Kierownik Zakładu:

Zlec. 101 Kontynualno – atomistyczna analiza niejednorodności heterostruktury kryształów.

Zlec. 102 Analiza numeryczna konstrukcji powłokowych.

Zlec. 104 Niezawodność i optymalizacja złożonych materiałów i układów konstrukcyjnych.

Zlec. 105 Rozwijanie algorytmów numerycznych i oprogramowania metody elementów dyskretnych i skończonych z jawnym całkowaniem równań ruchu względem czasu.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 101:

Kontynualno – atomistyczna analiza niejednorodności heterostruktury kryształów.

Proponowany temat jest w pewnym sensie kontynuacją poprzednich badań z zakresu modelowania numerycznego własności termodynamicznych zdefektowanych heterostruktur. W/w tematyka jest nadal bardzo nowoczesnym kierunkiem badań i powrót do klasycznego modelowania deformacji plastycznych metali w dobie szybkiego technologicznego rozwoju elektroniki byłby zdecydowanym krokiem wstecz. Przedmiotem proponowanej kontynuacji badań na 2013 jest analiza teoretyczna związków konstytutywnych i modelowanie numeryczne dotyczące termodynamicznego modelowania deformacji sprężystych sieci kryształów z uwzględnieniem efektów nielinowych zarówno sprężystych jak i pól sprzężonych, takich jak: pole dystorsji źródłowych od dyslokacji, efekt piezoelektryczny prosty i odwrotny – w tym przejście matematyczne ze stałych piezoelektrycznych drugiego rzędu z opisu opartego na energii wewnętrznej na opis oparty na funkcji ,,energii” elektrycznej Gibbsa, kwantowe efekty optoelektroniczne, dyfuzja składników chemicznych z uwzględnieniem gradientu pola naprężeń jako składowej termodynamicznej siły napędowej rządzącej dyfuzją w półprzewodnikowych stopach. Rekonstrukcja atomistyczna heterostruktur krystalicznych zawierających defekty sieci.

Zlecenie 101 realizowane jest w Pracowni Metod Komputerowych Inżynierii Materiałowej.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 102:

Analiza numeryczna konstrukcji powłokowych.

Będą kontynuowane badania dotyczące powłokowych elementów skończonych dla skończonych odkształceń oraz analizy wrażliwości na parametry konstytutywne. Elementy powłokowe posiadają wiele zastosowań w analizie konstrukcji i projektowaniu inżynierskim i od ich jakości zależy dokładność, szybkość i niezawodność obliczeń inżynierskich. Jednym z zastosowań są kompozytowe elementy samolotów, których analiza wymaga praw konstytutywnych opisujących zachowanie się materiałów warstwowych o skomplikowanej mikrostrukturze.

Warto podkreślić, że jest to zaawansowana tematyka badań, stojąca na pograniczu mechaniki, metod numerycznych i technik informatycznych oraz, że równania dla takich problemów są silnie nieliniowe. Tematyka ta jest rozwijana w czołowych ośrodkach uniwersyteckich, a także w ramach projektów Unii Europejskiej. Dotychczas zespół realizował ww. tematykę w ramach 4 następujących projektów europejskich: (a) GROWTH Project no.G3RD-CT-2000-00276 „Design Sensitivity Analysis for dynamic car crashsimulations” (2002-2004), (b) GROWTH Project no. GRD1-1999-10721 “Harmonisation of rules and design rationale” (1999-2002) “Dynamic FE analysis of ships collision”, (c) ESPRIT Project no. 28159. ASRA-HPC: “Sensitivities for non-linear systems” (1998- 2001), d) MAAXIMUS Project koordynowanyprzezfirmę AIRBUS (2008-11).

Zlecenie 102 realizowane jest w Zespole Komputerowych Analiz Zaawansowanych Konstrukcji.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 104:

Niezawodność i optymalizacja złożonych materiałów i układów konstrukcyjnych.

