Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D.
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.
prof. Ing. Miroslav Raudenský, CSc.
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc.
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Studijní program Inženýrská mechanika je zaměřen na přípravu vysoce kvalifikovaných odborníků s předpoklady pro vědeckou práci, zvládajících moderní výpočtové a experimentální metody ve vědní oblasti mechaniky těles, včetně specifických oblastí mechatroniky a biomechaniky. Cílem studia je poskytnout studentům potřebné teoretické znalosti a praktické zkušenosti z oblastí mechaniky odpovídajících tématu doktorského studia. K dosažení stanovených cílů a profilu studenti absolvují předměty předepsané jejich Individuálním studijním plánem, čímž je vytvořen teoretický základ pro zvládnutí tématu na nejvyšší úrovni. Praktické zvládnutí tématu pak prokazují absolvováním Státní doktorské zkoušky a vypracováním a obhájením Doktorské disertační práce.

Absolvent doktorského programu Inženýrská mechanika má vysoce specializované odborné znalosti a kompetence zejména v moderních výpočtových a experimentálních metodách ve vědní oblasti aplikované mechaniky, případně mechatroniky nebo biomechaniky, a v jejich využití ve výzkumu a vývoji v technické i medicínské oblasti. Současně má i odbornou adaptabilitu, což dává velké šance pro uplatnění jak ve výzkumu a vývoji, tak i v oblasti technických výpočtů a v manažerských pozicích. Dokladem toho jsou absolventi, působící nejen v akademické i privátní výzkumné sféře, ale i v malých výpočtových a softwarových firmách, a to i na vedoucích a manažerských pozicích konstrukčních, výpočtových a vývojových oddělení nebo obchodních zastoupení mezinárodních společností. S pronikáním počítačového modelování a podpory do oblasti medicíny lze předpokládat uplatnění biomechaniky nejen v této mezioborové sféře výzkumu a vývoje, ale i v nově vznikajících pozicích počítačové podpory v nemocnicích a na klinických pracovištích.

Absolvent doktorského programu Inženýrská mechanika má vysoce specializované odborné znalosti, ale současně i odbornou adaptabilitu, což dává velké šance pro uplatnění jak ve výzkumu a vývoji, tak i v oblasti technických výpočtů a manažerských pozicích. Dokladem toho jsou absolventi, působící nejen v akademické i privátní výzkumné sféře, ale i v malých výpočtových a softwarových firmách, a to i na vedoucích a manažerských pozicích konstrukčních, výpočtových a vývojových oddělení nebo obchodních zastoupení mezinárodních společností. S pronikáním počítačového modelování a podpory do oblasti medicíny lze předpokládat uplatnění biomechaniky nejen v této mezioborové sféře výzkumu a vývoje, ale i v nově vznikajících pozicích počítačové podpory v nemocnicích a na klinických pracovištích.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program Inženýrská mechanika je pokračováním aktuálně akreditovaného navazujícího magisterského studijního programu Inženýrská mechanika a biomechanika. Zaměřuje se však obecněji na absolventy navazujících magisterských studijních programů v různých oborech mechaniky a mechatroniky, příp. matematického, fyzikálního nebo materiálového inženýrství, jejichž absolventům umožňuje pokračovat ve třetím stupni studia a dosažením vědecké hodnosti Ph.D. prokázat schopnost vědecké práce.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2026 do 31.05.2026)

1. Adaptivní řízení a odhad stavů dynamických systémů s využitím lokálních lineárních modelů

   Práce se bude zabývat výzkumem v oblasti řízení a identifikace nelineárních dynamických systémů s využitím metod založených na myšlence lokálních lineárních modelů (Lazy Learning, LWR, RFWR). Identifikovaný inverzní dynamický model bude použit jako feedforward kompenzátor ve struktuře kompozitního regulátoru. Výsledky výzkumu budou experimentálně ověřeny na reálných soustavách dostupných v Mechatronické laboratoři (výukové modely, automobilové aktuátory, apod.) s použitím výpočetního prostředí Matlab/Simulink a dostupných hardwarových prostředků. Následně se předpokládá implementace vhodných algoritmů ve formě samostatné řídící jednotky s mikrokontrolerem.

   Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.

