Národní úložiště šedé literatury

Pokročilé výpočetní metody pro detekci CNV v bakteriálních genomech
Jugas, Robin; Bystrý, Vojtěch; Šafránek,, David; Vítková, Helena
2024 - English Hlavní pozornost v oblasti strukturálních variací je zaměřena na lidské genomy. Detekce změny variace počtu kopií (CNV) u bakterií je tedy méně rozvinutou oblastí. Běžně používané metody detekce CNV neberou v úvahu specifika bakteriálních kruhových genomů a obecně existuje prostor pro zlepšení metrik výkonnosti. Tato práce představuje metodu detekce CNV nazvanou CNproScan zaměřenou na bakteriální genomy. CNproScan implementuje hybridní přístup kombinující signály hloubky čtení a párů čtení. Bere v potaz všechny vlastnosti bakterií a využívá pouze sekvenační data. Na základě výsledků ze srovnání dosáhl CNproScan velmi dobrých výsledků v různých podmínkách. Pomocí informací z párových čtení jsou CNV klasifikovány do několika kategorií. Ve srovnání s jinými metodami může CNproScan také detekovat mnohem kratší CNV. Vzhledem k nutnosti slučovat nejen signály různých přístupů, ale také výsledky různých algoritmů, dizertační práce také představuje pipelinu nazvanou ProcaryaSV vyvinutou k detekci CNV s využitim pěti nástrojů a slučování jejich výsledků. ProcaryaSV se stará o celý postup od kontroly kvality čtení, ořezávání konců čtení, zarovnání čtení až k detekci CNV. The focus in the field of structural variations is mainly focused on human genomes. Thus, detecting copy number variation (CNV) in bacteria is a less developed field. Commonly used CNV detection methods do not consider the features of bacterial circular genomes and generally, there is a space to improve performance metrics. This thesis presents a CNV detection method called CNproScan focused on bacterial genomes. CNproScan implements a hybrid approach combining read depth and read pair signals. It considers all bacteria features and depends only on NGS data. Based on the benchmarking results, the CNproScan achieved very well in various conditions. Using the read pair information, the CNVs are classified into several categories. Also, compared with other methods, CNproScan can detect much shorter CNV events. Because of the necessity of merging not only the various feature signals but also the results of different algorithms, the thesis also introduces a pipeline called ProcaryaSV developed to easily employ five CNV detection tools and merge their results. ProcaryaSV handles the whole procedure from quality check, reads trimming, and alignment to the CNV calling. Keywords: Next-generation sequencing; Structural variation; Copy number variation; Bacteria; sekvenování nové generace; strukturální variace; variace počtu kopií; bakterie Available in a digital repository NRGL Pokročilé výpočetní metody pro detekci CNV v bakteriálních genomech

Hlavní pozornost v oblasti strukturálních variací je zaměřena na lidské genomy. Detekce změny variace počtu kopií (CNV) u bakterií je tedy méně rozvinutou oblastí. Běžně používané metody detekce CNV ...

