Dissertations (KTE)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Item Analýza přenosu energie na kombinovaných vedeních(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Nazarčík, Tomáš; Doležel Ivo, Prof. Ing. CSc.; Müller Zdeněk, Doc. Ing. PhD.; Sadecký Bohumil, RNDr. CSc.Tato práce se zabývá analýzou přenosu elektrické energie na kombinovaných vedeních s linkami různých napěťových hladin. V první části je zkoumáno rozložení elektromagnetického pole včetně diskuze faktorů, které mají na jeho rozložení vliv. V další části je popsán model vedení pro numerické řešení přechodných dějů v časové oblasti, který umožňuje respektovat vzájemné induktivní a kapacitní vazby mezi vodiči. Popis vytvořeného modelu vede na soustavu obyčejných diferenciálních rovnic, jež je řešena v Matlabu. Na tomto modelu vedení jsou provedeny výpočty vybraných provozních stavů a přechodných dějů, které se mohou typicky objevit během provozu kombinovaného vedení. Na základě získaných výsledků byla provedena diskuze vzájemného ovlivňování mezi jednotlivými linkami.
Item Elektrostatický separátor plastových materiálů(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Kacerovský, Jan; Ivánek Lubomír, Doc. Ing. CSc.; Polcar Petr, Ing. Ph.D.; Smetana Milan, Doc. Ing. PhD.Disertační práce se zabývá elektrostatickým separátorem plastových materiálů. V úvodu je zaměřena na současné problémy plastového odpadového hospodářství, s tím spojenou nutností separace směsí plastových materiálů, současné technologie a principy elektrostatické separace plastových materiálů a důvody, proč byl zvolen pro téma této práce právě free-fall elektrostatický separátor. Po formulaci problému je v práci definován matematický model free-fall elektrostatického separátoru, který je následně numericky řešen. Je zde představen experimentální jednostupňový free-fall elektrostatický separátor (později po přestavbě i experimentální dvoustupňový free-fall elektrostatický separátor), který byl v rámci této práce vyvinut na základě řešeného numerického modelu, a také stručně popsáno jeho základní konstrukční uspořádání. Dále je na tomto zařízení proveden experiment s cílem ověřit funkčnost a technologii free-fall elektrostatického separátoru, kdy výsledky experimentu jsou porovnány s výsledky řešeného numerického modelu. V práci je vykonán také experiment na separaci plastové směsi, kde byla zkoumána účinnost a čistota výsledné separace. Dále v rámci experimentů se zařízením byly zkoumány vlivy teploty a vlhkosti na vlastní proces separace a v důsledku toho zkoušeno vysoušení směsi plastových částic před jejich nabíjením a vlastní separací. Poté následovaly jiné experimenty na zjištění rozložení elektrického náboje ve vzorku částic a rychlosti částic, při které již částice nejsou významně vychylovány elektrickým polem. Další výzkum navázal na předchozí prvotní experimentální měření a došlo k vykonání více nových experimentálních měření s různými autorovi dostupnými druhy plastů, za účelem zjištění skutečnosti, které plasty je vhodné od sebe separovat a které nikoliv. Jako poslední je v práci učiněna přestavba původního experimentálního jednostupňového free-fall elektrostatického separátoru na nový experimentální dvoustupňový free-fall elektrostatický separátor, aby se mohly vykonat poslední experimenty na ověření i této technologie dvoustupňového free-fall elektrostatického separátoru a prozkoumání, zdali lze s touto technologií dosáhnout ještě lepších výsledků účinnosti a čistoty elektrostatické separace plastových materiálů.Item Využití metamodelu při návrhu a řízení elektrotechnických zařízení(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Pavlíček, Karel; Karban Pavel, Prof. Ing. Ph.D.; Daněk Josef, Doc. Ing. Ph.D.; Kyncl Jan, Doc. Dr. Ing.; Smetana Milan, Doc. Ing. PhD.Předkládaná disertační práce se zabývá jednou z možností, která se využívá pro snížení výpočetní náročnosti modelů komplexních úkolů současné elektrotechniky. Fyzikální děje lze matematicky popsat obecně soustavou parciálních a obyčejných diferenciálních rovnic (následně řešených numericky metodou konečných prvků). Ty je pak možné zjednodušit pomocí metamodelu (jinak také nazývaného náhradní