Temat: Mikromechaniczne modelowanie zniszczenia polimerowych kompozytów włóknistych
Wykonawcy: dr hab. inż. Marek Romanowicz
Celem badań jest ocena sztywności i wytrzymałości polimerowych kompozytów włóknistych metodą numerycznej homogenizacji.
Zakres badań: Wieloskalowe symulacje numeryczne obejmujące badanie mechanizmów zniszczenia kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknem szklanym lub węglowym w prostych jak i złożonych stanach obciążeń. Własności efektywne kompozytów wyznaczano metodą numerycznej homogenizacji przy pomocy komórek elementarnych z regularnym lub losowym rozłożeniem włókien. Modelowano zniszczenie matrycy, włókna, jak też połączenia włókna z matrycą. Weryfikację modeli numerycznych przeprowadzono na podstawie literaturowych badań doświadczalnych oraz istniejących modeli analitycznych.
Osiągnięcia: Opracowanie oraz weryfikacja oryginalnych 6 numerycznych modeli mikromechanicznych opisujących sztywność i wytrzymałość polimerowych kompozytów wzmocnionych ciągłym włóknem. Zaprezentowane modele mikromechaniczne służą do obliczenia sztywności oraz do prognozowania kumulacji uszkodzeń i pękania wymienionych kompozytów w szerokim spektrum obciążeń, tj. w warunkach poprzecznego rozciągania, poprzecznego ściskania, poprzecznego ścinania, wzdłużnego rozciągania, wzdłużnego ściskania oraz kombinacji poprzecznego ściskania i wzdłużnego rozciągania. Pozwalają one zamodelować mechanizm zniszczenia polimerowych kompozytów włóknistych w wyniku: odklejenia się włókien od matrycy, pęknięcia włókien, plastycznego ścinania matrycy oraz mikrowyboczenia włókien. W analizie sztywności oraz rozwoju uszkodzeń uwzględniono wpływ niejednorodności mikrostruktury wymienionych kompozytów w postaci: losowego rozkładu włókien, obecności niejednorodnej interfazy oraz niejednorodnego rozkładu imperfekcji włókien.
Temat: Modelowanie struktur kompozytowych typu „sandwich”
Wykonawcy: dr inż. Andrzej Łukaszewicz, mgr inż. Wojciech Grodzki
Celem badań jest określenie właściwości mechanicznych warstwowych kompozytów włóknistych o osnowie polimerowej, jak również złożonych struktur przekładkowych (rdzeń z materiałów lekkich), oraz opracowanie modelu kumulacji uszkodzeń i pękania konstrukcji typu „sandwich”.
Zakres badań:
-przeprowadzenie badań wytrzymałościowych (próba rozciągania, ściskania, zginania) próbek
z warstwowych kompozytów włóknistych o osnowie polimerowej (włókno węglowe/żywica epoksydowa).
-opracowanie technologii wykonywania płyt o strukturze kompozytowej typu „sandwich”
-przeprowadzenie badań doświadczalnych próbek z kompozytów przekładkowych
-modelowanie procesów rozwoju uszkodzeń i pękania kompozytów przekładkowych
w wykorzystaniem metody elementów skończonych
-weryfikacja doświadczalna modelu numerycznego
Osiągnięcia:
-opracowanie technologii wykonywania kesonu kompozytowego metodą worka próżniowego
-wykorzystanie opracowanych metod do konstrukcji bezzałogowego aparatu latającego w celu udziału w międzynarodowych zawodach Air Cargo Challenge 2013 (zajęcie 10 miejsca) i Air Cargo Challenge 2015 (zajęcie 20 miejsca)
-opracowanie modelu kumulacji uszkodzeń i pękania złożonych konstrukcji przekładkowych o rdzeniu z materiałów lekkich
Temat: Dwuwymiarowe zagadnienia mechaniki pękania ciał z karbami
Wykonawcy: dr hab. inż. Andrzej Kazberuk, prof. dr hab. Mykhaylo Savruk
Celem badań było dostarczenie rozwiązań zagadnień teorii sprężystości i mechaniki pękania dla jednorodnych ciał anizotropowych z karbami typu V o wierzchołkach ostrych i zaokrąglonych;
w szczególności rozwiązań problemów o charakterze podstawowym dotyczących karbów nieskończonych, których rozwiązania mogą być traktowane jako asymptotyczne dla ciał z karbami skończonymi.
Zakres pracy obejmował analizę różnych metod rozwiązywania płaskich zadań teorii sprężystości dla ciał z karbami. Szczególną uwagę poświęcono zastosowaniu jednolitego podejścia do rozwiązywania zagadnień rozkładu naprężeń w otoczeniu wierzchołków karbów ostrych i zaokrąglonych. Do rozwiązywania zagadnień koncentracji naprężeń w ciałach z zaokrąglonymi karbami wykorzystano metodę osobliwych równań całkowych. Precyzja i efektywność metody pozwoliły wyznaczyć koncentrację naprężeń w karbach zaokrąglonych małym promieniem krzywizny, a następnie dokonanie przejścia granicznego do karbów ostrych.
Osiągnięcia: Uzyskano rozwiązanie zagadnienia nieskończonego karbu zaokrąglonego w płaszczyźnie ortotropowej, quasi-ortotropowej i pseudo-izotropowej, wykazując, że wartości naprężeń maksymalnych w wierzchołku karbu zależą nie tylko od promienia zaokrąglenia karbu, ale również od kształtu karbu w pewnym otoczeniu wierzchołka. Obliczono współczynniki koncentracji naprężeń w wierzchołkach otworów i okresowego układu otworów: szczeliny fizycznej, owalu i otworu rombowe dla szerokiego zakresu zmienności parametrów geometrycznych. Przy małych promieniach zaokrąglenia wierzchołków otworów, wykorzystując przejście graniczne, obliczono współczynniki intensywności naprężeń w ostrych wierzchołkach otworów.
Temat: Analityczno-numeryczne modelowanie procesów deformacji i pękania ciał z karbami
Wykonawcy: prof. dr hab. Mykhaylo Savruk, dr hab. inż. Andrzej Kazberuk
Celem projektu jest rozwój oryginalnej metody jednolitego podejścia do problemów koncentracji naprężeń w ciałach z karbami ostrymi i zokrąglonymi, a w szczególności: dostarczenie rozwiązań problemów koncentracji naprężeń i mechaniki pękania dla izotropowych i anizotropowych, jednorodnych i niejednorodnych ciał sprężystych i sprężysto-plastycznych z karbami o wierzchołkach ostrych i zaokrąglonych.