Pracownia włączona jest m.in. w realizację dwóch dużych projektów badawczych finansowanych w ramach funduszy strukturalnych (KomCerMet i NUMPRES) oraz międzynarodowego projektu MATRANS finansowanego przez Komisję Europejską w 7. Programie Ramowym. Udział partnerów przemysłowych w tych projektach stwarza możliwość formułowania problemów zgodnych z potrzebami przemysłu oraz weryfikację uzyskanych wyników naukowych w praktyce. Partnerami są tu przedstawiciele przemysłu maszynowego, samochodowego i lotniczego.

Pracownia współpracuje też z innymi pracowniami i zakładami w Instytucie, dla których metody analizy niezawodności i optymalizacji są istotne jako uzupełnienie ich własnych badań.Maszyny wieloprocesorowe stają się obecnie dużo bardziej dostępne. Coraz powszechniejsze rozwiązania gridowe dają dostęp do setek, a nawet tysięcy węzłów obliczeniowych. Tendencja ta sprzyja szerszemu upowszechnianiu się analizy stochastycznej oraz optymalizacji w inżynierskiej praktyce projektowej. Rozwiązywanie zagadnień analizy niezawodności oraz np. optymalizacji odpornościowej wymagają jednak stworzenia wyspecjalizowanego oprogramowania łączącego zarówno efektywną implementację algorytmów obliczeniowych, jak i walory użytkowe. Oprogramowanie takie musi umożliwiać łatwą komunikację z zewnętrznymi modułami obliczeniowymi (najczęściej z programami MES), a także uruchamianie analiz na komputerach o architekturze wieloprocesorowej bądź klastrach obliczeniowych. Na wielu etapach działania algorytmów analizy niezawodności i optymalizacji możliwe jest równoległe wykonywanie obliczeń wartości funkcji granicznej, co w znaczący sposób podnosi efektywność rozwiązania. Spośród metod, które ze swej “natury” mogą być łatwo przetwarzane na maszynach wieloprocesorowych wymienić należy metody symulacyjne lub wykorzystujące planowane eksperymenty, takie jak Monte Carlo, importancesampling czy też algorytmy symulowanego wyżarzania i algorytmy genetyczne w optymalizacji. Ponadto, czas działania metod gradientowych, można w istotny sposób ograniczyć “zrównoleglając” obliczanie gradientów funkcji granicznej. Mechanika pękania materiałów kompozytowych jest obszarem, w którym prowadzone są intensywne badania, a kryteria pękania ciągle są dyskutowane i nie ma dotychczas jednoznacznie ustalonych rozwiązań tego problemu. Kontynuacja badań nad tym zagadnieniem jest uzasadniona w świetle dotychczas uzyskanych wyników, które dają podstawy do sformułowanie ogólnych kryteriów pękania materiałów kompozytowych w złożonym stanie naprężenia.

Zlecenie 104 realizowane jest w Pracowni Niezawodności I Optymalizacji.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 105:

Rozwijanie algorytmów numerycznych i oprogramowania metody elementów dyskretnych i skończonych z jawnym całkowaniem równań ruchu względem czasu.

Metoda elementów dyskretnych (MED) jest nowoczesną metodą modelowania dyskretnego materiałów. Jest ona bardzo intensywnie rozwijana w ostatnim czasie w czołowych ośrodkach naukowych na świecie. Dysponujemy programem o bardzo dużych możliwościach, wynikiem dotychczasowych prac są publikacje w czołowych czasopismach. Algorytm metody elementów dyskretnych jest implementowany w programie metody elementów skończonych (MES) z jawnym całkowaniem równań ruchu względem czasu, dzięki czemu można stosować modelowanie hybrydowe MED/MES. W ramach prac statutowych w roku 2013 będą prowadzone badania nad zależnościami między zjawiskami zachodzącymi na poziomie mikro (model oddziaływania kontaktowego) oraz właściwościami makroskopowymi. Jest to jeden z najważniejszych problemów, nad którym są prowadzone obecnie badania na świecie. Przeprowadzone zostaną również wstępne prace nad wykorzystaniem metody elementów dyskretnych w nowych dziedzinach, np. modelowanie tłumu, modelowanie wzrostu tkanek.

Zlecenie 105 realizowane jest w Pracowni Metod Obliczeniowych Mechaniki Nieliniowej.