model), vytvořeného z výsledků simulací. Každý model má svoje vstupní parametry, ke kterým je přiřazena konkrétní hodnota vybrané výstupní veličiny. Pokud je potřeba udělat výpočet velkého množství různých variant vstupních parametrů, může celkové řešení vyžadovat velké množství času. Existuje myšlenka z dostupných výsledků těchto simulací vytvořit metamodel, pomocí kterého je následně možné odhadovat hodnotu výstupu modelu pro nové vstupní parametry. Výsledky získané pomocí metamodelu budou zatíženy chybou odhadu, nicméně došlo ke značné časové úspoře oproti řešení plného modelu. V teoretické části práce je krátce shrnuto modelování fyzikálních polí v elektrotechnice a následně jsou v ní představeny metody pro tvorbu metamodelu používané v současné době. V praktické části práce jsou získané poznatky použity k řešení reálné elektrotechnické úlohy z oblasti elektrického tepla. Úlohou, na které je možnost aplikace metamodelování prezentována, je hybridní laserové svařování (s indukčním předehřevem) dvou ocelových desek. To je z hlediska výpočetní náročnosti zajímavé, protože se jedná o modelování sdružené úlohy kombinující teplotní a elektromagnetické pole. Výstupem simulace je teplotní rozložení, ze kterého se následně určuje hloubka svaru. Ta je klíčovým parametrem z hlediska kvality svaru. Pomocí metamodelu je možné následně provést odhad kvality svaru i pro nové hodnoty vstupních parametrů modelu. Pro tvorbu metamodelu je z hlediska použitých metod použita regrese s Gaussovským procesem (angl. Gaussian Process Regression, jinak také nazývaná jako kriging). Její hlavní výhodou je, že umožňuje odhadovat hodnotu a navíc i nejistotu odhadu. Pro srovnání s dalšími metodami jsou dále zvoleny: vícevrstvá neuronová síť a náhodný les. Díky použití metamodelování došlo ke snížení času potřebného k získání (odhadu) hloubky svaru. Pro nové body je možné provádět odhady v řádu sekund. Důležitou otázkou je kvalita metamodelu, která závisí silně na množství dostupných vstupních dat na sledovaném intervalu. V případě vhodně zvolených vstupních dat je možné dosáhnout relativní chyby v řádu procent (oproti vypočtenému řešení). Hlavním přínos práce spočívá v aplikační oblasti, ve které demonstruje, že pomocí metamodelování je možné získat výsledky velmi rychle. Všechny odhady jsou dle očekávání zatíženy chybou. Nicméně vzhledem ke složitosti jsou chybou zatíženy i klasické modely.Item Numerické modelování sdružených úloh diferenciálními metodami vyššího řádu přesnosti(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Korous, Lukáš; Bárta Miroslav, RNDr. Ph.D.; Kuráž Michal, Doc. Ing. Ph.D.; Lukáš Dalibor, Doc. Ing. Ph.D.Záměrem této práce je navrhnout, implementovat a otestovat nové algoritmy pro rozsáhlé simulace nestacionárních jevů spadajících do oblasti stlačitelné magnetohydrodynamiky. Vytvořený software bude založen na použití nespojité Galerkinovy metody (discontinuous Galerkin, DG) s vyššími řády přesnosti. Zároveň bude použita metoda automatického zjemňování výpočetní triangulace (automatic mesh refinement, AMR). Vytvořené algoritmy budou testovány ve frameworku deal.II a budou aplikovány na existující benchmarky pro magnetohydrodynamické jevy a na skutečné problémy v astrofyzice.Item Nedestruktivní testování vodivých materiálů s využitím vířivých proudů(Západočeská univerzita v Plzni, 2019) Slobodník, Karel; Ivánek Lubomír, Doc. Ing. CSc.; Kindl Vladimír, Doc. Ing. Ph.D.; Smetana Milan, Doc. Ing. PhD.Disertační práce se zabývá technologií nedestruktivního testování pomocí vířivých proudů buzených pulzním magnetickým polem. V úvodu se zaměřuje na současný stav problematiky nedestruktivní defektoskopie, využívané technologie a~principy využití vířivých proudů. V další kapitole je pak nastíněno rozložení a princip měřicího zařízení a vysvětlena korelace dvou signálů a její význam pro vyhodnocení naměřených dat. V práci je dále definován matematický model defektoskopické sondy, který je následně řešen. Je zde představena pulzně buzená sonda vířivých proudů, která byla v rámci této práce navržena na základě řešeného numerického modelu a také je popsáno její základní uspořádání. Dále je na tomto zařízení experimentálně