Zakres badań: Planuje się stworzenie katalogu precyzyjnych rozwiązań zagadnień koncentracji naprężeń dla skończonych elementów konstrukcyjnych z karbami dla dowolnych promieni krzywizny w wierzchołku, w postaci zależności aproksymacyjnych uwzględniających współczynniki intensywności naprężeń dla odpowiednich karbów ostrych. Rozwiązanie te przedstawione w postaci prostych zależności o charakterze inżynierskim, umożliwią łatwą weryfikację rozwiązań otrzymywanych innymi metodami (zwłaszcza metodą elementów skończonych) i rozszerzanie tych rozwiązań na przypadki karbów zaokrąglonych małym promieniem krzywizny, ułatwiając planowanie i prowadzenie badań doświadczalnych z zakresu mechaniki pękania i zmęczenia materiałów. Rozwiązania problemów o charakterze podstawowym dotyczących karbów nieskończonych w trójwymiarowym stanie naprężenia (I, II i III stan pola odkształceń w otoczeniu wierzchołka karbu) będą traktowane jako asymptotyczne dla szerokiej klasy zagadnień ciał skończonych dwu- i trójwymiarowych z karbami.
Osiągnięcia: Rozwiązania zagadnień sprężysto-plastycznych zostaną wykorzystane do sformułowania deformacyjnego kryterium pękania ciał quasi-kruchych (wykonanych z metali i ich stopów, ceramiki konstrukcyjnej itp.) z karbami ostrymi i zaokrąglonymi. W przeciwieństwie do popularnych obecnie kryteriów naprężeniowych, proponowane kryterium deformacyjne będzie zawierać jedynie standardowe stałe materiałowe i charakterystyki odporności na pękanie.
Temat: Analiza zagadnień termomechaniki związanych z laserowym nagrzewaniem brzegu ciała
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksandr Jewtuszenko, dr hab. inż. Michał Kuciej
Celem badań było prognozowanie pękania materiałów kruchych wywołanego nagrzewaniem powierzchni ciała wiązkami laserowymi.
Zakres badań obejmował rozwiązywanie nowych nieustalonych trójwymiarowych zagadnień termosprężystości dotyczących nagrzewania powierzchni ciała wiązką laserową, sformułowanie i rozwiązanie równań kryterialnych do wyznaczania współczynnika pochłaniania dla różnych materiałów konstrukcyjnych oraz przestrzennych i czasowych rozkładów gęstości wiązki laserowej, metodę obliczenia trajektorii pękania materiałów kruchych oraz weryfikację wyników na podstawie porównywania z wynikami badań eksperymentalnych.
Osiągnięcia:
-otrzymanie szeregu analitycznych rozwiązań nieustalonych trójwymiarowych zagadnień termosprężystości dotyczących elementarnych (prostokątnych lub trójkątnych) rozkładów intensywności wiązki laserowej;
-opracowanie metody wyznaczania współczynnika pochłaniania;
-zbudowanie map zniszczenia termicznego dla szeregu materiałów: stal St.45, kobalt, ceramika Sialon.
Temat: Analiza liniowych zagadnień przewodnictwa cieplnego z uwzględnieniem nagrzewania tarciowego powierzchni kontaktu
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksandr Jewtuszenko, dr hab. inż. Michał Kuciej, dr inż. Olena Jewtuszenko
Celem badań było opracowanie efektywnych analitycznych metod rozwiązywania zagadnień cieplnych tarcia dla wybranych układów tarciowych (warstwa – półprzestrzeń, półprzestrzeń – warstwa – półprzestrzeń oraz warstwa – warstwa).
Zakres badań obejmował rozwiązywanie nieustalonych zagadnień początkowo-brzegowych przewodnictwa cieplnego i quasi-statycznej niesprzężonej termosprężystości oraz otrzymywanie analityczno-numerycznych rozwiązań jednowymiarowych zagadnień początkowo-brzegowych przewodnictwa ciepła z uwzględnieniem: zmiany w czasie gęstości mocy sił tarcia (prędkości poślizgu i ciśnienia kontaktowego), oporu termicznego powierzchni kontaktu, wymiany konwekcyjnej ze środowiskiem otaczającym na powierzchniach swobodnych oraz niejednorodności materiałów stosowanych na elementy cierne (kompozyt u strukturze periodycznej). Wyznaczano, w ramach teorii zginania grubej płyty ze swobodnymi brzegami, rozkłady normalnych naprężeń cieplnych na podstawie znalezionych niestacjonarnych rozkładów pól temperatury.
Osiągnięcia:
-zaproponowano metodykę wyznaczania nieustalonych pól temperatury i naprężeń cieplnych wywołanych oddziaływaniem kontaktowym ciał odkształcalnych z uwzględnieniem nagrzewania tarciowego;
-ustalono wpływ parametrów wejściowych (np. stałych cieplno-fizycznych materiałów, współczynników kontaktowej i konwekcyjnej wymiany ciepła, czasu narastania ciśnienia i amplitudy jego oscylacji, rozmiarów i stałych materiałowych periodycznej komórki kompozytu) na temperaturę i naprężenia termiczne;
-otrzymano analityczne (dokładnego oraz asymptotycznych przy dużych i małych wartościach liczby Fouriera) rozwiązania jednowymiarowych początkowo-brzegowych zagadnień przewodnictwa cieplnego z uogólnionymi warunkami brzegowymi, dotyczącymi generacji ciepła na skutek tarcia na powierzchni kontaktu, przy stałej lub liniowo zmniejszającej się w czasie gęstości mocy sił tarcia, dla dwóch układów jednorodnych ciał: warstwy ślizgającej się po powierzchni półprzestrzeni, półprzestrzeni ślizgającej się po powierzchni warstwy naniesionej na podłoże.
Temat: Analiza nieliniowych zagadnień przewodnictwa cieplnego z uwzględnieniem nagrzewania tarciowego powierzchni kontaktu
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksandr Jewtuszenko, dr hab. inż. Michał Kuciej, dr inż. Olena Jewtuszenko, dr inż. Ewa Och
Celem badań było opracowanie analitycznych i analityczno-numerycznych metod wyznaczenia temperatury w elementach ciernych węzłów tarcia z uwzględnieniem zmiany parametrów roboczych oraz właściwości termofizycznych pod wpływem temperatury.
Zakres badań obejmował:
-formułowanie nowych nieliniowych zagadnień początkowo-brzegowych dla dwóch półograniczonych ciał (półprzestrzeni) z uwzględnieniem: generacji ciepła na skutek tarcia, wrażliwości termicznej materiałów, oporu termicznego powierzchni ciernych, zmiany w czasie ciśnienia kontaktowego oraz prędkości poślizgu, zależności temperaturowej współczynnika tarcia;
-częściową linearyzację sformułowanego zagadnienia za pomocą podstawienia Kirchhoffa i przejście w nim od temperatury do funkcji Kirchhoffa. W zależności od rodzaju (prostej czy istotnej) nieliniowości termicznej materiałów pary ciernej, wybór metody i przeprowadzenie ostatecznej linearyzacji otrzymanego nieliniowego zagadnienia początkowo-brzegowego względem funkcji Kirchhoffa. Analityczne lub analityczno-numeryczne rozwiązanie otrzymanego zagadnienia w celu znalezienia funkcji Kirchhoffa. Przejście za pomocą znalezionych związków aproksymacyjnych od funkcji Kirchhoffa do temperatury.
