Institute of Fundamental Technological Research

Nanomaterials with their specifics properties for applications in biomedicine and electronics

The content of my lecture are the results of my research carried out in recent years and educational activities on the preservation of molecular matter condensed in nano-systems and their practical applications using their specific properties in biomedicine and electronics. Nanotechnology allows manipulation of matter at the level of individual atoms and produces materials with new properties different from their counterparts in the solid body. During the lecture, current progress will be presented in the processes of production of metallic, semiconductor, magnetic and carbon based nanostructures and nanomaterials. One of the important properties of nanotechnology is the ability to manipulate the electronic structure, mechanical properties and magnetic nanomaterials through changes in their ultrastructure, morphology and material composition. During the lecture I will present experimental methods developed in our laboratories for the creation and application of nanomaterials supporting early diagnostics and therapy of diseases as well as their application in electronics.

References:

1. Mulvaney, P; Liz-Marzan, LM; Giersig, M; et al.; Silica encapsulation of quantum dots and metal clusters; Journal of Materials Chemistry; 2000 10 6 1259-1270
2. Tang, ZY; Kotov, NA; Giersig, M; Spontaneous organization of single CdTe nanoparticles into luminescent nanowires; Science; 2002 297 5579 237-240
3. Correa-Duarte, MA; Wagner, N; Rojas-Chapana, J; et al.; Fabrication and biocompatibility of carbon nanotube-based 3D networks as scaffolds for cell seeding and growth; Nano Letters; 2004 4 11 2233-2236
4. Kosiorek, A; Kandulski, W; Chudzinski, P; et al.; Shadow nanosphere lithography: Simulation and experiment; Nano Letters; 2004 4 7 1359-1363
5. Karageorgiev, P; Neher, D; Schulz, B; et al.; From anisotropic photo-fluidity towards nanomanipulation in the optical near-field; Nature Materials; 2005 4 9 699-703
6. Ctistis, G.; Papaioannou, E.; Patoka, P.; et al.; Optical and Magnetic Properties of Hexagonal Arrays of Subwavelength Holes in Optically Thin Cobalt Films; Nano Letters; 2009 9 1 1-6
7. Mueller NS, Morfa AJ, Abou-Ras D, et al.; Growing graphene on polycrystalline copper foils by ultra-high vacuum chemical vapor deposition; Carbon; 2014 78 347–355

Magnetic suspension technology from Military University of Technology

Magnetic suspension technology was developed and commercialised in practice due to its advantages, such as no mechanical contact between the kinematic pair in various drives. This technology eliminates mechanical contact between the stator and the rotor, friction forces, small additional losses, etc. The magnetic suspension systems are classified into three categories: active, passive and non-bearing drives. Active magnetic suspensions use electromagnets to generate magnetic forces and require a closed-loop control system. Passive magnetic suspensions use permanent magnets, superconductors and conductors of various configurations to generate magnetic levitation forces. They do not require feedback control systems and they are simpler than the active systems. Compared to ordinary mechanical bearings, the magnetic bearings have several advantages, such as low mechanical vibrations level, no need for lubrication, high durability, no tribological wears and the ability to operate long time at high speed.

During the lecture, the magnetic suspension structure (active, passive and bearingless electric machines) will be presented. In particular, simulations and experimental studies of the magnetic linear guide and magnetic bearings dedicated to rotary machines will be shown. Finally, the doctoral dissertation on the advanced magnetic control system of a jet-engine rotor suspension system will be discussed.

Uroczyste seminarium naukowe poświęcone pamięci Profesora Wojciecha Krzysztofa Nowackiego (1938-2009)

Program Seminarium obejmuje:

* Powitanie gości i uczestników Seminarium - prof. Tadeusz Burczyński

* Wykład pt.: "Wspomnienie o Profesorze Wojciechu Krzysztofie Nowackim (1938-2009): życie i twórczość" - dr hab. Elżbieta Pieczyska

* Dyskusja: wystąpienia gości i uczestników:
Jak pamiętamy prof. Wojciecha K. Nowackiego?

* Zamknięcie Seminarium

* Poczęstunek

From Schrödinger and Maxwell equations to wave optics of exact vector twisted beams

It is well known that exact, nonparaxial solution to beam propagation can be obtained by successive corrections to the corresponding approximate, paraxial solution. This solution has then a form of infinite expansion of the beam field in powers of some expansion parameter. It appears however, that the exact solution to the problem can be formulated differently, without resorting to any field expansion or approximation. A final three-dimensional vector form of this solution is composed from a few independent scalar beam fields being exact solutions to Fock or Schrödinger parabolic equations. Elegant Laguerre-Gaussian beams of arbitrary order are taken as building blocks of this final solution. They span a space of square integrated functions and carry finite energy, linear and angular momenta densities along directions of their propagation. As such, they are especially suitable in analyses of beam propagation problems in free space or, in general, in any planar layered dielectric structure.

A minimal gradient-enhancement of the classical continuum theory of crystal plasticity

A simple gradient-enhancement of the classical continuum theory of plasticity of single crystals has been proposed for incorporating size effects in a manner consistent with phenomenological laws established in materials science. A missing term in the standard hardening rate-equation has been derived which includes a natural internal length scale expressed in a closed form through standard parameters. In result, by this simple enhancement of the classical theory of plasticity, no extra assumption is needed to predict size effects. A surprising agreement with experimental observations of the spherical indentation in a Cu single crystal was found.