ověřena použitelnost korelace v rámci analýzy výstupního signálu. V práci je také provedena řada experimentů na několika sadách uměle vytvořených vad o různých rozměrech a relativní pozici vůči povrchu materiálu. Účelem těchto experimentů bylo určit vliv velikosti a pozice hledané vady na vlastnosti a tvar výstupního signálu. V závěru práce je pak popsáno použití automatického vyhodnocovacího algoritmu, využívajícího soubor naměřených dat z předchozích experimentů a jejich korelace s referenčními pulzy pro vyhodnocení geometrických rozměrů a pozice uměle vytvořených povrchových a podpovrchových vad. Závěrem jsou zhodnoceny výsledky experimentů, přínos samotné práce a nástin možností dalšího směru výzkumu.Item Numerické modelování speciálních antén pro použití v biomedicíně(Západočeská univerzita v Plzni, 2017) Nikolayev, Denys; Monédiére Thierry; Delaveaud ChristopheVýzkum implantovatelné bezdrátové biotelemetrie vyžaduje antény s vysokou účinností, které jsou schopny komunikovat z lidského těla. Práce se zabývá návrhem miniaturních antén, které budou dostatečně robustní vůči okolním biologickým vlivům. Návrh počítá se standardním vstupem o impedanci 50 Ohmů. Anténa je navržena a miniaturizována použitím hybridní analyticko-numerické metody a následně optimalizovány její vnitřní rozměry pro snadné zapouzdření do kapsle. Anténa je dále analyzována s využitím realistického heterogenního fantomu. Zvýšená robusnost umožňuje využití v celé řadě aplikací. Vypočtené radiační obrazce jsou ve velmi dobré shodě s měřením. Navržené antény představují novou generaci miniaturiace těchto zařízení, která umožňuje vysokou integraci senzorů logiky a silových prvků.Item Numerické modelování fyzikálních polí diferenciálními metodami vyššího řádu přesnosti(Západočeská univerzita v Plzni, 2015) Mach, František; Dědková, Jarmila; Janoušek, Ladislav; Musil, LadislavPředložená dizertační práce se zabývá moderní oblastí matematického modelování, kterou představuje spojení numerického řešení matematických modelů, jejich analýza a také optimalizace. Toto téma je velmi aktuální a jeho rozvoj přináší do oblasti vědy a techniky důležité metody a postupy, které mají značný dopad na způsoby návrhu a analýzy technologií, zařízení a jejich komplexních systémů. Motivace ke zpracování této práce vychází z potřeby a obrovské chuti řešit komplikované problémy s ohledem na praktické aplikace v oblasti elektromagnetismu. Vlastní práce je rozdělena do pěti částí. První část práce je zaměřena především na vymezení řešené oblasti a zhodnocení současného stavu poznání. Druhá část práce se zabývá formulací sdružených úloh, jejich specifiky a také metodami jejich řešení pomocí numerických metod a moderních algoritmů založených na metodě konečných prvků vyšších řádů přesnosti. Třetí část práce popisuje vybrané algoritmy pro analýzu počítačových modelů a optimalizaci. Ve čtvrté části jsou pak uvedeny rozsáhlejší ilustrativní příklady řešených technických problémů a poslední část práce je pak zaměřena na shrnutí dosažených výsledků a nastínění očekávaných směrů pokračování v dané práci. Všechny metody a algoritmy, které jsou v práci diskutovány, jsou přitom implementovány do knihovny Hermes, aplikace Agros2D a systému OptiLab, který představuje hlavní výstup práce. Tyto algoritmy jsou přitom navrženy tak, aby nebyly závislé na povaze řešeného problému a možnost jejich dalšího využití pro řešení praktických technických úloh je tak hlavním přínosem této práce.Item Numerické modelování úloh s interakcí fyzikálních polí a obvodů(Západočeská univerzita v Plzni, 2015) Koudela, Lukáš; Kyncl, Jan; Rada, Petr; Smetana, MilanTato dizertační práce se zabývá modelováním magneto-termo-elastických procesů, kterými je potřeba se zabývat při ohřevu v oboru tepelné upínací techniky. Popisuje termoelastický jev jako fyzikální proces, který je využíván ke spojování stopek nástrojů a tepelných upínačů. Dále jsou uvedeny principy, výhody a omezení dané technologie v porovnání s dalšími možnostmi upínání. Práce se zaměřuje na definici matematického modelu sdružené úlohy, která se skládá ze tří fyzikálních polí (magnetické, teplotní a pole termoelastických posuvů či deformací), mezi