). The examples demonstrate the capabilities of the spectrometer to acquire multi-frequency continuous wave spectra and frequency-swept spectra with dependency on the temperature and orientation of the sample, as well as the frequency rapid scan spectra.
Keywords:
Elektronová spinová rezonance; spektroskopie; spektrometr; magnetická rezonance; vývoj; přístroj; měřící aparatura; prototyp; terahertzové vlny; prudký sken; defekty v krystalech; kvantový bit; karbid křemíku; software; LabVIEW; simulace; Electron-spin resonance; spectroscopy; spectrometer; magnetic resonance; development; instrument; experimental setup; prototype; terahertz beams; rapid scan; defects in crystals; qubit; silicon carbide; software; LabVIEW; simulation
Available in a digital repository NRGL
Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii
Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z ...
Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami
Mikhailova, Olesia; Bílek, Vlastimil; Vejmelková,, Eva; Žižková, Nikol; Rovnaník, Pavel
2023 - English
V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ekologičtější stavebnictví zahrnují využití několika aluminosilikátů, které mohou být buď odpadními produkty získanými z jiných průmyslových výrob, jako je granulovaná vysokopecní struska, popílek a křemičitá dýmka, nebo materiály pocházející z energeticky méně náročných průmyslových procesů, jako je metakaolin. Použití těchto materiálů při výrobě stavebních materiálů rovněž přispívá ke snížení výrobních nákladů. Aktivace aluminosilikátových materiálů alkalickými aktivátory vede k získání vysoce pevných materiálů, které lze považovat za alternativu běžného PC. Navzdory mnoha výhodám alkalicky aktivovaných aluminosilikátů (AAA) existuje zásadní nevýhoda, která se týká výrazného autogenního smršťování a smršťování při vysoušení, k němuž může docházet během tuhnutí materiálu. Tento jev vede k mikrotrhlinám a zhoršení mechanických lomových vlastností. Polymerní příměsi mohou modifikovat vlastnosti čerstvého a vytvrzeného materiálu AAA a překonat výše uvedené problémy. Tato disertační práce se zabývá vlivem polymerních přísad v různých hmotnostních množstvích aluminosilikátového pojiva na snižování smrštění a křehkosti a na zvýšení lomové houževnatosti. Jako polymerní příměsi byly vybrány polyetylen glykol (PEG), polypropylen glykol (PPG) a různé typy komerčních polymerů z řady dispergovatelných polymerních prášků Vinnapas®. Jejich vliv na vlastnosti získaných materiálů byl porovnáván s vlivem práškového přípravku proti smrštění Peramin SRA 40. Vzorky byly testovány na pevnost v ohybu a tlaku a jejich mikrostruktura byla zkoumána pomocí rtuťové porozimetrie a skenovací elektronové mikroskopie. Jedna z kapitol práce se zabývá studiem různých charakterizačních technik vzniku hlavních reakčních produktů v alkalicky aktivované strusce, jako jsou RTG difrakční analýza, Fourierovou tran Currently, the concrete industry utilizes Portland cement (PC) widely, whose production has a significant environmental impact, while it is also a non-sustainable process. Efforts towards a greener building industry involve employing several aluminosilicate materials that can be either by-products obtained from other industrial activities, such as granulated blast furnace slag, silica fume, and fly ash, or materials derived from less energy-intensive industrial processes, such as metakaolin. Using these materials in the preparation of building materials also contributes to reduced production costs. Activation of aluminosilicate materials by alkaline activators leads to high-strength materials that can be considered an alternative to ordinary Portland cement (OPC). Despite the numerous advantages of alkali-activated aluminosilicates (AAA), a major drawback is the significant autogenous and drying shrinkage that might occur during the material’s hardening. This phenomenon leads to microcracking and deterioration of mechanical fracture properties. Polymer admixtures can modify the properties of the fresh and hardened AAA material and overcome the abovementioned problems. This thesis investigates the influence of polymer admixtures, in different amounts by weight of the aluminosilicate binder, on reducing shrinkage and fragility and increasing fracture toughness. Polyethylene glycol (PEG), Polypropylene glycol (PPG), and different types of commercial polymers of the Vinnapas® - family of dispersible polymer powders were selected as polymer admixtures. Their effect on the properties of the obtained materials was compared with that of powder shrinkage reducer Peramin SRA 40. The specimens were tested for flexural and compressive strength, and their microstructure was investigated employing mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy One of the chapters of the thesis deals with the study of different analytical techniques for the characterization
Keywords:
Alkali activated materials; geopolymers; slag; metakaolin; polymer admixtures; Alkalicky aktivované materiály; geopolymery; struska; metakaolin; polymerní přísady
Available in a digital repository NRGL
Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami
V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ...
Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám
Krčma, Martin; Kordík, Pavel; Stopjaková, Viera; Drábek, Vladimír
2023 - English
Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem práce koncept rozvíjí a představuje několik jeho různých typů jež se vyznačují různými poměry mezi spotřebou zdrojů hradlových polí a přesností s jakou aproximují původní neuronovou síť jíž implementují. Teze díle rozšiřuje koncept o metody zabezpečení proti poruchám s využitím redundance a také bez ní. This thesis focuses on the Field Programmable Neural Networks concept intended to make implementation of neural networks in FPGAs less resource demanding. The thesis introduces and discusses several types of Field Programmable Neural Networks which provide different trad-offs between the resource consumption and the accuracy of the implemented neural network approximation. This thesis also introduces and discusses methods of hardening the Field Programmable Neural Networks against faults with and without redundancy.
Keywords:
Field Programmable Neural Networks; fault tolerance; neural networks; FPGAs; Field Programmable Neural Networks; odolnost proti poruchám; neuronové sítě; FPGA
Available in a digital repository NRGL
Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám
Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem ...
Experimental investigation and numerical modelling of top of rail products
Kvarda, Daniel; prof.Roger Lewis; Meierhofer, Alexander; Hartl, Martin
2023 - English
Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým studiem maziv pro temeno kolejnice. Tyto maziva se používají ke snížení opotřebení, hluku a zlepšení energetické účinnosti kontaktu kola a kolejnice. V posledních dvou desetiletích byl proveden rozsáhlý experimentální výzkum týkající se použití maziv pro temeno kolejnice. Avšak velmi málo výzkumu bylo zaměřeno na základní mechanismy těchto produktů, zejména na problémy s nízkou adhezí. Aplikace matematických modelů v této oblasti také nebyla dosud zkoumána. Cílem této práce je pomocí matematického modelu vysvětlit třecí chování a problémy s nízkou adhezí maziv pro temeno kolejnice. Model předpokládá jak tření vznikající interakcí nerovností pevných látek, tak separaci mazacím filmem. Validace tohoto modelu byla provedena na experimentálním tribometru se schopností měřit tloušťku filmu pro ověření přesné predikce separace povrchu. Komerční tribometr byl použit ke zkoumání vlivu jednotlivých složek v mazivu pro temeno kolejnice na bázi oleje. Sada reologických testů v kombinaci s modelem ukázala, že pevné částice měly velmi malý vliv na zvýšení adheze po aplikaci. Následně byly testovány různé typy maziv pro temeno kolejnice pomocí vysokotlakého torzního zařízení. Mezný režim tření těchto látek byl hodnocen představeným modelem. Bylo zjištěno, že pozitivní třecí vlastnosti, které by tyto produkty měly poskytovat, jsou výsledkem velké skluzové vzdálenosti, která mění složení třecí vrstvy. Nízký koeficient tření v důsledku nadměrné aplikace se vyskytl při stejném aplikovaném množství u všech testovaných látek. Tato diplomová práce představuje původní výzkum rozšiřující znalosti o produktech pro temeno kolejnice. This dissertation thesis deals with experimental and numerical study of top or rail products. These products are used to reduce wear, noise and improve energy efficiency of wheel and rail contact. In the last two decades, extensive experimental research has been conducted on the use of top of rail products. However, very little research has focused on the fundamental mechanisms of these products, especially causes of low adhesion. Application of mathematical models to this field was also not yet examined. The aim of this thesis is to explain the frictional behaviour and low adhesion conditions of the top of rail products with the use of a mathematical model. The model assumes both friction arising from solid asperity interaction and separation by a fluid film. The validation of this model was carried out on an experimental tribometer with the ability to measure film thickness to validate the accurate prediction of surface separation. A commercial tribometer was used to investigate the influence of individual components in oil-based top of rail product on the coefficient of adhesion. A set of rheological tests in combination with the model showed that the solid particles had very little effect in increasing adhesion after application. Subsequently, different types of top of rail products were tested using a high pressure torsion device. The boundary friction of these substances was evaluated by the model. The positive frictional characteristics that these products should provide are found to be a result of sliding friction changing the composition of the interfacial layer. In addition, the low coefficient of friction due to overapplication occurred at the same amount applied for all tested substances. This thesis presents original research expanding on the knowledge of top of rail products.