Jugas, Robin; Bystrý, Vojtěch; Šafránek,, David; Vítková, Helena
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Vývoj infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací v silných magnetických polích
Dubnická Midlíková, Jana; Marsik, Přemysl; Schnegg, Alexander; Neugebauer, Petr
2024 - English Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) v silných magnetických polích, zkráceně FTIR magnetospektroskopie, je výkonná spektroskopická technika používaná ke zkoumání mnoha důležitých jevů v materiálech, např. elektronové paramagnetické rezonance, cyklotronové rezonance a přechodů mezi Landauovými hladinami. Navzdory svému obrovskému potenciálu ve fyzice pevných látek jsou infračervené magnetospektrometry stále poměrně vzácné a vyráběné na zakázku, protože takové systémy obvykle vyžadují složitou infrastrukturu. Tato disertační práce podrobně popisuje návrh a realizaci univerzálního FTIR magnetospektroskopického zařízení pracujícího v rozsahu 50 – 10 000 cm-1, silném magnetickém poli až 16 T a teplotách mezi 2 – 320 K umístěné na Středoevropském technologickém institutu VUT v Brně. Toto zařízení nám umožňuje provádět různá magnetooptická měření v rozsahu od THz/vzdálené infračervené oblasti (FIR) až po blízkou infračervenou oblast (NIR). Skládá se z komerčního FTIR spektrometru spojeného s 16 T bezkryogenním supravodivým magnetem pomocí na míru navržené optické spojky a přenosových sond určených pro experimenty s více detektory a vzorky ve Faradayově geometrii. Novinka tohoto uspořádání spočívá v použití supravodivého magnetu bez kryogenu. Optimalizovali jsme a otestovali výkonnost FTIR magnetospektroskopického zařízení pro různé konfigurace a určili použitelný rozsah zařízení. Funkčnost FTIR magnetospektroskopického zařízení byla prokázána magnetooptickými měřeními štěpení při nulovém poli v jednoiontovém magnetu na bázi kobaltu(II) v oblasti FIR, nepřímých mezipásmových přechodů mezi Landauovými hladinami (LLs) v germániu v NIR oblasti a mezipásmových přechodů mezi LLs v grafenu v oblasti FIR. Kromě toho jsme změřili volt-ampérové charakteristiky grafenových bolometrických zařízení. Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy in high magnetic fields, concisely FTIR magneto-spectroscopy, is a powerful spectroscopic technique used to investigate many important effects in materials, e.g., electron paramagnetic resonance, cyclotron resonance, and transitions between Landau levels. Despite their enormous potential in solid-state physics, infrared magneto-spectrometers are still relatively rare and custom-made since such systems generally require complex infrastructure. This doctoral thesis describes in detail the design and implementation of a versatile FTIR magneto-spectroscopic setup operating in the range of 50 – 10 000 cm-1, high magnetic field up to 16 T and temperatures between 2 – 320 K located at the Central European Institute of Technology of Brno University of Technology. This setup allows us to perform a variety of magneto-optical measurements spanning the range from THz/far-infrared (FIR) to near-infrared (NIR). It consists of a commercial FTIR spectrometer coupled to a 16 T cryogen-free superconductive magnet by the custom-designed optical coupling and transmission probes designed for experiments with multiple detectors and samples in Faraday geometry. The novelty of the setup lies in the usage of a cryogen-free superconducting magnet. We have optimized and tested the performance of the FTIR magneto-spectroscopic setup for various configurations and determined a workable setup range. The functionality of the FTIR magneto-spectroscopic setup was demonstrated by the magneto-optical measurements of the zero-field splitting in cobalt(II)-based single ion magnet in the FIR region, indirect inter-band transitions between Landau levels (LLs) in germanium in the NIR region, and inter-band transitions between LLs in graphene in the FIR region. Moreover, we measured the I-V characteristics of graphene bolometer devices. Keywords: Fourier-transform infrared (FTIR) magneto-spectroscopy; FTIR magneto-spectroscopic setup; cryogen-free superconducting magnet; single-molecule magnets; electron paramagnetic resonance; Landau levels; infračervená magnetospektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR); FTIR magnetospektroskopické zařízení; supravodivý magnet bez kryogenu; jednomolekulové magnety; elektronová paramagnetická rezonance; Landauovy hladiny Available in a digital repository NRGL Vývoj infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací v silných magnetických polích

Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) v silných magnetických polích, zkráceně FTIR magnetospektroskopie, je výkonná spektroskopická technika používaná ke zkoumání mnoha ...