Osiągnięcia:
-opracowanie analityczno-numerycznej metodyki rozwiązywania nowych nieliniowych zagadnień cieplnych tarcia – zagadnień początkowo-brzegowych przewodzenia ciepła, polegającej na: sprowadzeniu do postaci bezwymiarowej, częściowej linearyzacji poprzez podstawienie Kirchhoffa, pełnej linearyzacji za pomocą jednej z wybranych metod, otrzymaniu rozwiązania liniowego zagadnienia względem funkcji Kirchhoffa, ustaleniu związku pomiędzy temperaturą a funkcją Kirchhoffa na podstawie analitycznej zależności współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury oraz przeprowadzeniu analizy numerycznej i opracowaniu wniosków;
-adaptację metod parametrów linearyzujących oraz aproksymacji za pomocą funkcji sklejanych do rozwiązywania zagadnień początkowo-brzegowych względem funkcji Kirchhoffa z nieliniowym warunkiem brzegowym w przypadku materiałów z prostą nieliniowością termiczną;
-zastosowanie metody kolejnych przybliżeń lub metody prostych do rozwiązywania nieliniowych zagadnień początkowo-brzegowych względem funkcji Kirchhoffa w przypadku materiałów o istotnej nieliniowości termicznej;
-propozycję modelu nagrzewania tarciowego podczas hamowania z uwzględnieniem zmiany w czasie ciśnienia kontaktowego, czułości termicznej materiałów oraz wzajemnego wpływu prędkości poślizgu i temperatury.
Temat: Analiza zagadnień kontaktowych termosprężystości
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksadr Jewtuszenko, prof. dr hab. Roman Kulchytskyy
Celem badań było opracowanie efektywnej metody przybliżonego rozwiązywania zagadnień kontaktowych termosprężystości oraz jakościowa analiza wpływu działających w obszarze kontaktu czynników termicznych na rozwiązania rozpatrywanych zagadnień.
Zakres badań: Przedmiotem badań były ustalone i nieustalone zagadnienia kontaktowe termosprężystości uwzględniające zniekształcenia termiczne powierzchni ciał powstałe na skutek przepływu ciepła przez obszar kontaktu. Źródłem powstania strumienia ciepła może być różnica temperatury ciał przebywających w kontakcie lub procesy zachodzące w obszarze kontaktu,
np. wytwarzanie ciepła na skutek tarcia. Wykazano, że rozwiązania zagadnień kontaktowych termosprężystości w zasadniczy sposób różnią się od rozwiązań odpowiednich zagadnień izotermicznych. Rozwiązania zagadnień kontaktowych termosprężystości mają następujące nietypowe cechy:
-może mieć miejsce utrata kontaktu na części podstawy stempla, zależna od charakteru przepływu ciepła przez obszar kontaktu;
-w przypadku niektórych zagadnień istnieją teoretyczne rozwiązania niezgodne z zasadami fizycznymi. Efekt ten jest znany jako paradoks „chłodnej kuli” i polega na powstaniu powierzchniowych sił rozciągających na zewnętrznym pierścieniu obszaru kontaktu;
-w przypadku zagadnień kontaktowych termosprężystości z uwzględnieniem wytwarzania ciepła istnieją graniczne wartości charakterystycznego wymiaru obszaru kontaktu (w przypadku zagadnień osiowosymetrycznych granicznej wartości promienia obszaru kontaktu). Przekroczenie tej granicznej wartości prowadzi do rozwiązania niezgodnego z fizyką zjawiska.
Osiągnięcia:
-określono warunki, przy których można spodziewać się opisanych powyżej nietypowych efektów.
-zaproponowano oryginalną metodę przybliżonego rozwiązania zagadnień kontaktowych termosprężystości
Temat: Zagadnienia kontaktowe termosprężystości dotyczące ciał o złożonych właściwościach termiczno-mechanicznych
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksandr Jewtuszenko, prof. dr hab. Roman Kulchytskyy, dr hab. inż. Michał Kuciej
Celem badań było rozszerzenie metod stosowanych do rozwiązywania zagadnień kontaktowych dotyczących ciał izotropowych, na przypadek zagadnień dotyczących ciał o złożonych właściwościach termiczno-mechanicznych.
Zakres badań: Metody rozwiązania zagadnień kontaktowych dotyczących ciał jednorodnych izotropowych zostały uogólnione na przypadek ciał o złożonych właściwościach termiczno-mechanicznych. Analizie poddano zagadnienia kontaktowe termosprężystości dotyczące ciał, których:
-powierzchnia jest pokryta warstwą innego materiału; z szczególną uwagą rozpatrzono przypadek cienkiej warstwy;
-stałe materiałowe zależą od odległości do powierzchni ciała. Zagadnienie rozwiązano przy założeniu, że zależności te mają charakter funkcji wykładniczych;
-termiczne stałe materiałowe zależą od temperatury.
Osiągnięcia: Otrzymano zależności pomiędzy powierzchniową temperaturą i pionowym przemieszczeniem punktów na powierzchni ciała a ciśnieniem kontaktowym i strumieniem ciepła przepływającego przez powierzchnie ciała. Otrzymanie takich zależności umożliwia rozpatrzenie szerokiej klasy zagadnień kontaktowych.
Temat: Badania wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej spieków porowatych stali implantacyjnej 316L o różnym stopniu zagęszczenia
Wykonawcy: mgr inż. Anna Falkowska, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Cel badań: określenie wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej oraz opracowanie modelu kumulacji uszkodzeń i pękania dla spieków porowatych stali 316L o różnym stopniu zagęszczenia.
Zakres badań:
-wykonanie i obróbka wykańczająca próbek ze spieków porowatych stali implantacyjnej 316L
-przeprowadzenie badań zmęczeniowych i uzyskanie krzywych trwałości zmęczeniowej dla badanego spieku o trzech, różnych stopniach zagęszczenia
-analiza procesu kumulacji uszkodzeń w spiekach stali 316L o różnej porowatości, opracowanie modelu powstawania i rozwoju mikropęknięć w materiale
Osiągnięcia:
-otrzymano charakterystyki zmęczeniowe spieków o różnej porowatości. Przeanalizowano zmienność pętli histerezy o stałych sprężystych wywołaną procesem zmęczenia materiałów;
-na podstawie otrzymanych wyników (m. in. zmienność pętli histerezy i stałych sprężystości) w modelowaniu rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych wyróżniono dwa etapy. W pierwszym następuje kumulacja uszkodzeń w mostkach między porami, w drugim pory łączą się, powodując zniszczenie badanej próbki;
-dokonano opisu stanu uszkodzenia spieku porowatego stali 316L w warunkach obciążeń zmęczeniowych.
