Oblasti výzkumu

Výzkumné skupiny v oblasti
Pokročilé stavební konstrukce a dopravní stavby

Nosné konstrukce pozemních staveb

Nosné konstrukce pozemních staveb

Vedoucí: prof. Ing. Jan Pěnčík, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Výzkum je zaměřen na tradiční, moderní nebo recyklované materiály v souladu s koncepcí Green Deal a cirkulární ekonomiky pro návrh nosných konstrukcí pozemních staveb. Skupina využívá nástroje numerického modelování a analýzy nosných konstrukcí nebo jejich detailů s využitím software ANSYS a ATENA a metod experimentálního zkoušení stavebních konstrukcí nebo jejich detailů pro ověření návrhů a srovnání s numerickými analýzami a optimalizací stavebních konstrukcí pomocí modelové podobnosti. Hlavními tématy jsou rozvoj materiálových modelů cementovláknitých desek s různým typem výztužných vláken a prefabrikované betonové směsi pro 3DCP, nosné konstrukce interiérových schodišť, cihelná prefabrikace, nosné konstrukce na bázi 3DCP nebo dřeva a náhrada jehličnatého dřeva listnatým v nosných konstrukcích.

Skupina úzce spolupracuje s Laboratoří robotizace a 3D tisku Centra AdMaS a se skupinou Laboratoře a 3D tisku.

Projekty
  • TAČR: Výzkum a vývoj systému konstrukčních kompozitních desek na bázi cementu a organických vláken pro dřevostavby a občanskou výstavbu

  • MPO: Výzkum a vývoj nového stavebního materiálu spočívajícího v kompozitní sendvičové desce pro vegetační vertikální konstrukce

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Prototyp schodiště CEMVIN: schodiště z desek z cementových vláken

Publikace
  • VANĚK, V.; NESPĚŠNÝ, O.; VYSTRČIL, J.; BEČKOVSKÝ, D.; VAJKAY, F.; PĚNČÍK, J. Experimental determination of fracture mechanical properties of cement-fibre boards reinforced with cellulose and PVA fibres for FE analysis. Construction and building materials, 2023, roč. 411, č. 1, s. 1-9. ISSN: 0950-0618

  • NESPĚŠNÝ, O.; PĚNČÍK, J.; BEČKOVSKÝ, D.; VYSTRČIL, J.; ŠUHAJDA, K. Determination of material and elasticity constants of cement fibre boards to extend field of application. Construction and building materials, 2021, roč. 306, č. 1, s. 1-10. ISSN: 0950-0618.

  • JUN, D.; NESPĚŠNÝ, O.; PĚNČÍK, J.; FIŠAROVÁ, Z.; RUBINA, A. Optimized method for Helmholtz resonator design formed by perforated boards. APPLIED ACOUSTICS, 2021, roč. 184, č. 108341, s. 1-11. ISSN: 0003-682X.

Matematické analýzy pro podporu řešení inženýrských problémů

Matematické analýzy pro podporu řešení inženýrských problémů

Vedoucí: prof. Ing. Jiří Vala, CSc.

Web výzkumné skupiny

Pro výzkum pokročilých konstrukcí využívá Ústav matematiky a deskriptivní geometrie stav numerickou a aplikovanou matematiku, inverzní a optimalizační úlohy. Ústav matematiky a deskriptivní geometrie pracuje kromě analýzách pro podporu řešení inženýrských problémů i na tématech soudního inženýrství, např. výpočtové modelování v mechanice deformovatelných těles a prostředí. Výzkumní pracovníci se věnují kvalitativním vlastnostem řešení prostřednictvím různých typů rovnic (diferenciální, funkcionální, diskrétní, parciální) i netradičním problémům v rámci variačního počtu. Aplikují numerické metody, využívají statistiky, algebry a jejích struktur, modelování, pravděpodobnosti, analýzy časových řad nebo regresní analýzy. Zabývají se také deskriptivní geometrií.

Publikace
  • BAŠTINEC, J.; DIBLÍK, J.; PINELAS, S.; VALA, J. Determining the initial data generating solutions with prescribed behaviour of a triangular system of linear discrete equations. Applied Mathematics and Computations 425 (2022), 126533 / 1–18. ISSN 0096-3003. IF(2021) 4,397.