Keywords:
Wheel-rail contact; Friction management; Top of rail products; Numerical model; Tribology; Kontakt kolo-kolejnice; Řízení tření; Maziva pro kolejový svršek; Numerický model; Tribologie
Available in a digital repository NRGL
Experimental investigation and numerical modelling of top of rail products
Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým studiem maziv pro temeno kolejnice. Tyto maziva se používají ke snížení opotřebení, hluku a zlepšení energetické účinnosti kontaktu kola a ...
Mechanismy poškození niklové superslitiny René 41 při únavě
Babinský, Tomáš; Pippan, Reinhard; Růžička,, Milan; Polák, Jaroslav
2023 - English
Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou termodynamických stavech: po rozpouštěcím žíhání a po stárnutí. Jednoosé zkoušky nízkocyklové únavy byly prováděny symetricky vzhledem k řízené veličině, kterou byla celková podélná deformace. Za účelem studia mechanismů poškození a jejich souvislosti s plastickou deformací byly aplikovány techniky elektronové mikroskopie doplněné o analýzu cyklické odezvy ve formě hysterezních smyček statistickým přístupem. Navíc byly provedeny přerušované únavové zkoušky za účelem studia vývoje povrchového reliéfu ve vztahu k dislokační substruktuře, k čemuž bylo opět využito elektronové mikroskopie. Porušení za pokojové teploty bylo povětšinou transkrystalické, únavové trhliny iniciovaly především uvnitř zrn z povrchového reliéfu. Srovnáme-li dva zkoušené stavy, stárnutý materiál vykazoval vyšší hodnoty cyklického napětí a při srovnatelném napětí dosahoval vyšších životností. Cyklická deformace byla od prvního cyklu lokalizována do persistentních skluzových pásů. Bylo zjištěno, že většina skluzových pásů vzniká na začátku únavového života, kvůli čemuž jsou koherentní precipitáty ‘ významně deformovány pouze na začátku únavového života. Skluz v persistentních skluzových pásech vedl k vytvoření povrchového reliéfu ve formě skluzových schodů, extruzí a intruzí. Vznik povrchového reliéfu byl podrobně diskutován s existujícími modely. Vysokoteplotní expozice měla za následek oxidaci povrchu, zejména na oslabených hranicích zrn, kde iniciovaly a následně se šířily únavové trhliny. Výsledné poškození bylo tudíž interkrystalické. The present study deals with the aspects of fatigue damage in a wrought Ni-based superalloy René 41. The material of interest was investigated in two thermodynamical states: solutionised and aged. Uniaxial, fully-reversed low-cycle fatigue tests were conducted at room and elevated (800 °C) temperatures under total strain amplitude control. To study the relevant damage mechanisms and reveal their connection to plastic deformation, a detailed analysis of the cyclic response using a statistical approach was performed, and advanced microscopy techniques were employed, namely scanning and transmission electron microscopy. Interrupted fatigue tests were performed to study the evolution of surface relief and the underlying dislocation structure. After each interruption, the evolution of the microstructure was analysed using electron microscopy techniques. At room temperature, the damage was mostly transgranular, and the cracks initiated predominantly within grains from the roughened surface. Comparing the two investigated material states, the aged material attained higher stresses and exhibited higher lifetimes in service-relevant stress-life relation. Cyclic deformation was found to localize to persistent slip bands since the first cycle, and the majority of slip bands formed very early in the fatigue life. Hence, shearing of the strengthening phase, coherent ’ precipitates, occurred largely only in the first few cycles. Due to the cyclic slip localization, surface roughening emanated in the form of slip steps, extrusions and intrusions. The formation of surface relief was thoroughly discussed with existing models. The exposure to high temperatures led to an environmental attack, due to which an oxide layer formed on the surface. The cracks initiated and propagated along weakened grain boundaries, and the resulting damage was thus intergranular.