Zrozumienie roli fazy amorficznej w wybranych właściwościach polimerów krystalizujących
(seminarium habilitacyjne)

Rocznie na świecie wytwarza się ponad 350 milionów ton tworzyw polimerowych a ich produkcja z każdym kolejnym rokiem systematycznie wzrasta. Jeśli przeanalizujemy na jakiego rodzaju materiały polimerowe jest największe zapotrzebowanie to okaże się, że trzy pierwsze pozycje w zestawieniu zajmują polimery częściowo krystaliczne. Unikatowe właściwości fizyczne polimerów częściowo krystalicznych są pochodną ich złożonej, równie unikatowej struktury. Ze względu na znaczny udział obszarów nieuporządkowanych (amorficznych) w polimerze krystalizującym (wynoszący od 10 do blisko 100 %) podejmowanie badań dotyczących niniejszego komponentu wydaje się niezwykle istotne.

Podczas wykładu zaprezentowane zostaną badania dotyczące roli fazy amorficznej we właściwościach fizycznych polimerów częściowo krystalicznych. Przeanalizowany zostanie wpływ struktury obszarów nieuporządkowanych na właściwości matrycy polimerowej (właściwości mechaniczne, termiczne, barierowe) jak również mechanizmy aktywowane podczas procesu deformacji. Przeanalizowana zostanie także rola zjawiska kawitacji (jeden z mechanizmów towarzyszących odkształcaniu większości polimerów krystalizujących, aktywowany w fazie amorficznej) na szereg procesów/zjawisk towarzyszących deformacji plastycznej polimerów częściowo krystalicznych: fragmentację kryształów lamelarnych, indukowaną odkształcaniem dynamikę reorientacji komponentu krystalicznego i amorficznego, stopień orientacji kryształów, odkształcenie aktywacji mechanizmów deformacji plastycznej kryształów oraz transformacji martenzytycznej, efekty termiczne towarzyszące odkształcaniu.

Ultradźwiękowe badania właściwości fizykochemicznych wybranych ośrodków ciekłych w warunkach wysokiego ciśnienia
(seminarium habilitacyjne)

Przedstawione zostaną wyniki badań i ich analiza dla trzech wybranych cieczy z grupy acylogliceroli: dwie ciecze to triacyloglicerole (olej z oliwek i trioleina) oraz jedna to diacyloglicerol (olej DAG). Badania były prowadzone w warunkach wysokiego ciśnienia sięgającego wartości 650 MPa przy wykorzystaniu metod ultradźwiękowych. W czasie kompresji zmierzono gęstość, prędkość dźwięku oraz lepkość badanych cieczy. Na podstawie wyników pomiarów wyznaczono wartości następujących parametrów: ściśliwości adiabatycznej βS, długości międzycząsteczkowej drogi swobodnej Lf, objętości molowej VM, stałej b w równaniu van der Waalsa, różnicy objętości molowej VM i parametru b oraz napięcia powierzchniowego σ. Stwierdzono obecność wysokociśnieniowych przemian fazowych we wszystkich badanych cieczach. Zbadano przebieg zmian ciśnienia w trakcie przemiany fazowej. Znaczne różnice w zachowaniu się badanych cieczy w warunkach wysokiego ciśnienia wynikają z zasadniczych różnic w cząsteczkowej budowie tych cieczy.

Wykorzystanie metrologii magnetycznej w dziedzinie badania właściwości materiałów

Inżynieria materiałowa jest dziedziną nauki zajmującą się w bardzo szerokim zakresie technikami wytwarzania jak i badania nowych czy też istniejących już materiałów. Potrzeba pozyskiwania coraz to dokładniejszych informacji na temat stanu nowo zaprojektowanego czy też eksploatowanego materiału implikuje konieczność opracowywania nowych technik badań umożliwiających, w połączeniu z klasycznymi technikami, coraz to dokładniejszą i efektywniejszą ich charakterystykę. Referat ma za zadanie zaprezentować możliwości zastosowania zjawisk magnetycznych, głównie magnetosprężystych, w dziedzinie badań strukturalnych oraz w zakresie określania wielkości odkształcenia występującego w stalach ferromagnetycznych. Prezentować będzie osiągnięcia wieloletnich badań z wykorzystaniem autorskich rozwiązań systemów pomiarowych, wykorzystujących zjawisko magnetosprężyste, dla różnych klas materiałów konstrukcyjnych, wykazując ich skuteczność w zakresie szeroko pojętej charakterystyki materiałowej.