Temat: Badania kumulacji uszkodzeń zmęczeniowych materiałów w podwyższonej temperaturze
Wykonawcy: dr inż. Jarosław Szusta, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Celem badania jest określenie wpływu podwyższonej temperatury na właściwości wytrzymałościowe i zmęczeniowe materiału oraz opracowanie modelu kumulacji uszkodzeń zmęczeniowych, który pozwalałby prognozować trwałość materiału eksploatowanego w podwyższonej temperaturze
Zakres badań:
-zbadanie wpływu podwyższonej temperatury na właściwości wytrzymałościowe materiału;
-przeprowadzenie badań doświadczalnych trwałości zmęczeniowej w zakresie obciążeń jednoosiowych oraz złożonych na próbkach wykonanych z lotniczego stopu aluminium EN AW -2024 T3 w temperaturze 20, 100,200,300 oraz 350 oC;
-opracowanie modelu kumulacji uszkodzeń zmęczeniowych w celu prognozowania trwałości zmęczeniowej materiału eksploatowanego w warunkach obciążeń jednoosiowych oraz złożonych
w podwyższonej temperaturze;
Osiągnięcia:
-opracowano stanowisko badawcze do wyznaczania parametrów materiałowych w podwyższonej temperaturze
-wyznaczono parametry zależności określającej trwałość zmęczeniową materiału w funkcji temperatury
-opracowano model kumulacji uszkodzeń, pozwalający prognozować trwałość zmęczeniową materiału w podwyższonej temperaturze;
Temat: Doświadczalno numeryczne badania pękania osiowo symetrycznych próbek z karbami w złożonych (proporcjonalnych i nieproporcjonalnych) stanach obciążenia
Wykonawcy: dr inż. Łukasz Derpeński, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Celem badań jest zaproponowanie metod prognozowania procesu pękania ciągliwego elementów z karbami w złożonym stanie obciążenia. Ponadto celem badań jest także opracowanie metody badań doświadczalnych i modelowania numerycznego pękania ciągliwego próbek z karbem w warunkach proporcjonalnych i nieproporcjonalnych obciążeń dwuosiowych.
Zakres badań:
-wykonanie badań doświadczalnych na próbkach osiowo symetrycznych z karbami obrączkowymi w zakresie dwuosiowych proporcjonalnych i nieproporcjonalnych obciążeń monotonicznych (rozciąganie i skręcanie);
-przeprowadzenie modelowania numerycznego rozkładów naprężeń i plastycznych odkształceń w próbkach z karbami pod w/w obciążeniem;
-opracowanie kryterium pękania ciągliwego elementów z karbami w złożonym stanie obciążenia.
Osiągnięcia:
-określono parametry wytrzymałościowe materiału oraz opracowano hybrydową metodę wyznaczania rzeczywistej krzywej umocnienia;
-opracowanie metodyki badań doświadczalnych pękania próbek z karbami w złożonym proporcjonalnym i nieproporcjonalnym stanie obciążenia;
-zaprojektowano i wykonano urządzenie do jednoczesnego bezdotykowego pomiaru wydłużenia i kąta skręcenia bazy pomiarowej;
-opisano wpływ obciążenia i kształtu karbu na kształt powierzchni pęknięcia badanych próbek;
-opracowanie naprężeniowo – odkształceniowego kryterium pękania ciągliwego z karbami w złożonym stanie obciążenia.
Temat: Modelowanie pół termoelektromagnetosprężystych w anizotropowych ośrodkach jednorodnych i niejednorodnych z cienkimi inkluzjami i szczelinami
Wykonawcy: prof. dr hab. Heorhiy Sulym
Celem badań jest określenie wpływu cienkich inkluzji na rozkład dwuwymiarowych pól odkształceń, naprężeń, temperatury, elektrycznych i magnetycznych oraz ich spiętrzenia (współczynników intensywności oraz koncentracji) w otoczeniu inkluzji wskutek działania zewnętrznych czynników różnego typu i rodzaju
Zakres badań:
-opracowanie modeli matematycznych inkluzji, uwzględniających ich właściwości sprężyste, termiczne, elektryczne i magnetyczne oraz uwzględniające możliwości doskonałego
i niedoskonałego kontaktu inkluzji z otaczającym materiałem;
-opracowanie metody brzegowo-elementowej funkcji skoków dla konstruowania równań całkowych zagadnień oraz ich rozwiązywania numerycznego;
-rozwiązywanie zagadnień testowych dla sprawdzenia wiarygodności opracowanych modeli
i równań;
-rozwiązywanie nowych zagadnień w przypadkach jednej inkluzji o gładkim i łamanym prostoliniowym i o wykrzywionym profilu, dowolnej skończonej ilości takich inkluzji, regularnych jedno- oraz dwuokresowych układów inkluzji.
Osiągnięcia:
-opracowano nowe oryginalne modele matematyczne inkluzji, które stwarzają możliwości badania wpływu cienkich inkluzji o dowolnych kształtach oraz wartościach stałych fizycznych
-metoda brzegowo-elementowa funkcji skoków wykazała bardzo wysoki stopień uniwersalizmu oraz dokładności obliczeniowej
-w równaniach całkowych zagadnień termoelektromagnetosprężystych zostały wyeliminowane całki po obszarach i w taki sposób otrzymano rzeczywiste równania brzegowe, a zatem stworzono możliwości gwarantowania szybkiego i dokładnego przeprowadzenia obliczeń.
-wyniki są niezbędne dla konstruowania kompozytów, nowych współczesnych inteligentnych materiałów oraz dla rozwoju nanomechaniki.
Temat: Analiza pól odkształceń i naprężeń w materiałach ze szczelinami na granicy podziału materiałów z uwzględnieniem tarcia na powierzchniach kontaktu
Wykonawcy: prof. dr hab. Heorhiy Sulym
Celem badań jest analiza pól naprężeń i odkształceń, w tym i resztkowych, w izotropowych
i anizotropowych materiałach ze szczelinami w środku lub na granicy podziału materiałów przy uwzględnieniu sił tarcia na brzegach szczeliny, oddziaływania czynników skupionych (siły i dyslokacje) oraz skończonych rozmiarów badanych ciał.
Zakres badań:
-opracowanie modeli matematycznych kontaktu tarciowego brzegów szczeliny w warunkach działania obciążeń rozłożonych oraz skupionych, stref kontaktu oraz odstawania;
-modyfikacja metody funkcji skoków dla konstruowania równań całkowych zagadnień oraz ich rozwiązywania analitycznego oraz numerycznego;
-adaptacja metody brzegowo-elementowej funkcji skoków dla konstruowania równań całkowych zagadnień oraz ich rozwiązywania numerycznego;
-rozwiązywanie zagadnień testowych dla sprawdzenia wiarygodności opracowanych modeli
i równań;
-rozwiązywanie nowych zagadnień w przypadkach jednej szczeliny w nieograniczonym
i skończonym;
-obliczanie powstających w trakcie jednokierunkowej oraz cyklicznej zmiany obciążeń na rozwój skoków przemieszczeń, kształtowanie naprężeń i przemieszczeń resztkowych oraz dyssypacji energii i histerezy.
Osiągnięcia:
-zostały opracowane nowe oryginalne modele matematyczne cienkiej inkluzji
-metoda funkcji skoków zastała adaptowana do analizy kształtowania naprężeń i przemieszczeń resztkowych oraz dyssypacji energii i wykazała bardzo wysoki stopień dokładności obliczeniowej;
-określone równania całkowe dla szczeliny na granicy dwóch różnych półprzestrzeni w przypadku różnych obciążeń;
-otrzymano rozwiązanie analityczne, wyznaczono pola naprężeń (w tym resztkowych), WIN, rozsiania energii, histerezy.
