Detail předmětu

Materiálové inženýrství v energetice

FSI-LMZAk. rok: 2024/2025

Zajišťuje Fakulta strojního inženýrství

Předmět má seznámit studenty se základními vlastnostmi materiálů jako je jejich struktura a jí výsledný vliv na meze použití daných materiálů jako je vnitřní napětí, deformace, chemická a radiační odolnost atd. V oblasti energetických zařízení zejména jaderných zařízení jsou kladeny vysoké požadavky na použití materiálů zejména pro primární okruhy a jejich jednotlivých komponent. V rámci tohoto předmětu je provedeno seznámení se základní mechanikou pro potrubní systémy, turbíny, výměníky a reaktory a z toho vyplývající požadované vlastnosti vybraných materiálů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav (EÚ)

Vstupní znalosti

Základy matematiky, chemie a fyziky.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Zápočtová písemka

Zkouška je písemná ve formě odpovědí na vybrané otázky, v případě hraničního počtu získaných bodů proběhne ústní dozkoušení.

Učební cíle

Předmět umožňuje studentům získat znalosti o používaných materiálech pro současné i pokročilé energetické aplikace, zejména pro výstavbu pro konstrukčních celků jaderných elektráren. Cílem je seznámit se základním popisem meze materiálů a jejich využití pro hlavní konstrukční části energetických zařízení. Cílem je vnést náhled na limity jednotlivých materiálů při konstrukci a provozu jednotlivých komponent energetických zařízení a jejich parametrů (vliv teploty, tlaku, opotřebení atd.).

Studijní opory

MURTY, K. Linga a Indrajit CHARIT. An introduction to nuclear materials: fundamentals and applications. Weinheim, Germany: Wiley-VCH, c2013. ISBN 978-3527407675.

KONINGS, Rudy J.M. a Roger E. STOLLER. Comprehensive Nuclear Materials 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier, 2020. ISBN 9780081028650.

GOODNO, Barry J. a James M. GERE. Mechanics of materials. Ninth Edition. Australia: Cengage Learning, [2018]. ISBN 978-133-7093-347.

NĚMEC, Jaroslav, HÖSCHL, Cyril, DVOŘÁK, Jan, 1989, Pružnost a pevnost ve strojírenství, SNTL-Nakladatelství technické literatury, Praha, ISBN 80-03-00193-5.

PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu. 2. opr. a rozš. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003. ISBN 978-80-7204-283-8.

PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu II. 2., opr. a rozš. vyd. Brno: CERM, c2002.
ISBN 978-80-7204-248-7.

Základní literatura

MURTY, K. Linga a Indrajit CHARIT. An introduction to nuclear materials: fundamentals and applications. Weinheim, Germany: Wiley-VCH, c2013. ISBN 978-3527407675. (EN)
PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu II. 2., opr. a rozš. vyd. Brno: CERM, c2002. ISBN 978-80-7204-248-7. (CS)
PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu. 2. opr. a rozš. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003. ISBN 978-80-7204-283-8. (CS)

Doporučená literatura

GOODNO, Barry J. a James M. GERE. Mechanics of materials. Ninth Edition. Australia: Cengage Learning, [2018]. ISBN 978-133-7093-347. (EN)
KONINGS, Rudy J.M. a Roger E. STOLLER. Comprehensive Nuclear Materials 2nd Edition. Amsterdam: Elsevier, 2020. ISBN 9780081028650. (EN)
NĚMEC, Jaroslav, HÖSCHL, Cyril, DVOŘÁK, Jan, 1989, Pružnost a pevnost ve strojírenství, SNTL-Nakladatelství technické literatury, Praha, ISBN 80-03-00193-5. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-JAE magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

24 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Osnova

1. Struktura materiálů
2. Meze použití materiálů (Vnitřní napětí; Deformace; Tvrdost; Otěr, Životnost; Chemická odolnost; Radiační odolnost)
3. Meze použití materiálů (Meze použití ocelí, litin a dalších železných kovů; Meze použití hliníku, mědi a dalších neželezných kovů; Meze použití teflonu a ostatních plastů; Meze použití uhlíkových materiálů, keramiky a ostatních alternativních materiálů)"
4. Úvod do teorie pružnosti a pevnosti (Teorie tuhého tělesa; Napětí a deformace nosníků; Rotující disk
5. Úvod do teorie pružnosti a pevnosti (Vzpěr; Úvod do skořepin)
6. Kmitání a vibrace (Charakteristika pravidelného pohybu; Vlnění a vlny; Volné harmonické kmity hmotného tělesa s jedním stupněm volnosti; Vliv hmoty konstrukce na kmitání; Soustavy s několika stupni volnosti; Vynucené kmitání; Tlumení)
7. Teorie rozebíratelných a nerozebíratelných spojů
8. Legislativa, normy (ISO, API, ČSN, NTD ASI), materiálové třídy
9. Vybrané materiály pro použití v energetice I. - kovové materiály
10. Vybrané materiály pro použití v energetice II. - nekovové materiály
11. Opotřebení, chemická odolnost a koroze materiálů
12. Experimentální a provozní měření, defektoskopie a kontroly materiálů

Cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D.

Osnova

Obsahem cvičení je řešení výpočetních i laboratorních úloh:

1. Přírůstek funkce a vlastnosti elementární krychle v mechanice kontinua
2. Výpočet hlavního napětí z tenzoru napjatosti; Stanovení napětí v tuhém tělese
3. Příklady vetknutých nosníků stálého průřezu
4. Příklady nosníků stálého průřezu na konci podepřené
5. Příklady vzpěru
6. Výpočet ohybového napětí ve stěně válcové trubky
7. Výpočet frekvence kmitání zatíženého nosníku
8. Značení materiálů, požadavky a použití materiálů dle NTD ASI
9. Laboratorní úloha - vetknutý nosník
10. Laboratorní úloha - svorník, tah, krut, napětí
11. Laboratorní úloha - analýza opotřebení materiálů pomocí mikroskopického měření
12. Laboratorní úloha - přírubový spoj - měření deformačních charakteristik