Dubnická Midlíková, Jana; Marsik, Přemysl; Schnegg, Alexander; Neugebauer, Petr
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání
Kavková, Michaela; Tromba, Giuliana; Szabo-Rogers, Heather; Zikmund, Tomáš
2024 - English Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této práce se zaměřuje na praktickou implementaci průmyslového mikro CT v oblasti biologického výzkumu se zaměřením na zobrazování měkkých tkání. Cílem této práce bylo prozkoumat potenciál mikro CT zobrazování jako nedestruktivní metody pro vizualizaci měkkých tkání a navrhnout komplexní metodiku pro přípravu vzorků a analýzu získaných dat ve specializovaných programech. Na příkladu případových studií jsou prezentovány aplikace mikro CT zobrazování v různorodých oblastech výzkumu vývojové biologie, poskytující metodologii pro přesnou 3D analýzu vybraných struktur. V závěru práce je diskutován potenciál zobrazování průmyslovým mikro CT v biologickém výzkumu, zaměřeným na schopnosti identifikovat anatomické struktury, sledovat vývojové procesy a zlepšit naše chápání komplexních biologických systémů. Abstract Industrial X-ray micro computed tomography (micro CT) is a non-destructive imaging technique used for visualization of internal structures of samples and creation of precise 3D models. The core of this thesis revolves around the practical implementation of industrial micro CT in biological research with focus on the imaging of soft tissues. The aim of this study was to explore the potential of industrial micro CT as a non-destructive imaging tool for soft tissue visualization and to propose complex methodology for preparation of the sample and the analysis of obtained data in the specialized software. In the thesis the case studies showcasing the diverse applications of micro CT in various developmental biology research domains are presented, providing the methodology for precise 3D analysis of the selected structures. The thesis concludes by summarizing the transformative potential of industrial micro CT in biological research, highlighting its ability to unveil intricate anatomical structures, track developmental processes, and enhance our understanding of complex biological systems. Keywords: X-ray micro computed tomography; soft tissues; advanced 3D imaging; micro CT contrasting protocols; Rentgenová počítačová tomografie; měkké tkáně; pokročilé 3D zobrazování; kontrastovací protokoly pro mikro CT Available in a digital repository NRGL Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání

Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této ...

Kavková, Michaela; Tromba, Giuliana; Szabo-Rogers, Heather; Zikmund, Tomáš
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Výpočetní metody pro srovnávací hudební analýzu interpretačního výkonu
Ištvánek, Matěj; Róka,, Rastislav; Jirásek, Ondřej; Smékal, Zdeněk
2024 - English Zvyšující se dostupnost digitálního hudebního obsahu a různých interpretací hudebních děl zároveň podněcuje vývoj výpočetních metod oboru získávání hudebních informací (MIR). Tento rozvoj ale nemusí být vždy reflektován v souvisejících oblastech – například v analýze interpretačního výkonu (MPA). Hlavním tématem této disertační práce je využití výpočetních metod a digitálního zpracování hudby pro cíle MPA. Tato práce se zabývá principy MIR pro analýzu a porovnání rozdílů hudebních výkonů a jejich parametrů. Práce analyzuje limitace detektorů nástupů tónů a dob založených na konvenčních přístupech a na strojovém učení, při degradaci vstupního signálu, snížení vzorkovací frekvence, nebo v komplexnějších hudebních strukturách. Dále ukazuje možnosti použití hudební synchronizace, extrakce parametrů a výběru příznaků na originálních datech smyčcových kvartetů pro binární klasifikaci původu interpretů. Na závěr demonstruje vyvíjený software pro komparativní analýzu hudby, který kombinuje přívětivé uživatelské prostředí pro přehrávání, navigaci a vizualizaci dat hudebního výkonu s výpočetními metodami MIR. The availability of digital music content and various interpretations of musical pieces is increasing rapidly. Simultaneously, even though the computational methods of Music Information Retrieval (MIR) are evolving at a quick pace, they are not always reflected in related fields such as Music Performance Analysis (MPA). The main topic of this dissertation is the utilization of computational methods and digital music processing for the goals of MPA. It aims to combine MIR principles to analyze and compare differences in musical performances and their parameters. The thesis examines the limitations of conventional and machine learning-based onset and beat detectors to correctly estimate the ground-truth data under the effect of input audio degradations, sampling rate reductions, or in complex musical structures. Furthermore, this work shows the possibilities of music synchronization, parameter extraction, and feature selection application on novel string quartet data to provide a semi-automated strategy for binary classification of performers’ origin. Finally, it demonstrates a software tool for comparative music analysis by combining a comfortable user environment for playback, navigation, and visualization of music performance data with the computation methods of MIR. Keywords: music information retrieval; music performance analysis; music processing; onset detection; beat detection; synchronization; comparative analysis; string quartets; software; získávání hudebních informací; analýza interpretačního výkonu; zpracování hudby; detekce nástupů; detekce dob; synchronizace; srovnávací analýza; smyčcové kvartety; software Available in a digital repository NRGL Výpočetní metody pro srovnávací hudební analýzu interpretačního výkonu

Zvyšující se dostupnost digitálního hudebního obsahu a různých interpretací hudebních děl zároveň podněcuje vývoj výpočetních metod oboru získávání hudebních informací (MIR). Tento rozvoj ale nemusí ...