  • BEREZOVSKI, V.; CHEREVKO, Y.; HINTERLEITNER, I.; MIKEŠ, J. Canonical almost geodesic mappings of the first type onto generalized Ricci symmetric spaces. Filomat 36/4 (2022), 1089–1097. ISSN 2406-0933. IF(2021) 0,988.

  • ČAMPULOVÁ, M.; ČAMPULA, R.; HOLEŠOVSKÝ, J. An R package for identification of outliers in environmental time series data. Environmental Modelling and Software 155/1 (2022), 105435 / 1–18. ISSN 1364-8152. IF(2021) 5,471.

  • DIBLÍK, J.; GALEWSKI, M. Existence of solutions in cones to delayed higher-order differential equations. Applied Mathematical Letters 130 (2022), 108014 / 1–7. ISSN 0893-9659. IF(2021) 4,294.

Stavební zkušebnictví

Stavební zkušebnictví

Vedoucí: doc. Ing. Barbara Kucharczyková, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Pracovníci Ústavu stavebního zkušebnictví diagnostikují a experimentálně ověřují metody hodnocení a vyšetřování stavebních konstrukcí a materiálů. Pracují na experimentálních analýzách vlastností konstrukcí a materiálů ve vztahu k mechanické odolnosti, trvanlivosti, životnosti a spolehlivosti.

Projekty
  • Projekt NAKI II DG18P02OVV068: Komplexní diagnostika pálených zdících prvků historických objektů z pohledu stáří, původu a fyzikálně-mechanických vlastností v závislosti na vlhkosti, a jejich náhrada v historických objektech

Vodní hospodářství obcí

Vodní hospodářství obcí

Vedoucí: doc. Tomáš Kučera, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Základním tématem je aplikovaný výzkum v oblasti vodního hospodářství měst a obcí, kterým vědci pomáhají řešit problémy v sektoru vodárenství, městského odvodnění a čištění odpadních vod. Ústav pokračuje v dlouhé tradici a vynikající reputaci. Úspěšně vyřešené české i mezinárodní vědecko-výzkumné projekty, spolupráce s vědeckými i komerčními partnery, renomované mezinárodní konferenci a odborné, prakticky zaměřené semináře jsou hlavní náplní činnosti. Všichni členové skupiny jsou také expertními členy CzWA - Asociace pro vodu ČR, někteří jsou také autorizovanými inženýry ČKAIT a někteří z nich působí jako soudní znalci v oborech vodárenství a městské odvodnění.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Vývoj patentované technologie Astacus pro čištění vodovodního potrubí metodou řízeného proplachování po úsecích, patent č.: 309183. Licenci vynálezu zakoupila společnost VODA BRNO, s.r.o. spin-off VUT, která zařízení vyrábí a distribuuje do praxe.

  • Vývoj patentované technologie pro optimalizaci řízení jakosti pitné vody v koncových úsecích vodovodního potrubí, patent č.: 308414. Licenci vynálezu zakoupila společnost VODA BRNO, s.r.o. spin-off VUT, která zařízení vyrábí a distribuuje do praxe.

  • Vývoj patentované technologie pro zajištění automatického proplachování tlakové kanalizace a systém k provádění tohoto způsobu, patent č.: 306856 a evropský patent č.: EP3263786B1. Licenci vynálezu zakoupila společnost PRESSKAN system, a.s., která zařízení vyrábí a distribuuje do praxe.

Environmentální a bezpečnostní aspekty výstavby

Environmentální a bezpečnostní aspekty výstavby

Vedoucí: doc. Ing. Radka Kantová, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Skupina vědců pro Environmentální a bezpečnostní aspekty výstavby v přípravě a realizaci staveb se zabývá analýzou, zkoumáním, rozvojem, modelováním, optimalizací a realizací objektů a zařízení stavenišť pro výrobní procesy ve stavebnictví.