Keywords:
Low-cycle fatigue; Cyclic slip localization; Persistent slip band (PSB); Persistent slip marking (PSM); Dislocation; Electron microscopy; Superalloy; Nízkocyklová únava; Lokalizace cyklické deformace; Persistentní skluzový pás; Persistentní skluzová stopa; Dislokace; Elektronová mikroskopie; Superslitina
Available in a digital repository NRGL
Mechanismy poškození niklové superslitiny René 41 při únavě
Předkládaná práce se zabývá vznikem poškození ve tvářené niklové superslitině René 41, která je podrobena únavovému zatěžování za pokojové a zvýšené (800 °C) teploty. Slitina byla zkoumána ve dvou ...
Measurement of Shape and Dimensions of Forgings
Hurník, Jakub; Bračun, Drago; Piano, Samanta; Koutný, Daniel
2023 - English
V procesu výroby těžkých výkovků volným kováním vznikají nepřesnosti, které je třeba měřit a korigovat. Metoda pasivního měření výkovků, na základě jejich siluet v obraze, zde potenciálně nabízí mnoho výhod. V případě měření výkovků ale v literatuře vykazuje relativně nízkou přesnost a nebyla ověřena v průmyslových podmínkách. Cílem práce je proto prozkoumat možnosti využití této metody v reálných podmínkách, které umožní pokročilé metody optického měření. Jsou diskutovány rušivé vlivy prostředí a navrhovány originální metody, jak ovlivnění zmírnit nebo mu předejít. Ty jsou ověřovány v laboratorním i v průmyslovém prostředí. Výsledky potvrzují efektivitu navržených metod; dosahovaná přesnost je stejného řádu s tou dosaženou v laboratorním prostředí. Bylo dosaženo chyby okolo 1 mm v měřicím objemu 6 × 6 × 2 m v případě měření přímosti osy a průměru výkovku. Tento výsledek postačuje požadavkům průmyslového prostředí. Nicméně, měření stále obsahuje odlehlé hodnoty, jejichž výskyt je diskutován. Poznatky obsažené v této práci je možné využít při vývoji profesionálního měřicího systému pro tuto aplikaci. Sekundárně jsou pak zobecnitelné a využitelné při měření horkých objektů nebo obecně objektů v komplexním prostředí na základě jejich siluet. Systém pro měření výkovků by v budoucnu mohl přinést vyšší efektivitu výroby volně kovaných polotovarů a mohl by se stát součástí automatizované kovací linky. In the process of open-die forging, inaccuracies can appear. These inaccuracies must be measured and corrected. Passive heavy forging measurement, based on their silhouettes in images, potentially offers many advantages in this application. However, regarding forging measurement, this method showed limited accuracy in the literature and was never verified under industrial conditions. Therefore, the aim of this thesis is to examine the feasibility of this method in the industrial environment, by using advanced methods of optical measurement. Interfering effects are discussed, and original methods, working as countermeasures, are proposed. Methods are verified in both the laboratory and the industrial environment. The results suggest the effectiveness of the proposed methods; the accuracy achieved in the laboratory and industrial environment is of the same order. The error is approximately around 1 mm in a measurement volume of 6 × 6 × 2 m for the geometry of the axis and the measurement of the diameter. This result satisfies the demands of an industrial environment. However, the measurement still contains outliers, which are discussed. The knowledge obtained can be used during the development of a professional measurement system for this application. Secondly, the knowledge can be generalized to the measurement of hot objects, or objects in a complex environment, based on their silhouettes. A system for the measurement of forgings could increase the effectiveness of manufacturing and could become a part of automated forging production line in the future.
Keywords:
forging; measurement; silhouettes; edge detection; axis straightness; výkovek; měření; siluety; detekce hran; přímost osy
Available in a digital repository NRGL
Measurement of Shape and Dimensions of Forgings
V procesu výroby těžkých výkovků volným kováním vznikají nepřesnosti, které je třeba měřit a korigovat. Metoda pasivního měření výkovků, na základě jejich siluet v obraze, zde potenciálně nabízí mnoho ...