2. Analýza vlivu proudění krve v tepnách na rozvoj aterosklerózy

   Jedná se o aktuální problematiku z oblasti biomechaniky, která je součástí řešeného projektu Mebiosys. Navazuje na nedávné disertační práce, které významně zlepšily úroveň FSI analýz proudění v tepnách i popisu mechanických vlastností cévní stěny a otevřely možnost zkoumat dopad na iniciaci aterosklerotických změn v kritických místech tepen a vulnerabilitu ateromu. Cílem je identifikovat veličiny a parametry s významným vlivem na iniciaci aterosklerózy nebo riziko ruptury fibrózního krytu ateromu.

   Školitel: Burša Jiří, prof. Ing., Ph.D.

3. Detekce a izolace poruch pro nelineární systémy

   Aplikace stále výkonnějších mikroprocesorů při řízení mechatronických systémů umožňují implementovat výpočetně náročné doplňkové funkce. Jednou z velmi důležitých oblastí, která se stále rozvíjí, jsou algoritmy detekce, izolace a řešení chyb v systémech. Práce se bude zabývat vývojem nových algoritmů založených na lokálních lineárních modelech a metodách soft computing.

   Školitel: Grepl Robert, doc. Ing., Ph.D.

4. Inovativní metody laserového čistění pro odstranění vysokoteplotních oxidů v průmyslových aplikacích

   Disertační práce se zaměří na vývoj a implementaci pokročilých technik laserového čištění pro efektivní odstranění vysokoteplotních oxidů z kovových povrchů v průmyslovém prostředí. Výzkum bude zahrnovat studium interakce laserového paprsku s oxidovanými vrstvami, vývoj optimalizovaných procesních parametrů. Cílem je prokázat možnost nasazení této technologie, minimalizovat energetickou náročnost a zlepšit kvalitu povrchů a porovnat tuto technologii se stávajícími procesy. Cíle disertační práce: - Analyzovat současné technologie laserového čištění a identifikovat jejich omezení v odstraňování vysokoteplotních oxidů. - Vyvinout nové metodiky a postupy pro zlepšení účinnosti laserového čištění v průmyslových podmínkách. - Navrhnout a otestovat prototypy laserových systémů přizpůsobených specifickým aplikacím. - Vyhodnotit ekonomické a ekologické dopady implementace navržených technologií v průmyslu.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

5. Integrované piezoelektrické systémy pro monitorování a diagnostiku kompozitních struktur

   Toto téma je zaměřeno na integraci piezoelektrických komponent typu MFC (Macro Fiber Composite) přímo do kompozitních struktur během jejich výrobního procesu za účelem kontinuálního monitorování jejich stavu. Piezoelektrické materiály mají schopnost reagovat na mechanické deformace, které indikují vznik a vývoj různých typů poškození jako je například delaminace, poškození matrice, nebo vláken. Klíčovou součástí práce bude vývoj algoritmů pro zpracování signálů a detekci poruch, implementace prediktivních modelů využívajících přístupy strojového učení pro odhad zbytkové životnosti. Toto téma spojuje materiálové inženýrství, monitorování mechanických struktur, zpracování signálů a prediktivní údržbu s cílem zajistit dlouhodobou spolehlivost a bezpečnost kompozitních konstrukcí v kritických aplikacích jako jsou letecký průmysl, energetika a automobilový sektor.

   Školitel: Lošák Petr, Ing., Ph.D.

6. Kalibrace a ověření CFD modelů eroze částicemi v zakřivených průtočných geometriích

   Cílem dizertační práce je vyvinout a ověřit numerický (CFD) postup pro predikci eroze způsobené pevnými částicemi v proudění se zakřivenými stěnami a technicky relevantními tvary (typu lopatkový kanál čerapdla nebo turbíny). Student bude pracovat s vícefázovým modelováním (Euler–Lagrange/DPM), včetně volby vhodných okrajových podmínek, turbulence a interakce částic se stěnou. Důležitou částí bude kalibrace parametrů erozních modelů (např. Finnie/Tabakoff) vůči experimentálním datům a jejich citlivostní analýza. Součástí bude vyhodnocení nejistot a stanovení mezí použitelnosti pro různé materiály, velikosti a koncentrace částic i provozní režimy. Výstupem budou validované výpočetní postupy a doporučení pro přenos výsledků z laboratorních konfigurací na složitější reálné geometrie (např. lopatkové kanály turbín a čerpadel).
   Práce bude vznikat v rámci mezinárodního projektu GAČR ve spolupráci s Univerzitou v Ljubljani (Slovinsko), Práce bude vznikat v rámci mezinárodního projektu GAČR ve spolupráci s Univerzitou v Ljubljani (Slovinsko), to umožní realizaci stáže, výjezdy na konference atd.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

