Hluk a vibrace

Vibroakustický projev je nedílnou součástí každého stroje spadajícího do nejrůznějších oblastí průmyslu, přičemž jako dominantní lze uvést, automobilový, letecký, výrobní a spotřební průmysl. Jedná se o velmi aktuální a dynamicky se rozvíjející obor. Souhrnným hodnocením vibroakustických parametrů, i se zohledněním způsobu vnímání akustické odezvy, se zabývá odvětví NVH, jehož zkratka je odvozena z anglického Noise, Vibration and Harshness. 

Dlouhodobě budované metody spojující moderní měřicí techniku, matematické modely a unikátní postupy do jednoho celku jsou jednou z možných cest pro stanovení NVH parametrů strojních zařízení. 

V rámci výzkumu a vývoje v oblasti NVH užíváme propojení výstupů softwarů, založených na kombinaci metody konečných prvků a multi-body simulací s výstupy z technických experimentů, úzce zaměřených a optimalizovaných pro cílenou validaci výpočtových modelů. K hodnocení vyvíjených metod je nezbytné disponovat high-end laboratorní technikou, umožňující detailní pochopení principů od mechanismu vzniku budicích silových účinků, jejich následné šíření pomocí přenosových cest až po výslednou odezvu v podobě vibrací na klíčových místech struktury, či akustický projev. Díky znalosti interakce mezi buzením a odezvou je možné provádět optimalizaci návrhu a dosáhnout zajištění kvality zvuku v interiéru i exteriéru stroje. 

Široká spolupráce s klíčovými průmyslovými partnery nám umožňuje získávání a neustálé rozvíjení know-how v oblasti vývoje a zkoušení. Díky tomu jsme klíčovou laboratoří v České republice, jež je schopná komplexně řešit problematiku NVH pohonných traktů, pokrývající oblasti z hlediska výkonu od mikromobility přes osobní a užitková vozidla až po vysokorychlostní kolejová vozidla. Pro zajištění univerzálnosti jsou naše zařízení a vybavení cíleně modifikovatelné a adaptovatelné. 

Komplexní systém pro stanovení NVH parametrů struktur umožňuje vyvození široké škály provozních stavů z hlediska buzení od vysoce přesných, popsaných konkrétní matematickou funkcí, sloužících k validaci dílčích submodelů a získání materiálových vlastností; po provozní stavy s reálným charakterem zatěžování, kdy je vyšetřován zpravidla komplexní funkční celek s aplikovanými okrajovými podmínkami odpovídajícími zástavbě ve vozidlu. Experimenty jsou přitom situovány ve vysoce přesných laboratorních podmínkách volného akustického pole, čímž je umožněna aplikace pokročilých nástrojů pro kvantitativní i kvalitativní stanovení NVH parametrů.

Oblasti základního výzkumu:  

• Algoritmy a programy pro efektivní výpočtové modelování nelineárních multi-fyzikálních problémů

• Metody umělé inteligence pro odhad a optimalizaci chování vibroakustických systémů

• Metody umělé inteligence v oblasti vyhodnocení vibroakustických dat a prediktivní údržba

• Užití umělé inteligence v oblasti generativních CAD nástrojů za účelem tvarové optimalizace součástí 

• Metody fúze naměřených odezev se simulačními výstupy modelování mechatronických soustav ve formě virtuálních dvojčat 

• Užití pokročilých materiálů v oblasti konstrukce převodových ústrojí

• Simulace dynamických dějů (crash testy) celých vozidel i dílčích částí

Oblasti aplikovaného výzkumu:

• Stanovení modálních vlastností komponent funkčních celků

• Definice a odvození budicích silových účinků (detailní modely záběru ozubení)

• Stanovení odezvy mechanického kmitání v klíčových místech funkčních celků (uložení rotujících částí, uložení pohonných jednotek, kritické oblasti z hlediska vyzařování zvuku do okolí)

• Stanovení odezvy akustických veličin a jejich kvantifikace dle příslušných norem (hladina akustického tlaku / intenzity / výkonu) 

• Lokalizace kritických míst z hlediska vyzařování zvuku ze struktury do akustického prostředí, popis rozložení akustických hladin v okolí funkčního celku při reálných provozních podmínkách

• Technická diagnostika strojních zařízení

• Výpočtové modelování chování provozních náplní (tekutin) v převodových ústrojích pomocí bezsíťových metod

• Vývoj softwarových modulů pro automatizované zpracování vibroakustických dat, respektujících příslušné normy

• Návrh a stavba virtuálních prototypů s reálným charakterem buzení

Průmysloví partneři:

Kontakt:

Ing. Kamil Řehák, Ph.D.

