Struktura a vlastnosti moderních materiálů (FSI-TVN)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Důraz je kladen na objasnění zvláštností mikrostruktury moderních materiálů a pochopení fyzikální podstaty vztahů mezi jeich mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. Cílem je rovněž poskytnout základní informace o možnostech použití těchto materiálů v současné technické praxi.
Výstupy studia a kompetence:
Student získá základní přehled o struktuře, mechanických vlastnostech a užití moderních materiálů v pokročilých technologiích a inženýrských systémech.
Prerekvizity:
Fyzika pevných látek, materiálové vědy a inženýrství.
Obsah předmětu (anotace):
Krystalová struktura, mikrostruktura, mechanické vlastnosti. Metody predikce charakteristik materiálu. Užití vybraných moderních konstrukčních materiálů v technické praxi. Nanostrukturní materiály - uhlíková vlákna, nanovrstvy a nanotrubky, magnetické nanomateriály a ultrajemnozrnné materiály. Materiály s tvarovou pamětí - jev tvarové paměti a principy mechatronické aktuace. Kompozitní materiály - vláknové kompozity, částicové kompozity a lamináty.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení studenta bude zohledňovat jeho práci ve cvičení a výsledky závěrečného testu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Struktura ideálních krystalů a druhy vazeb, poruchy atomového uspořádání
Teorie deformace a lomu materiálů
Lomová mechanika
- cyklická plastická deformace
- mikromechanika lomů
Nanomateriály:
- uhlíková vlákna, nanovrstvy a nanotrubky
- magnetické nanomateriály
- ultrajemnozrnné materiály
Materiály s tvarovou pamětí: jev tvarové paměti, principy mechatronických aktuátorů
Kompozitní materiály: vláknové kompozity a lamináty, částicové kompozity
    Cvičení Popis atomových vazeb, empirické meziatomové potenciály
Poruchy atomového uspořádání, teorie dislokací
Lomová mechanika:
- pole napětí a deformace na čele trhliny
- kvantitativní fraktografie ńavového lomu
Nanomateriály a paměťové materiály :
- deformační mikromechanizmy ultrajemnozrnných materiálů
Exkurze do Ústavu fyziky materiálů v Brně
    Cvičení s počítačovou podporou Modelování deformace a odezvy krystalů
- modelování ideální krystalové struktury
- semiempirické meziatomové potenciály
- ab initio metody, molekulární dynamika
Nanomateriály a paměťové materiály :
- teoretická pevnost uhlíkových nanotrubek
- elasticita ideálních krystalů a dvojčat v slitině Ni-Ti
Literatura - základní:
1. J. Pokluda, F. Kroupa, L. Obdržálek, Mechanické vlastnosti a struktura pevných látek, PC-DIR 1994
Literatura - doporučená:
1. BELLOUARD Y.: Microrobotics and Microdevices based on Shape-Memory Alloys. In: Smart Materials, Columbus, Ohio 2003, pp.620-644
2. Suresh S.: Fatigue of Materials. Cambridge, UK: Cambridge University Press; 1998.
3. Pokluda J, Šandera P. Micromechanisms of Fracture and Fatigue. In a Multiscale Context. London, UK: Springer; 2010.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 3 Povinně volitelný 1 1 L
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 3 Povinně volitelný 1 2 L