Počet návštěv: 27223        Začátek počítání: 03-11-2006        Poslední modifikace: 17-09-2009
© 2000 - 2009   Jiří Starý        Česky  Englicky

Oddělení desintegrace materiálů

Pracovníci
  • Ing. Josef Foldyna, CSc.
    vedoucí oddělení
  • Ing. Libor Sitek, Ph.D.
    zástupce vedoucího oddělení
  • Doc. Ing. Jan Valíček, Ph.D.
  • Prof. Ing. Jaroslav Vašek, Dr.Sc.
  • Ing. Zdeněk Říha, Ph.D.
  • Daria Nováková
  • Luděk Pivoda
Hlavní témata výzkumu

Oddělení se zabývá především studiem procesů dezintegrace horninových materiálů a geomateriálů vysokorychlostním vodním paprskem. Okrajově je řešena rovněž problematika rozpojování hornin mechanickými nástroji, stanovení rozpojitelnosti a abrazivnosti hornin.

  • Intenzifikace účinků vysokorychlostního vodního paprsku

    Výzkumné aktivity jsou zaměřeny na studium dynamických projevů chování pulsujícího proudu vody, definování zákonitostí procesu buzení a šíření vysokofrekvenčních tlakových pulsací v kapalině a jejich využití ke generování vysokorychlostních pulsujících vodních paprsků. Cílem výzkumu je poznání podstaty procesů generování a přenosu pulsací ve vysokotlakém systému, formování pulsujícího paprsku a jeho interakce s materiálem.

  • Abrazivní materiály pro abrazivní vodní paprsek

    Tato oblast pokrývá výzkum v oblasti nových abrazivních materiálů (přírodních i uměle vytvořených). Výzkum je zaměřen na definování rozhodujících vlastností z hlediska maximalizace řezného výkonu a minimalizace opotřebení zaostřovací trysky a negativních dopadů na pracovní a životní prostředí. Cílem řešení je vývoj nové generace abrazivních materiálů.

  • Nové oblasti využití vysokorychlostního vodního paprsku

    Výzkum v této oblasti je zaměřen především na obrábění abrazivním paprskem s cílem umožnit obrábění (soustružení, frézování, leštění, vrtání apod.) těžkoobrobitelných a neobrobitelných materiálů (kompozity, konstrukční keramika, vysokopevnostní slitiny, sklo, horniny apod.) a na využití vysokorychlostních vodních paprsků k ultrajemnému mletí a dezintegraci materiálů v oblasti produkce submikronových částic především geomateriálů.

Významné vědecké výsledky

  • Akustický generátor tlakových pulsací

    Byl vypracován nový způsob akustického generování pulsací kapalinového paprsku a navrženo, vyrobeno a odzkoušeno zařízení využívající tohoto způsobu ke generování pulsujícího kapalinového paprsku. Tlakové pulsace generované akustickým budičem v akustické komoře vyplněné tlakovou kapalinou jsou zesíleny a přenášeny k trysce kapalinovým vlnovodem. K přenosu pulsační energie od generátoru k trysce se využívá stlačitelnosti kapaliny a naladění akustické soustavy. Zkoušky prokázaly výrazně vyšší výkonnost pulsujícího vodního paprsku při rozpojování materiálů v porovnání s kontinuálním paprskem stejných parametrů, a to díky účinkům impaktního tlaku generovaného pulsujícími paprsky při dopadu na rozpojovaný materiál a únavovému namáhání rozpojovaného materiálu.

  • Numerický model akustického generátoru

    Byl vytvořen CFD model vysokotlakého systému s integrovaným akustickým generátorem pulsací, sestávající z akustické komory válcového průřezu, přecházející v kapalinový vlnovod opatřený přívodem tlakové kapaliny a zakončený tryskou. Proudění je řešeno jako 3-D, nestacionární, stlačitelné, isotermické, turbulentní a jednofázové. Porovnáním výsledků simulace s výsledky laboratorního měření dynamického tlaku ve vysokotlakém systému byla potvrzena relativně dobrá shoda simulace s experimenty.

  • Vizualizace pulsujícího paprsku

    Byl vypracován speciální způsob vizualizace pulsujících vodních paprsků, založený na využití stroboskopického efektu. Frekvence záblesků stroboskopu je řízena frekvencí tlakových pulsací ve vysokotlakém systému generujícím pulsující paprsek. Pomocí vizualizace je studován vliv pracovních parametrů a konfigurace akustického generátoru vysokofrekvenčních tlakových pulsací na formování a morfologii pulsujícího paprsku.

  • Abraziva pro technologie vysokorychlostního vodního paprsku

    Abrazivní materiály byly zhodnoceny jak z hlediska mineralogického a petrologického, tak také z hlediska jejich chování v procesu generování abrazivního vodního paprsku a při působení na rozpojovaný materiál. Byly vypracovány metodiky pro hodnocení vstupních vlastností abrazivních koncentrátů, řezného výkonu abraziva na referenčních materiálech, opotřebení zaostřovací trubice, metodika pro popis a morfologickou analýzu zrna a řezných stop v makro- a mikroměřítku pomocí obrazové analýzy. Dalším původním výsledkem je stanovení biologické škodlivosti respirabilní frakce prachu, která vzniká dezintegrací přírodních a syntetických abraziv a minerálů skupiny křemene při aplikaci abrazivního vodního paprsku. Práce přispěla k formulování přetrvávajících problémů a nových témat pro další výzkum v této oblasti.