Ištvánek, Matěj; Róka,, Rastislav; Jirásek, Ondřej; Smékal, Zdeněk
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Management rizik v ex-ante fázi stavebně investičních projektů
Kalisa, Eric; Schneiderová Heralová, Renáta; Hromádka, Vít; Janovská, Barbora; Korytárová, Jana
2024 - English Cílem této práce je vytvořit specifický registr rizik a vyhodnotit kvalitativní a citlivostní analýzu rizik posuzovaných v ex-ante fázi investičních projektů výstavby. Výzkumným úkolem je identifikovat a následně ověřit korelace a interakce mezi působením jednotlivých rizikových faktorů při hodnocení ekonomické efektivnosti projektů. V každé fázi výstavby jsou určitá rizika, která je třeba vzít v úvahu, fáze budou rozděleny na části a související činnosti, výzkum rizik při investování do stavebních projektů bude proveden na vzorcích výzkumných projektů v různých fázích, různé geografické poloze a různé velikosti investice. V této práci je popsáno řízení rizik a analýza rizik pomocí analýzy citlivosti, SWOT analýzy a po analýzách je dokončen registr rizik pro rizika a jeho zmírňující opatření. Autoři se zaměřují na finanční a environmentální rizika při investování do výstavby skladových a výrobních haly. The aim of this thesis is to create a risk register and evaluate qualitative and sensitivity analysis of the risk assessed in the ex-ante phase of construction investment projects. The research task is to identify and subsequently verify correlations and interactions between the actions of individual risk factors in the evaluation of the economic efficiency of the projects. In every phase of construction there are some risks which must be considered, the phases are divided into parts and the related activities, the research of investing risks in construction projects was performed using the research project samples in different phases, different geographical locations, and different investment amount. The management of risks and risk analysis is described using the sensitivity analysis, SWOT analysis and subsequently the analysis of the risk register and its mitigation actions were completed. The dissertation thesis focuses on financial and environmental risk in construction investing of manufacturing and warehouse facilities. Keywords: Risk management; qualitative analysis; quantitative analysis; environmental risks; construction projects; manufacturing and warehouse facilities; risk register.; Řízení rizik; kvalitativní analýza; kvantitativní analýza; environmentální rizika; stavební projekty; výrobní a skladovací haly; registr rizik. Available in a digital repository NRGL Management rizik v ex-ante fázi stavebně investičních projektů

Cílem této práce je vytvořit specifický registr rizik a vyhodnotit kvalitativní a citlivostní analýzu rizik posuzovaných v ex-ante fázi investičních projektů výstavby. Výzkumným úkolem je ...