7. Návrh a optimalizace samočisticích radiálních ventilátorů pro průmyslové aplikace

   Práce se zaměřuje na návrh a optimalizaci samočisticích radiálních ventilátorů, které efektivně separují částice ze vzduchu během provozu bez potřeby filtrů nebo dalších separačních prvků. Cílem je snížení provozních nákladů, zvýšení účinnosti chlazení a minimalizace údržby ve vysoce prašných průmyslových prostředích, jako jsou elektrické stroje chlazené vzduchem, výměníky tepla nebo systémy pro ventilaci výrobních hal. Výzkum bude zahrnovat jak numerické simulace chování proudění v geometrii ventilátoru, tak návrh a experimentální testování fyzického prototypu. Součástí práce bude také vyhodnocení energetické účinnosti, životnosti a ekologických přínosů tohoto typu ventilátoru ve srovnání s tradičními systémy vzduchotechniky.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

8. Simulace porušování slitiny hliníku 2024-T351 při vysokých rychlostech deformace

   Slitina hliníku 2024-T351 je hojně využívaná například v letectví. Při haváriích však dochází k porušování materiálu při vysokých rychlostech deformace, což doposud nebylo uspokojivě studováno. Práce se tedy zaměří na výpočtové modelování tvárného porušování při různých stavech napjatosti a rychlostech deformace.

   Školitel: Šebek František, doc. Ing., Ph.D.

9. Strojové učení řízení chůze kráčivého robotu v nestrukturovaném venkovním prostředí

   Kráčiví roboti, zejména ctyřnozí či humanoidní, se dostávají do popředí zájmu v oblasti aplikace metod strojového učení na vývoj adaptivních metod chůze s ohledem na omezení daná prostředím. Návrh robustníího řizení chůze s možností adaptace v reálném čase na okolní podmínky a terén je hlavním tématem této práce.

   Školitel: Věchet Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

10. Studium deformačních procesů v HCP slitinách při komplexním napěťovém stavu

    Hořčíkové a titanové slitiny jsou důležitými strukturálními materiály ve špičkových aplikacích, jakými jsou letecký/kosmický nebo medicínský průmysl. Tyto materiály vykazují velmi výhodnou kombinaci nízké hustoty, mechanické pevnosti, korozní odolnosti a biokompatibility. Při současném rychlém rozvoji aditivních technologií, je nutné navrhovat materiály s vlastnostmi specificky navrženými pro konkrétní aplikace. Z toho důvodu je nezbytné kompletně porozumět procesům, které řídí chování materiálů. Hořčíkové a titanové slitiny mají hexagonální (HCP) krystalovou strukturu. Toto uspořádání atomů způsobuje existenci komplexních mechanismů plastické deformace, které obsahují skluz a dvojčatění. Výzkum těchto mechanismů je složitý, protože se odehrávají v širokém intervalu časových a rozměrových měřítek od úrovně atomů až po velikost materiálových zrn.

    Dizertační práce se bude zabývat výzkumem plastického skluzu a dvojčatění při komplexním zatěžování na mikroúrovni. Na základě tohoto výzkumu budou navrženy způsoby kontroly těchto procesů pro dosažení požadovaných makroskopických mechanických vlastností. Analýza bude založena na kombinaci teoretického a experimentálního přístupu. Teoretická část bude obsahovat simulace pomocí metody konečných prvků kombinované s pokročilými teoriemi plasticity a experimenty budou založeny na nanoindentačních technikách, které jsou schopné vytvořit komplexní napěťový stav.

    Školitel: Šiška Filip, Dr. Ing., Ph.D.

11. Synergie kavitace a eroze částicemi: experimentální studium a kvantifikace poškození

    Cílem práce je experimentálně prozkoumat a kvantifikovat synergii mezi kavitací a erozí pevnými částicemi, tedy situace, kdy společné působení vede k výrazně odlišnému poškození než jednotlivé jevy. Student navrhne a provede testy v hydraulickém okruhu s řízením kavitace (např. změnou tlaku) a s definovaným přívodem částic. Klíčová bude identifikace dominantních mechanismů (kolaps bublin, urychlení částic, změna dopadových úhlů a lokálního smyku) a jejich vazba na rychlost úbytku materiálu. Součástí bude podrobná analýza poškozených povrchů pomocí 3D topografie a mikroskopie a tvorba srovnatelných map eroze. Výsledkem bude ucelený experimentální soubor dat a korelací, které lze využít pro ověřování a zpřesňování numerických modelů.
    Práce bude vznikat v rámci mezinárodního projektu GAČR ve spolupráci s Univerzitou v Ljubljani (Slovinsko), to umožní realizaci stáže, výjezdy na konference atd.

    Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

12. Tepelné zpracování kovových 3D tištěných dílů pro letectví a kosmonautiku

    Tepelné zpracování kovových dílů vyrobených aditivní technologií (3D tiskem) je nedílnou součástí této výroby. Tepelné zpracování těchto dílů je zcela nezbytné pro dosažení vyšší jakosti výsledného produktu, což vede ke zvýšení jeho přidané hodnoty, která je pro praxi klíčová. Téma je zaměřené na nalezení a popsání vhodných režimů tepelného zpracování. Student/ka bude mít možnost podílet se na výzkumu procesu tepelného zpracování super slitin typu Titan a Inconel, určených pro náročné podmínky a v oblasti letectví a kosmonautiky (space industry).

    Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

13. Vícefázový přenos tepla v porézních oxidových vrstvách během sprejového chlazení

    Doktorská práce se zabývá vícefázovým přenosem tepla během sprejového chlazení horkých ocelových povrchů pokrytých porézními oxidovými vrstvami. Výzkum se zaměří na vývoj pokročilých CFD modelů v OpenFOAM pro simulaci přechodné interakce mezi vodními tryskami nebo kapkami a zahřátými porézními strukturami oxidu železa rekonstruovanými z dat micro-CT a SEM. Projekt bude kombinovat VOF (Volume-of-Fluid) modelování nárazu kapek, transport kapaliny v komplexním porézním prostředí řízený setrvačnými a kapilárními silami a fázovou přeměnu spojenou s intenzivním ohřevem a varu. Hlavními výzvami budou propojení vícefázového toku s volnou hladinou s procesy odpařování a provádění rozsáhlých simulací na složitých geometriích s využitím výpočetních zdrojů HPC, s cílem optimalizovat průmyslové sprejové chlazení v ocelářství.

    Školitel: Boháček Jan, doc. Ing., Ph.D.

14. Vizuální vnímání a prostorové porozumění pro autonomní navigaci mobilních robotů ve vnitřních prostředích

    Téma se zaměřuje na zpracování vizuálních informací z kamerových senzorů s využitím metod vizuálního SLAM s cílem dosažení prostorového porozumění okolnímu prostředí mobilních robotů ve vnitřních prostorách budov. Důraz je kladen na vizuální percepci, fúzi senzorových dat a rozhodovací mechanismy pro spolehlivý autonomní provoz.

    Školitel: Věchet Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

15. Vliv struktury obtékaného povrchu na vlastnosti mezní vrstvy, iniciaci kavitace a kavitační erozi

    Cílem dizertační práce je prozkoumat vliv různě tvarovaných a různě rozmístěných struktur na povrchu hydraulického profilu na jeho hydraulické a kavitační charakteristiky. Práce bude probíhat nejdříve s využitím výpočtových simulací založených na hybridních přístupech k modelování turbulence a následně bude provedena experimentální validace v kavitačním tunelu odboru fluidního inženýrství. Aplikaci lze nalézt u lopatek hydraulických strojů nebo na funkčních površích různých hydraulických zařízení (např. ventily).

    Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

16. Vliv zbytkových prvků z recyklovaného šrotu na kvalitu povrchu oceli v oblasti přenosu tepla

    Přechod na výrobu oceli s nulovými emisemi uhlíku vyžaduje komplexní pochopení tohoto přechodu na povrchovou kvalitu oceli. Kvalita povrchu u pokročilých ocelí je zásadní pro mechanické vlastnosti výsledného produktu, odolnosti proti korozi, estetiku a celkově pro celý hutní proces, který závisí na přesné kontrole legování a výrobních podmínek. Nicméně začlenění zbytkových prvků z recyklovaného šrotu přináší složitosti, které mění chování oxidických vrstev během výroby ocelových produktů. Přítomnost oxidů s nízkou tepelnou vodivostí je obecně považována za tepelnou bariéru na povrchu oceli. Nicméně v některých průmyslových podmínkách bylo pozorováno, že vrstva oxidu neočekávaně změnila intenzitu chlazení, což ovlivňuje řiditelnost celého výrobního procesu. Cílem této práce je tedy popsat vliv zbytkových prvků ze šrotu na přenos tepla pomocí tepelných odporů různých oxidických vrstev.