Zabývají se návrhem mechanizace a automatizace stavebních procesů, optimalizace nasazení strojů v souladu s dodržením platné legislativy ochrany zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, vytvářejí modely akustické situace staveniště pro stanovení hodnot v chráněném venkovním prostoru staveb. Z výsledků modelu akustické situace staveniště navrhují úpravy volby stavebních strojů a časového plánu výstavby. Vše v souladu s principy certifikačních systémů LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) a BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method)

Publikace
  • KANTOVÁ, R.; MOTYČKA, V. Evaluation of Sustainability of Czech Vocational Education and Practical Training for the Position of Construction Manager. Sustainability, 2023, roč. 15, č. 19, s. 1-17. ISSN: 2071-1050.

  • KANTOVÁ, R. MOŽNOSTI MODELOVÁNÍ HLUKU ZE STAVEBNÍ ČINNOSTI VE FÁZI STAVEBNĚ TECHNOLOGICKÉ PŘÍPRAVY. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2021. s. 1-44.

  • DOUBEK, R.; KURKOVÁ, D.; ŠTĚRBA, M.; KANTOVÁ, R. Analysis of construction sub-processes for the evaluation of the real performance of tower cranes. In Abstract Collection of WMCAUS 2021 - 6th World Multidisciplinary Civil Engineering-Architecture-Urban Planning Symposium. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2021. s. 1-14. ISSN: 1757-899X.

  • KANTOVÁ, R. Evaluation of Construction Site Noise to Allow the Optimisation of Construction Processes and Construction Machinery Selection. Applied Sciences - Basel, 2021, roč. 11, č. 10, s. 1-33. ISSN: 2076-3417.

  • KANTOVÁ, R. MOŽNOSTI MODELOVÁNÍ HLUKU ZE STAVEBNÍ ČINNOSTI VE FÁZI STAVEBNĚ TECHNOLOGICKÉ PŘÍPRAVY. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2021. s. 1-131.

Udržitelný rozvoj a zelená infrastruktura

Udržitelný rozvoj a zelená infrastruktura

Vedoucí: Ing. Martin Mohapl, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Výzkumná skupina se věnuje výzkumu nových technologií a přístupů při realizaci stavebních objektů v rámci trvale udržitelného rozvoje. Technologie výstavby jsou zkoumány zejména z pohledu spotřeby energie a nakládání s vodou. Aplikace nových materiálů a kombinace recyklátů je testována pro prvky zelené infrastruktury jako jsou například zelené střechy. Jedním z výstupů výzkumu jsou i užitné vzory, které slouží ke zjištění environmentální vlastností konstrukčních celků.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Zařízení pro kontrolu ozeleněných střech, 35850, užitný vzor, 2022

  • Zařízení pro testování pokrytí střech kamenivem nebo vegetací, 38247, užitný vzor, 2020

  • Sendvičový panel pro pokrytí střech vegetací, 33745, užitný vzor, 2020

Publikace
  • JÍLEK, J.; MOHAPL, M.; PORWISZ, O. Vliv typu zelené střechy na provozní náklady v době energetické krize. Buildustry, 2022, roč. VI, č. 2, s. 12-16. ISSN: 2454-0382.

Modelování, simulace a optimalizace výrobního prostoru staveb

Modelování, simulace a optimalizace výrobního prostoru staveb

Vedoucí: doc. Ing. Vít Motyčka, CSc.

Web výzkumné skupiny

Řešení výrobního prostoru stavby je důležitou součástí stavebně technologické přípravy, vytváří a výrazně ovlivňuje výrobní podmínky pro racionální průběh realizace stavby. Má podstatný vliv na plynulý průběh výstavby a celkové finanční náklady. Důležitou roli má přitom využívání stavebních strojů, které jsou rozhodující z hlediska efektivity výstavby. V pozemním stavitelství mezi tyto stroje patří především stroje pro zemní práce a věžové jeřáby. Výzkumná skupina se aktuálně zabývá modelováním, simulací a optimalizací návrhu věžových jeřábů a jejich sestav ve stavebnictví. S využitím deterministických a stochastických přístupů jsou, s ohledem na definované okrajové podmínky výstavby, vytvářeny simulační modely práce stavebních strojů, s cílem jejich efektivního využití při realizované stavbě. Další oblastí výzkumu skupiny je analýza a možnosti řešení výrobního prostoru stavby ve ztížených podmínkách výstavby v centrech měst a aglomerací, redukce a případná eliminace těchto ztížených podmínek.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Software CranOcc1.0; Časové vytížení stavebních jeřábů 1.0

  • Software Časové vytížení stavebních jeřábů 2.0; Časové vytížení stavebních jeřábů - Crane Occupancy 2.0

Publikace
  • MOTYČKA, V.; GAŠPARÍK, J.; PŘIBYL, O.; ŠTĚRBA, M.; KURKOVÁ, D.; KANTOVÁ, R. Effective Use of Tower Cranes over Time in the Selected Construction Process. Buildings, 2022, roč. 12, č. 4, s. 1-21. ISSN: 2075-5309.

