Modelling as Efficient Tool in Industrial Practice and Economic Aspects

Tato dizertační práce se zabývá problematikou modelování jako účinného nástroje použitelného v průmyslové praxi v oblasti ekologie a energetiky. Je zde představeno jak modelování části technické, tak i ekonomické a zároveň jejich propojení. Podniky v případě potřeby nehodnotí pouze technické řešení s ohledem na investiční náklady, ale hledají optimalizované řešení po stránce technické i ekonomické. Dizertační práce se zaměřuje jak na modelování jednotlivých zařízení, tak i technologických jednotek a to v různých úrovních komplexnosti. Jsou zde uvedeny konkrétní případové studie využívající různé úrovně modelování.This doctoral thesis focuses on modelling as an efficient tool in industrial practice in the field of power industry and environmental engineering. It represents the modelling for technical as well as for economic part and their combination. Industrial companies do not evaluate only technical solutions in terms of investment costs, however, they search for optimized technical-economic solutions. The doctoral thesis describes the modelling of individual equipment as well as technological units in various levels of complexity. Case studies utilising various levels of modelling are represented herein.

Influence technology of surface treatments machine sewing needles on thier lifetime

katedra: KSP

Analysis of Influence of Collagen Organization on Mechanical Properties of Arteries

Tato disertační práce se zabývá Vlivem uspořádání kolagenu na mechanické vlastnosti tepen a je rozdělena do tří nejdůležitějších částí. Motivace pro tuto doktorskou práci byla ve studii revidující vliv modelu materiálu na výsledné napětí v AAA. Určení vlivu modelu materiálu bylo provedeno na 70 geometriích AAA, což o řád přesahuje množství geometrií použitých v jiných publikacích. Byly využity dva modely materiálu, tj. reálný a 100× tužší a výsledné hodnoty napětí byly porovnány. Bylo vyhodnoceno, že v analyzované skupině 70 pacientů existuje ~10 % pacientů, u kterých odchylka maximálního napětí od referenčního modelu přesahuje 20 %. Výsledky napětí mohou tedy být závislé na zvoleném modelu materiálu a je vhodné upřednostnit ten reálný, ačkoliv práce s ním je náročnější. Druhá oblast práce se věnuje identifikaci strukturních parametrů (orientaci a disperzi kolagenních vláken) z prasečí aorty pomocí upraveného algoritmu rychlé Fourierovy transformace. Získané strukturní parametry byly vloženy do dvouvrstvého strukturně motivovaného konstitutivního modelu Martufi-Gasser. Tento model byl validován a měl výborné predikční schopnosti. Nejpodstatnější z analýzy obrazu provedené na ~9000 mikrosnímcích je zjištění, že ve stěně zdravé prasečí hrudní aorty existuje jen jedna rodina kolagenních vláken s rozptylem, což boří dogma o dvou rodinách kolagenních vláken zavedené ve světové literatuře. Třetí část práce je věnována návrhu automatického algoritmu pro detekci lokálních směrů kolagenních vláken ze snímků pořízených pomocí polarizované mikroskopie na základě fázové korelace obrazu. Navrhnutý algoritmus byl verifikován a validován. Výsledkem algoritmu jsou histogramy orientací obsahující nesrovnatelně větší množství bodů, než umožňují jakákoli manuální měření. Limitací u původního algoritmu byl rozsah úhlů 0°–90° na základě principiálních omezení periodou intensity samotné polarizované mikroskopie. Závěr práce je věnován rozšíření zmíněného algoritmu na rozsah úhlů 0°–180°. Za tímto účelem bylo změněno nastavení mikroskopu a algoritmus byl podle tohoto nastavení přeprogramován. Původní i nový algoritmus jsou velmi rychlé, přesné a specifické pro opticky dvojlomné struktury. I přes veškerou snahu autora této dizertační práce zůstává otázka automatického měření vlnitosti kolagenních vláken přímo z výsledných histogramů zatím ve stádiu výzkumu.This dissertation thesis concerns with Analysis of Influence of Collagen Organization on Mechanical Properties of Arteries and it is divided into three main parts. Motivation for this dissertation thesis was in a study reviewing effect of material model upon resulting stresses in AAA. The effect was calculated in 70 patient-specific geometries of AAA, which exceeds the number of geometries in other scientific papers by one order. Within this study, two material models were used, i.e. real one and 100× stiffer, and obtained stresses were mutually compared. It was quantified that peak stress difference can be higher than 20 % in 10% of patients and therefore the real material model should be preferred over the artificial one although operation with this model is more demanding. The second part of this thesis deals with an identification of structural parameters (orientation and dispersion of collagen fibres) of porcine aortic tissue by using adjusted Fast Fourier Transform based algorithm. The extracted structural parameters were inserted into two-layer structure-motivated constitutive model Martufi-Gasser. This model was validated and its predictive capabilities were also tested with fine results. The most important information obtained from the digital image processing of ~9000 micrographs is existence of only one family of dispersed collagen fibres which breaks the current dogma present in many scientific papers about two families of collagen fibres. The third part concerns with a proposal of an automated phase-correlation based algorithm for obtaining collagen fibre direction from polarized light microscopy images. The proposed algorithm was verified and validated and it yields histograms of collagen fibre directions with overall number of measured points larger than it would be possible to get from any manual measurement. The limitation of the original proposed algorithm is in 90° period of polarized light intensity, thus the method results in angles in the range of 0°–90. Therefore the end of the thesis is dedicated resolving this problem and obtaining real angles in a span of 0°–180°. To this end, the microscope set-up was changed and the algorithm was adjusted accordingly. The original and the adjusted algorithms are collagen-specific, fast and an operator independent. Despite all the author´s effort put into collagen fibre waviness quantification directly from the histograms, the waviness has not been quantified yet in this way and it remains at the stage of research.

