Instytutowe Seminarium Mechaniki im. W. Olszaka i A. Sawczuka

 kolor czcionki + kolor tła  = plan do 7 dni.

2019-06-17 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
Dr inż. Paweł Madejski
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska

Modelowanie zjawisk przepływowych i cieplnych w materiałach porowatych z uwzględnieniem szczegółowego odwzorowania analizowanego obszaru przestrzeni porowej

Jednym z aktualnych wyzwań w przemyśle naftowym jest określenie porowatości efektywnej i przepuszczalności absolutnej w skałach charakteryzujących się niską porowatością. Czynniki te mają ogromny wpływ na efektywność wykorzystania niekonwencjonalnych zasobów ropy i gazu dla zastosowań w energetyce zawodowej.

W referacie przedstawione zostaną wyniki analizy przepływowej i cieplnej materiałów charakteryzujących się niską porowatością i niewielkimi wymiarami. Przepuszczalność skał, a także charakterystyka przepływu i całkowity strumień płynu zależy od podstawowych właściwości cieczy i materiału. Równania używane do opisu zjawisk transportu w materiałach porowatych i podejściu stosowanym w analizie zjawiska przepływu płynu mogą się różnić i zależą m.in. od liczby Knudsena, czy liczby Reynoldsa. W przypadku materiałów o niskiej porowatości konieczne jest uwzględnianie zjawiska poślizgu występującego na ściankach kanałów ciała stałego i mające wpływ na końcową wartość strumienia przepływającego płynu. Modelowanie wymiany ciepła ma zasadnicze znaczenie dla oceny potencjału geotermalnego, właściwości termicznych w zbiornikach wody i węglowodorów, rozkładu temperatury w glebie stosowanej w podziemnych sieciach kablowych. Przedstawione wyniki analizy cieplnej pozwalają na ocenę i wyznaczenie efektywnej przewodności cieplnej w próbce skalnej.

Przeprowadzenie wyżej wymienionych analiz wymaga jednak wykorzystania szczegółowego modelu geometrycznego analizowanej próbki. Przygotowanie trójwymiarowych modeli geometrycznych próbek materiałów porowatych, na podstawie danych wejściowych pochodzących z badań laboratoryjnych, możliwe jest dzięki zastosowaniu specjalnego oprogramowania (poROSE). Opracowane narzędzie pozwala na generowanie i modyfikowanie trójwymiarowego modelu geometrycznego próbki o złożonym kształcie, a także na realizacje analiz i oceny parametrów modeli geometrycznych. Wygenerowana próbka materiału porowatego może być wykorzystana, jako dane wejściowe do modelowania zjawisk przepływowych i cieplnych, zarówno w płynie, jak i domenie ciała stałego.

2019-06-17 14:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
Daniel García González, PhD
Department of Continuum Mechanics and Structural Analysis, University Carlos III of Madrid, Spain

Stimuli-responsive materials: a focus on magneto-mechanics

Soft materials that can deform under external stimuli offer great opportunities for the development of new structural applications such as sensor-actuator systems, soft robots or biomedical devices. Among these materials, soft polymers filled with magnetic particles are experiencing an increasing interest from the scientific community. Apart from magnetorheological elastomers and ferrogels, a new magneto-sensitive material type has been developed recently. These so-called hard-magnetic materials allow for shape-programmability by the addition of magnetically-hard particles within a polymeric matrix. In this regard, constitutive and computational frameworks describing the magneto-mechanics of such materials are needed to provide new avenues in the development of novel applications based on hard-magnetic soft polymers. To this end, this work focuses on the mathematical modelling of the magneto-mechanics of hard-magnetic soft materials and their implementation in finite element (FE) frameworks. The proposed continuum model is formulated for large deformations and within a thermodynamically consistent framework. In addition, the model incorporates viscous contributions to account for relaxation and dissipation effects in the deformation process of these materials when subjected to external magnetic fields and/or mechanical loading. To illustrate the theory, the magneto-mechanical model is implemented within an implicit static FE framework and three numerical examples are provided to explore potential applications as well as to evaluate the influence of the external magnetic field application on the viscoelastic response of the material. Finally, the framework is implemented in an implicit dynamic FE framework to evaluate the role of inertial terms on the dynamic response of these materials.