  • DOUBEK, R.; KURKOVÁ, D.; ŠTĚRBA, M.; KANTOVÁ, R. Analysis of construction sub-processes for the evaluation of the real performance of tower cranes. In Abstract Collection of WMCAUS 2021 - 6th World Multidisciplinary Civil Engineering-Architecture-Urban Planning Symposium. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2021. s. 1-14. ISSN: 1757-899X.

  • GAŠPARÍK, J.; MOTYČKA, V.; ŠŤASTNÝ, P.; SZALAYOVÁ, S. Multi-Criteria Optimization of Mechanized Earth Processes and Its Impact on Economic and Environmental Sustainability. Sustainability, 2021, roč. 14, č. 1, s. 1-18. ISSN: 2071-1050.

Progresivní lepené a tmelené spoje

Progresivní lepené a tmelené spoje

Vedoucí: Ing. et Ing. Barbora Nečasová, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Hlavní činností skupiny je výzkum lepených a tmelených spojů v kombinaci s různými materiály. Činnost je zaměřena především na jejich implementaci v praxi a následně na zkoumání změn jejich vlastností vlivem stárnutí. Skupina spolupracuje s odborníky z praxe a zkouší jejich materiály.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Návrh nového zkušebního tělesa a zařízení pro posouzení deformačních vlastností spojů: Zkušební zařízení pro periodicky se opakující namáhání trvale pružných spojů, 33768, užitný vzor, 2020

Modulární a hybridní výstavba

Modulární a hybridní výstavba

Vedoucí: Ing. Mgr. Jiří Šlanhof, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Novému perspektivnímu tématu na Ústavu technologie, mechanizace a řízení staveb se věnuje skupina zaměřená na výzkum a vývoj v oblasti modulárních a hybridních staveb, což zahrnuje spolupráci se specialisty z různých oborů v oblasti optimalizace konstrukčního řešení a skladeb z hlediska mechanické odolnosti a stability, stavební fyziky, požární bezpečnosti a akustiky. Výzkum zahrnuje i stavebně technologické aspekty konstrukčního řešení, rozpočtování, souslednost činností při realizaci a časové plánování. Téma modulárních staveb je rozvíjeno ve spolupráci se společností KOMA MODULAR s.r.o.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • Spolupráce na vývoji nového modulového systému společnosti KOMA MODULAR s.r.o. pro vícepodlažní obytné budovy. Vývoj stále probíhá.

Kvantifikace nejistot, spolehlivost konstrukcí a systémů, stochastická analýza a návrh optimálních počítačových experimentů

Kvantifikace nejistot, spolehlivost konstrukcí a systémů, stochastická analýza a návrh optimálních počítačových experimentů

Vedoucí: prof. Ing. Miroslav Vořechovský, Ph.D.

Web výzkumné skupiny

Tým se zabývá rozvojem metod využívajících počítačové modely libovolného jevu pro pochopení propagace nejistot a neurčitostí ve vstupních veličinách skrze tyto transformace, screening, optimalizace parametrů, citlivostní analýzy, statistické analýzy a rovněž spolehlivostní analýzy s cílem určit pravděpodobností řídkých jevů a událostí. Analyzované modely jsou typicky velmi výpočtově náročné. Kromě konstrukce optimálních jednorázových návrhů počítačových experimentů vytváříme taky adaptivně rozšiřované bodové návrhy. Klíčová slova v angličtině zahrnují názvy metod Monte Carlo, Quasi Monte Carlo sequences, Latin hypercube sampling, stratified sampling asymptotic sampling, subset simulation, Low-discrepancy and space filling designs, active learning, space decomposition methods, dimension reduction methods (linear and nonlinear). Tyto analýzy často využívají metod náhradních modelů (surrogate models, metamodels) ve formě polynomiálního chaosu, metod nejbližších sousedů, krigování a radial basis functions apod. Návrhy počítačových simulací i náhradní modely jsou využívány pro široké spektrum modelů, často také na staticky i dynamicky namáhané konstrukce.