Temat: Dynamika odrywania się pęcherzy gazowych od krawędzi dyszy przy małych wydatkach powietrza
Wykonawcy: dr hab. inż. Romuald Mosdorf, dr inż. Paweł Dzienis
Celem badań jest:
-określenie wpływu wydatku powietrza dostarczanego do dyszy i objętości układu zasilającego dyszę w powietrze na dynamikę odrywania się pęcherzy gazowych, w cieczach o różnych właściwościach fizyko-chemicznych,
-określenie czynników prowadzących do chaotycznego odrywania się pęcherzy gazowych;
-określenie czynników prowadzących do zaniku chaotycznego odrywania się pęcherzy,
-określenie wpływu kierunku przepływu i prędkości cieczy, znajdującej się wokół dyszy, na proces forowania i odrywana się pęcherzy gazowych.
Zakres badań:
-przeprowadzenie badań eksperymentalnych formowania się kolumny pęcherzy oraz dynamiki zlewania dyszy cieczą przy różnych wydatkach powietrza oraz różnych objętościach układu zasilania dyszy w powietrze
-przeprowadzenie badań eksperymentalnych formowania się kolumny pęcherzy w cieczach o zmodyfikowanych właściwościach fizyko-chemicznych,
-opracowanie modelu uwzględniającego wpływ układu zasilania dyszy w powietrze
i hydrodynamiki cieczy znajdującej się wokół dyszy na rosnący pęcherz. Wykonanie obliczeń numerycznych dla zmiennych wydatków powietrza i zmiennej objętości układu zasilania.
Osiągnięcia: Najważniejszym osiągnięciem było określenie czynników prowadzących do destabilizacji pracy układu zasilającego dyszę w gaz, podczas odrywania się pęcherzy gazowych w cieczy. Określono również czynniki prowadzące do stabilizacji pracy układu. Udowodniono, że częstotliwość odrywania się pęcherzy gazowych od dyszy, formujących kolumnę pęcherzy, oraz jej zmiany w czasie określone są poprzez charakterystykę zarówno układu zasilania dyszy w gaz jak również poprzez hydrodynamikę przepływu cieczy wokół odrywającego się pęcherza. Odpowiedni dobór parametrów układu może prowadzić do chaotycznego lub periodycznego odrywania się pęcherzy.
Temat: Numeryczne modelowanie właściwości mechanicznych porowatych spieków stali 316L z uwzględnieniem porowatej mezostruktury materiału
Wykonawcy: mgr inż. Michał Doroszko, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Cel badań: poznanie mechanizmu odkształcania i pękania spieków porowatych na podstawie modelowania numerycznego za pomocą metody elementów skończonych z wykorzystaniem rzeczywistych obrazów mikrotomograficznych struktury materiału, a także rozwój metod służących kompensacji niedokładności pomiarów mikrotomograficznych w obliczeniach numerycznych.
Zakres badań:
-badania eksperymentalne właściwości wytrzymałościowych litych materiałów, z których wykonano spieki porowate, a w szczególności stali implantacyjnej 316L;
-określenie rzeczywistych krzywych umocnienia litej stali 316L za pomocą metody hybrydowej (doświadczalno-numerycznej);
-modyfikacja procesu numerycznego modelowania odkształcania materiałów porowatych z wykorzystaniem mikrotomografii komputerowej;
-tworzenie modeli MES na podstawie danych (obrazów) uzyskanych w wyniku pomiarów mikrotomograficznych;
-numeryczne modelowanie pól naprężeń i odkształceń rozciąganych/ściskanych spieków porowatych stali 316L;
-określenie wpływu struktur porowatych na właściwości mechaniczne spieków, a w szczególności na proces rozwoju uszkodzeń i pękania;
-numeryczne modelowanie procesu pękania materiałów porowatych;
-modelowanie anizotropii właściwości mechanicznych badanych spieków porowatych;
-weryfikacja uzyskanych wyników na podstawie wyników eksperymentalnych oraz porównanie wyników badań uzyskanych za pomocą dostępnych metod z nowymi, autorskimi rozwiązaniami.
Osiągnięcia:
-wyznaczono rzeczywistą krzywą umocnienia litej stali 316L z wykorzystaniem metody hybrydowej (doświadczalno-numerycznej);
-opracowano dwie metody niwelujące wpływ niedokładności odwzorowania kształtu mezostruktury porowatej na wyniki obliczeń numerycznych;
-przy użyciu trzech metod wygenerowano trójwymiarowe modele geometryczne odwzorowujące mezostruktury spieków uzyskanych w wyniku prasowania proszków pod różnym ciśnieniem;
-określono wpływ nieciągłości materiału (porowatości) na właściwości mechaniczne, a w szczególności wytrzymałość badanych materiałów komórkowych;
-wyznaczono makroskopowe krzywe umocnienia spieków porowatych na podstawie wyników obliczeń numerycznych;
-przebadano wpływ prasowania proszku 316L w procesie produkcji spieków na makroskopową anizotropię właściwości mechanicznych.
Temat: Multifraktalna analiza trajektorii pęcherzy gazowych
Wykonawcy: dr hab. inż. Romuald Mosdorf; mgr inż. Jakub Augustyniak; dr inż. Dariusz Perkowski
Cel badań: określenie zasięgu oraz wielkości oddziaływania pomiędzy pęcherzami formującymi kolumnę pęcherzy, a także badanie wpływu oddziaływania na zmianę dynamiki ruchu pęcherzy przy użyciu metod nieliniowej analizy danych
Zakres badań:
-przeprowadzenie badań eksperymentalnych formowania się kolumny pęcherzy oraz analizy trajektorii ruchu pęcherzy dla różnych wydatków powietrza oraz różnych rozmiarów dyszy
-analiza multifraktalna trajektorii ruchu pęcherzy.
Osiągnięcia:
Zbudowane zostało stanowisko badawcze wraz z systemem luster pozwalającym na uzyskanie dwóch widoków obszaru badawczego służących do trójwymiarowej rekonstrukcji sceny wykorzystując jedną kamerę do szybkiego fotografowania. Dla obrazu dwu wymiarowego opracowany został program komputerowy pozwalający otrzymać trójwymiarową trajektorię dla pojedynczego pęcherza. Opracowano autorski algorytm numeryczny pozwalający wyznaczać wartość wykładnika Hursta dla każdej z trajektorii pojedynczego pęcherza.
Temat: Dynamiczna niestabilność wrzenia w kanale o małej średnicy
Wykonawcy: dr hab. inż. Romuald Mosdorf, mgr inż. H. Grzybowski
Cel badań: analiza dynamiki wrzenia podczas dynamicznej niestabilności wrzenie w przepływie w kanale o małej średnicy.
Zakres badań:
-badania eksperymentalne niestabilności wrzenia w kanale o średnicy 1 mm;
-analiza fluktuacji spadku ciśnienia na długości minikanału z zastosowaniem nieliniowych metod analizy danych;
-opracowanie metody identyfikacji oscylacyjnych struktur wrzenia;
-budowa modelu symulującego oscylacje: temperatury, ciśnienia i przepływu w czasie trwania oscylacyjnych struktur wrzenia.