Kalisa, Eric; Schneiderová Heralová, Renáta; Hromádka, Vít; Janovská, Barbora; Korytárová, Jana
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Automatická kalibrace dohledové kamery pozorováním rigidních objektů
Bartl, Vojtěch; Buchholz, Michael; Hurtík, Petr; Herout, Adam
2024 - English Tato práce je zaměřena na automatickou kalibraci kamery na základě vícečetných pozorování libovolných rigidních předmětů. Na základě pozorování rigidních objektů pohybujících se ve společné rovině jsme schopni kalibrovat kameru vzhledem ke společné rovině, a tak jsme schopni provádět měření ve scéně. Objekty v rovině obrazu jsou detekovány a klasifikovány a význačné body na těchto objektech jsou lokalizovány. Motivací bylo použití těchto metod v dopravním prostředí, proto naše "objekty" jsou nejčastěji vozidla. Navrhujeme tři různé metody, které jsou schopny vypočítat kalibraci kamery na základě těchto lokalizovaných význačných bodů v rovině obrazu s jediným omezením - musí být známy 3D modely, ale ty mohou být známy kalibračnímu systému ještě před samotnou kalibrací. Proces kalibrace kamery je pak plně automatický a žádné další informace nejsou již potřeba. Na rozdíl od předchozích aktuálních metod pro automatickou kalibraci kamery, navržené metody jsou schopny odhadnout všechny parametry kamery (včetně ohniskové vzdálenosti). Vytvořili jsme rovněž nový dataset BrnoCarPark , který obsahuje záznamy různých scén a detekovaná vozidla spolu s lokalizovanými význačnými body. K dispozici jsou měření vzdáleností ve scénách, která mohou být přepočítány pomocí vypočtených parametrů kalibrace kamery. Všechny navrhované metody překonávají současné aktuální metody. Vyhodnotili jsme naše metody na zkonstruovaném datasetu a také dalším datasetu BrnoCompSpeed . Také jsme provedli experimenty na syntetických datech, které prokazují stabilitu a použitelnost navrhovaných metod. This work is focused on automatic camera calibration based on multiple observations of arbitrary rigid objects. Based on observations of rigid objects moving in a common plane, we are able to calibrate camera w.r.t. the plane, and thus we are able to do measurements in a scene. Objects in the image plane are detected, and classified, and landmarks on these objects are localized. Our motivation was the usage of these methods in traffic scenarios, and thus as our ''objects'' we consider vehicles. We propose three different methods that are able to compute camera calibration based on these localized landmarks in an image plane with the only limitation - 3D models must be provided, but these can be known to the calibration system as a background. The camera calibration process is then fully automatic, and no more information is needed. Contrary to previous state-of-the-art methods for automatic camera calibration, the proposed methods are able to estimate all camera parameters (including focal length). We also collected a new dataset BrnoCarPark , which contains records of different scenes with detected vehicles and localized landmarks. Ground-truth measurements in scenes are available, and these can be re-computed by computed camera calibration parameters. All the proposed methods outperform the recent state-of-the-art method in an accurate manner. We evaluated our methods on the constructed dataset and also another dataset BrnoCompSpeed . We also made experiments on synthetic datasets, which prove the stability and usability of the proposed methods. Keywords: Automatic Camera Calibration; Rigid Objects; Calibration Dataset; Vehicle Detection; Vehicle Classification; Landmarks Localization; Vehicle Re-Identification; Horizon Estimation; AI City Challenge; Automatická Kalibrace Kamery; Rigidní Objekty; Datová Sada pro Kalibraci; Detekce Vozidel; Klasifikace Vozidel; Lokalizace Význačných Bodů; Reidentifikace Vozidel; Odhad Horizontu; AI City Challenge Available in a digital repository NRGL Automatická kalibrace dohledové kamery pozorováním rigidních objektů

Tato práce je zaměřena na automatickou kalibraci kamery na základě vícečetných pozorování libovolných rigidních předmětů. Na základě pozorování rigidních objektů pohybujících se ve společné rovině ...

Bartl, Vojtěch; Buchholz, Michael; Hurtík, Petr; Herout, Adam
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Měření ionizujícího záření v mobilní robotice
Lázna, Tomáš; Duchoň,, František; Janda, Jiří; Žalud, Luděk
2024 - English Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva hlavní cíle, a to na radiační mapování a lokalizaci radioaktivních zdrojů. Autor představuje různé systémy pro detekci radiace a zabývá se jejich integrací na pozemní i vzdušné roboty. Nedílnou součástí výzkumu je vývoj metod pro zjištění pozic zářičů, a to nejen pomocí systematického průzkumu podél předem naplánované trasy, ale také s využitím aktivního upravování měřicí trajektorie za účelem zrychlení tohoto procesu. V rámci aktivní lokalizace jsou prověřovány také směrově citlivé senzory. Tato práce zkoumá i výhody spolupráce mezi pozemními a leteckými platformami, čímž demonstruje praktickou využitelnost prezentovaných postupů. Další oblastí využití robotů je trojrozměrné radiační mapování budov prostřednictvím bezpilotního letadla. Většina navržených algoritmů byla experimentálně ověřena v terénu. This thesis discusses ionizing radiation measurements conducted by autonomous robotic platforms, namely, unmanned ground vehicles and unmanned aircraft systems. The research comprises two fundamental tasks: radiation mapping and the localization of radioactive sources. The author introduces various radiation detection systems and explores their integrability into terrestrial and aerial robots. The experimentation is designed to develop methods for retrieving the positions of radiation emitters. The actual effort to produce such techniques embraces both systematic pre-planned surveys and active adjustment of the measurement trajectories to accelerate the process. Notably, this type of adjustment also involves directionally sensitive sensors. The thesis investigates the benefits of collaboration between ground and aerial platforms in detailed radiation mapping, exposing a practical application scenario. Furthermore, a possible use case rests in three-dimensional radiological characterization of a building via an unmanned aircraft. The majority of the proposed algorithms have been validated through real-world experiments that have confirmed their robustness and practicality. Keywords: Radiation mapping; radiation source search; mobile robotics; cooperative robots; environmental monitoring; Radiační mapování; vyhledávání zdrojů radiace; mobilní robotika; kooperativní roboti; monitorování prostředí Available in a digital repository NRGL Měření ionizujícího záření v mobilní robotice