Ing. Aleš Prokop, Ph.D. 

Laboratoře:

Tento výzkum je realizován v laboratoří Hluku a vibrací , využívá laboratoř Výpočtu a simulaci a 3D pracoviště.

Projekty:

• Božek Vehicle Engineering National Center of Competence

• Research and development of a trailer for two-track electric bicycles

• Integrating autonomous vehicles into passive safety testing using a digital-twin model

Výsledky výzkumu:

• Advanced fixture for MHS vibration testing

• SHIFT MECHANISM FOR OPTIMIZING THE FORCE RATIOS

• Suspended tractor cabin

• Heavy duty truck with reduced noise and vibration level

• Input gear coupling with low friction coefficient

• Output coupling with rubber elements

• Output coupling with rubber elements - hybrid

• Very High Speed Train Transmission

Témata disertačních prací:

• Výpočtové  modelovanie  deformačne-napäťových  stavov  gumo-textilných spojok

• Modelování dynamických vlastností převodových ústrojí pomocí virtuálních prototypů.

• Diagnostika poruch ložisek a převodovek na základě dat

• Snížení vibrací a hluku převodovky optimalizací jejího soukolí

Publikace:

1. Yixuan Tang; Grzegorz Orzechowski; Aleš Prokop; Aki Mikkola. Monte Carlo tree search control scheme for multibody dynamics applications. NONLINEAR DYNAMICS, 2024, roč. 112, č. 10, s. 8363-8391. ISSN: 1573-269X. 

2. CZAKÓ, A.; ŘEHÁK, K.; PROKOP, A.; LÁŠTIC, D.; REKEM, J.; TROCHTA, M. Static transmission error measurement of various gear-shaft systems by finite element analysis. Journal of Measurements in Engineering, 2023, roč. 12, č. 1, s. 183-198. ISSN: 2335-2124. 

3. KONDRATIEV, A.; PÍŠTĚK, V.; SMOVZIUK, L.; SHEVTSOVA, M.; FOMINA, A.; KUČERA, P.; PROKOP, A. Effects of the Temperature–Time Regime of Curing of Composite Patch on Repair Process Efficiency. Polymers, 2021, roč. 13, č. 24, s. 1-20. ISSN: 2073-4360. 

4. OTIPKA, V.; PROKOP, A.; ŘEHÁK, K.; ZAJAC, R. Modal properties diagnostics of the high-pressure fuel injection pipes in off-road diesel engine. Journal of Measurements in Engineering, 2021, roč. 9, č. 1, s. 48-57. ISSN: 2335-2124. 

5. VONDRA, R.; ŘEHÁK, K.; PROKOP, A. STRAIN-STRESS ANALYSIS OF GEAR COUPLING. In ENGINEERING MECHANICS 2020. 2020. s. 520-523. ISBN: 978-80-214-5896-3. 

6. REKEM, J.; PROKOP, A.; ZAJAC, R.; ŘEHÁK, K. VIRTUAL ROPS TESTING ON SUSPENDED AGRICULTURAL TRACTOR. In ENGINEERING MECHANICS 2020. 2020. s. 436-439. ISBN: 978-80-214-5896-3. 

7. CZAKÓ, A.; ŘEHÁK, K.; PROKOP, A.; RANJAN, V. Determination of static transmission error of helical gears using finite element analysis. Journal of Measurements in Engineering, 2020, roč. 8, č. 4, s. 167-181. ISSN: 2335-2124. 

8. SINGH, B.; HOTA, R.; DWIDEDI, S.; JHA, R.; RANJAN, V.; ŘEHÁK, K. Analytical Investigation of Sound Radiation from Functionally Graded Thin Plates Based on Elemental Radiator Approach and Physical Neutral Surface. Applied Sciences - Basel, 2022, roč. 12, č. 15, s. 1-19. ISSN: 2076-3417.