Z przyjemnością informujemy, że dr inż. Szymon Nosewicz z Pracowni Metod Obliczeniowych Mechaniki Nieliniowej z Zakładu Informatyki i Nauk Obliczeniowych IPPT PAN otrzyma dofinansowanie na projekt OPUS-29 z Narodowego Centrum Nauki (NCN).
Projekt będzie realizowany przez konsorcjum badawcze, które składa się z ekspertów w zakresie inżynierii materiałowej, mechaniki ciała stałego oraz metod komputerowych w mechanice materiałów. W skład konsorcjum wchodzi Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk (IPPT PAN) - lider projektu, Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (Łukasiewicz – IMiF) oraz Politechnika Wileńskiej im. Giedymina (VilniusTech).
Koordynatorem projektu jest dr inż. Szymon Nosewicz z IPPT PAN.
Wieloskalowa analiza multifizycznych właściwości nowych zrównoważonych energetycznie kompozytów. Badania eksperymentalne i modelowanie.
Zrównoważone energetyczne materiały kompozytowe stanowią nowoczesne rozwiązanie dla współczesnych potrzeb inżynieryjnych, oferując ulepszone właściwości mechaniczne i trwałość, jednocześnie wspierając efektywność energetyczną i neutralność środowiskową. Zastosowanie różnego rodzaju wzmocnienia, np. cenosfer aluminosilikatowych (rys. 1a) do kompozytów cementowych pozwala na uzyskanie obiecującej równowagi pomiędzy zredukowaną przewodnością termiczną a odpowiednią wytrzymałością na ściskanie, czyniąc je realną alternatywą dla tradycyjnych materiałów. Prezentowane kompozyty zapewniają praktyczne zastosowane, opłacalność i efektywność, wspierając tym samym procesy przemysłowe w redukcji strat ciepła i poprawie efektywności energetycznej.
Mimo swojej atrakcyjności, zrównoważone energetyczne materiały kompozytowe na osnowie betonowej ze wzmocnieniem (np. cenosferami) są wyzwaniem dla inżynierii materiałowej ze względu na swoją złożoność i nieprzewidywalność. Precyzyjne badania, zwłaszcza w modelowaniu właściwości multifizycznych, takich jak deformacja wraz ze zniszczeniem, przewodność cieplna oraz właściwości akustyczne, są trudnym zadaniem ze względu na skomplikowaną strukturę materiału (rys. 1b). Wykorzystanie technik badawczych takich jak mikrotomografia komputerowa (ang. micro-CT) umożliwia dokładną rekonstrukcję niejednorodnej mikrostruktury 3D materiału (rysunek 1c), ułatwiając dalszą symulację właściwości na różnych skalach. W odróżnieniu od tradycyjnych metod, analiza wieloskalowa uwzględnia jednocześnie modele na różnych poziomach analizy, łącząc efektywność skali makroskopowej z precyzją skal mikroskopowej.
Rys. 1. Mikroskopowe zdjęcia ultralekkich kompozytów z cenosferami wykonane przez Autorów: a) pojedyncza cenosfera, b) mikrostruktura kompozytu i c) przykład rekonstrukcji mikro-CT pojedynczej cenosfery.
Celem projektu jest opracowanie, wdrożenie i walidacja modeli numerycznych i analitycznych rozwijanych do przewidywania multifizycznych właściwości innowacyjnych zrównoważonych energetycznych materiałów kompozytowych na różnych skalach, od mikroskopowej, poprzez mezoskopowej po makroskopowej (Rys. 2). Zakres pracy obejmuje stworzenie wieloskalowego modelu do oceny właściwości mechanicznych, termicznych i akustycznych, wykorzystując różnorodne podejścia numeryczne dostosowane do każdej skali. Finalnym krokiem w podejściu wieloskalowym będzie uzyskanie narzędzia umożliwiającego optymalizację procesu wytwarzania kompozytów.
Modele numeryczne będą weryfikowane przy użyciu wyników z własnych badań eksperymentalnych, skupiających się na charakteryzacji pod kątem mechanicznym, termicznym i akustycznym. Planowa jest dokładna analiza róznych składów mieszanin kompozytowych obejmujących różne proporcje cementu glinokrzemianowego (jako matrycy) i różnych rodzajów dodatków, takich jak cenosfery aluminosilikatowe, granulat szkła pochodzące z recyklingu o różnych frakcjach oraz granutal powstały z produkcji materiałów pylistych.
Rys. 2. Schemat proponowanego wieloskalowego modelu.