Tato disertační práce se věnuje oblasti měření ionizujícího záření prostřednictvím autonomních robotických platforem, konkrétně pozemních robotů a bezpilotních leteckých systémů. Zaměřuje se na dva ...

Lázna, Tomáš; Duchoň,, František; Janda, Jiří; Žalud, Luděk
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech
Trávníček, Lukáš; Nezbedová,, Eva; Padovec,, Zdeněk; Hutař, Pavel
2024 - English Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a samotné je pro výrobu tlakových polymerních potrubí nelze použít. Tyto dvě protichůdné podmínky jdou skloubit pomocí trubky vytvořené z více vrstev, kde pro kritické časti, kterými jsou vnější a vnitřní povrch, je použit moderní odolný materiál. Na druhou stranu pro střední vrstvu, jejíž mechanické vlastnosti nejsou tak důležité z pohledu dlouhodobé životnosti, je možno použit materiál recyklovaný. Hlavním cílem této práce je navrhnout geometrii popsaného vícevrstvého potrubí s využitím recyklovaného materiálu při zachování minimální požadované životnosti. Životnost polymerních trubek je poměrně náročné testovat za běžných provozních podmínek z časových důvodů. Je však možné ji odhadnout, neboť nejčastější mechanismus poškození je pomalé šíření trhliny. Metodika odhadu životnosti využívá parametrů lineární elastické lomové mechaniky pro popis šíření těchto trhlin. Důležitou součástí je pak simulace šíření trhliny v trubce metodou konečných prvků se zohledněním různých typů zatížení, kterým je trubka v provozu vystavena. Mezi tyto zatížení patří reziduální napětí a zatížení způsobené tíhou zeminy, dopravou nebo kameny, pokud je trubka zakopána. Pro určení reziduálního napětí byla vyvinuta metodika, která využívá kombinace experimentů a numerického modelování a která byla také použita. Případ zakopané trubky je také simulován pomocí metody konečných prvků. Část práce je věnována měření rychlosti šíření creepové trhliny pomocí CRB testů (cracked round bar) a následnému vyhodnocení experimentálních dat. Rychlost šíření creepové trhliny spolu s kombinací s výsledky numerického modelování bude použita pro stanovení odhadu životnosti vícevrstvé polymerní trubky obsahující recyklovaný materiál. The lifetime of plastic pipes for pressurized systems is demanded to be at least 50 years. At the same time, the potential for recycling plastic waste is unexploited, therefore, using recycled material in pressurized plastic systems might become a reality in the future. However, the recycled material has low mechanical properties compared to the virgin one, and is restricted for pressurized pipe applications. These two contradictory conditions can be combined using a pipe consisting of a few layers of different materials. It is necessary to use modern, durable material for the critical parts, which are inner and outer surfaces. On the other hand, for the main pipe, it is possible to use material with lower mechanical properties – recycled material. The main aim of the presented work is to design a multilayer polymer pipe, where the middle layer will contain recycled material and the demanded lifetime of 50 years will be met. The lifetime in operating conditions is difficult to prove by standard testing methods. However, it is possible to estimate the lifetime as the most frequently occurring damage mechanism is the slow crack growth. The methodology is based on the description of crack propagation by linear elastic fracture mechanics parameters. An important part of this methodology is a finite element simulation of crack propagation in a pipe loaded by different types of loads, such as residual stress, soil loading, loading from traffic, and point load caused by stones when a pipe is buried. For the determination of residual stress, a methodology taking advantage of experimental measurements and numerical modeling has been developed. The case of buried pipe is also studied by numerical modeling. Part of the presented work is dedicated to the experimental measurement of creep crack growth in CRB (cracked round bar) specimens with the necessary data evaluation. The creep crack growth combined with the results of numerical modeling will be implemented into an estimation of the lifetime of a multilayer pipe with recycled material content. Keywords: recycled material; multilayer polymer pipes; finite element method; creep crack growth; linear elastic fracture mechanics; lifetime estimation; recyklovaný materiál; vícevrstvé polymerní trubky; metoda konečných prvků; šíření creepové trhliny; lineární elastická lomová mechanika; odhad životnosti Available in a digital repository NRGL Popis šíření creepové trhliny v polymerních materiálech