kterými jsou vazby vzhledem k teplotním závislostem nelineárního charakteru použitých materiálů. Možnosti daného matematického modelu jsou demonstrovány na numerickém řešení zvoleného ilustrativního příkladu rotačního indukčního ohřevu pomocí metody konečných prvků vyššího řádu přesnosti. Výsledky jsou verifikovány prostřednictvím provedených experimentálních měření. Současně jsou využity optimalizační algoritmy pro zlepšení dosažitelných parametrů tepelného upínání. Závěrem jsou stanoveny směry dalšího výzkumu a trendy pokračování práce v dané oblasti.Item Modelování rázových jevů ve vinutí elektrických strojů(Západočeská univerzita v Plzni, 2012) Předota, Antonín; Benešová, ZdeňkaTato práce se v první části zabývá odvozením matematického modelu transformátoru pro rázové jevy pomocí odvodu s rozprostřenými parametry. Jsou zde modelovány typické stavy zapojení a zkoumáno časoprostorové rozložení napětí a proudu v jeho vinutí. Vytvořený numerický model je ověřen analytickým řešením pro jeden provozní stav. V následných kapitolách je zkoumán vliv strmosti nárůstu napětí na vstupu vinutí, vliv několika druhů odstupňovaného izolačního systému, vliv svodu a vliv induktivní vazby. Je zde modelováno i spojení vedení a transformátoru. V závěru práce jsou prezentovány výsledky měření.Item Higher-order algorithms for modelling of physical fields(Západočeská univerzita v Plzni, 2012) Červený, Jakub; Doležel, IvoTato dizertace se zaměřuje na návrh algoritmů pro automaticky adaptivní hp-FEM pro účely řešení stacionárních i časově závislých parciálních diferenciálních rovnic (PDR) ve dvou prostorových rozměrech. Metoda hp-FEM je zdokonalená verze klasické metody konečných prvků, která využívá elementy různých poloměrů h a polynomiálních stupňů p k dosažení vynikající (exponenciální) rychlosti konvergence. Klade ovšem velké nároky na implementační stránku a přináší řadu otevřených problémů. V této práci shrnujeme základy hp-FEM ve 2D a poté popisujeme rozšíření standardního řešiče hp-FEM o podporu sítí s visícími uzly, která je předpokladem pro automatickou hp-adaptaci přibližného řešení. Náš původní algoritmus a datová struktura umožňují použití libovolně neregulárních sítí, jež mohou vést ke zmenšení diskrétního problému a ke zjednodušení algoritmu pro hp-adaptivitu. Popisujeme i praktické implementační detaily a příklady. Dále shrnujeme několik existujících strategií hp-adaptivity pro stacionární PDR, zejména existující algoritmus založený na tzv. referenčním řešení. Navrhujeme nový algoritmus, který je jednodušší a rychlejší, přičemž ale dosahuje lepších nebo srovnatelných výsledků, jak ukazujeme na dvou standardních testovacích problémech. Dalším tématem je řešení soustav PDR. Obhajujeme možnost použití různých sítí pro různé rovnice v soustavě a přinášíme původní algoritmus pro sestavení matice tuhosti takového systému (tzv. multi-mesh assembling). Cílem je úspora stupňů volnosti a příprava řešiče na dynamické sítě u časově závislých rovnic. Implementaci testujeme na modelovém příkladu z termoelasticity. Nový algoritmus pro multi-mesh assembling v závěru využíváme spolu s adaptivní Rotheho metodou k výpočtům na sítích, které se mohou měnit v čase, za účelem zrychlení řešení časově závislých problémů, které vykazují pohybující se úkazy v jejich řešení. Vyvíjíme algoritmus, který dokáže automaticky upravovat síť mezi jednotlivými časovými kroky a testujeme jej na dvou nelineárních modelových problémech z oblastí nestlačitelného proudění a fyziky hoření.Item Teorie nelineárních elektromechanických systémů(Západočeská univerzita v Plzni, 2014) Polcar, Petr; Mayer, Daniel; Kyncl, Jan; Rada, Petr; Štork, MilanTato práce se zabývá možností využití magnetických kapalin pro vyplnění vzduchové mezery elektromechanických systémů za účelem snížení magnetické reluktance. V úvodní části obsahuje kritický přehled pro problematiku podstatných fyzikálních vlastností těchto moderních materiálů. V následujících kapitolách jsou navrženy, modelovány a ověřovány vlastní originální aplikace včetně inovativní metodiky pro měření klíčového materiálového parametru nutného pro návrh elektromechanických systémů s magnetickou kapalinou.
