Přejít k obsahu

Spolupráce odboru MDP s průmyslovými podniky

Při založení vysokoškolského ústavu "Nové technologie - výzkumné centrum" Západočeské univerzity v Plzni v roce 2000 byl jako jeden z pěti ustaven Odbor modelování deformačních a dynamických procesů (dále jen MDP). V náplni jeho pracovníků bylo věnovat se především aplikovanému výzkumu spojenému s extrémním namáháním konstrukčních materiálů, celých konstrukčních prvků i komplexních technických zařízení.

Protože náš vysokoškolský ústav vznikl na základě tehdejšího podnětu státu zřídit národní výzkumná centra (slovo národní brzy vymizelo), která by výrazným způsobem podpořila konkurenceschopnost našeho průmyslu a přispěla k vyšší přidané hodnotě jeho produktů, byli jako garanti odborné úrovně do vědecké rady ústavu jmenováni i zástupci několika významných firem. Jmenujme např. ČEZ, a.s., ŠKODA Auto, a.s., ŠKODA JS, a.s., ZVVZ, a.s. Jako závazek jsme proto cítili, že výstupy výzkumu je potřebné prezentovat nejen ve formě odborných publikací (v akademickém prostředí dosud dominantních) nebo příspěvků na vědeckých setkáních (několik příspěvků jsme přednesli na světově významných konferencích), ale že je potřebné získané poznatky uplatnit také v konkrétních technických projektech. Dovolím si proto zmínit účast pracovníků odboru MDP na nejdůležitějších z nich.

V prvé řadě bych podtrhl to, že jsme se pro ŠKODA JS, a.s. podíleli na přípravě technické dokumentace k náročnému a úspěšnému licencování koše ŠKODA440/84M. Pro vysvětlení dodejme, že tyto koše tvoří vnitřní vestavbu obalových souborů (kontejnerů) CASTOR440/84M německého koncernu GNS, které slouží pro přepravu a skladování vyhořelého jaderného paliva v JE Dukovany. Koš je vnitřní nosnou konstrukcí oddělující jednotlivé palivové soubory s radioaktivním vyhořelým palivem. Ačkoliv náročnost uvedené technologie přepravy a skladování je širší veřejností všeobecně vnímána, méně jsou již známy přísné požadavky Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni. Zejména nesmí dojít k ohrožení jaderné bezpečnosti, a to ani při hypotetických přepravních nehodách, při kterých namáhání kontejneru s obsahem odpovídá jeho pádu z 9 metrů na tuhý podklad. Naším příspěvkem bylo počítačové modelování takových extrémních zátěžových situací, přičemž v průběhu vývoje koše bylo potřeba posoudit řadu konstrukčních změn. Konečně jsme se podíleli na návrhu a přípravě experimentů, kterými byla ověřena požadovaná pevnost nejvíce exponovaných konstrukčních uzlů koše a potvrzena věrohodnost provedených výpočtů.

kos_Skoda

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vnitřní koš pro kontejnery CASTOR (R), převzato z prezentace ŠKODA JS, a.s.


Od samého vzniku odboru jsme se rovněž pro ŠKODA JS podíleli na hodnocení pevnosti několika dalších kontejnerů, včetně návrhu a ověření vlastností jejich tlumičů pádů. Tyto kontejnery jsou určeny pro přepravu vysoce radioaktivních materiálů používaných v resortech energetiky, průmyslu nebo zdravotnictví v řadě evropských zemí. Vyzvednout můžeme např. projekt svozu vyhořelého jaderného paliva z výzkumných jaderných reaktorů ruské provenience, který je financovaný USA a v bývalém východním bloku technicky zastřešovaný renomovanými institucemi Ruské federace (jmenujme např. R&D Company SOSNY, Ruské federální jaderné centrum VNIIEF, Rosatom, Mayak). Tento projekt má zabránit případnému zneužití zmíněného materiálu k tvorbě atomových zbraní. Jeden z pracovníků odboru se zúčastnil i technických jednání a úspěšné oponentury škodováckého kontejneru ŠKODA VPVR/M v ruském Dimitrovgradu.