Influence of structure on physical properties and performance of electrospun nanofibers for advanced applications
(seminarium habilitacyjne)

The development of novel advanced nanomaterials raised in the last decade years has been strongly assisted by the progresses in the optimization of processes able to transform polymer masses into fibers. Moving from micrometric to nanometric dimensions by using electrospinning, polymer fibers acquire new chemical as well as morphological characteristics, which in turn provide or improve several material features like as the physical properties. The high surface area make these fibers useful in all the applications that require an elevate number of active sites per unit volume, therefore during the last decade electrospun nanofibers found application in several fields: filtration, insulation, biomedical devices, protective clothing, conducting devices, sensors, catalysis, photovoltaics, fuel cells, and energy storage. Among the many interesting applications, electrospun nanofibers have been used in several branches on biomedicine like as tissue engineering, drug delivery, biosensing, diagnostics, wound dressing, biomembranes and coatings. During this seminar, we will discuss the latest application of electrospun nanofibers focusing on the Author's contribution to the scientific progress in the field.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

Wpływ sprzężenia elektromechanicznego na dynamikę napędu pojazdów i maszyn

W ostatnich latach rozwój techniki, a przede wszystkim wzrost świadomości i odpowiedzialności za środowisko naturalne, pozwoliły na dynamiczny rozwój napędów elektrycznych pojazdów i maszyn. Zauważyć można na rynku szybki rozwój elektrycznego transportu publicznego w postaci autobusów i tramwajów elektrycznych. W wielu miastach i gminach zostają skutecznie wprowadzane tzw. strefy zielone, gdzie w niedługim czasie będzie obowiązywał całkowity zakaz wjazdu pojazdów z napędem spalinowym. W związku z powyższym, podjęto próbę analizy wpływu sprężeń elektromechanicznych w elektrycznych napędach pojazdów oraz maszyn. W ramach seminarium zaprezentowane zostaną przykłady analizy dynamicznej napędu pojazdów szynowych oraz maszyn. Zostaną przedstawione opisy matematyczne wybranych obiektów wraz z wynikami teoretycznymi oraz eksperymentalnymi. Na podstawie otrzymanych wyników badań należy stwierdzić, że – ze względu na występowanie i istotność sprzężeń elektromechanicznych – istnieje potrzeba zaawansowanego modelowania i identyfikacji cech silnika elektrycznego napędzającego badane układy mechaniczne.

Stability For Charged Particles Settling Under Gravity In A Viscous Fluid (seminarium przed otwarciem przewodu doktorskiego)

It is shown by construction that two charged particles settling in a viscous fluid may have configurations which are asymptotically stable to perturbations, a new fundamental result for the qualitative behavior of settling particles in the low Reynolds number regime. This may have wide applications in the motion of micrometer scale systems. It is shown that such states exist for a wide range of charges, particle radii and particle densities. Scientific plans for future work building on the results outlined in [1] will be announced.

Wavelet analysis of ultrasonic signals in soft tissue structure characterization

The main thesis of the presented dissertation is to introduce the new markers characterizing tissue microstructure thanks to the use of wavelet distributions of backscattered signals. Primo, using the wavelet decomposition of the signal envelop we found

1. new statistical markers associated with different number of diffusers (in agar imaginations doped with glass balls), and

2. the method of tracking temperature increase by parameters in a wavelet level decomposition which significantly reducing the amount of data processed is proposed.

Secondo, using the wavelet distributions of the signal

1. it is shown that determining the MSS parameter (mean scatterer spacing) from the wavelet decomposition significantly improves the accuracy of MSS estimation, done on the example of a thread phantom, and

2. thanks to an introduced the degree of the chaoticity of the structure - chaotic index - one can distinguish regularity of pseudo-periodic structure in liver tissue in vivo from the more chaotic structure of cancerous tissue.

Extremely Modular Systems: a new approach to the design of structures (habilitation seminar)

Extremely Modular System (EMS) is a family of concepts where assembly of congruent modules allows for creation of free-form structures. The four major advantages of EMSs are: economization (due to mass-production), deployability, reconfigurability and robustness (the modules which failed can be easily replaced, also if some fail, the system may still perform some desired tasks). The disadvantage of EMSs is that their assembly and control is non-intuitive, and rather difficult. In other words, the combination of non-trivial congruent units to form meaningful structures, or their kinematic actions formulated as discrete optimization problems, are computationally expensive. A number of alternative approaches have been studied, including: graph-theoretic methods and meta-heuristics.

Material and structure behavior under extreme conditions: Modeling and experimental approaches

Granice fazowe jako narzędzie do tworzenia materiałów o pożądanych właściwościach mechanicznych i funkcjonalnych

Dynamiczny rozwój bioniki stał się podstawą wielu przełomowych odkryć, również w dziedzinie inżynierii materiałowej. Interesujący przykład stanowią pancerze ochronne mięczaków doskonalone na drodze milionów lat ewolucji. Konfrontacja przeprowadzonych badań teoretycznych i eksperymentalnych ujawnia, że zwierzęta te tworzą muszle o unikalnych, złożonych mikrostrukturach kontrolując geometrię granic fazowych. Zdolność do pełnej eksploatacji korzystnych energetycznie granic sprawia, że materiały biogeniczne osiągają znacząco lepsze właściwości mechaniczne i funkcjonale w stosunku do syntetycznych odpowiedników. Te ostatnie charakteryzują się wysoko uporządkowaną strukturą, która ogranicza geometrię granic do kilku szczególnych postaci. Inspirując się koncepcją Natury możemy odpowiednie zaburzenia generować również w materiałach syntetycznych. Jednym z ciekawszych przykładów są stopy z magnetyczną pamięcią kształtu, w których poprzez modulowanie struktury uzyskuje się poprawę właściwości mechanicznych i funkcjonalnych.