Osiągnięcia:
-określono struktury przepływu realizujące podczas wrzenia w minikanale;
-wyodrębnione zostały różne rodzaje niestabilności na podstawie analizie zebranych danych pomiarowych oraz zarejestrowanych obrazów;
-zaobserwowano oscylacje długookresowe (związane z obecności objętości ściśliwej w układzie) oraz krótkookresowe ( związane z dynamiką wrzenia) ;
-opracowano metodę analizy sygnału z czujnika ciśnienia, która pozwala identyfikować oscylacyjne struktury wrzenia realizujące się podczas niestabilnej pracy układu;
-opracowano modele, która pozwalają na symulację oscylacji obserwowanych w każdej z oscylacyjnych struktur wrzenia.
Temat: Badania procesów tarciowego nagrzewania elementów układów hamulcowych
Wykonawcy: prof. dr hab. Oleksandr Jewtuszenko, dr hab. inż. Michał Kuciej, dr inż. Adam Adamowicz, dr inż. Piotr Grześ, mgr inż. Piotr Wasilewski
Cel badań: modelowanie zjawisk termicznych i termiczno-mechanicznych występujących podczas hamowania w elementach (tarczach, kołach) układów hamulcowych w celu określenia krytycznych warunków pracy
Zakres badań:
-opracowanie metod numerycznej analizy procesu nagrzewania elementów układów hamulcowych (nakładka – tarcza, wstawka – koło);
-opracowanie metod szacowania poziomu naprężeń cieplnych i mechanicznych w elementach układów hamulcowych;
-analiza wpływu parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych układów hamulcowych na poziom temperatury oraz naprężeń cieplnych;
-badania doświadczalne rozkładu temperatury w elementach ciernych kolejowych układów hamulcowych.
Do najważniejszych osiągnięć można zaliczyć opracowanie osiowosymetrycznych i trójwymiarowych modeli numerycznych MES do analizy procesów nagrzewania tarciowego podczas hamowania. Uwzględniają one zmienność ciśnienia kontaktowego pomiędzy nakładką i tarczą, chłodzenie konwekcyjne, zależność zmian właściwości termofizycznych materiałów, współczynników tarcia oraz zużycia termomechanicznego powierzchni ciernych od temperatury. Opracowano trójwymiarowy schemat obliczeniowy MES, w którym nagrzewanie bieżni hamulcowej tarczy modelowane jest poprzez ruch obrotowy ze stałą lub zmienną w czasie prędkością źródła ciepła ze znanym przestrzenno-czasowym rozkładem gęstości mocy sił tarcia. W wyniku przeprowadzonych badań naukowych ustalono, że zaproponowane modele MES, pozwalają na wyznaczenie z dużą dokładnością rozkładów przestrzennych i czasowych pól temperatury w układzie nakładka-tarcza.
Temat: Zastosowanie metod optycznych do badań właściwości warstw powierzchniowych
Wykonawcy: dr inż. Ewa Mrozek
Celem badań są pomiary grubości, współczynników załamania, transmitancji, reflektancji, absorbancji i innych właściwości przezroczystych cienkich warstw osadzanych na podłożu metodami PVD (Physical Vapor Deposition).
Zakres badań: Badania wykonywane są metodami interferencyjnymi z wykorzystaniem mikrointerferometrów przeznaczonych do badań w świetle odbitym oraz świetle przechodzącym. Wykorzystuje się również aparaturę do badań spektrofotometrycznych i refraktometrycznych.
W zakres badań wchodzi przygotowanie próbek pomiarowych oraz ocena dokładności wykonanych pomiarów optycznych.
Osiągnięcia: Wykonanie pomiarów właściwości cienkich warstw osadzanych na podłożach metodami reaktywnego rozpylania magnetronowego. Wyznaczenie struktury geometrycznej powierzchni warstw oraz innych parametrów geometrycznych i właściwości fizycznych badanych cienkich warstw.
Temat: Analityczne i numeryczne metody rozwiązywania zagadnień teorii sprężystości ośrodka z pokryciem gradientowym
Wykonawcy: prof. dr hab. Roman Kulchytskyy, dr inż. Adam Bajkowski
Cel badań: opracowanie analitycznych i analityczno-numerycznych opartych na modelu pokrycia wielowarstwowego metod rozwiązywania zagadnień teorii sprężystości dotyczących ośrodków
z pokryciem gradientowym oraz ich wykorzystanie do analizy naprężeń w rozważanym ośrodku niejednorodnym obciążonym naciskami kontaktowymi.
Zakres badań: Ośrodek niejednorodny traktowano jako półprzestrzeń niejednorodną składającą się
z jednorodnego podłoża i niejednorodnego pokrycia.
Rozpatrzono:
1) pokrycie, którego właściwości mechaniczne są opisane za pomocą funkcji odległości do jego powierzchni;
2) pokrycie ułożone z dwóch periodycznie powtarzających się jednorodnych lamin. W pierwszym przypadku rozważano dwa podejścia:
-analityczne polegające na rozwiązywaniu równań różniczkowych o zmiennych współczynnikach;
-analityczno-numeryczne oparte na modelowaniu pokrycia niejednorodnego pakietem jednorodnych warstw, pomiędzy którymi zostały spełnione warunki idealnego kontaktu mechanicznego.
Pokrycie wielowarstwowe o strukturze periodycznej opisywano za pomocą dwóch modeli:
1) model homogenizowany z parametrami mikrolokalnymi;
2) model oparty na klasycznym opisie, w którym składowe części pokrycia rozpatrywane są jako oddzielne ośrodki sprężyste.
Podstawowym narzędziem matematycznym do rozwiązywania zagadnień były przekształcenia całkowe Fouriera i Hankela, za pomocą których uzyskano zależności w postaci całkowej pomiędzy składowymi wektora przemieszczenia i tensora naprężenia a funkcjami opisującymi rozkład nacisków kontaktowych.
Osiągnięcia: Na podstawie uzyskanych rozwiązań analitycznych oraz wykorzystanych metod numerycznych wykazano, że model gradientowego pokrycia oparty na pakiecie jednorodnych warstw pozwala na efektywne obliczanie naprężeń wywołanych naciskami kontaktowymi. Ustalono warunki, przy których pokrycie wielowarstwowe o strukturze periodycznej można opisać za pomocą modelu homogenizowanego z parametrami mikrolokalnymi.
Temat: Analiza wpływu efektów pełzania w podwyższonych temperaturach na trwałość zmęczeniową metali
Wykonawcy: dr inż. Adam Tomczyk, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Cel badań: opracowanie modelu uwzględniającego wpływ pełzania materiału w podwyższonych temperaturach na trwałość zmęczeniową w temperaturze otoczenia.
Zakres badań:
-badania niskocyklowego zmęczenia materiału nieuszkodzonego w temperaturze otoczenia
-badania eksperymentalne monotonicznego rozciągania metali w temperaturze otoczenia oraz w temperaturach podwyższonych w celu wyznaczenia podstawowych parametrów wytrzymałościowych;
-badania pełzania wstępnego materiału w różnych temperaturach oraz na różnych poziomach obciążeń;
-badania niskocyklowego zmęczenia w temperaturze otoczenia metali poddanych predeformacji pełzaniowej.