2019-06-03 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
prof. François Feuillebois
Self-employed, Research and Development ()

Removal of particles from a rough wall by a air shear flow

Removing particles from a wall with a laminar shear flow of air looks a priori difficult: (i) because of the high adhesion force between small particles and a wall; (ii) and since the lift force, that is proportional to the air density and to the ambient velocity, is quite small close to the wall. It is shown how a particle on a rough wall may nevertheless be entrained by: (i) rolling on the wall; (ii) climbing on a peak of roughness; (ii) be slowly lifted away from the wall in a region where the ambient velocity is higher. The model of the first steps of the sequence takes into account the adhesion force between a particle and a rough wall that is estimated from AFM measurements.

2019-05-27 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
prof. dr hab. inż. Leszek A. Dobrzański
Profesor i Dyrektor Centrum Naukowego ASKLEPIOS w Badawczo-Projektowo-Produkcyjnym Centrum Inżynierii Medycznej i Stomatologicznej ASKLEPIOS w Gliwicach

Znaczenie inżynierii materiałowej w etapie 4.0 rewolucji technologicznej

Po epoce wody i pary oraz masowej produkcji opartej na podziale pracy z użyciem elektryczności i kolejno z wykorzystaniem elektroniki i technologii informatycznej do automatyzacji procesów wytwórczych, następuje dynamiczne wykorzystanie systemów cyber-fizycznych, Internetu rzeczy, maszyn uczących oraz sztucznej inteligencji i wirtualnej rzeczywistości, obecnie gwarantujących postęp produkcji. To stadium uznano za czwarty etap rewolucji przemysłowej, w skrócie określane jako Przemysł 4.0. Wyznaczono 9 technologii decydujących o zmianie produkcji przemysłowej w tym stadium. Inteligentna fabryka i tzw. „cyfrowy bliźniak” stanowią centrum zainteresowania przy tym podejściu. W ocenie Autora w tych rozważaniach pomijane są jednak dwa niezwykle istotne aspekty, tzn. procesy wytwarzania i materiały inżynierskie. Człowiek bowiem od zarania dziejów wykorzystywał, a z czasem przetwarzał materiały potrzebne do zdobycia pożywienia, zwiększenia bezpieczeństwa i zapewnienia odpowiedniego poziomu życia. Pominięcie tych zagadnień, decydujących o istocie produkcji przemysłowej, uniemożliwiłoby wytworzenie jakichkolwiek produktów, w konsekwencji dostępnych na rynku. Materiały są stale doskonalone i coraz dogłębniej projektowane, w ścisłej zgodzie z wymogami projektantów i producentów produktów, bardzo często z wykorzystaniem bardzo zaawansowanych metod określanych jako komputerowa nauka o materiałach. Ta idea Przemysłu 4.0 prezentowana tak, jak dotychczas, wymaga zatem pilnej korekty. Ta teza wskazuje, że nie tylko kształt, strukturę i własności, a przez to funkcje użytkowe produktu można zaprojektować już podczas projektowania materiałowego, stanowiącego część projektowania inżynierskiego produktu, lecz należy wówczas zaprojektować również trwałość, utrzymanie ruchu, jak i walory eksploatacyjne produktów. Przedstawiono przykłady własnych zaawansowanych badań kilku przykładowo wybranych, nowo opracowanych materiałów, stosowanych w bardzo odległych od siebie obszarach aplikacyjnych, które ilustrują zasadność postawionej tezy. Badania wykonano m.in. z użyciem wysokorozdzielczego transmisyjnego mikroskopu elektronowego, co umożliwia śledzenie struktury z odwzorowaniem poszczególnych atomów w skali nanometrycznej. Przykłady dotyczą implantów biologiczno-inżynierskich wytwarzanych hybrydowo technologiami przyrostowymi, inżynierii powierzchni i inżynierii tkankowej, ogniw fotowoltaicznych z krzemu polikrystalicznego poddanego mikroobróbce laserowej oraz ogniw barwnikowych, w których wykorzystano nanorurki węglowe i grafen płatkowy. Przedstawiono stale wysokomanganowe austenityczne, przydatne w produkcji pojazdów samochodowych, wykazujące nanostrukturalne efekty lokalnego bliźniakowania i przemiany martenzytycznej, odpowiadające za absorbowanie energii w wyniku znacznego zwiększenia zapasu energii odkształcenia plastycznego. Przedstawiono materiały nanokompozytowe, w których wykorzystano nanorurki węglowe i haloizytowe i to zastosowane zarówno jako osnowa, jak i jako wzmocnienie. Nanostrukturalne pokrycia uzyskiwane metodami fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej przedstawiono na przykładzie narzędzi ceramicznych i stalowych. Wskazano na związek badanych zjawisk i efektów strukturalnych z funkcjami użytkowymi produktów, do wytworzenia których użyto analizowane materiały oraz z ich własnościami użytkowymi. W konkluzji potwierdzono, że projektowanie materiałowe należy do bardzo istotnych elementów gwarantujących postęp produkcji w etapie 4.0 rewolucji przemysłowej.