Požadovaná životnost plastových trubek používaných v tlakových systémech je 50 let. Zároveň je však vyvíjen tlak na použití recyklovaných materiálů, které mají podstatně horší mechanické vlastnosti a ...

Trávníček, Lukáš; Nezbedová,, Eva; Padovec,, Zdeněk; Hutař, Pavel
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi
Štaffová, Martina; Lehocký,, Marian; Kotoul, Michal; Jančář, Josef
2024 - English Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti při tlakovém zatížení, byly použity různé návrhy auxetických re-entrantních struktur. Struktury byly vytištěny pomocí stereolitografické 3D tiskárny. Byl vyvinut a systematicky demonstrován nový nástroj pro komplexní charakterizaci 3D tištěných těles s využitím komerční fotopolymerizační pryskyřice s volnými radikály. Metoda se opírá o statický a oscilační mechanický test kombinující měření teploty průhybu při zatížení (HDT) s dynamickou mechanickou analýzou (DMA) v jediném testu pro rychlou a spolehlivou charakterizaci parametrů určujících chování fotopolymeru při vytvrzování. Byly zkoumány podmínky tisku a doba vytvrzení, aby byl objasněn jejich vliv na vnitřní napětí v 3D tištěných tělesech. Auxetické struktury byly vytištěny pomocí flexibilní a tuhé pryskyřice a byl zkoumán vliv poréznosti, velikosti buněk a strukturálních gradientů na mechanické vlastnosti. Výsledky byly vyhodnoceny z konstrukčního a materiálového hlediska pro fotopryskyřice nad a pod Tg. Nejlepší účinnost absorbování energie byla zjištěna u biaxiálně orientované struktury s nejvyšší lokální porozitou umístěnou ve středu. Prezentovaná data přispívají k základnímu pochopení účinků designu buněk na deformační odezvu auxetických struktur a mohou pomoct při návrhu nových struktur s lepšími mechanickými vlastnostmi. Výsledky zároveň demonstrují všestrannost 3D tisku při realizaci komplexních, přírodou inspirovaných struktur. Thesis deals with 3D printed polymeric auxetic structures with an emphasis on their mechanical performance. Different designs of auxetic re-entrant cell architectures were used to enhance mechanical properties, especially the energy-absorption-to-weight ratio under compressive loading. The lattice structures were 3D printed by vat photopolymerization masked-stereolithography technique. A novel tool for the complex characterization of 3D printed bodies was developed and systematically demonstrated employing a commercial free-radical photopolymerization resin. The method relies on superimposed static and oscillatory mechanical test combining the heat deflection temperature (HDT) measurement with the dynamic mechanical analysis (DMA) in a single test for fast and reliable characterization of parameters determining the curing behavior of the photopolymer. The influence of printing conditions and post-curing time was investigated to elucidate their effects on residual stresses in 3D-printed cellular bodies. The auxetic architectures were printed using flexible and stiff resins, and the effect of porosity, cell size, and structural gradients was investigated. The results were evaluated from a structural and material point of view, comparing materials above and below Tg. The best energy-absorbing performance was found in a biaxially graded structure with a center-wise location of the highest local porosity. The presented data contribute to a fundamental understanding of the effects of lattice architecture on the deformation response of auxetic structures and identifies routes for structurally tuning the auxetic structures mechanical performance. In addition, the results demonstrate the versatility offered by additive manufacturing techniques in physically realizing complex nature inspired structural architectures. Keywords: 3D printing; masked stereolithography; post processing; DMA; re-entrant auxetic structures; Poisson’s ratio; gradient; specific energy absorption; porosity; 3D tisk; stereolitografie; DMA; vytvrzení; re-entrantní auxetická struktura; Poissonův poměr; gradient; specifická absorpční energie; porozita Available in a digital repository NRGL Polymerní metamateriály s pokročilými mechanickými vlastnostmi