Využití fluorescenčních technik k analýze průmyslově významných mikroorganismů
Müllerová, Lucie; Kráčmar, Stanislav; Krčma, František; Obruča, Stanislav
2023 - English
Techniky analýzy jednotlivých buněk neboli single-cell analýzy, jsou velmi důležité v kontextu studia důležitých biotechnologických mikroorganismů. V biotechnologických procesech je optimální mít rychlé, efektivní a real-time analýzy, které lze provést s minimální přípravou vzorku. Proto jsme v rámci předložené disertační práce využili autofluorescenci jako marker fyziologického stavu mikrobiální kultury, který je možné analyzovat pomocí fluorescenční mikroskopie a/nebo průtokové cytometrie. Nejdříve bylo potvrzeno, na základně emisních spekter, že zelená autofluorescence emitovaná bakteriemi Cupriavidus necator H16 a jejím polyhydroxyalkanoáty (PHA) neprodukujícím mutantem Cupriavidus necator PHB-4, pochází skutečně z flavinů. Emisní maximum bylo naměřeno v rozmezí 510–550 nm pro FAD, FMN a riboflavin – bohužel jednotlivá spektra od sebe nebylo možné rozeznat, a 515 nm pro oba bakteriální kmeny Cupriavidus necator. Byly nalezeny dvě maxima excitačních spekter, jedno v rozmezí 360–370 nm a druhé okolo 440 nm. Z těchto poznatků byl sestaven nový protokol pro fluorescenční mikroskopii – laser byl nastaven na hodnotu 467 nm a emisní filtr pro detekci byl vybrán 520/35 nm. Flaviny a jejich autofluorescence může být take použita v kombinaci s jinými fluorofory, když jsou použity multiparametrické analýzy, ale je důrazně doporučeno, aby vybrané fluorescenční sondy buď emitovaly v jiném rozmezí, než je 500–550 nm anebo byla jejich doba života excitovaného stavu jiná, než je interval 3,2–3,7 a 4,2 – 4,9 ns. Tyto doby života navíc zůstaly konstantní, i když byly buňky vystaveny kultivačním a stresovým podmínkám. To z nich dělá velmi stabilní marker v porovnání s dynamickým charakterem intenzit fluorescence. Dále byl optimalizován protokol pro značení bakterie C. necator s využitím PHA specifické sondy BODIPY 493/503. Optimální koncentrace této lipofilní sondy byla stanovena na 2,5 µg ml-1 a sondu je možné dle našich dat aplikovat společně s viabilitní sondou propidium iodidem. Tento protokol byl také využit pro studium morfologie PHA-syntetizující halofilní bakterie Halomonas halophila. Pro stanovení UV-protektivních vlastností PHA obsaženého v bakterii Cupriavidus necator, byl optimalizován další protokol, tentokrát pro ROS citlivou sondu CM-H2DCFDA, která byla stanovená jako citlivější v porovnání s její nemethylovanou formou. V této studii byly navíc potvrzeny UV-protektivní vlastnosti PHA na bakterii Cupriavidus necator H16 v porovnání s PHA nesyntetizujícím kmenem Cupriavidus necator PHB-4. Single-cell analysis techniques are very important when studying relevant biotechnological microorganisms. In biotechnological processes, the optimum is to have fast, efficient and real-time analyses that can be done with minimal preparations. Therefore, we looked at autofluorescence as a possible and natural marker when employing fluorescence microscopy and flow cytometry. First, it has been established, based on the emission spectra, that the green autofluorescence of the bacteria used – Cupriavidus necator H16 and its non polyhydroxyalkanoates (PHA) producing mutant Cupriavidus necator PHB-4, is caused predominantly by flavins. The maxima of emission spectra were 510 – 550 nm for FAD, FMN and riboflavin whose spectra could not be distinguished, and 515 nm for both strains of Cupriavidus necator. Two maxima of excitation spectra of the bacteria were found – one in the range 360 – 370 nm and another around 440 nm, and so a new protocol for fluorescence microscopy has been established - the laser used was 467 nm and the emission filter chosen for the detection was 520/35 nm. Flavins and their autofluorescence can also be used in combination with other fluorophores when the need for multi-parametrical analyses arises, but it’s highly recommended the other dyes emit other than green fluorescence in the band of 500 – 550 nm or/and have an average fluorescence lifetime other than 3.2 – 3.7 and 4.2 - 4.9 ns. These values stayed constant even when the cells were exposed to various cultivation and even stress conditions. That makes them a very stable marker compared to the dynamic marker of fluorescence intensity that changes immediately after a change in the environment. A new staining protocol for C. necator using PHA-specific hydrophobic probe BODIPY 493/503 was optimised. The optimal staining concentration of the lipophilic dye BODIPY 493/503 was determined to be 2.5 µg ml-1 and it can be used in combination with propidium iodide. The BODIPY 493/503 staining protocol has been used when analysing the morphology of the PHA-synthesising bacteria Halomonas halophila. Further, to study the UV-protective properties of PHA in Cupriavidus necator, another staining essay has been optimised. It has been established that the ROS sensitive dye CM-H2DCFDA gives better performance than its non-methylated form. Also, the UV-protective characteristics of the PHA-synthesising strain Cupriavidus necator H16 were confirmed when compared to its non-PHA synthesising strain C. necator PHB-4.