Dual-scale modelling and 3D printing of an adaptive sound absorber

Porous materials are effective acoustic insulators. They possess superior acoustic damping properties due to a specific internal structure consisting of a solid skeleton and voids (pores) filled with fluid. During the seminar the idea of an adaptive sound absorber will be presented. The proposed material is a periodic porous medium with modifiable microgeometry so that its ability to absorb or insulate noise can be accommodated to different frequency ranges. It is made up of a simple microstructure with small smooth balls trapped inside certain pores. Its adaptive character follows from and is controlled by the actual position of the balls with respect to the governing direction of acoustic wave propagation. Depending on the configuration, the balls close different channels that connect the pores and therefore alter the visco-inertial phenomena between the saturating fluid and solid walls taking place at the microscale level. As a consequence, the values of the relevant macroscopic transport parameters are significantly influenced, whereas the porosity as well as thermal permeability, tortuosity and characteristic length remain intact. From the point of view of the overall sound propagation within the porous material, the induced change is crucial and entails substantial shifts in absorption peaks, among others. All this is studied numerically using an advanced dual-scale modelling, and the results are verified by the corresponding experimental tests of 3D-printed samples.

Dynamics of sedimenting elastic knotted loops

Chains of metal beads knotted to a topology of a torus knot, settling under gravity in a very viscous silicon oil, tend to stabilize in the form of extended, flat, tightly interwound loops. In this configuration they perform an oscillatory motion of the loops swirling periodically around each other. Owing to hydrodynamic similarity, micro-chains in water are expected to behave in the same way. Stokesian dynamics simulations of elastic fibers confirm the long-lasting character of the swirling motion and show also the accompanying rotation of the system. The main conclusion is that dynamics of topologically complex flexible microobjects in fluids can lead to formation of ordered structures. This finding is important for understanding centrifugation and sedimentation experiments with DNA, proteins or other biological systems. (M. Gruziel, K. Thyagarajan, G. Dietler, A. Stasiak, M. L. Ekiel-Jezewska, P. Szymczak, Physical Review Letters, 121, 127801, 2018.)

Formation of droplets at low values of the Capillary number in microfluidic T-junction

Although seemingly simple and widely used, formation of droplets in confinement of microfluidic channels has not yet been completely understood. Generation of confined droplets at low values of the Capillary number is described by the squeezing mechanism, which predicts the volume of a droplet to only be a function of the ratio of flow rates of the two immiscible liquids. Here we predict and experimentally verify a new regime of droplet formation, that we call ‘leaking’. By formally accounting for the flow around the droplets (leaking) through the corners of the channel, we unify the description of droplet formation at low values of the Capillary number.

Identyfikacja modelu ruchu samolotu wzbudzonego jednoczesnymi wymuszeniami multisine

Praca prezentuje wyniki identyfikacji modelu symulacyjnego samolotu F-16. Obiekt został wzbudzony jednoczesnymi wychyleniami lotek i steru wysokości za pomocą wymuszeń multisine. Estymację parametrów przeprowadzono przy użyciu charakterystyk częstotliwościowych. W celu oceny wyniku przeprowadzono także identyfikację za pomocą zasady największej wiarygodności oraz wykorzystano inny zbiór wymuszeń – sygnały świergotowe.

Analyses of fracture in concrete at meso-scale using DEM and X-ray micro-computed tomography

The concrete materials have a very complicated heterogeneous structure, changing from few nanometres (hydrated cement) to millimetres (aggregate). Therefore fracture which is a main phenomenon in these materials is an extremely complex process since consists of main macro-cracks with various branches, complementary cracks and micro-cracks. To date, however, very little is known about the intrinsic relationship between strength and fracture and particle characteristics and their quantitative influences on the macroscopic properties of concretes. During the seminar experimental and numerical tools for study of fracture process in concrete will be presented. A novel high-resolution micro-tomography system scans used as data source for numerical simulations of fracture with discrete element method will be described. A few examples of tomography scans presenting its abilities will be given. The experimental campaign on size effect in splitting tensile test will be compared with results of DEM simulations based on data extracted from CT scans. The deep analysis of fracture process: force chains, displacements, rotations and internal energies in fractured and non-fractured regions will lead to some conclusions.

Adaptacyjne sterowanie konstrukcji półaktywnych poddanych wymuszeniu o zmiennym charakterze z zastosowaniem do belki Eulera-Bernoulliego poddanej ruchomemu obciążeniu o zmiennej prędkości

Podczas seminarium zostanie zaprezentowany autorski algorytm stabilizacji konstrukcji poddanych zewnętrznym wymuszeniom o zmiennym charakterze. Algorytm sterowania bazuje na iteracyjnym pomiarze i identyfikacji liniowego modelu dynamicznego wymuszenia. Transformacja modelu z zewnętrznym wymuszeniem do przybliżonego modelu autonomicznego pozwala na wyznaczenie suboptymalnego prawa sterowania z wykorzystaniem wydajnych procedur numerycznych; szybkość ich wykonywania umożliwia natychmiastową aktualizację sterowania w wypadku wykrycia zmiany wymuszenia. Działanie algorytmu zostało zweryfikowane numerycznie poprzez symulację problemu stabilizacji półaktywnie sterowanej belki poddanej ruchomemu obciążeniu. Wyniki dla trzech scenariuszy przejazdu zostaną przedstawione wraz z porównaniem do sterowania pasywnego i optymalnego.