Technické vybavení
  • Vysokotlaké čerpadlo na bázi základní jednotky Hammelmann s multiplikátorem tlaku Flow Systems (maximální pracovní tlak 400 MPa, maximální průtok 3,5 l/min) včetně příslušenství (filtrační jednotka, vysokotlaké rozvody a podobně)
  • Vysokotlaké čerpadlo PTV 37-60 na bázi multiplikátoru tlaku (maximální pracovní tlak 415 MPa, maximální průtok 3,68 l/min) včetně příslušenství
  • Vysokotlaké plunžrové čerpadlo KUNZ Hranice (maximální pracovní tlak 120 MPa, maximální průtok 45 l/min)
  • X-Y stůl Nessap 1000-V 1000x800 mm pro řezání vysokorychlostním vodním a abrazivním paprskem
  • Třísložkový dynamometr Kistler včetně nábojového zesilovače
  • 4 vysoce citlivé piezoelektrické vysokotlaké snímače Kistler včetně nábojových zesilovačů
  • Patentovaný snímač pro měření stagnační síly vysokorychlostních paprsků (patent č. PV 7884-1988 )
  • Akustický generátor pulsujícího paprsku
  • Stroboskopické zařízení pro vizualizaci pulsujícího paprsku
  • Měřicí stanice na bázi notebooku vybaveného vícekanálovou multifunkční měřicí kartou National Instruments (16-bit) a softwarem NI LabVIEW FDS
  • Laboratorní tlakový pluh pro měření rozpojitelnosti hornin
  • Zařízení pro měření abrazivnosti hornin podle ON 44 1121
  • Zařízení pro měření abrazivnosti hornin podle metodiky Cerchar
  • Laserový analyzátor částic analysette 22 NanoTec wet - Fritsch
  • Pracovní stanice FSC CELSIUS R650: 2 procesory Quad-Core Xeon X5460 3.16 GHz, RAM 32 GB, HDD 2x 500 GB
  • CFD software Fluent k simulaci a modelování vysokorychlostního toku kapaliny
Řešené projekty
  • Výzkumný záměr č. AV0Z30860518 Fyzikální a environmentální projevy v litosféře indukované antropogenní činností – dílčí úkol Vodní paprsek (AVČR).
  • Grantový projekt č. 103/07/1662 Modelování procesu porušování degradované vrstvy stavebních materiálů při jejich úpravě před sanačním zásahem (GAČR, 2007-2009).
  • Grantový projekt č. 101/07/1451 Studium procesu generování a šíření tlakových pulsací ve vysokotlakém systému (GAČR, 2007-2009).
  • Projekt mezinárodní spolupráce AV ČR – CNR Itálie Applications of pulsating jet technology in rock engineering (2007–2009).
  • Projekt mezinárodní spolupráce AV ČR – PAN Polsko Research on relationships among selected structural and physical properties of coal and rocks - dílčí úkol Water Jet (2009-2011).
Vybrané publikace
  • J. Foldyna, V. Habán, F. Pochylý, L. Sitek: Transmission of acoustic waves. Proceedings of the International Congress on Ultrasonics, Vienna, April 9-13, 2007, Paper ID 1458, Session R12: High power ultrasonic processing. doi:10.3728/ICUltrasonics.2007.Vienna.1458_foldyna.
  • J. Foldyna, K. Heiniger, S. Mettler, L. Sitek, J. Ščučka: Enhancing of Water Jet Effects by Pulsations. Manufacturing Engineering 4/2007, pp. 30-33, ISSN 1335-7972.
  • J. Foldyna, P. Martinec, L. Sitek: Testing of Industrial Types of Abrasives for Abrasive Water Jet Cutting. Proceedings of the 6th Pacific Rim International Conference on Water Jet Technology, Sydney 2000, Dunn, Meyer, Hood (eds.), CMTE Austra-lia, 2000, pp. 143 – 147.
  • J. Foldyna, P. Martinec, L. Sitek: Testing of Mineral Types of Abrasives for Abrasive Water Jet Cutting. Proceedings of the 2001 WJTA American Waterjet Conference, Hashish (ed.), WJTA, 2001, pp. 291 – 303.
  • J. Foldyna, P. Martinec, L. Sitek: Water jets in dimension stone cutting and surface treatment. Dimension Stone 2004. New Perspectives for a Traditional Building Material (Proceedings of the International Conference on Dimension Stone 2004, 14-17 June 2004, Prague, Czech Republic). Přikryl (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, 2004, pp. 303-308, ISBN 90 5809 675 0.