Keywords:
Bacterial autofluorescence; Cupriavidus necator; Sporomusa ovata; Halomonas halophila; single cell analysis; average fluorescence lifetime; oxidative stress; ROS; biotechnological processes quality control; PHB protective characteristics; flow cytometry; fluorescence microscopy; fluorescence stain optimisation; Bakteriální autofluorescence; Cupriavidus necator; Sporomusa ovata; Halomonas halophila; analýzy jedné buňky; doba života excitovaného stavu; oxidativní stress; ROS; kvalita kontroly biotechnologických procesů; protektivní charakteristiky PHB; průtoková cytometrie; fluorescenční mikroskopie; optimalizace fluorescenčního barvení
Available in a digital repository NRGL
Využití fluorescenčních technik k analýze průmyslově významných mikroorganismů
Techniky analýzy jednotlivých buněk neboli single-cell analýzy, jsou velmi důležité v kontextu studia důležitých biotechnologických mikroorganismů. V biotechnologických procesech je optimální mít ...
Rozsáhlé simulace ultrazvuku za použití akcelerovaných clusterů
Vaverka, Filip; Boehm, Christian; Říha, Lubomír; Jaroš, Jiří
2023 - English
Efektivní využití akcelerovaných HPC clusterů je obzvlášť závislé na efektivitě komunikace použitých algoritmů. Tato práce se tedy věnuje přezkoumání pseudo-spektrálních algorimů používaných pro řešení vlnových problémů převážně v oblasti medicínského ultrazvuku s cílem umožnit jejich běh na akcelerovaných strojích. Je ukázáno, že doménová dekompozice je preferovaný způsob dosažení daného cíle, jelikož řada alternativních přístupů vykazuje výrazně horší numerické vlastnosti. Na základě tohoto přístupu a k-Wave modelu ultrazvuku, široce používaného v medicíně, je navržen nový simulační algoritmus. Následnými experimenty je ukázáno, že tento přístup dosahuje až 7.5x zrychlení a dosahuje téměř perfektního slabého škálování až do 512 GPU akcelerovaných uzlů. Zároveň toto řešení umožňuje plné využití výpočetních uzlů s několika GPU akcelerátory a pokročilým propojením jako je NVIDIA DGX-2 s NVLink. Tato metoda také nabízí možnost flexibilní volby mezi přesností a efektivitou. Volbou hloubky překryvu subdomén lze dosáhnout jak přesnosti srovnatelné s původní k-Space metodou, tak i maximalizovat výkon při zachování dostatečné přesnosti. Efficient utilization of accelerated HPC clusters is particularly sensitive to communication efficiency of deployed algorithms. In this thesis, we reexamine pseudo-spectral solvers for wave-like problems in medical ultrasonics to allow their deployment on these machines. The domain decomposition is shown to be a preferable approach to improving data locality of these solvers as a range of suitable alternative discretizations exhibited considerably worse numerical properties. The local Fourier basis domain decomposition is then used to construct a novel solver based on the state of the art model for ultrasound in medicine -- k-Wave. We show that this approach is up to 7.5x faster and achieves almost perfect weak-scaling up to 512 GPU accelerated nodes, while being able to take full advantage of advanced GPU interconnects such as NVLink in NVIDIA DGX-2 multi-GPU nodes. The method offers flexible accuracy--efficiency trade off, which allows to nearly match accuracy of the global k-Space method or maximize performance at sufficient accuracy by subdomain overlap scaling.