Demonstrator przenośnego ultradźwiękowego systemu Phased-Array z funkcją Full-Matrix Capture do badań nieniszczących

Ultradźwiękowe systemy Phased-Array (PA) umożliwiają detekcję i ocenę wad za pomocą wieloelementowych głowic ze skanowaniem elektronicznym. Zaawansowane metody kierowania wiązki oraz wizualizacji znacznie ułatwiają badania obiektów o skomplikowanej geometrii. Należy jednak pamiętać, że klasyczna metoda PA bazuje na tych samych zasadach fizycznych, co skanowanie standardowymi głowicami jednoelementowymi i posiada te same ograniczenia.

W naszym laboratorium pracujemy nad implementacją nowej klasy metod obrazowania UT, które wykorzystują technikę Full-Matrix Capture (FMC) oraz Total Focusing Method (TFM). Metody te dają zupełnie nowe możliwości rekonstrukcji obrazów wad i pozwalają na uzyskanie jednorodnej rozdzielczości poprzecznej w całej głębokości badania. W tym celu zbudowaliśmy demonstrator przenośnego systemu PA wyposażony w funkcje FMC i TFM. Akwizycja pełnej macierzy ech oraz przetwarzanie softwarowe na wbudowanym procesorze GPU (Nvidia Tegra) zapewniają duże możliwości przetwarzania i analizy sygnałów. Demonstrator jest wyposażony w 32-kanały akwizycji w konfiguracji 32:128 i współpracuje ze standardowymi głowicami PA firmy Olympus®.

Liczymy, że system znajdzie zastosowanie zarówno do realizacji prac badawczych dot. nowych metod badań nieniszczących, jak i do ich wdrażania w aplikacjach przemysłowych.

Drgania regularne i nieregularne kosteczek słuchowych człowieka

W prezentacji przedstawiony zostanie model matematyczny ucha środkowego człowieka w kilku wariantach. Jako pierwszy będzie to model ucha zdrowego, następnie uszkodzonego i zrekonstruowanego za pomocą klasycznych protez oraz protezy nowego typu wykonanej z materiału z pamięcią kształtu. Wyniki analiz teoretycznych będą skonfrontowane z rezultatami badań doświadczalnych.

Using Primal-Dual Interior Point Method to Determine Least-Weight Truss Layouts

We are concerned with solving challenging engineering problems arising in truss layout design. Such problems arise in the design of bridges, exoskeleton of tall buildings and large span roof structures. The problem is formulated as finding a structure which sustains a given set of applied loads and minimizes the overall weight of the structure. An excessive formulation of the problem involves huge number of possible interconnecting bars and defies any existing optimization software.

We propose to solve the problem by a specialized primal-dual interior point method. We use member generation technique to identify only a small subset of possible bars, those which are essential to guarantee desired structural properties. We exploit the algebraic structure of the problem and reduce the normal equations originating from the interior point algorithm to much smaller linear equation systems and apply the preconditioned conjugate gradient method to solve these systems. A special purpose preconditioner based on the mathematical properties of the problem is designed.

In the next step stability analysis of such obtained structures is performed. It involves positive semidefinite constraints and lifts the problem to another level of difficulty. Again a specially designed preconditioner combined with Krylov subspace method is applied to tackle the linear algebra subproblem.

All proposed methods have been implemented and applied to solve case studies originating from genuine engineering design problems. Computational results demonstrate the efficiency and robustness of the method.

This is joint work with Dr Alemseged Weldeyesus.

Koncepcja Materii Programowalnej - wyzwania z pogranicza mechaniki i informatyki

Materia Programowalna (ang. Programmable Matter) jest to klasa hipotetycznych układów (meta-materiałów) potrafiących w sposób programowalny zmieniać swój kształt w niemalże dowolnym zakresie. Obecnie najbardziej zaawansowane prace w tym kierunku wywodzą się z robotyki modułowej, gdzie rozpatrywane są układy składające się z dużej liczby niewielkich robotów, mogących się ze sobą łączyć/rozłączać, przemieszczać względem siebie oraz wymieniać między sobą informacje i je przetwarzać. Zmiana kształtu takiego konglomeratu robotów jest planowana i realizowana w sposób kolektywny jako zagadnienie rekonfiguracji (zmiany sieci połączeń oraz wzajemnego położenia robotów). W ramach seminarium przedstawię nasze podejście do projektowania tego typu rekonfigurujących się struktur oraz do tworzenia rozproszonych algorytmów planowania rekonfiguracji.

Nonlinear Dynamics and Design of Vibration Harvester-Absorber System

This presentation shows a novel harvester-absorber system (HAS) that uses magnetic levitation (maglev) in order to recover energy. The energy harvester is mounted in a pendulum which plays a dynamic absorber role. The non-linearity of the magnetic field suspension exhibits a hardening Duffing’s characteristics. A new model of an electromechanical coupling which depends on a magnet position in a coil is proposed. Theoretical investigations are followed by a seri

Unveiling complexity of church bells dynamics using experimentally validated hybrid dynamical model

Church bells can be found all over the world and despite they are one of the oldest musical instruments there are still many open problems. We investigate the dynamics of the yoke-bell-clapper impacting system using a nonlinear hybrid dynamical model, which is verified experimentally. Having proved that the model is a reliable predictive tool we present a plethora of different dynamical behaviours that can be observed in the considered system. We highlight the solutions that can be considered as a proper working regimes of the instrument and describe how to obtain them. Detailed bifurcation analysis using the path-following methiod allow us to present how the design of the yoke and propulsion mechanism influence the response of the system. Presented results prove the feasibility of the developed model and demonstrate the importance of nonlinear analysis in practical engineering applications.