Publikace
  • Mašek, J; Vořechovský, M.. Stratified Sample Tiling. Advances in Engineering Software (Elsevier), ISSN 0965-9978, 2024. in press.

  • Novák, L.; Michael Shields, M.D.; Sadílek, V.; Vořechovský, M. Active Learning-based Domain Adaptive Localized Polynomial Chaos Expansion. Mechanical Systems and Signal Processing, ISSN 1096-1216, 204: 110728, 2023

  • Gerasimov, A.; Vořechovský, M. Failure probability estimation and detection of failure surfaces via adaptive sequential decomposition of the design domain. Structural Safety, ISSN 0167-4730, 104: 102364, 2023

  • Vořechovský, M. Reliability analysis of discrete-state performance functions via adaptive sequential sampling with detection of failure surfaces. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ISSN 0045-7825, 401: 115606, 2022

  • Novák L.; Vořechovský, M.; Sadílek V.; Shields, M.D. Variance-based Adaptive Sequential Sampling for Polynomial Chaos Expansion. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ISSN 0045-7825, 386: 114105, 2021

Virtualizace staveb a využití umělé reality

Virtualizace staveb a využití umělé reality

Vedoucí: Ing. Ondřej Pilný, Ph.D.

Činnost skupiny je primárně zaměřena na využití technologií spojených s umělou realitou ve všech jejích podobách (virtuální realita, rozšířená realita a smíšená realita) a její následné aplikaci jako vizualizačního a kontrolního nástroje ve stavebnictví. V rámci této aplikace se činnost rozděluje na praktické využití této technologie, tedy přenos skutečných či projektovaných staveb do co nejvěrohodnější digitální podoby a následné prezentace či kontroly dat v souladu s metodikou BIM, nebo na aplikační výzkum. Ten je zaměřen na vytváření efektivních nástrojů a metodik jak modely nejen efektivně připravit, ale jak plně využít jejich obsah v podobě geometrických a negeometrických metadat v nich obsažených.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • KOLÁŘ, J.; JEDLIČKA, M.; MÜLLER, J.; SLÁDEČEK, F.; PILNÝ, O.; REMEŠ, J.; APELTAUER, T.; VYHNÁLEK, R.; UHLÍK, O.; ŠNIRCH, Z.; KRATOCHVÍLOVÁ, M.; BARTOŠOVÁ, H.: TN01000056/2-V1; Propojení softwarových komponent informačního modelu stavby a virtuální reality. (ověřená technologie)

Publikace
  • PILNÝ, O.; REMEŠ, J.; GOTTVALDOVÁ, J.; JUN, D.; PILNÝ, P. a kol. Virtuální realita ve stavební praxi. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2020. 419 s. ISBN: 978-80-214-5912-0.

Pravděpodobnostní posouzení betonových konstrukcí za využití metamodelování a formátů bezpečnosti

Pravděpodobnostní posouzení betonových konstrukcí za využití metamodelování a formátů bezpečnosti

Vedoucí: prof. Ing. Drahomír Novák, DrSc.

Hlavní činností skupiny je systematický rozvoj všech aspektů a metod potřebných pro účinné pravděpodobnostní posouzení konstrukcí betonových konstrukcí s ohledem na životní cyklus založené na stochastické nelineární výpočtové mechanice. Hlavní motivací je nutnost pracovat efektivně s časově náročnými výpočtovými modely na stochastické úrovni. Je třeba takových metod, které aproximují původní výpočtově náročné modely jednoduššími, jejichž vyčíslení je rychlé. Proto jsou vyvíjeny metody pro náhradní metamodely založené na aproximaci pomocí polynomiálního chaosu a umělých neuronových sítí. Výsledky výzkumu přispějí k rozvoji a aplikaci pokročilých technik pro komplexní plně pravděpodobnostní posouzení betonových konstrukcí/mostů s uvažováním nejistot. Význam výzkumu lze očekávat především ve využití koncepce multi-fidelity, ověření a aplikaci vyvinutých metod pro betonové konstrukce mostního inženýrství. Budou integrovány a aplikovány přístupy, které jsou vhodné pro plně pravděpodobnostní posouzení konstrukcí v mostním inženýrství pomocí numerických simulací při uvážení nejistot.