  • J. Foldyna, Z. Říha, L. Sitek, B. Švehla: Numerical simulation of transmission of acoustic waves in high pressure system. Proceedings of the International Congress on Ultrasonics, Vienna, April 9-13, 2007, Paper ID 1456, Session R12: High power ultrasonic processing. doi:10.3728/ICUltrasonics.2007.Vienna.1456_foldyna.
  • J. Foldyna, L. Sitek: Modulated vs. Continuous Jets: Performance Comparison. Proceedings of the 2001 WJTA American Waterjet Conference, Hashish (ed.), WJTA, 2001, pp. 523 – 535.
  • J. Foldyna, L. Sitek, V. Habán: Acoustic wave propagation in high-pressure system. Ultrasonics, Vol. 44, Supplement 1, 22 December 2006, pp. e1457-e1460, ISSN 0041-624X.
  • J. Foldyna, L. Sitek, P. Jekl, P. Martinec, J. Ščučka: Pulsating water jets. Documenta Geonica 2005, Institute of Geonics ASCR Ostrava, 2005, pp. 18-29.
  • J. Foldyna, L. Sitek, P. Jekl, B. Švehla: Measurement of dynamic pressure and force effects of modulated water jet. Proceed-ings of the 7th Pacific Rim International Conference on Water Jetting Technology, Jeju 2003, Chung-In Lee, Seokwon Jeon, Jae-Joon Song (eds.), Korean Society of Water Jet Technology, 2003, pp. 125-132, ISBN 89-95026-6-2 93550.
  • J. Foldyna, L. Sitek, P. Martinec, J. Ščučka, P. Jekl, M. Młynarczuk: Rock cutting by pulsing water jets. Eurock 2005 – Impact of Human Activity on the Geological Environment. Konečný (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, 2005, pp. 129 – 134, ISBN 04 1538 042 1.
  • J. Foldyna, L. Sitek, B. Švehla, Š. Švehla: Utilization of ultrasound to enhance high-speed water jet effects. Ultrasonics So-nochemistry, Vol 11/3-4, 2004, Elsevier B. V., pp 131-137.
  • P. Martinec, J. Foldyna, L. Sitek, L. Bílková, K. Barčová: Olivine as industrial abrasive for high-speed water jet technology. Proceedings of the 16th International Conference on Water Jetting, Lake (ed.), BHR Group 2002, pp. 287 - 297. ISBN 1 85598 042 8.
  • P. Martinec, J. Foldyna, L. Sitek, J. Ščučka, J. Vašek: Abrasives for AWJ cutting. INCO -COPERNICUS No. IC 15-CT98-0821. Institute of Geonics, Ostrava, 2002, ISBN 80-86407-02-0.
  • F. Pochylý, V. Habán, J. Foldyna, L. Sitek: 3D problem of pressure wave propagation in the tube with inconstant cross section. Proceedings of the International Congress on Ultrasonics, Vienna, April 9-13, 2007, Paper ID 1459, Session R21: Physical acoustics. doi:10.3728/ICUltrasonics.2007.Vienna.1459_pochyly.
  • L. Sitek, J. Foldyna, K. Souček: Shaping of rock specimens for testing of uniaxial tensile strength by high speed abrasive water jet: First experience. Eurock 2005 – Impact of Human Activity on the Geological Environment. Konečný (ed.), A. A. Balkema Publishers, Taylor & Francis Group, London, 2005, pp. 545 – 549, ISBN 04 1538 042 1.
  • L. Sitek, J. Foldyna, J. Ščučka, M. Młynarczuk, J. Sobczyk: Quality of bottom surface of kerfs produced by modulated jets. Proceedings of the 16th International Conference on Water Jetting, Lake (ed.), BHR Group 2002, pp. 359 - 368. ISBN 1 85598 042 8.
  • L. Sitek, J. Foldyna, J. Ščučka, B. Švehla, L. Bodnárová, R. Hela: Concrete and rock cutting using modulated waterjets. Proceedings of the 7th Pacific Rim International Conference on Water Jetting Technology, Jeju 2003, Chung-In Lee, Seokwon Jeon, Jae-Joon Song (eds.), Korean Society of Water Jet Technology, 2003, pp. 235 – 244, ISBN 89-95026-6-2 93550.
  • L. Sitek, K. Souček, J. Foldyna, L. Staš: Preparation of rock and geo-composite specimens for tensile tests by abrasive water jet. Proceedings of the 1st Euro-Mediterranean Symposium on Advances in Geomaterials and Structures - AGS´06, Darve, Doghri, El Fatmi, Hassis, Zenzri (eds.), LGC-ENIT, Tunisia, 2006, pp. 103 - 109, ISBN 978-9973-61-317-2.
  • L. Turčániová, J. Kadarová, P. Imrich, T. Liptaj, J. Vidlář, J. Vašek, J. Foldyna, L. Sitek, P. Baláž: Reactivity of mechani-cal activated coals for special utilization. Journal of Materials Science 39 (16-17), Aug-Sep 2004, pp. 5467-5470.