Osiągnięcia:
-określenie podstawowych parametrów wytrzymałościowych stopu EN AW-2024 w temperaturze otoczenia i w temperaturach podwyższonych;
-określenie wpływu predeformacji pełzaniowej w różnych temperaturach na trwałość zmęczeniową stopu EN AW-2024
Temat: Zagadnienia termomechaniki ośrodków kompozytowych lub materiałów o właściwościach mechanicznych zależnych od temperatury
Wykonawcy: dr inż. Dariusz Perkowski
Celem badań było rozszerzenie metod stosowanych do rozwiązywania zagadnień termosprężystości dotyczących ciał o właściwościach mechanicznych zależnych od temperatury. Ponadto, następnym zadaniem było opracowanie uśrednionego warunku brzegowego dla kompozytów warstwowych o strukturze mikroperiodycznej do rozwiązywania ustalonych zagadnień przewodnictwa ciepła, gdy brzeg jest pod dowolnym kątem do uwarstwienia.
Zakres badań obejmował rozwiązanie nowych zagadnień termosprężystości dotyczących analizy naprężeń wywołanych jednoczesnym oddziaływaniem czynników termicznych oraz mechanicznych z jednoczesnym uwzględnieniem zmiany właściwości mechanicznych pod wpływem temperatury.
W ramach niniejszego projektu rozwiązano:
a) osiowosymetryczne zagadnienie obciążenia naciskami normalnymi dla warstwy
b) zagadnienie propagacji fali harmonicznej SH w warstwie
c) osiowosymetryczne zagadnienie przewodnictwa ciepła oraz termosprężystości dla półprzestrzeni
o właściwościach mechanicznych zależnych od temperatury.
Kolejne badania obejmowały opracowanie uśrednionego warunku brzegowego dla kompozytów z brzegiem pod dowolnym kątem do uwarstwienia. Opracowany warunek brzegowy zastosowano do rozwiązywania dwóch problemów a mianowicie rozpatrzono zagadnie warstwy lub półprzestrzeni z uwarstwieniem pod dowolnym kątem z warunkiem brzegowym w postaci zadanego strumienia ciepła. Następny punkt badań dotyczył opracowania analitycznego dwuwymiarowego rozwiązania dla warstwy spoczywającej na podłożu Winklera z uwzględnieniem braku podparcia na pewnym odcinku warstwy. Warstwa była obciążona naciskami normalnymi na górnej powierzchni. Matematyczne sformułowanie problemu sprowadzało się do mieszanego zagadnienia brzegowego, które rozwiązano stosując metodę transformacji całkowej Fouriera. Prowadzi to rozwiązania równania całkowego Fredholma drugiego rodzaju, które rozwiązano numerycznie. Szczegółową analizę rozkładu przemieszczeń oraz naprężeń przeprowadzono dla obciążenia normalnego o rozkładzie eliptycznym.
Osiągnięcia:
-otrzymano analityczne rozwiązania nowych zagadnień przewodnictwa ciepła oraz termosprężystości dla ośrodków o właściwościach mechanicznych zależnych od temperatury;
-opracowano uśredniony warunek brzegowy dla kompozytów mikroperiodycznych
z uwarstwieniem pod kątem do brzegu;
-otrzymano rozwiązanie dwuwymiarowego zagadnienia sprężystości dla warstwy na podłożu Winklera z uwzględnieniem braku podparcia na pewnym odcinku.
Temat: Prognozowanie trwałości zmęczeniowej przekładni zębatych
Wykonawcy: mgr inż. Emil Weresa, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn, dr inż. Jarosław Szusta
Cel badań:
-opracowanie eksperymentalnej metody wyznaczania charakterystyk zmęczeniowych kół zębatych z uwzględnieniem ich kształtu i technologii wykonania oraz sposobu i rodzaju smarowania;
-opracowanie metod prognozowania trwałości zmęczeniowej przekładni zębatej w zakresie niskocyklowym oraz wysokocyklowym.
Zakres badań:
-opracowanie projektów i wykonanie dwóch stanowisk do badań zmęczeniowych przekładni zębatych w zakresie niskocyklowym oraz wysokocyklowym;
-badania eksperymentalne trwałości zmęczeniowej przekładni zębatych jednostopniowych
o zębach prostych i skośnych oraz opracowanie wyników badań ;
-analiza mechanizmów zniszczenia przekładni zębatych;
-opracowanie półempirycznych zależności określających trwałość zmęczeniową przekładni zębatych;
-weryfikacja doświadczalna zaproponowanych zależności.
Osiągnięcia:
-opracowano i wykonano dwa stanowiska badawcze. Pierwsze wykorzystuje hydrauliczną maszynę wytrzymałościową jako źródło napędu przekładni. Jest to stanowisko do wyznaczania trwałości zmęczeniowej w zakresie niskocyklowym. W drugim stanowisku zastosowano silnik krokowy wykonujący ruchy oscylacyjne z częstotliwością do 200 Hz;
-wyznaczono charakterystyki zmęczeniowe trzech przekładni wykonanych z trzech różnych materiałów; dwóch stopów aluminium PA6 i PA9 oraz stali stopowej 40HM;
-na podstawie uzyskanych w czasie testów zmęczeniowych zależności maksymalnego momentu skręcającego do liczby cykli obciążenia do uszkodzenia przekładni oraz przeprowadzonej analizy mechanizmów pękania i zużycia zmęczeniowego kół zębatych, zaproponowano półempiryczne zależności określające trwałość zmęczeniową przekładni zębatych.
Temat: Pękanie ciągliwe rozciąganych elementów z karbami w podwyższonej temperaturze
Wykonawcy: mgr inż. Jan Bartoszewicz, prof. dr hab. inż. Andrzej Seweryn
Celem badań jest opracowanie metodologii badań doświadczalnych oraz metod prognozowania pękania ciągliwego rozciąganych elementów z karbami, wykonanych ze stopów aluminium,
w podwyższonej temperaturze.
Zakres badań:
-opracowanie i budowa stanowiska do badań eksperymentalnych pękania próbek z karbami w podwyższonej temperaturze;
-badania doświadczalne monotonicznego rozciągania osiowo symetrycznych próbek z karbami, wykonanymi ze stopu aluminium EN-AW 2024 w temperaturze 100, 200 i 300oC;
-numeryczne modelowanie pól naprężeń i odkształceń w próbkach z karbami z uwzględnieniem podwyższonej temperatury (z wykorzystaniem metody elementów skończonych);
-zaproponowanie kryterium pękania elementów z karbami o różnym kształcie, wykonanych z materiałów sprężysto-plastycznych, poddanych monotonicznemu rozciąganiu w podwyższonej temperaturze;
-weryfikacja doświadczalna modelu obliczeniowego.