Publikace
  • SLOWIK, O., LEHKÝ, D., NOVÁK, D. 2021. Reliability-based optimization of a prestressed concrete roof girder using a surrogate model and the double-loop approach. Structural Concrete, 22, 2184–2201, ISSN: 1464-4177, eISSN: 1751-7648

  • NOVÁK, L.; NOVÁK, D. 2021. Estimation of coefficient of variation for structural analysis: The correlation interval approach. Structural Safety, 92, 1-11, ISSN 0167-4730.

  • NOVÁK, L.; ČERVENKA, J.; ČERVENKA, V.; NOVÁK, D.; SÝKORA, M. Comparison of advanced semi-probabilistic methods for design and assessment of concrete structures. Structural Concrete, 2022, roč. 1, č. 4, ISSN: 1751-7648.

  • NOVÁK, D.; LEHKÝ, D. 2023. fib Bulletin No. 109: Existing Concrete Structures Life Management, Testing and Structural Health Monitoring. State of the Art Report Task Group 3.3. Chapter 1 Introduction (sectioun 1.4) and Chapter 4. Performance prediction & modelling including advanced methods (section 4.2.2). ISBN: 978-2-88394-172-4, book chapter.

Globální citlivostní analýza ve stochastických modelech stavební mechaniky

Globální citlivostní analýza ve stochastických modelech stavební mechaniky

Vedoucí: prof. Ing. Zdeněk Kala, Ph. D.

Hlavním zaměřením skupiny je provádění výzkumu a vývoje nových metod pro globální citlivostní analýzu, s důrazem na kvantifikaci aditivních a interakčních efektů ve stochastických výpočtových modelech stavební mechaniky. Hlavním cílem je zdokonalení porozumění procesu šíření neurčitostí od vstupních dat až po výsledky modelů, a to s ohledem na posuzování spolehlivosti nosných stavebních konstrukcí. V rámci projektu se intenzivně věnuje geometricky nelineárním úlohám modelování v systému ANSYS a dalším softwarovým aplikacím. Efektivně kombinuje existující nástroje a vytváří nové softwarové kombinace. Vědci vytvářejí případové studie, kde využívají nelineárních výpočtových modelů stochastické stavební mechaniky.

Publikace
  • JINDRA, D., KALA, Z., KALA, J. (2023). "Ultimate Load Capacity of Multi-Story Steel Frame Structures with Geometrical Imperfections: A Comparative Study of Two Methods." In: 14th International Conference Modern Building Materials, Structures and Techniques, MBMST 2023, Lecture Notes in Civil Engineering, Volume 392, p. 154-163. ISSN 23662557, ISBN 978-303144602-3, ISBN 978-3-031-44603-0 (eBook).

  • JINDRA, D.; KALA, Z.; KALA, J. (2024). "Two Stochastic Methods to Model Initial Geometrical Imperfections of Steel Frame Structures." Buildings, 14(1), 196. eISSN 2075-5309.

Inverzní úlohy ve stavebním inženýrství

Inverzní úlohy ve stavebním inženýrství

Vedoucí: prof. Ing. David Lehký

Skupina se zabývá řešením inverzních úloh během celého životního cyklu inženýrských konstrukcí. Využívá kombinaci klasických metod s metodami strojového učení. Vědci vyvinuli metodiku pro experimentálně-výpočtového stanovení mechanických a lomových parametrů cementových kompozitů. Participují na vývoji pokročilých vysoce účinných a ekologických materiálů. Zabývají se analýzou degradace konstrukcí včetně jejího matematického modelování, pokročilými metodami pro posouzení zatížitelnosti, spolehlivosti a životnosti konstrukcí. Vyvíjí metody pro identifikaci poškození konstrukcí s využitím jejich vibrační odezvy. Skupina pomáhá při spolehlivostním návrhu a spolehlivostní optimalizaci konstrukcí s ohledem na nejistoty. Vyvinuté metody implementuje do výpočetních software pro koncové uživatele.

