Projekti / Programi
Numerična in eksperimentalna analiza nelinearnih mehanskih sistemov
01. januar 2009
- 31. december 2012
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
mehanika loma, celovitost konstrukcij, utrujenostna rast razpoke, optimalno projektiranje, nelinearna periodična in aperiodična nihanja, stabilnost mehanskih sistemov, razvejitve, identifikacija parametrov nihajočih sistemov, statistična mehanika, neravnotežna mehanika
Raziskovalci (21)
Organizacije (1)
Povzetek
Področje uporabnosti parametrov mehanike loma zajema predvsem prenosljivost med eksperimentalno izmerjenim lomnim obnašanjem in lomnim obnašanjem konstrukcije, ob upoštevanju interakcije heterogenih mehanskih lastnosti in vpliva kombiniranih obremenitev na konstrukcijo. Glavne smeri razvoja temeljijo na numeričnem modeliranju z eksperimentalno potrditvijo obnašanja celotne konstrukcije, kar popolnoma verificira uporabljeni pristop.
Pri našem delu nameravamo razvijati tehniko določitve mehanskih in lomnomehanskih lastnosti s spremljanjem deformabilnega obnašanja materiala na način kot se izvajajo meritve mikrotrdot.
Na področju optimizacije oblike gre razvoj v dve smeri, in sicer: v smeri parametrizacijskega pristopa in v smeri evolucijskega pristopa. V okviru programske skupine smo se ukvarjali z razvojem parametrizacijskega pristopa. Možnost parametrizacije oblike konstrukcij in konstrukcijskih delov z uporabo standardnih mrež končnih elementov bo odpravila največjo pomanjkljivost parametrizacijskih pristopov in s tem odločno dvignila uporabnost teh metod. Slednje bomo dosegli z vpeljavo kontrolnih točk, ki na obliko konstrukcije niso vezane fiksno preko projektnih elementov, ampak v precej bolj ohlapnem smislu preko relativne lege glede na konstrukcijo ali konstrukcijski del. K razvoju zgoraj omenjenih postopkov štejemo tudi vzporeden razvoj lastne gradientne optimizacijske metode, ki bo prilagojena obravnavanim optimizacijskim problemom. Med cilje postavljamo na prvo mesto izboljšan pristop k optimizaciji oblike, ki bo zanimiv za uporabo v praksi.
Za raziskave periodičnih in aperiodičnih nihanj nelinearnih dinamičnih sistemov smo v okviru programske skupine doslej razvijali metodo koračnega harmonskega ravnovesja z več časovnimi skalami. Za samostojen dosežek pri dosedanjem razvoju metode štejemo izdelavo splošnega algoritma, s katerim lahko izvajamo raznovrstne parametrične študije tako periodičnih kot tudi aperiodičnih nihanj. Metodo koračnega harmonskega ravnovesja z več časovnimi skalami bomo razvijali tako, da bo mogoče avtomatizirati konstruiranje frekvenčnega spektra pri nekaterih vrstah neavtonomnih sistemov z notranjo resonanco in raziskave razvejitev nelinearnih nihanj teh sistemov nadgradili s sledenjem vej razvejitvenih diagramov po ločnem parametru, uvedbo algoritmov za posamezne vrste singularnih točk in analizo stabilnosti v odvisnosti od več časovnih skal. Poleg sistemov s kubičnimi nelinearnostmi, ki smo se jim posvečali v preteklosti, bomo obravnavati tudi sisteme s parametričnim vzbujanjem in nelinearne sisteme z odsekoma zveznimi karakteristikami. Sistemom s parametričnim vzbujanjem se bomo posvetili zaradi določevanja stabilnostnih mej, kjer pričakujemo, da bomo z uporabo več časovnih skal lahko obravnavali problem kombinacijskih frekvenc. Galerkinov postopek, ki je del metode bomo uporabili za identifikacijo parametrov nelinearnih sistemov s periodičnim vzbujanjem in avtonomnih relaksacijskih sistemov.
Na področju statistične mehanike bomo s pomočjo teorije neravnotežnih procesov izdelali modele za izračun ravnotežnih in neravnotežnih mehanskih lastnosti v trdnih snoveh in tekočinah. Svoje modele bomo razširili tudi na področje polimerov in ionskih fluidov. S pomočjo predstavljenih modelov bomo nato lahko izračunavali module elastičnosti, strižne module, stisljivost, viskoznost... za poljubne snovi, hkrati bomo lahko s predstavljenim modelom napovedovali mehanske lastnosti tudi za nove snovi. Upoštevani bodo vplivi translacije, rotacije in vibracije molekul. Posebno pozornost bo posvečena medmolekularnim potencialom. Poglobljeno se bomo lotili tudi študije večatomnih molekul v neravnotežni mehaniki. Posebno pozornost bomo posvetili zmesem v trdninah in tekočinah, kjer bomo na osnovi primerjave z eksperimentalnimi rezultati določili mešalna pravila.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati raziskovalnega programa se lahko aplicirajo na dinamično obremenjene konstrukcijske komponente in mehanske sisteme, saj povezujejo deformacijsko-napetostno stanje v materialu z zunanjimi statičnimi in dinamičnimi obremenitvami. V okviru raziskovalnega programa so aplicirani postopki za oceno celovitosti konstrucij z razpoko, ter razviti postopki za izračun števila ciklov oz. dobe trajanja konstrukcije, ki je izpostavljena dinamičnim obremenitvam tki. S-N krivuljo. Razvoj merilnih sistemov za spremljanje deformacijskega obnašanja in vibracij ter prenos izmerjenih veličin s pomočjo spletnih informacijskih tehnologij omogoča "on-line" analizo obremenitvenega stanja in oceno stopnje nevarnosti nastanka porušitve. Sistem je sicer splošno zasnovan, vendar se ob upoštevanju specifičnosti konstrukcije oz. konstrukcijske komponente lahko integralno implementira na mehanski sistem. Opravljene so raziskave, ki so fundamentalnega pomena za obnašanje večplastnih materialov, vendar se ne izvajajo v okviru industrijsko razvojnih nalog. Na področju mehanike smo prispevali k razvoju numeričnih modelov za analiziranje procesov brizgavanja diezelskih in biodiezelskih goriv ter njihovih mešanic v motorje in k razvoju modeliranja gorivnih mešanic.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalna skupina se uveljavlja kot razvojno in aplikativno usmerjena skupina, ki poleg fundamentalnih znanstvenih dosežkov prispeva k reševanju problemov za potrebe domačega in tujega gospodarstva. Z razvojem optimalno oblikovanih konstrukcijskih komponent, z uvajanjem in kombiniranjem zgradbe komponente z različnim materiali izboljšujemo performance dinamično obremenjenega sistema, povečujemo življenjsko dobo in preprečujemo porušitve, ki so do zdaj pogosto zgodile. Razviti modeli in postopki omogočajo boljši vpogled v delovanje diezelskih motorjev z biogorivi in posledično zmanjševanje škodljivih emisij ter izpolnjevanje ekoloških zahtev. Programska skupna je osposobljena tudi za podporo pri razvoju in izvedbi projektov, ki so strateškega pomena na področju energetike in transporta.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