Diagnostyka i monitorowanie integralności struktury konstrukcji lotniczych --- wyzwania i stan techniki

W trakcie wystąpienia przedstawione zostanie podejście do diagnostyki i oceny stanu technicznego konstrukcji lotniczych obejmujące diagnostykę nieniszczącą jako podejście periodyczne oraz ciągłe z wykorzystaniem czujników in-situ. Kolejnym aspektem będzie problematyka diagnozowania konstrukcji kompozytowych i modeli ich uszkadzania. Finalnie przedstawione zostanie podejście do analizy sygnałów z wykorzystaniem modeli regresji oraz sieci czujników danych.

Optymalizacja topologii struktur sprężystych z wykorzystaniem nowoczesnych metod heurystycznych

Optymalizacja topologiczna jest jedną z dynamicznie rozwijających się gałęzi optymalizacji konstrukcji zarówno pod względem teoretycznym, jak i zastosowań w rozwiązaniach inżynierskich. Swój sukces zawdzięcza między innymi postępowi w zakresie rozwijania nowoczesnych metod numerycznych stosowanych w optymalizacji. Współczesne metody, często oparte na heurystykach, pozwalają w krótkim czasie rozwiązywać problemy optymalizacji topologicznej równie efektywnie co tradycyjne metody gradientowe a równocześnie są proste w implementacji numerycznej i zazwyczaj nie wymagają dużej mocy obliczeniowej. Prezentacja ma na celu przybliżenie jednej z metod heurystycznych, której koncepcja opiera się na schemacie działania automatu komórkowego. Istotną rolę w zastosowanym ujęciu mają reguły uaktualniania wartości zmiennych decyzyjnych. W pracy zostaną przedstawione oryginalne reguły uaktualniania, które okazały się efektywne w zastosowaniu do szerokiej klasy problemów optymalizacji topologii płaskich i przestrzennych struktur sprężystych. Poruszone zostaną takie problemy jak optymalizacja topologiczna z wykorzystaniem nieregularnych siatek komórek, optymalizacja struktur wielomateriałowych, generowanie topologii struktur narażonych na utratę stateczności, optymalizacja topologiczna z udziałem obciążeń masowych, generowanie topologii w wybranych obszarach konstrukcji czy zastosowanie technik optymalizacyjnych w problemach naprawy i rekonstrukcji (retrofitting) elementów budowli architektonicznych.

Dynamika wirujących cienkościennych belek kompozytowych

W wystąpieniu omówiono dynamikę układu wirnika składającego się ze sztywnej piasty i dołączonych cienkościennych belek o profilu zamkniętym wykonanych z laminatów wielowarstwowych. W pierwszej części referatu omówiono zaproponowany model matematyczny belek wysięgnikowych. W ujęciu tym uwzględniono m.in. kierunkowe własności kompozytu, efekt deformacji postaciowej materiału, a także deplanację przekroju poprzecznego belki w wyniku nieswobodnego skręcania profilu.

W drugiej części wystąpienia przedstawiono analizę trzech wybranych zagadnień dynamiki konstrukcji z zastosowaniem opracowanego modelu matematycznego. W pierwszej kolejności omówiono dynamikę wirnika wykonującego ruch obrotowy z dodatkowym wymuszeniem ruchem postępowo-zwrotnym osi piasty. Wyznaczono obszary rozwiązań stabilnych i niestabilnych charakterystyczne dla drgań parametrycznych występujących w tego typu układach. W drugim przykładzie omówiono dynamikę wirnika trójłopatowego z niewielkim rozstrojeniem częstości własnych poszczególnych łopat. W obliczeniach przyjęto, że zmiany własności mechanicznych belek są wynikiem odchyłek kąta ułożenia włókien laminatu od założonych wartości nominalnych. Jako trzeci przykład przedstawiono możliwości aktywnej redukcji drgań łopat wirnika. W tym celu rozważano belki z osadzoną dodatkową warstwą materiału piezoelektrycznego. W obliczeniach przyjęto model matematyczny piezoelementu aktywnego o pełnym (tj. dwukierunkowym) sprzężeniu zwrotnym pola elektrycznego i pola deformacji mechanicznej. W przeprowadzonych symulacjach numerycznych badano efektywność wykorzystania kontrolera nasyceniowego do tłumienia drgań belek wirnika wymuszanego okresowo zmiennym momentem napędowym.