Výstupy (patenty, užitné vzory, praktické realizace atd.)
  • PREDIKT-C, software for the analysis of the resistance of a reinforced concrete bridge beam with regard to the course of degradation processes, 2022

  • SENSIT, software for simulation-based sensitivity analysis, 2021

Publikace
  • LEHKÝ, D., ŠOMODÍKOVÁ, M., LIPOWCZAN, M.: A utilization of the inverse response surface method for the reliability-based design of structures. Neural Computing and Applications, 2022, 34(15), 12845–12859

  • LEHKÝ, D., KUCHARCZYKOVÁ, B., ŠIMONOVÁ, H., DANĚK, P.: Comprehensive fracture tests of concrete for the determination of mechanical fracture parameters. Structural Concrete, 2022, 23(1), 505–520

Lomová mechanika stavebních materiálů a konstrukcí

Lomová mechanika stavebních materiálů a konstrukcí

Vedoucí: prof. Ing. Zbyněk Keršner, CSc.

Skupina zkoumá aspekty lomové mechaniky a využití a rozvinutí jejích postupů na širokou oblast zejména kvazikřehkých stavebních materiálů. Pracuje mezioborově (stavební mechanika, stavební zkušebnictví, chemie apod.) a využívá spojení expertních osob v různých oblastech numerické simulace, stavební vědy a praxe, spolupráci s pracovištěm Ústavu fyziky materiálů AV ČR v Brně a podporu studujících především v doktorském stupni. Komplexně analyzuje mechanické odezvy konstrukčních prvků, primárně využívá lomový experiment s korekcí naměřených dat a identifikaci zejména hodnot vybraných parametrů numerických modelů, použitelných k pokročilým výpočtům odezvy stavební konstrukce. Nejčastěji jde o analýzy odezvy těles z kompozitů na silikátové bázi, ale i materiálů s náhradami dávky cementu reaktivními příměsemi na bázi druhotných surovin, multifunkčních kompozitů, vybraných hornin apod.

Publikace
  • VYHLÍDAL, M.; KLUSÁK, J.; KUCHARCZYKOVÁ, B.; DANĚK, P.; ŠIMONOVÁ, H.; KERŠNER, Z. Influence of the interfacial transition zone between a steel inclusion and cement-based composite on the fracture response of a bent specimen. Engineering Fracture Mechanics, 2023, roč. 286, č. 05, s. 1−18. ISSN: 0013-7944.

  • LOGOŃ, D.; JURASZEK, J.; KERŠNER, Z.; FRANTÍK, P. Identifying the Range of Micro-Events Preceding the Critical Point in the Destruction Process in Traditional and Quasi-Brittle Cement Composites with the Use of a Sound Spectrum. Materials, 2021, roč. 14, č. 7, s. 1-13. ISSN: 1996-1944.

  • LEHKÝ, D., LIPOWCZAN, M., ŠIMONOVÁ, H., KERŠNER, Z. 2021. A hybrid artificial neural network-based identification system for fine-grained composites. Computers and Concrete. 2021, Vol. 28, Iss. 4, pp. 369–378, ISSN 1598-8198.

  • NĚMEČEK, J.; ČTVRTLÍK, R.; VÁCLAVEK, L.; NĚMEČEK, J.; ČAIROVIĆ, I.; ŠIMONOVÁ, H.; DANĚK, P.; FRANTÍK, P.; ROVNANÍKOVÁ, P.; KERŠNER, Z. Local fracture toughness of alkali-activated aluminosilicate composites with ceramic precursor assessed via fracture and scratch tests. In AIP Conf. Proc. Special Concrete and Composites 2021. AIP Conference Proceedings. Melville: AIP Publishing, 2023. ISBN: 978-0-7354-4514-7. ISSN: 1551-7616.

Výpočtová mechanika heterogenních materiálů

Výpočtová mechanika heterogenních materiálů

Vedoucí: prof. Ing. Jan Eliáš, Ph.D.