Mnohaletá práce v popsané odborné problematice a vybudovaná důvěra vedla dokonce k tomu, že nás jednak společnost ŠKODA JS, a jako vedoucího projektu i divize Energoprojekt Ústavu jaderného výzkumu v Řeži, přizvaly ke spolupráci na provedení analýz hypotetického teroristického útoku na sklad vyhořelého jaderného paliva, nejprve v lokalitě JE Temelín, a posléze i na již provozovaný sklad v JE Dukovany. Jednalo se o numerickou simulaci zasažení uvedených skladů pádem velkého dopravního letadla a naším úkolem bylo vyhodnocení dynamických účinků na obalové soubory s vyhořelým palivem. Bylo potřebné analyzovat účinky způsobené nárazem jak draku letadla a leteckého motoru jako jeho nejvíce kompaktní části, tak i zřícenými stavebními částmi skladu, nebo bylo potřeba posoudit náraz kontejneru na podlahu skladu. Pro ocenění integrity a těsnosti kontejnerů byla provedena celá řada počítačových simulací, zužitkovali jsme rovněž poznatky známé z terminální balistiky a znalosti deformačního chování materiálů při rázovém zatížení. Je ovšem potřebné poznamenat, že k prokázání věrohodnosti provedených analýz jsme využili rovněž výsledky rozsáhlých experimentů, které byly uskutečněny a publikovány národní laboratoří Sandia Spojených států amerických nebo v Japonsku a které by dokonce i tak veliké společnosti jako ČEZ mohly stěží financovat.

Další spolupráce v jaderném strojírenství se ŠKODA JS byla zaměřena na posouzení pevnosti, životnosti a těsnosti složitých přírubových spojů horních bloků VVER 440 a VVER 1000 a na hodnocení připojení jejich nátrubků k víku tlakové nádoby reaktoru. Ačkoliv fatální selhání ohrožující jadernou bezpečnost je vyloučené, neplánovaná odstavení jaderných bloků nebo zkrácení doby života přírubových spojů jsou reálná a představují pro elektrárny značné finanční ztráty. Společnost ŠKODA JS proto v rámci programu "Řízení doby života” uvedených konstrukčních uzlů provádí náročné zkoušky pro celé reprezentativní zátěžové režimy, které se vyskytují v provozu jaderných elektráren. Nezbytné informace je však potřebné rovněž zjišťovat výpočetně numerickými programy. V případě JE Temelín pak můžeme hovořit o stovkách výpočtů pro každý přírubový spoj. Odbor modelování deformačních a dynamických procesů vysokoškolského ústavu "Nové Technologie" se podílel na vypracování metodických postupů tvorby vhodných výpočetních modelů a rovněž provedl velké množství výpočtů samotných. Naše zprávy jsou součástí technické dokumentace jaderných elektráren typu VVER nejen u nás, ale i na Slovensku, Ukrajině, v Maďarsku a ve Finsku.

 

priruba_TK_n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Do první skupiny priorit, které vyhlašuje Komise pro bezpečnost jaderných zařízení Agentury pro atomovou energii OECD v Paříži, patří v oblasti řízeného stárnutí i problematika provozních prohlídek tlustostěnných železobetonových konstrukcí. S partnery z Ústavu jaderného výzkumu v Řež a ze Stavební fakulty VUT v Brně náš odbor spolupracuje na vývoji nových diagnostických metod. Tento vývoj je podpořen Grantovou agenturou České republiky, Ministerstvem průmyslu a obchodu i Českou energetickou agenturou. V popředí naší pozornosti je metoda nazývaná Impact-Echo, která spočívá ve vybuzení akustické vlny vhodným úderem na povrch vyšetřované stěny a v následném záznamu odrazů a rozptylu této vlny. Původní metoda, která je založená na frekvenčním vyhodnocení a je normována americkým normalizačním institutem ASTM, dokáže při znalosti rychlosti šíření vln odhalit, bohužel, jen vzdálenost vnitřní vady od povrchu. Náš odbor se zabývá numerickými simulacemi zmíněných vln a v následném vyhodnocování bere v úvahu jejich polohu v celém časovém intervalu. To umožňuje detekovat nejen vnitřní uzavřenou trhlinu, ale rovněž hloubku trhliny vycházející s přilehlého nebo protilehlého povrchu vyšetřované stěny. Dále je zajímavý rozpracovaný úkol detekce trhlin, které vznikají v důsledku koroze armování. Skutečné nasazení metody v provozních podmínkách však vyžaduje mnoho dalšího důmyslu i vyspělé elektroniky. Proto se rovněž podílíme na vývoji a výrobě prototypů nových snímačů a na konstrukci automatického budícího zařízení založeného na vlastnostech piezoelektrických materiálů.