Osiągnięcia:
-opracowano stanowisko umożliwiające przeprowadzenie badań eksperymentalnych monotonicznego rozciągania próbek z karbami w podwyższonej temperaturze. Zastosowano w nim bezstykowy pomiar przemieszczeń za pomocą wideoekstensometru, komorę środowiskową, maszynę wytrzymałościową MTS 858 MiniBionix oraz specjalne uchwyty hydrauliczne;
-wyznaczono doświadczalne zależności krytycznego obciążenia próbki od kształtu karbu i temperatury;
-sformułowano naprężeniowo-odkształceniowe kryterium ciągliwego pękania elementów
z karbami, poddanych monotonicznemu rozciąganiu w podwyższonych temperaturach.
Temat: Zdolność magazynowania energii w obszarze lokalizacji odkształcenia plastycznego w materiałach polikrystalicznych
Wykonawcy: prof. dr hab. inż. Wiera Oliferuk
Cel badań:
-wyznaczenie energii rozproszonej i energii zmagazynowanej jako funkcji odkształcenia w obszarze lokalizacji odkształcenia plastycznego podczas deformacji polikryształów;
-sformułowanie kryterium niestabilności deformacji plastycznej na podstawie zdolności magazynowania energii definiowanej jako stosunek przyrostu energii zmagazynowanej do przyrostu pracy odkształcenia plastycznego.
Zakres badań:
-określenie obszarów lokalizacji odkształcenia plastycznego przy użyciu termografii podczerwieni oraz na podstawie niejednorodnego pola odkształcenia;
-doświadczalne wyznaczenie rozkładu zdolności magazynowania energii w obszarze lokalizacji odkształcenia plastycznego;
-odniesienie zmiany zdolności magazynowania energii do ewolucji mikrostruktury badanego materiału.
Osiągnięcia:
-wyznaczono rozkład zdolności magazynowania energii w obszarze zlokalizowanego odkształcenia plastycznego;
-wykazano, że w obszarze lokalizacji odkształcenia plastycznego, materiał osiąga stan, w którym zdolność magazynowania energii zanika. Zerowa wartość zdolności magazynowania energii może więc stanowić kryterium niestabilności deformacji plastycznej;
-wykazano, że spadek zdolności magazynowania energii w procesie deformacji plastycznej odpowiada ewolucji tekstury zmierzającej do utworzenia się dwóch jej składowych, co tworzy warunki do powstawania pasm ścinania, a w skali makroskopowej, odpowiada zerowej wartości zdolności magazynowania energii.
Temat: Zastosowanie aktywnej termografii podczerwieni do wyznaczania właściwości termicznych materiałów
Wykonawcy: prof. dr hab. inż. Wiera Oliferuk, mgr inż. Krzysztof Kochanowski
Cel badań:
Opracowanie stosunkowo prostej metody wyznaczania dyfuzyjności cieplnej szerokiej klasy materiałów przy użyciu impulsowej termografii podczerwieni.
Zakres badań:
-doświadczalne wyznaczenie zależności temperatury powierzchni próbki od czasu stygnięcia po uprzednim nagrzaniu jej przeciwległej powierzchni krótkim (3 ms) impulsem cieplnym;
-rozwiązanie problemu odwrotnego umożliwiającego wyznaczenie dyfuzyjności cieplnej materiału próbki na podstawie wspomnianej zależności, otrzymanej doświadczalnie.
Osiągnięcia:
-rozwiązano problem odwrotny dwiema niezależnymi metodami, co umożliwiło wyznaczanie dyfuzyjności cieplnej materiału na podstawie zależności temperatury powierzchni próbki od czasu jej stygnięcia, po nagrzaniu powierzchni przeciwległej krótkim impulsem cieplnym;
-rozwiązano problem odwrotny pierwszą metodą i wyznaczono dyfuzyjność cieplną kompozytu stosowanego do produkcji klocków hamulcowych. Otrzymana wartość została użyta do numerycznego wyznaczenia pola temperatury w układzie hamulcowym. W kilku punktach wyznaczonego pola, temperaturę zmierzono. Otrzymano wartości zgodne z obliczonymi numerycznie.
Ten fakt potwierdza poprawność zaproponowanej metody wyznaczania dyfuzyjności cieplnej badanego materiału.
Temat: Procesy odkształcania metalowych kompozytów warstwowych
Wykonawcy: dr hab. inż. Robert Uścinowicz
Celem badań jest poznanie procesów odkształceń, zachodzących w metalowych kompozytach warstwowych przy różnych sposobach obciążania i w różnych warunkach temperaturowych.
Zakres badań:
-formułowanie zależności pomiędzy podstawowymi parametrami fizycznymi opisującymi procesy monotonicznego obciążania i pełzania bimetali z uwzględnieniem zjawisk zachodzących
w poszczególnych warstwach kompozytu
-analiza właściwości mechanicznych metalowych kompozytów warstwowych przy różnych sposobach monotonicznego obciążania z uwzględnieniem sztywności interfejsu
-identyfikacja powierzchni początku plastyczności dla metalowych kompozytów warstwowych
z uwzględnieniem kompozycji ich struktury
-modelowanie procesu pełzania bimetalu w pierwszym i drugim stadium procesu pełzania
-badania eksperymentalne rozwoju anizotropii odkształceń w warstwach bimetalu podczas intensywnych procesów technologicznych
-badanie procesu zniszczenia kompozytów metalowych przy pełzaniu
-badanie stałych sprężystości bimetali w różnych warunkach temperaturowych i obciążeniowych
Osiągnięcia:
-eksperymentalnie zidentyfikowano początkowe powierzchnie plastyczności dla blachy bimetalicznej Al/Cu surowej i predeformowanej oraz jej składników,
-doświadczalnie wyznaczono powierzchnię plastyczności dla materiału bimetalicznego i jego komponentów przy różnych poziomach deformacji trwałej w płaskim stanie naprężenia. Zastosowano kombinacje obciążenia złożonego z momentu skręcającego i siły osiowej przyłożonych do cienkościennych, dwuwarstwowych metalicznych próbek rurkowych,
-zbadano wpływ temperatury i czasu wyżarzania na wytrzymałość na ścianie pojedynczego bimetalicznego złącza zakładkowego. Przeanalizowano wpływ grubości powstałej warstwy dyfuzyjnej (na granicy rozdziału faz) na wytrzymałość złącza. Zidentyfikowano mechanizmy zniszczenia podczas ścinania pojedynczego bimetalicznego złącza zakładkowego w powiazaniu z parametrami temperaturowymi i procesami zachodzącymi na granicy rozdziału faz.
-opracowano metodykę badań eksperymentalnych pełzania materiałów bimetalicznych w podwyższonej temperaturze. Wyznaczono parametry identyfikujące czas do zniszczenia przy pełzaniu wykorzystując charakterystyki odkształceń pełzania w drugim stadium.
-zbadano wpływ temperatury i czasu wyżarzania na odkształcalność próbek bimetalicznych Al/Cu przy trójpunktowym zginaniu.
-zbadano wpływ grubości poszczególnych warstw bimetalu Al/Cu na wartości stałych sprężystości, współczynnika tłumienia oraz tarcia wewnętrznego badanego kompozytu.
-porównano wartości stałych sprężystości bimetalu Al/Cu wyznaczone za pomocą metody dynamicznej (rezonansu akustycznego) i quasi-statycznego rozciągania.