Research description

Department of Information and Computational Science

Head of Department:

Prof. Michał Kleiber, Ph.D., Dr. Habil., Eng.
Subjects:

Zlec. 101 Komputerowa analiza niejednorodności struktury kryształów

Zlec. 102 Analiza numeryczna konstrukcji powłokowych

Zlec. 104 Niezawodność i optymalizacja złożonych materiałów i układów konstrukcyjnych

Zlec. 105 Rozwijanie algorytmów numerycznych metod: elementów dyskretnych i elementów skończonych - w kontekście zastosowań wymienionych w harmonogramie

Project type:Badania statutowe
Period:2011 2011

30.01.2012

GŁÓWNE KIERUNKI BADAŃ W 2011r

•    Kontynuowano rozwijanie modeli numerycznych w zastosowaniach do analizy własności nowych materiałów. W szczególności prowadzone prace badania dotyczyły takich materiałów jak materiały spiekane, kompozyty metalowo-ceramiczne i gradientowe, skały i materiały sypkie, nowoczesne stale karoseryjne. Rozwijana w ramach tej tematyki metoda elementów dyskretnych (MED) znajduje coraz więcej zastosowań w nowoczesnym modelowaniu materiałów, wykorzystuje się ją w modelowaniu dyskretnym materiałów w niższej skali oraz modelowaniu wieloskalowym. W 2011 r. kontynuowano prace nad rozwojem MED w zastosowaniu do modelowania materiałów kruchych, a zwłaszcza związanych ze zniszczeniem, np. w procesach urabiania skał. Aspekty efektywności obliczeniowej oraz modelowania kontaktu w metodzie elementów dyskretnych rozpatrywano w referacie przedstawionym na konferencji ICCCM (Hanower). Wyniki tych prac będą ewentualnie wykorzystywane w projekcie we współpracy z KGHM Cuprum SA. Prowadzono prace nad modelowaniem spiekania proszków metalicznych za pomocą MED. Model spiekania zweryfikowano za pomocą wyników eksperymentalnych, rozszerzono model o efekty rozszerzalności cieplnej oraz wprowadzono możliwość modelowania spiekania mieszaniny proszków, dzięki czemu będzie możliwe modelowanie wytwarzania kompozytów metaliczno-ceramicznych. Przeprowadzono analizę i modyfikację klasycznego modelu Griffitha dla kompozytu poprzez dołączenie energii dyssypowanej wynikającej z procesów plastycznych przed wierzchołkiem szczeliny i uwalnianej w postaci procesów dekohezji. Kontynuowano prace nad zjawiskiem pękania i zmęczenia materiałów gradientowych.
•    Prowadzono prace wiązane z modelowaniem kontynualno-atomistycznym kryształów. Rozwijane są własne programy, unikalne w skali światowej, które umożliwiają badanie naprężeń rezydualnych, dyfuzyjności, piezoelektryczności, defektów, obliczenia akusto-elektroniczych układów rezonansowych itp. W 2011 r. prace koncentrowały się na zagadnieniach modelowania pól sprzężonych w piezoelektrycznych heterostrukturach azotkowych AlN/GaN/InN (współpraca z Uniwersytetem Aristotelesa w Salonikach), rekonstrukcji atomistycznego interfejsu Cu/Al2O3, modelowaniu zmian objętościowych od dyslokacji w kryształach, analizie dyfuzji domieszek (Al, B, V, O, N), modelowaniu MESem dyfuzji boru w SiC, atomistycznej rekonstrukcji dyslokacji w kryształach SiC (wspópraca z ICM, IWC PAN, IFJ PAN), oraz modelowaniu GHz modów drgań rezonatorów Al(Pt)/AlN/Al(Pt)/SiN/Si TFBAR (współpraca ISC CNR w Rzymie).
•    Kontynuowano rozwijanie modeli numerycznych do analizy nowoczesnych procesów produkcyjnych. Dotyczy to w szczególności procesów przeróbki plastycznej, jak np. głębokie tłoczenie blach. Algorytmy numeryczne do symulacji procesów przeróbki plastycznej stanowią tematykę dobrze ugruntowaną w licznych publikacjach, jednak mającą nadal znaczne perspektywy aplikacyjne, czego wyrazem są realizowane projekty badawcze (Numpress). W 2011 r. prowadzono badania nad modelowaniem MES procesów tłoczenia blach, rozpoczęto też prace na modelowaniem materiału poddanego zmiennym ścieżkom odkształcenia w czasie tłoczenia. Opracowano i zaimplementowano w programie MES MFP procedury obliczające optymalne wartości współczynników kary dla zagadnienia kontaktowego oraz ulepszony algorytm poszukiwania kontaktu. Kontynuowano prace dotyczące modelowania powierzchni chropowatych w celu bardziej realistycznego opisu zagadnienia kontaktowego. Do reprezentacji nierówności powierzchni zaproponowano zupełnie nową, po raz pierwszy zastosowaną w tym kontekście koncepcję bazującą na teorii fraktali.