Modelowanie przepływów dwufazowych (płyn z cząstkami ciała stałego) oraz procesów rozdrabniania zachodzących w młynie wentylatorowym

Prezentacja dotyczyła będzie symulacji zjawisk zachodzących w prototypowym młynie wentylatorowym służącym do udarowego rozdrabniania rudy miedzi. Urządzenie to zostało zaprojektowane i wykonane w wyniku realizacji przez IPPT PAN badawczo-rozwojowego projektu CuBR I/3 współfinansowanego przez NCBiR oraz firmę KGHM Polska Miedź S.A. Prototypowy młyn wentylatorowy powstały w wyniku projektu ma docelowo zastąpić młyny kulowe aktualnie stosowane w przemyśle miedziowym. Ze względu na złożoność procesów zachodzących w młynie wentylatorowym oraz duże prędkości cząstek rudy miedzi zaproponowana metoda projektowania oparta była na wykorzystaniu zaawansowanego modelu numerycznego uwzględniającego przepływ dwufazowy oraz zjawiska rozdrabniania. Dzięki przeprowadzonym symulacjom numerycznym uzyskano wiedzę na temat przebiegu procesów fizycznych zachodzących wewnątrz młyna, co umożliwiło optymalny dobór jego prędkości oraz podstawowych parametrów konstrukcyjnych. Podczas prezentacji omówione zostaną metody symulacji przepływu wielofazowego przy użyciu ciągłego płynu z dyskretnymi cząsteczkami, ciągłego płynu z ciągłym granulatem oraz przedstawiona zostanie metoda symulowania zjawiska rozdrabniania.

Analiza energochłonności cienkościennych struktur hybrydowych oraz z karbami inicjującymi optymalną postać zgniotu

Główne punkty prezentacji: Wymagania dotyczące energochłonności absorberów energii Miary energochłonności Przedmiot analizy: cienkościenne frusta hybrydowe (wypełniane pianą) oraz cienkościenne pryzmatyczne pręty z karbami Wyniki analizy energochłonności (symulacje numeryczne) Analiza doświadczalna Wnioski końcowe dotyczące stosowalności różnych miar efektywności absorberów W prezentacji przedstawione będą wyniki analizy teoretycznej i doświadczalnej efektywności pochłaniania energii w warunkach szybkiego zgniotu cienkościennych struktur hybrydowych i z karbami inicjującymi optymalną postać zgniotu. Omówione będą miary efektywności absorberów energii. Następnie przedstawione będą wyniki analizy efektywności pochłaniania energii w wymienionych wyżej strukturach poddanych działaniu obciążeń dynamicznych (szybkiego zgniotu) otrzymane na podstawie symulacji numerycznych i badań doświadczalnych, przy zastosowaniu różnych miar efektywności.

Optymalne projektowanie technicznych modułów sprężystości

Referat dotyczy zastosowania metody swobodnego projektowania własności sprężystych materiału (ang. Free Material Design – FMD) w zadaniu minimalizacji podatności konstrukcji inżynierskich. Zmienną decyzyjną zadania jest pole tensorowe sztywności materiału. Optymalne składowe pola określa się niezależnie w każdym punkcie obszaru projektowego z uwzględnieniem ograniczenia narzuconego na średnią wartość funkcji niezmienników tensora Hooke’a; zwykle przyjmuje się funkcję śladu wyrażoną za pomocą modułów Kelvina. Prezentowane w referacie ujęcie FMD bazuje na znanej z prac J. Ostrowskiej-Maciejewskiej i J. Rychlewskiego koncepcji uogólnionych stanów własnych i stowarzyszonych z nimi uogólnionych wartości własnych. Takie podejście stanowi punkt wyjścia zadania optymalizacji technicznych modułów sprężystości. Szczegółowo omawiane w referacie zadanie swobodnego projektowania modułu Younga przybiera wspólną dla wszystkich dotychczas zbadanych zagadnień FMD postać zadania minimalizacji funkcjonału o liniowym wzroście, wyrażonego w postaci całki z funkcji tensora naprężenia i parametryzowanego anizotropowymi współczynnikami Poissona. W przypadku współczynników równych zeru zadanie redukuje się do zadania A.G.M. Michella dotyczącego przeniesienia danego obciążenia do danych podpór za pomocą układu nośnego o minimalnym ciężarze.

Hot plasmonic nanomaterials: from agile photonics to nanomedicine

Plasmonic nanoparticles (NPs) have the unique capability to confine an electromagnetic radiation at the nanoscale through a phenomenon called localized plasmonic resonance (LPR). Plasmonic NPs can also behave as nano-sized sources of heat when pumped sufficiently with resonant radiation due to the Joule effect generated by the photo-induced electrical current. The photo-thermal properties of NPs have been historically considered a drawback because they have contributed to the intrinsic losses of plasmonic-based devices. Recently, scientists have realized that this effect provides compelling opportunities ranging from electronics to medicine due to the unique possibility to concentrate an incredible amount of heat at the nanoscale. In this talk, I will overview the fascinating and unique properties of plasmonic NPs as light triggered “hot” nano-vehicles. In this framework, plasmonic NPs have been combined with thermotropic liquid crystals for realizing light sensitive photonic devices and with bio-materials (DNA, cancer cells and bacteria) for realizing minimally invasive bio-medical applications. Finally, I will track down a wonderful roadmap for making the upcoming year(s) brilliant and shining from a multidisciplinary and cooperative scientific research standpoint.