Wykład został opracowany w związku z Projektem IMSKA-MAT numer POIR.01.01.00-0397/16-00 dofinansowanym przez Narodowe Centrum Badań I Rozwoju w Warszawie.

2019-05-20 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
Dr Amaya Igartua
Fundación Tekniker, Eibar, Spain

Tribology: the tool to design materials for energy efficient and durable products & process

The presentation describes a summary of the main tribological achievements carried out in TEKNIKER during the last 37 years. It covers the description of commercial and new developed tribological test benches and case studies for a wide variety of applications. The examples refer to different tribological characterization tools for materials selection (eg. composition, surface treatments, lubricants). It makes emphasis in the failure mechanisms (pitting, scuffing, abrasion, adhesion, thermal fatigue, tribocorrosion, ...) and friction simulation of a wide range of materials (seals, textiles, steels, cast iron, light alloys, ceramic, composites), tribological systems (mechanical components, biomaterials, tribolubrication) and environments (vacuum, ultra-high vacuum, low or high temperature and corrosive). A huge range of new testing equipment’s and protocols have been developed to simulate the mentioned failure mechanisms and working environments. This knowledge will make possible in the future, to simulate at laboratory, a still wider list of tribological systems and develop new standards. Tribology will help to implement in a cost efficient, predictive and safe way, low carbon footprint materials solutions, into energy and resource efficient real systems.

Keywords: tribology, tribocorrosion, lubricants, materials, pitting, scuffing, abrasion, adhesion, erosion, thermal fatigue, die soldering, vacuum, ultrahigh vacuum, tribodesorption, outgassing, high temperature, corrosive.

2019-05-13 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
mgr inż. Rami Faraj

Development of self-adaptive systems for mitigation of response under dynamic excitation

Mitigation of system response under dynamic excitation is an attractive field of research due to practical challenges, which include accuracy and speed of measurement and control, variability and randomness of excitation conditions, and also the restrictiveness of the design and reliability requirements, e.g., in aerospace applications. The aim of this research is to elaborate efficient control methods for absorbers which mitigate structural response under dynamic excitation. The first part of the presentation identifies the insufficiencies and limitations of the current systems. Then, semi-passive solutions, which ensure mitigation at the level comparable with semi-active devices, are proposed. The second part concerns the development of the semi-active control methods and "smart absorbers", which provide self-adaptivity of the impact absorption system. As a result, the robustness of the absorber is increased, and the system operates more reliably under uncertain excitation conditions and other disturbances.

2019-05-06 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
dr inż. Marek Augustyniak
Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Politechnika Gdańska

Nowatorskie zastosowania MES w metodach diagnostyki materiałów i stanu konstrukcji inżynierskich (seminarium habilitacyjne)

Seminarium będzie przedstawiać komplementarne osiągnięcia Kandydata w trzech sferach, składających się na tzw. Trójkąt Wiedzy, polegający na efektywnym łączeniu badań naukowych, edukacji oraz prac wdrożeniowych. W zakresie osiągnięć naukowych uwypuklone będą wyniki fundamentalnej analizy techniki MMM (tzw. Metody Pamięci Metali). Argumentacja Kandydata została z powodzeniem zastosowana w kontekście MMM po raz pierwszy na świecie i została uwzględniona w pracach międzynarodowego komitetu nad nową wersją normy ISO 24997. Podsumowane będą także prace rozszerzające zakres stosowalności tzw. metody otworkowej wyznaczania stanu naprężenia. W zakresie osiągnięć dydaktycznych, streszczone będą założenia oryginalnego i spójnego systemu kształcenia studentów inżynierów, budowanego przez Autora od ponad 10 lat. System ten rozwijany był m.in. dzięki przeprowadzaniu licznych szkoleń propagujących dobre praktyki w stosowaniu technik symulacyjnych, a także unikatowej inicjatywie Studiów Podyplomowych "Symulacje Komputerowe dla Inżynierów". Na zakończenie, Kandydat streści doświadczenia związane z szeregiem prac rozwojowych, którymi zajmował się jako kierownik prac badawczych w polskim biurze projektowym DES ART w Gdyni, z powodzeniem dokonując trudnej sztuki łączenia aspektów podstawowych (publikacje) z koniecznością sprostania wymaganiom bieżącego zapotrzebowania rynkowego.

