Kierownik Zakładu:

Zlec. 126 Termomechanika materiałów wielofunkcyjnych.

Zlec. 127 Termografia podczerwieni w badaniach deformacji materiałów i w defektoskopii.

Zlec. 128 Badanie zmian własności mechanicznych oraz mikrogeometrii powierzchni warstwy wierzchniej w procesach kształtowania i eksploatacji.

Zlec. 131 Mikromechanika materiałów i cienkich warstw w zakresie niesprężystym.

Zlec. 132 Modelowanie i wytwarzanie kompozytów ceramiczno – metalowych.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 126:

Termomechanika materiałów wielofunkcyjnych.

Bieżące studia literatury przedmiotu oraz wymiana doświadczeń ze specjalistami z ośrodków krajowych i zagranicznych potwierdzają decyzję o merytorycznej zasadności kontynuacji tematu badań : „Termomechanika materiałów wielofunkcyjnych” . W ustalonym zakresie i celu badań następuje jednak przesunięcie akcentu na dwa zagadnienia. Pierwsze to zwiększenie roli zaawansowanych obliczeń numerycznych w symulacji badanych procesów doświadczalnych, dzięki czemu możliwe jest stosowanie rozwiązań zadania odwrotnego do identyfikacji proponowanych modeli konstytutywnych. Wymaga to zwiększenia precyzji pomiarów w badaniach doświadczalnych przez doskonalenie metod optycznego pomiaru przemieszczeń oraz termografii.

Drugim zagadnieniem jest poszerzenie zbioru badanych materiałów funkcjonalnych przez podjęcie badań pianek ceramicznych i metalicznych. Rezultaty wstępnych (pilotażowych) badań prowadzonych w ubiegłym roku są obiecujące i rokują uzyskanie wyników o dużym znaczeniu zarówno z poznawczego jak i aplikacyjnego punktu widzenia. Badania te związane są także z wieloskalowymi obliczeniami numerycznymi symulacji procesów deformacji.

Zlecenie 126 realizowane jest w Pracowni Plastyczności Stosowanej.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 127:

Termografia podczerwieni w badaniach deformacji materiałów i w defektoskopii.

Określenie i analiza wskaźników lokalizacji odkształcenia plastycznego na podstawie wyznaczonych pól temperatury i przemieszczeń oraz symulacja numeryczna procesu stygnięcia powierzchni próbki zawierającej defekty po nagrzaniu impulsem cieplnym i porównanie uzyskanych wyników z wynikami przeprowadzonych eksperymentów.

Prace badawcze prowadzone w 2012 roku dotyczyły wyznaczenia powierzchniowego rozkładu zdolności magazynowania energii w zakresie deformacji niejednorodnej. Wymagało to wyznaczenia i korelacji pól przemieszczeń z odpowiadającymi im polami temperatury. Wyznaczony na podstawie niejednorodnego rozkładu temperatury i niejednorodnego pola przemieszczeń początek makroskopowej lokalizacji odkształcenia plastycznego odpowiadał różnym wartościom odkształcenia. Zostanie przeprowadzona analiza, która pozwoli określić, kiedy niejednorodny rozkład temperatury może być traktowany jako wskaźnik początku makroskopowej lokalizacji odkształcenia plastycznego. Przeprowadzona zostanie symulacja numeryczna procesu stygnięcia powierzchni próbki po nagrzaniu impulsem cieplnym, dla materiału, geometrii defektów i warunków początkowo-brzegowych takich, jak w przeprowadzonych eksperymentach. Uzyskanie wyników symulacji zgodnych z wynikami eksperymentu, pozwoli na analizę defektów o różnych kształtach, o różnej dyfuzyjności cieplnej, jak również o różnej, niż równoległa do powierzchni, orientacji defektu. Eksperymentalne przeprowadzenie podobnej analizy, byłoby bardzo kosztowne, m.in. ze względu na trudności w wykonaniu odpowiednich próbek.

Zlecenie 127 realizowane jest w Laboratorium Termoplastyczności.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 128:

Badanie zmian własności mechanicznych oraz mikrogeometrii powierzchni warstwy wierzchniej w procesach kształtowania i eksploatacji.

Potrzeba rozpoznania mechanizmów i modelowanie procesu kontaktu i zużycia jest zgłaszana przez ośrodki przemysłowe i te zagadnienia są tematem projektów badawczych  z dziedziny badań stosowanych, a także są przedmiotem publikacji w czasopismach naukowych z listy  filadelfijskiej. Warstwy powstające w wyniku implantacji jonowej są nowoczesnymi nano-warstwami gradientowymi. Badanie takich warstw jest jednym z priorytetowych kierunków w inżynierii powierzchni. W ostatnich latach obserwujemy ponowny wzrost zainteresowania badaniami zmian strukturalnych w materiałach po napromieniowaniu wysokoenergetyczną wiązką jonów oraz zastosowaniem technik wiązkowych do poprawy własności użytkowych (odporność na zużycie, korozję, wzrost twardości) nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych, szczególnie w zastosowaniach biomedycznych.Podstawy teoretyczne identyfikacji własności warstw metodą wtłaczania wgłębnika to nadal zagadnienie otwarte, które jest przedmiotem wielu prac. Metody diagnostyki cienkich warstw i metali przy pomocy testu indentacji stosowane w urządzeniach komercyjnych ograniczone są głównie do identyfikacji modułu sprężystości i twardości. Jednak nawet w ramach tego ograniczenia, metody te nie są wystarczająco uniwersalne, na przykład nawet w proponowanych w literaturze naukowej metodach  identyfikacji rzadko uwzględnia się wpływu anizotropii materiału na otrzymane wyniki. Pogłębiona analiza eksperymentalnych wyników testów nano- i mikro-indentacji oraz ich modelowanie umożliwi opracowanie ulepszonych metod identyfikacji parametrów materiałowych, odnoszących się nie tylko do parametrów sprężystych, ale także do własności plastycznych z uwzględnieniem anizotropii i efektu skali.

