Detail předmětu

Struktura a vlastnosti moderních materiálů

FSI-TVN Ak. rok: 2027/2028 Letní semestr

Předmět má ozřejmit studentům souvislosti mezi vlastnostmi materiálů a jejich strukturou, seznámit je s metodami predikce charakteristik materiálu a problematikou návrhu vybraných moderních konstrukčních materiálů pro jejich využití v technické praxi.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

3

Vstupní znalosti

Znalosti získané v předmětech Úvod do materiálových věd a inženýrství – BUM a Teoretická mechanika a mechanika kontinua – TMM

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. V průběhu semestru budou studentům zadány dva dílčí úkoly hodnocené 2x10 body a závěrečný úkol za 20 bodů. Termín nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanoven po dohodě s vyučujícím.

Podmínky udělení zápočtu: Dosažení 20 bodů v součtu za všechny tři úkoly.

Zkouška bude mít písemnou formu a lze na ni získat 60 bodů. Vodítkem pro hodnocení je celkový (cvičení+zkouška) získaný počet bodů: A: 90 – 100; B: 80 – 90; C: 70 – 80; D: 60 – 70; E: 50 – 60; F: 0 – 50.
Podrobnosti a upřesnění jsou uvedeny v elearningu.

Učební cíle

Důraz je kladen na objasnění zvláštností mikrostruktury moderních materiálů a pochopení fyzikální podstaty vztahů mezi jeich mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi.

Student získá základní přehled o struktuře, mechanických vlastnostech a užití moderních materiálů v pokročilých technologiích a inženýrských systémech. Absolvováním kurzu by měl umět vytvořit model krystalu, spočítat jeho energii a následně i jeho vybrané charakteristiky, rozpoznat základní poruchy krystalové mříže a popsat jejich vliv na vlastnosti materiálu. Student by měl dále umět popsat a vysvětlit odezvu tzv. inteligentních materiálů na zatížení.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Osnova

Struktura ideálních krystalů, poruchy atomového uspořádání
Popis chemických vazeb, Výpočetní materiálové vědy.
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, slitiny s vysokou entropií.

Cvičení

13 hod., povinná

Osnova

Výpočet energie krystalu, empirické meziatomové potenciály, teorie dislokací, zpevnění materiálů, koncentrace napětí, lomová mechanika, únavový lom, deformační mikromechanizmy ultrajemnozrnných materiálů

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Osnova

Základní témata: Modelování deformace a odezvy krystalů, modelování ideální krystalové struktury, semiempirické meziatomové potenciály a ab initio metody, výpočet elektronové struktury.


Volitelná pokročilá témata: Teoretická pevnost uhlíkových nanotrubek, elasticita ideálních krystalů, vibrační spektra molekul, vazebná energie, molekulární dynamika, energie vrstevné chyby, feroelektricita, povrchová energie.