•    Prowadzono prace nad tworzeniem nowych elementów powłokowych z nieograniczonymi rotacjami i dużymi odkształceniami. Elementy powłokowe posiadają szerokie spektrum zastosowań w analizie i projektowaniu inżynierskim, i determinują efektywność i dokładność obliczeń inżynierskich. Badania wymagają opracowywania zaawansowanych równań konstytutywnych dla konstrukcji powłokowych. Modelowane są m.in. materiały kompozytowe wielowarstwowe z uwzględnieniem mikrostruktury warstwy oraz przeprowadzana jest analiza wrażliwości na parametry konstytutywne i mikrostruktury. Zastosowania dotyczą m.in. kompozytowych kadłubów samolotów. Jest to zaawansowana tematyka badań, stojąca na pograniczu mechaniki, metod numerycznych i technik informatycznych, rozwijana w czołowych ośrodkach badawczych na świecie. W 2011 r. prowadzono badania nad powłokowymi elementami skończonymi o podwyższonej dokładności bazującymi na funkcjonale Hu-Washizu i współrzędnych skośnych. Ponadto kontynuowano badania nad metodami parametrycznego opisu stałych materiałowych kompozytów włóknistych z wykorzystaniem analizy mikrostruktur periodycznych, pod kątem zastosowań w analizie powłok wielowarstwowych.
•    Kontynuowany rozwój metod komputerowej analizy niezawodności i optymalizacji niezawodnościowej złożonych konstrukcji i procesów technologicznych. Uwzględnianie niepewności parametrów i zmiennych projektowych pozwala na wprowadzenie bardziej racjonalnych miar bezpieczeństwa stanowiących podstawę dla poszukiwania optymalnych rozwiązań konstrukcyjnych. Kierunki działalności badawczej wymienione w tym punkcie mieszczą się w głównym nurcie światowych badań nad zwiększeniem bezpieczeństwa i niezawodności złożonych konstrukcji przy uwzględnieniu zarówno kosztów ich wytwarzania jak i eksploatacji. W 2011 roku prowadzono, we współpracy z TU w Budapeszcie, badania nad analizą niezawodności stanów granicznych konstrukcji ramowych z kontrolowaną podatnością połączeń z uwzględnieniem losowej natury zmiennych. Ponadto sformułowano zadanie optymalizacji topologicznej, w którym planuje się zbadać wpływ wielkości elementu bazowego (ang. ground element) na uzyskane rezultaty. Prowadzono też prace nad wyborem algorytmów szacowania momentów statystycznych funkcji losowych. Algorytmy te są kluczowym elementem decydującym o efektywności metod optymalizacji odpornościowej. We współpracy z ZTI wykonano praktyczna implementację metod do analizy optymalizacji odpornościowej wału sprężarki o losowych charakterystykach niewywag i parametrów sztywności łożysk.
•    Prowadzono prace dotyczące bezpieczeństwa systemów informacyjnych wykorzystując systemy reputacyjne do zagwarantowania osiągalności usług sensorycznych w systemach informacyjnych. W szczególności zaproponowano nowe miary optymalności dla planowania sieci sensorycznych oraz metodę poprawy jakości transmisji w sieciach telefonii internetowej wspomaganej przez inteligentnych agentów oceniających reputację węzłów.
•    Prowadzono badania w zakresie metod numerycznych w zagadnieniach biomechaniki, w szczególności modelowania mechaniki i adaptacyjnej przebudowy tkanki kostnej oraz zastosowania metod programowania agentowego w zastosowaniu do opisu wzrostu komórek naskórka i warstw epitaksjalnych.