Keywords:
pseudo-spectral methods; supercomputing; domain decomposition methods; local Fourier basis; medical ultrasound simulation; non-linear ultrasound; HIFU; MPI+X; CUDA; GPU; accelerated computing; pseudo-spektrální metody; superpočítání; metody doménové dekompozice; lokální Fourierova báze; simulace ultrazvuku v lékařství; nelineární ultrazvuk; HIFU; MPI+X; CUDA; GPU; akcelerované počítání
Available in a digital repository NRGL
Rozsáhlé simulace ultrazvuku za použití akcelerovaných clusterů
Efektivní využití akcelerovaných HPC clusterů je obzvlášť závislé na efektivitě komunikace použitých algoritmů. Tato práce se tedy věnuje přezkoumání pseudo-spektrálních algorimů používaných pro ...
Large-Scale Robotic 3D Printing of Polymer Composites
Krčma, Martin; Fritschi, Ena Lloret; Naboni, Roberto; Paloušek, David
2023 - English
Tato disertační práce se zabývá vývojem a výzkumem 3D tiskové metody pro velkorozměrový 3D tisk komplexních, funkčních objektů z recyklovaného polymerního kompozitu. První část práce je materiálově zaměřená, zabývá se složením kompozitu, procesními parametry, materiálovými vlastnostmi a degradací během 3D tisku. Výsledkem této části je publikace v indexovaném časopise, která srovnává materiálové vlastnosti a porozitu tištěných a litých vzorků. V průběhu práce jsou definovány problémy s 3D tiskem tohoto materiálu a je navrženo jejich řešení pomocí tiskových strategií. Druhá část disertační práce se zaměřuje na návrh, provedení a vyhodnocení těchto strategií. Na toto téma byly publikovány dva články, první zaměřený na aplikaci a porovnání víceosých 3D tiskových strategií a druhý, ve kterém je popsána nová metoda 3D tisku. Byly srovnány 4 metody, kombinující neplanární slicing a orientovaný 3D tisk, z pohledu kvality povrchu, obtížnosti zpracování a vystavitelnosti. Získané poznatky byly využity při návrhu zmíněné nové metody 3D tisku, založené na principu variace výšky vrstvy v kombinaci s reorientací tiskové hlavy pro zlepšení možností velkorozměrového 3D tisku objektů s jedním perimetrem, u kterých metoda umožnuje vystavitelnost převisů přes 80°. The main goal of the thesis is research and development of a 3D printing process for large-scale printing of complex, functional objects from recycled polymer composites. The first part of the thesis is material-oriented, dealing with the composite makeup, processing parameters, material properties and their degradation during 3D printing. The results of this part are summarized in a journal article comparing the mechanical properties and porosity of printed and cast samples. During this part of the thesis, material processing problems are defined, and 3D printing strategies are proposed to solve or avoid them. The second part of the thesis then deals with the design, execution and evaluation of these strategies. This is split into two articles, the first one dealing with the application and evaluation of multiaxis 3D printing strategies, and a second that proposes a new printing method. Four methods were compared, combining nonplanar slicing and oriented 3D printing and evaluating the results in terms of buildability, processing difficulty and surface quality. The insights gained during this study were then used to inform the design of the new 3D printing method that makes use of intralayer height variations and tool reorientation to enhance single perimeter printing resulting in an increase in buildability for large-scale 3D printing to over 80° of overhang.
Keywords:
Material extrusion; Large scale 3D printing; Multi axis 3D printing; Polymer concrete; Composite; Extruze materiálu; Velkorozměrový 3D tisk; Víceosý 3D tisk; Polymerní beton; Kompozit
Available in a digital repository NRGL
Large-Scale Robotic 3D Printing of Polymer Composites
Tato disertační práce se zabývá vývojem a výzkumem 3D tiskové metody pro velkorozměrový 3D tisk komplexních, funkčních objektů z recyklovaného polymerního kompozitu. První část práce je materiálově ...
NRGL provides central access to information on grey literature produced in the Czech Republic in the fields of science, research and education. You can find more information about grey literature and NRGL at service web
Send your suggestions and comments to nusl@techlib.cz
Provider
Other bases