2019-04-15 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
dr inż. Grzegorz Jurczak

Kontynualne modelowanie pól sprzężonych w heterostukturach piezoelektrycznych (seminarium habilitacyjne)

Postępującą miniaturyzacja urządzeń optoelektronicznych będąca efektem półprzewodnikowej rewolucji technologicznej powoduje wzmożone zainteresowanie m.in. półprzewodnikowymi heterostrukturami krystalicznymi typu III-N. W trakcie seminarium przedstawiony zostanie wkład autora w wyjaśnienie zjawisk rządzących zachowaniem piezoelektrycznych heterostruktur GaN/AlN w ramach modelowania kontynualnego wspartego metodą elementów skończonych. Przedmiotem analizy będzie wpływ orientacji krystalograficznej kropki kwantowej na piezoelektryczne pola sprzężone w różnego typu kropkach GaN/AlN, wzajemne oddziaływanie w układzie naładowana elektrycznie dyslokacja - kropka kwantowa oraz nieliniowe zachowanie się heterostruktur GaN/AlN.

2019-04-08 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
dr inż. Bartłomiej Błachowski

Damage identification in structural elements and bolted connections of spatial skeletal structures (seminarium habilitacyjne)

Structural Health Monitoring (SHM) and, in particular, damage identification methods based on vibration characteristics have a 30-year long history and, despite the significant progress made in that field over these years, many open problems still remain. During the seminar, the Author's contribution to that field will be presented. Issues related to optimal sensor placement, modelling and parametrization of damage in bolted connections will be discussed. Additionally, since damage is expected to occur only in a particular region of the structure, two algorithms for sparsity constrained damage identification will be proposed, namely non-negative least squares (NNLS) and ℓ1-norm minimization. Effectiveness of the proposed methodologies will be demonstrated on real engineering examples of a tall telecommunication tower and an upper deck-arch bridge. Finally, the main conclusions from the Author’s papers will be recalled, and a few remarks on possible future developments will be made.

2019-04-01 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
dr Ewa Eliza Rożko

Modele afiniczne w ujęciu kwantowym w mechanice układów z mikro- i nanostrukturą (seminarium habilitacyjne)

Zaprezentowane zostaną główne idee opisu ruchu ciała jednorodnie deformowalnego (afinicznie sztywnego) w ujęciu mechaniki kwantowej. Zostanie dokonany również krótki przegląd podstawowych pojęć dotyczących klasycznej mechaniki afinicznych modów kolektywnych i wewnętrznych w opisie ośrodków z mikro- i nanostrukturą. Przedstawione rozważania będą głównie opierać się na standardowym podejściu Schroedingerowskim do kwantyzacji układów klasycznych realizowanym w języku funkcji falowych na odpowiedniej grupie (afinicznej, liniowej, ortogonalnej, itp.) lub jej przestrzeni jednorodnej. Zostanie również zaproponowana procedura kwantyzacji infinitezymalnych ciał próbnych (tzn. nieskończenie małego ciała sztywnego z możliwością uogólnienia opisu do ciała afinicznie sztywnego) poruszających się po zadanej dwuwymiarowej przestrzeni (np. membrany i biomembrany, powłoki, błony komórkowe, itd.) z krzywizną (zanurzonej w przestrzeni trójwymiarowej). Ogólny schemat zostanie zilustrowany na przykładzie przestrzeni o stałej krzywiźnie, takich jak dwuwymiarowa sfera i pseudosfera (przestrzeń Łobaczewskiego).

2019-03-25 11:00, Sala: Aula im. Wacława Olszaka, piętro II
dr Barbara Gołubowska

Analiza zagadnienia więzów i dynamiki ciał jednorodnie deformowalnych (seminarium habilitacyjne)

Zaprezentowana zostanie ogólna analiza geometryczna problemów pojawiających się w dynamice ciał afinicznie sztywnych (tzn. jednorodnie deformowalnych). Termin "afinicznie sztywne ciało" został wprowadzony przez Profesora Jana Jerzego Sławianowskiego, oznacza on ciało sztywne w sensie geometrii afinicznej, tzn. wszystkie relacje afiniczne pomiędzy punktami materialnymi, z których się składa dane ciało, pozostają niezmiennicze. Zostanie zaprezentowany przegląd wybranych dodatkowych więzów nałożonych na ruchy afiniczne, zarówno holonomicznych, jak i nieholonomicznych. W szczególności, omawiając przypadek ruchu bezobrotowego przedstawione zostanie zarówno zwykłe ("tradycyjne") podejście d'Alembertowskie, jak i alternatywne podejście wakonomiczne.



Archiwum