Zlecenie 128 realizowane jest w Pracowni Warstwy Wierzchniej.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 131:

Mikromechanika materiałów i cienkich warstw w zakresie niesprężystym.

Modelowanie mikromechaniczne zjawisk zachodzących w nowoczesnych materiałach polikrystalicznych, takich jak wielofunkcyjne materiały z pamięcią kształtu, związki międzymetaliczne i materiały o wysokiej wytrzymałości właściwej, umożliwia ich głębsze zrozumienie oraz stanowi podstawę do budowania modeli fenomenologicznych. W podzadaniu 1 planowana jest kontynuacja badań nad modelami wieloskalowymi z uwzględnieniem specyfiki mechanizmu bliźniakowania oraz przeprowadzeniem szeregu symulacji numerycznych procesów deformacji dla reprezentatywnego elementu objętościowego. W podzadaniu 2 metodyka badań mikromechanicznych jest koncepcyjnie zbliżona, lecz występuje szereg różnic związanych ze specyfiką analizy cienkich warstw i złożoną topografię powierzchni materiału. Modelowanie nowoczesnych powłok niskotarciowych i samosmarujących uwzględnia efekty związane z utlenianiem i sprzężeniami termomechanicznymi. Ważnym problemem jest uzyskanie efektywnych modeli zużycia materiału uwzględniających chropowatość powierzchni i duże odkształcenia plastyczne w jej pobliżu. Celem badań ujętych w podzadaniu 3 jest wyjaśnienie i przewidywanie ewolucji mikrostruktury w kryształach metali i stopów przy wykorzystaniu opracowanej metody przyrostowej minimalizacji energii, a tym samym dostarczenie ilościowych powiązań pomiędzy deformacją makroskopową a zmianami mikrostruktury. Modelowanie zachowania się kompozytów (podzadanie 4) w trakcie ich wytwarzania i eksploatacji ma na celu wspomóc inżynierię materiałową w optymalnym doborze składników kompozytu oraz ich rozmieszczenia. Aktualnym problemem jest opracowanie metody przewidywania wpływu udziału fazy ceramicznej na nieliniowe właściwości makroskopowe kompozytu przy uwzględnieniu plastyczności  fazy metalowej i rozwoju uszkodzeń.

Zlecenie 131 realizowane jest w Pracowni Mechaniki Materiałów Niesprężystych.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 132:

Modelowanie i wytwarzanie kompozytów ceramiczno – metalowych.

Tematy badawcze Zespołu związane z modelowaniem i wytwarzaniem kompozytów ceramiczno-metalowych zostały zainspirowane przez przemysł lotniczy i samochodowy w projekcie europejskim KMM-NoE (6. PR) i są obecnie rozwijane w projektach MATRANS (7. PR) i KomCerMet (POIG 1-3), w których Zespół uczestniczy.
Tematyka badań Zespołu łączy modelowanie analityczno-numeryczne zaawansowanych kompozytów metalowo-ceramicznych i wytwarzanie tych kompozytów metodami metalurgii proszków w laboratorium ZeZMK.

Przy realizacji zadań badawczych Zespół rozwinął współpracę wewnątrz Instytutu (pomiary modułów sprężystości: metodą ultradźwiękową, przy wykorzystaniu mikroskopu akustycznego) i metodą „klasyczną” na maszynie wytrzymałościowej oraz poza Instytutem w ITME (wytwarzanie kompozytów), Instytutucie Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie (wytwarzanie kompozytów i modelowanie naprężeń resztkowych), IMIM (pomiary naprężeń resztkowych), Instytutucie Transportu Samochodowego (pomiary odporności na pękanie w testach compact tension) i IFAM-Fraunhofer Dresden (wytwarzanie kompozytów MMC metoda SPS). Ta współpraca potwierdza zainteresowanie innych grup badawczych pracami ZeZMK i pośrednio również uzasadnia celowość kontynuacji tematyki Zespołu.

Celowość kontynuacji tematów wynika także z zainteresowania krajowego przemysłu materiałami wytwarzanymi przez Zespół, potwierdzonego współpracą z Ecoren S.A. oraz planowaną współpracą Zespołu z AVIO Polska.

Zlecenie 132 realizowane jest w Zespole Zaawansowanych Materiałów Kompozytowych.