 

Vzorek_5_xikmo_ vzorek_5_vady_detail
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fotografie z výstavby zkušebního pracoviště v ÚJV Řež

 

Zkušenosti s rázovým namáháním konstrukčních materiálů a s počítačovým modelováním havarijních situací jsme dále využili při výpočtech pro projekt pádového pracoviště SÚRAO Litoměřice (kde se zkoušejí nádoby určené pro převoz nebezpečného materiálu do celkové hmotnosti 5 tun) nebo při hodnocení nárazu tramvají na překážku. Proto o naše znalosti projevili zájem pracovníci ŠKODA Výzkum, kde jedním z vývojových projektů pro ŠKODA Transportation bylo hodnocení srážek lokomotiv s velkou překážkou pro potřeby jejich homologace. Tím se dostáváme ke spolupráci odboru MDP s podniky všeobecného a dopravního strojírenství.

Dílčí práce jsme provedli např. pro firmy ZVVZ Milevsko a ŠKODA Klatovy. Rozsáhlejší spolupráce stále probíhá se Sokolovskými strojírnami a projektu, který podporuje Ministerstvo průmyslu a obchodu. Jedná se o vývoj technologie drcení ojetých pneumatik. Naším příspěvkem je výpočetní optimalizace drtících a střižných sil pro účely snížení namáhání jak řezných nástrojů, tak i dalších částí drtiče a řízkovače, a pro účely co největšího potlačení hlučnosti.

Pneu1 Pneu2 Pneu3 Pneu4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Příklady výstupů numerických simulací drcení pneumatiky a příklad přetrženého vzorku a zkoušky pro zjištění materiálových vlastností pneumatiky.
 
 
 
Samostatný odstavec si konečně dovolím věnovat spolupráci s Technickým vývojem ŠKODA Auto v Mladé Boleslavi. Krátce po vzniku našeho vysokoškolského ústavu jsme s pracovníky Katedry mechaniky FAV ZČU v Plzni, vedenými profesorem Vladimírem Zemanem, provedli vibrační a hlukovou analýzu úspěšné převodovky MQ200, kterou ŠKODA Auto dodávala pro celý koncern Volkswagen. K další spolupráci jsme byli vyzváni v souvislosti s výskytem teplotních skvrn na kotoučích diskových brzd při extrémních režimech brzdění. Ani technikům specialistům tento jev není příliš znám, neboť teprve v posledních několika letech je díky vývoji měřící techniky možné provádět jeho detekci. Připomeňme si, že tyto teplotní skvrny mohou vést k podstatnému snížení účinnosti brzd, pokud budou brzdy nevhodně konstrukčně navrženy. Metodikou měření a zkouškami diskových brzd na zkušebním zařízení a nebo i při jízdě se z tohoto pohledu zabývá Odbor termomechaniky našeho ústavu. Odboru modelování deformačních a dynamických procesů, který zde představuji, byl svěřen úkol objasnit podstatu tohoto jevu a ocenit vliv materiálových parametrů i jednotlivých rozměrů konstrukce na velikost teplotních skvrn výpočetními prostředky. Museli jsme proto navrhnout vhodné matematické modely a pro jejich řešení vyvinout vlastní software. Připravenými výpočetními programy jsme rovněž hodnotili vliv povrchových úprav disků na možnost vzniku uvedených skvrn pro oddělení vývoje brzd Volkswagenu ve Wolfsburgu. Popsaná problematika je nejen velmi naléhavá z technického pohledu, ale nastoluje nové otázky, které směřují k základnímu výzkumu v oboru mechaniky kontaktu deformovatelných těles. V souvislosti s tím řešíme projekt financovaný Grantovou agenturou České republiky. Novými matematickými postupy a tvorbou vlastních počítačových programů se rovněž zabýváme ve spojení s pracemi pro oddělení agregátů zmíněného technického vývoje automobilky. Jedná se o co největší potlačení velikosti amplitud akustických vln výfukové soustavy koncovými tlumiči, tedy o příspěvek k co nejmenšímu znečištění našeho životního prostředí hlukem.
připravil Josef Voldřich,
vedoucí odboru Modelování deformačních a dynamických procesů

Patička