    Školitel: Hnízdil Milan, doc. Ing., Ph.D.

17. Výpočtové modelování elektromechanické aktivity srdečních buněk při srdečním selhání

    Cílem práce je doplnit stávající modely srdečních komorových buněk o matematický popis buněčné mechanické aktivity, formulovat ovlivnění membránových transportních dějů a vazby excitace-kontrakce u buněk selhávajících srdcí a pomocí simulací objasnit důsledky těchto změn pro buněčnou elektromechanickou aktivitu.

    Školitel: Fuis Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

18. Výpočtové modelování onkologicky postižených kloubů po implantaci megaprotézy

    Dizertační práce se zaměřuje na výpočtové modelování kloubů postižených nádorovým onemocněním pohybového aparátu po rekonstrukci pomocí megaprotézy. Cílem je analyzovat biomechanické chování implantovaného kloubu a přilehlé kostní tkáně s důrazem na mechanickou stabilitu, přenos zatížení a remodelační procesy v periprotetické oblasti. Na základě obrazových dat pacientů (CT/MRI) budou vytvářeny pacient-specifické geometrické a materiálové modely, které umožní simulaci různých typů zatížení a chirurgických scénářů rekonstrukce po resekci nádoru.

    Školitel: Marcián Petr, Ing., Ph.D.

19. Výpočtové modelování vlivu redukce membránových t-tubulů na elektromechanickou aktivitu srdečních buněk

    Membrána srdečních buněk obsahuje systém tubulů (t-tubulů), které umožnují šíření elektrického vzruchu z povrchu do nitra buněk a následně iniciují děje vedoucí k buněčné kontrakci. T-tubuly proto hrají klíčovou roli v elektromechanické aktivitě srdečních buněk. Chronická srdeční onemocnění jsou doprovázena úbytkem t-tubulů, doposud však schází detailní matematická analýza vlivu jejich redukce na buněčnou kontraktilitu. Cílem práce je doplnit stávající modely srdečních komorových buněk o matematický popis buněčné mechanické aktivity a simulovat její ovlivnění při patologické redukci či remodelaci t-tubulů.

    Školitel: Fuis Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

20. Využití digitální korelace obrazu při měření zbytkových napětí odvrtávací metodou

    Zbytková napětí hrají důležitou roli při návrhu a posuzování životnosti strojních součástí, proto je nezbytné jejich co nejpřesnější stanovení. Jednou z nejpoužívanějších metod měření zbytkových napětí je odvrtávací metoda, u níž se v současnosti zkoumá možnost nahrazení měření deformací pomocí tenzometrických růžic optickou metodou, konkrétně digitální korelací obrazu. Cílem dizertační práce bude implementace metody digitální korelace obrazu do odvrtávací metody a rozšíření její aplikovatelnosti na případy, ve kterých konvenční tenzometrický přístup neposkytuje dostatečně přesné nebo spolehlivé výsledky.

    Školitel: Návrat Tomáš, doc. Ing., Ph.D.

21. Vývoj elektromechanických systémů pro plovoucí konstrukce a námořní aplikace

    Tato doktorská práce se bude zabývat vývojem, modelováním a experimentální validací elektromechanických systémů určených pro prostředí mořských aplikací, se zvláštním důrazem na plovoucí konstrukce a hydromechanické systémy. Studium se zaměří na elektromagnetické i piezoelektrické principy elektromechanické přeměny a jejich integraci do námořních platforem pro kombinované využití v oblasti získávání energie (energy harvesting) a senzoriky.

    Hlavním cílem práce je vytvořit jednotný teoretický a experimentální rámec popisující dynamickou vazbu mezi mořským buzením, strukturální odezvou a elektromechanickou přeměnou energie. Zvláštní pozornost bude věnována nízkofrekvenčnímu a nepravidelnému vlnovému buzení, nelineárním dynamickým jevům, frekvenčnímu sladění a mechanismům elektromechanické vazby, které určují účinnost a robustnost přeměny energie.

    Kromě samostatného získávání energie bude výzkum zaměřen také na vývoj duálně funkčních elektromechanických systémů, ve kterých piezoelektrické nebo elektromagnetické prvky současně slouží jako zdroje energie i jako senzory strukturální odezvy. To zahrnuje návrh samo-napájených senzorických strategií pro monitorování deformací, vibrací a dynamického zatížení plovoucích konstrukcí a vybraných hydromechanických komponent v reálných mořských podmínkách.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, prof. Ing., Ph.D.