Práce se zabývá 3D tištěnými polymerními auxetickými strukturami s důrazem na jejich mechanické vlastnosti. Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména poměru schopnosti absorpce energie k hmotnosti ...

Štaffová, Martina; Lehocký,, Marian; Kotoul, Michal; Jančář, Josef
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Nanostruktury pro pokročilé plazmonické aplikace
Kejík, Lukáš; Brzobohatý,, Oto; Dostálek,, Jakub; Šikola, Tomáš
2024 - English Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným vlastnostem objektů v nanoměřítku, vyznačujících se lokalizovaným a zesíleným elektromagnetickým polem. Tyto vlastnosti umožňují širokou škálu aplikací nanostruktur, zahrnujících biodetekci, zesilování emise, získávání solární energie a náhrazování optických komponent. Tato dizertační práce je zaměřena na aplikace plazmonických nanostruktur, primárně na plošné optické komponenty známé jako metapovrchy. Kromě toho zkoumá jejich použití ve fotokatalytických aplikacích, využívajících energetické horké nosiče náboje generované prostřednictvím plazmoniky. Dizertační práce začíná úvodem do teoretických základů plazmoniky, zdůrazněním klíčových parametrů řídících plazmonické vlastnosti a přehledem jejích nejpřesvědčivějších aplikací. Následně obsahuje čtyři experimentální části, které ukazují využití plazmonických nanostruktur pro různé účely, včetně ovládání fáze světla, dynamických metapovrchů, zkoumání efektů vnitřní krystalinity a využití horkých nosičů náboje ve fotoelektrochemických systémech. Tyto studie spojuje využití pokročilých nebo méně konvenčních materiálů, jako je oxid vanadičný nebo dichalkogenidy přechodných kovů, v oblasti plazmoniky a nanotechnologií. Plasmonics, characterized by the coupling of free electron oscillations in metals with electromagnetic waves, has come to the forefront with advancements in nanotechnology. This synergy results in remarkable properties of nanoscale objects, characterized by confined and enhanced electromagnetic fields. These features pave the way for a wide array of nanostructure applications, spanning biosensing, emission enhancement, solar energy harvesting, and optical component substitution. This dissertation is centered on the application of plasmonic nanostructures, primarily focusing on planar optical components known as metasurfaces. Additionally, it explores their use in photocatalytic applications, harnessing the energetic hot charge carriers generated through plasmonics. The dissertation begins with an introduction to the theoretical foundations of plasmonics, highlighting key parameters governing plasmonic properties and providing an overview of its most compelling applications. Subsequently, it comprises four experimental sections which show the utilization of plasmonic nanostructures for various purposes, including the phase of light control, dynamic metasurfaces, investigations of inner crystallinity effects, and the utilization of hot charge carriers in photoelectrochemical systems. These studies share a common theme of employing advanced or less conventional materials, such as vanadium dioxide or transition metal dichalcogenides, within the realms of plasmonics and nanotechnology. Keywords: plasmonics; nanostructures; metasurfaces; electrochemistry; photoelectrochemistry; hot carriers; vanadium dioxide; tungsten disulphide; nanotubes; plazmonika; nanostruktury; metapovrchy; elektrochemie; fotoelektrochemie; horké náboje; oxid vanadičitý; sulfid wolframičitý; nanotrubice Available in a digital repository NRGL Nanostruktury pro pokročilé plazmonické aplikace

Plazmonika, charakterizovaná spojením oscilací volných elektronů v kovech s elektromagnetickými vlnami, se dostala do popředí s pokroky v nanotechnologiích. Tato synergie vede k pozoruhodným ...

Kejík, Lukáš; Brzobohatý,, Oto; Dostálek,, Jakub; Šikola, Tomáš
Vysoké učení technické v Brně, 2024