Hlavní činností skupiny je výzkum numerických metod pro analýzu mechanického a multifyzikálního chování materiálů. Zabývá se ustálenými a přechodovými jevy v tuhých látkách. Vědci využívají numerické simulace vzniku a růstu trhlin v kvazikřehkých materiálech jako například beton, keramika a další kompozity s neuspořádanou vnitřní strukturou. Za tímto účelem vyvíjí specializovaný mesoúrovňový diskrétní model. Mezi další významné směry výzkumu patří řešení transportních úloh, například vedení tepla nebo vlhkosti, a sdružené problémy kombinující několik vzájemně se ovlivňujících fyzikálních jevů, propojování mechaniky a pravděpodobnostních metod, optimalizační techniky a v poslední době také homogenizace heterogenních struktur s nelineárním chováním. Naprostou většinu výpočtů provádí ve vlastním numerickém řešiči s názvem OAS (Open Academic Solver).

Publikace
  • JAN MAŠEK, JOSEF KVĚTOŇ & JAN ELIÁŠ. Adaptive discretization refinement for discrete models of coupled mechanics and mass transport in concrete. Construction and Building Materials 395, article 132243, 2023, ISSN: 0950-0618

  • JAN ELIÁŠ & GIANLUCA CUSATIS. Homogenization of discrete mesoscale model of concrete for coupled mass transport and mechanics by asymptotic expansion. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 167, article 105010, 2022, ISSN: 0022-5096

  • JAN ELIÁŠ, HAO YIN & GIANLUCA CUSATIS. Homogenization of discrete diffusion models by asymptotic expansion. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 46(16), pages 3052--3073, 2022, ISSN: 0363-9061

  • ANNA GORGOGIANNI, JAN ELIÁŠ & JIA-LIANG LE. Mesh Objective Stochastic Simulations of Quasibrittle Fracture. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 159, article 104745, 2022, ISSN: 0022-5096

Pravděpodobnostní mechanika heterogenních cementových kompozitů a textilních betonů

Pravděpodobnostní mechanika heterogenních cementových kompozitů a textilních betonů

Vedoucí: prof. Ing. Miroslav Vořechovský, PhD.

Prostorová variabilita parametrů cementových kompozitů a jejich neuspořádaná vnitřních struktura určuje specifický charakter jejich odezvy na mechanické i environmentální namáhání. Jedním z charakteristických projevů je energetický/deterministický a statistický vliv velikosti na pevnost konstrukcí, který je obtížné zahrnout do standardních predikcí teorií elasticity nebo plasticity. Podobně jako nahodilá heterogenita inkluzí (kameniva), složení cementové pasty a porozita má i použití vláknité výztuže ve formě krátkých vláken nebo strukturované výztuže v textilním betonu. Ve výzkumu se tým zabývá pochopením a modelováním statistické pevnosti právě vláknité výztuže, a kompozitního materiálu i konstrukcí. Využívá metod mechaniky kontinua i diskrétních modelů kombinujících modely plasticity a poškození k předpovědi nebo i vystižení chování při monotónním a cyklickém namáhání, v poslední době s důrazem na únavu.

Publikace
  • CHUDOBA, R.; VOŘECHOVSKÝ, M.; AGUILAR, M.; BAKTHEER, A. Coupled sliding-decohesion-compression model for a consistent description of monotonic and fatigue behavior of material interfaces. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ISSN 0045-7825, 398: 115259, 2022

  • VOŘECHOVSKÝ, M.; LI, Y.; RYPL, R.; CHUDOBA, R. Tensile Behavior of Carbon Textile Concrete Composite Captured Using a Probabilistic Multiscale Multiple Cracking Model. Composite Structures, ISSN: 0263-8223, 277: 114624, 2021

  • CHUDOBA, R.; LI, Y.; RYPL, R.; SPARTALI, H.; VOŘECHOVSKÝ, M. Probabilistic multiple cracking model of brittle-matrix composite based on a one-by-one crack tracing algorithm Applied Mathematical Modelling (Elsevier), ISSN 0307-904X, 92: 315-332, 2021

  • ELIÁŠ, J.; VOŘECHOVSKÝ, M., Fracture in random quasibrittle media: I. Discrete meso-scale simulations of load capacity and fracture process zone. Engineering Fracture Mechanics (Elsevier), 235: 107160

doc. Ing.

Pavel
Schmid

Ph.D.

koordinátor výzkumné oblasti Pokročilé stavební konstrukce a dopravní stavby

+420 541 147 827
pavel.schmid@vut.cz