Organic architecture and contemporary residential living

Organická architektura je v dnešní době často používaným termínem především v souvislosti s odvážnou a experimentální formou. Přesná definice nebo rozdělení však stále chybí. Za zakladatele novodobé organické architektury je všeobecně považován Frank Loyd Wright. Ten organickou architekturu nejen realizoval, ale na počátku dvacátého století, kdy se formulovaly nové architektonické směry, ji definoval. Disertační práce se zabývá doposud nedostatečně popsanou problematikou organické architektury. Hlavní zaměření je upřeno na soudobou obytnou organickou tvorbu ve střední Evropě. Jmenovitě jsou podrobně rozebrány jednotlivé realizace na území Maďarska, České Republiky, Slovenské Republiky, Rakouska, Německa a Polska. Kromě detailního popisu Evropských realizací a jejich historických východisek se práce také podrobněji zabývá vznikem a významnými realizacemi severoamerické organické architektury. Novodobá organická architektura prioritně vznikala na území Spojených států amerických. Pro úplnost přehledu práce také uvádím nejvýznamnější soudobé realizace a architekty realizující obytnou organickou architekturu i v jiných státech světa. Cílem disertační práce bylo obecně poukázat na nejnovější trendy v navrhování staveb pro bydlení. V rámci nových trendů nalézt polohu organické architektury a zdůvodnit její vzrůstající popularitu, rozšířenost a nezbytnost pro další vývoj architektury. Organická architektura je alternativní cestou soudobého bydlení. V posledních letech její obliba vzrůstá v reakci na vznik novodobých technologií a materiálů, potřebu chránit naše přírodní zdroje a také na vzrůstající negativa globalizace a popření místních tradic a regionálních specifik. Aspekty organických forem byly rozebírány na základě členění organické architektury do tří hlavních skupin podle jejich hlavních charakteristik: forma, harmonie a udržitelný rozvoj. Dalším cílem bylo zjistit lokaci ohnisek výskytu organické obytné architektury. Jejich realizace nejsou koncentrované, ale spíše nekoordinovaně rozsety. Proto byly vybrány státy, které jsou oproti ostatním bohatší na výskyt organických domů. Cílem práce bylo také oslovit odbornou a laickou veřejnost, především pedagogy vysokých škol architektury a také samotné studenty. Velká část komunikace se odehrála na základě grantového projektu FRVŠ pro rok 2010. Uskutečnily se přednášky studentům o organické architektuře a výstava na téma: Soudobá obytná organická architektura. V neposlední řadě byla vydána publikace katalogu pod názvem: Soudobé organické domy – Evropa. V rámci grantového projektu jsem měla možnost navštívit velké množství realizací organických rodinných domů v zahraničí. Konkrétně na Slovenku, v Maďarsku a v Německu. Výsledky ankety, která byla položena formou otázek uživatelům a autorům vybraných domů, jsou součástí disertační práce. Výsledky disertační práce jsou především: - podrobné nastínění přehledu vývoje organického bydlení - definování soudobých tendencí organické architektury v bydlení - získání a zpracování odpovědí majitelů a autorů domů na anketní otázky - analýza organického domu (soustavy domů) v rámci urbanistické struktury a krajiny - kniha katalogu organických soudobých evropských bytových realizací pod názvem Soudobé organické domy - Evropa - článek o organické soudobé architektuře a bydlení v rámci elektronického architektonického časopisu archiweb, který má být publikován v roce 2012Organic architecture is often used term especially in connection with the daring and experimental form. The exact definition or division is still missing. The founder of modern organic architecture is to be generally considered as Frank Loyd Wright. He was the man who created organic architecture and also made first definition in the early twentieth century, when formulating new architectural styles. Dissertation deals with insufficiently described problem of organic architecture. The main focus is on contemporary production of residential organic architecture in Central Europe. Especially on the particular realizations in Hungary, Czech Republic, Slovak Republic, Austria, Germany and Poland. Beside detail description of European realizations, the dissertation deals also with foundations of organic architecture in U.S.A. and important realizations here. Modern organic architecture primarily originated in the United States of America. The work presents most important contemporary realizations and architects creating resident living organic architecture in other countries around the world in order to complete the overview. The objective of dissertation was describing newest trends in designing buildings for living. Find position of organic architecture and give reasons for it´s increasing popularity, spread and necessity for new development in architecture according to the new trends. Organic architecture is an alternative way of contemporary residential living. It´s popularity is growing in last years in response to the development of modern technologies and materials, the need to protect our natural resources and also to the increasing negatives of globalization and to denial of local traditions and regional specificities. Aspects of organic forms were divided into three main groups according to their main characteristics: form, harmony and sustainable development. Another objective was find location of contemporary organic residential architecture in Czech Republic and abroad. It is rather spread all over the world than concentrated on certain places. Therefore I selected countries that are richer than the others on the occurrence of organic buildings. The objective was also to address architects, specialists, public and especially university teachers of architecture and students themselves. Communication with them was mainly connected with grant project in 2010. The theme of grant project was contemporary organic architecture in residential living. There were lectures about contemporary organic architecture and exhibition on the theme: Contemporary living organic architecture. The publication of the catalog was published under the title: Contemporary organic houses - Europe. I had the opportunity to visit a number of organic family houses abroad. Specifically houses in Slovakia, Hungary and Germany. Results of survey, which was realized by questions to owners and authors of chosen buildings, are included in dissertation. The mail results of dissertation are - make a detail review of organic architecture in residential living - define trends in contemporary organic architecture and residential living - obtain and process answers from owners and authors of chosen buildings within survey - analysis of organic house ( houses) in city planning and landscape - publication of catalogue focused on organic contemporary European houses - article about contemporary organic architecture and residential living will be published in 2012 on archiweb page

Negative Electrode of Lithium Secondary Cells

Tato disertační práce se zabývá studiem různých uhlíkových materiálů pro zápornou elektrodu lithium iontových akumulátorů. Cílem práce je získat co nejvíce poznatků o těchto materiálech a navrhnout jejich možná zlepšení. V úvodní části, práce popisuje dosavadní poznatky o uhlíkových materiálech a jejich využití. V následujících částech práce je pojednáno o výrobě a optimalizaci složení elektrod a výběru uhlíkatého materiálu pro kapalné a gelové elektrolyty.The thesis deals with a study of the various carbon materials for negative electrode of lithium ion accumulators. The object of the work is to gain the most knowledge about these materials and to project their possible improvements. In the first part of the work is described the latest knowledge about carbon materials and their application. In the following parts of the work is handled about manufacture,optimization of composition of electrode and the choice of carbon material for liquid and gel electrolyte.

Proudění nestlačitelných tekutin s viskozitou závislou na tlaku (a jejich aplikace při modelování proudění v ložisku)

Title: Flows of incompressible fluids with pressure-dependent viscosity (and their application to modelling the flow in journal bearing) Author: Martin Lanzendörfer Department: Mathematical Institute of Charles University Supervisor: prof. RNDr. Josef Málek, DSc. Abstract: The viscosity of the fluids involved in hydrodynamic lubrication typically depends on pressure and shear rate. The thesis is concerned with steady isothermal flows of such fluds. Generalizing the recent results achieved in the case of homogeneous Dirichlet boundary conditions, the existence and uniqueness of weak solutions subject to the boundary conditions employed in practical applications will be established. The second part is concerned with numerical simulations of the lubrication flow. The experiments indicate that the presented finite element method is successful as long as certain restrictions on the constitutive model are met. Both the restrictions involved in the theoretical results and those indicated by the numerical experiments allow to accurately model real-world lubricants in certain ranges of pressures and shear rates. The last part quantifies those ranges for three representative lubricants. Keywords: existence and uniqueness of weak solutions, finite element method, pressure- thickening, shear-thinning, incompressible fluids,...Název práce: Proudění nestlačitelných tekutin s viskozitou závislou na tlaku (a jejich aplikace při modelování proudění v ložisku) Autor: Martin Lanzendörfer Pracoviště: Matematický ústav Univerzity Karlovy Školitel: prof. RNDr. Josef Málek, DSc. Abstrakt: Viskozita tekutin při hydrodynamickém mazání zpravidla závisí na tlaku a rychlosti smyku. Práce se zabývá ustáleným izotermálním prouděním právě takových tekutin. Naváže na nedávné výsledky dosažené pro případ homogenních Dirichletových okrajových podmínek a ukáže existenci a jed- noznačnost slabého řešení pro okrajové podmínky používané v praktických aplikacích. Druhá část je pak věnována numerickým simulacím. Experi- menty naznačí úspěšnost použité metody konečných prvků dokud konsti- tutivní model splňuje jistá omezení. Jak omezení potřebná v teoretických výsledcích, tak ta naznačovaná numerickými experimenty umožňují používat přesné modely maziv v jistém rozsahu tlaku a rycholsti smyku. Poslední část práce charakterizuje tento rozsah v případě třech typických reprezentantů maziv. Klíčová slova: existence a jednoznačnost slabého řešení, metoda konečných prvků, viskozita závislá na tlaku a rychlosti smyku, nestlačitelné...Matematický ústav UKMathematical Institute of Charles UniversityFaculty of Mathematics and PhysicsMatematicko-fyzikální fakult