Wybrane Algorytmy Rekonstrukcji Obrazu Ultradźwiękowego w Nowoczesnej Ultrasonografii 3D / 4D

Badania ultrasonograficzne są obecnie powszechnie stosowane w diagnostyce medycznej oraz w terapii szeregu chorób ze względu na niski koszt badań, elastyczność, szybkość, nieinwazyjny charakter, ogólną dostępność oraz bezpieczeństwo dla pacjentów. Szeroki zakres zastosowań oraz popularność badań USG i procedur diagnostycznych wykonywanych w obrazowaniu ultrasonograficznym stworzyły zapotrzebowanie na nowy typ aparatury: mniejszej, bardziej dostępnej i przeznaczonej dla szerszego grona odbiorców, w tym mniej wykształconego personelu służby zdrowia. Ponadto, zwiększenie mocy obliczeniowej przenośnych urządzeń ultrasonograficznych pozwala oczekiwać na ich zastosowanie do obrazowania trójwymiarowego (3D) w czasie rzeczywistym (4D) w najbliższych latach. Jednak wykonanie takiego urządzenia, które pozwoliłoby uzyskać obrazowanie 3D wysokiej rozdzielczości w czasie rzeczywistym jest niezmiernie skomplikowane technologicznie. Wśród wyzwań można wymienić następujące: - elektronika układów nadawczo-odbiorczych - technologia przetworników 2D - połączenie przetwornika 2D (tysiące pojedynczych elementów) do obwodów nadawczo-odbiorczych - ograniczenie poboru mocy przenośnych urządzeń małogabarytowych, - gromna ilość danych wejściowo-wyjściowych - szybkie oraz efektywne algorytmy rekonstrukcji obrazu ultradźwiękowego 3D/4D. Seminarium będzie poświęcone w szczególności temu ostatniemu zagadnieniu nowoczesnej ultrasonografii.

O topologicznej optymalizacji kratownic z zastosowaniem metod konstrukcji bazowych

Każde zadanie optymalizacji można sformułować na różne sposoby, które formalnie są równoważne w tym sensie, że prowadzą do tego samego rozwiązania. Różne sformułowania mogą wymagać różnych metod optymalizacyjnych i prowadzą na ogół do zadań o różnym stopniu złożoności i czasie wykonania. W niniejszym referacie skupimy uwagę na rozwiązywaniu zadań topologicznej optymalizacji kratownic z zastosowaniem metod konstrukcji bazowych. Rozwiązania uzyskane w ten sposób dają bardzo dobre przybliżenia kratownic Michella, jednak pod warunkiem zastosowania odpowiednio gęstej siatki węzłów i prętów, co nieuchronnie prowadzi do wielkoskalowych zadań optymalizacji. Zadania te są zwykle zbyt duże dla tradycyjnych metod optymalizacji i wymagają zastosowania specjalnych technik rozwiązywania. One właśnie będą głównym tematem niniejszego referatu. Przedstawione też zostaną nowe ścisłe rozwiązania wybranych zadań Michella uzyskane w oparciu o rozwiązania numeryczne.

Obiekt funkcyjny w architekturze oprogramowania MES z zastosowaniem do optymalizacji topologicznej konstrukcji

Optymalizacja topologii konstrukcji jest obecnie powszechnie stosowanym narzędziem w projektowaniu inżynierskim. Do praktycznego zastosowania optymalizacji topologicznej wymagana jest znajomość efektywnych algorytmów obliczeniowych wymieniając choćby: modyfikację siatki elementów skończonych, agregację stycznej macierzy sztywności, jak i bezpośrednich czy iteracyjnych solwerów. Wielokrotne wywoływanie obliczeń MES w optymalizacji powoduje zwiększone zapotrzebowanie na moc obliczeniową. Powyższe względy sprawiają, iż niezbędne staje się opracowanie architektury kodu MES pod kątem efektywnego rozwiązywania zadań optymalizacji topologicznej. Zdaniem Autorów rozwiązaniem powyższych kwestii może być implementacja MES przy użyciu obiektów funkcyjnych tzw. funktorów. Posiadają one szereg zalet, które szczegółowo omówione zostaną w trakcie prezentacji. Ponadto efektywność zastosowanego podejścia zilustrowana zostanie przykładami optymalizacji topologicznej konstrukcji wykonanych zarówno z materiałów sprężystych jak i sprężysto-plastycznych.

Nieliniowe zjawiska falowe w ciągłych i dyskretnych układach mechanicznych

Ultradźwiękowe fale sprężyste są szeroko wykorzystywane w różnych dziedzinach nauki i techniki, zarówno w kontekście nośnika informacji jak i czynnika wykonawczego. Analiza zjawisk towarzyszących propagacji fal w strukturach mechanicznych umożliwia ich wykorzystanie w procesie projektowania nowych materiałów o pożądanych właściwościach dynamicznych. Dzięki możliwości wpływania na charakterystyki spektralne układów mechanicznych poprzez manipulację cech geometrycznych i strukturalnych, jak również wykorzystanie nieliniowych cech pól falowych, możliwe jest wspomaganie oraz realizacja różnorodnych założeń funkcjonalnych, zadań szeroko pojętej diagnostyki konstrukcji jak również implementacja elementów logiki falowej.

W prezentacji przedstawione zostaną metody wyznaczania i analizy charakterystyk spektralnych dla ciągłych i dyskretnych układów mechanicznych, w szczególności w kontekście propagacji prowadzonych fal sprężystych. Omówione zostaną charakterystyki dyspersji oraz wzbudzalności fal prowadzonych oraz ich zależność od cech geometrycznych i strukturalnych falowodów, zarówno dla układów liniowych i nieliniowych. W tej perspektywie przedstawione zostaną możliwości wykorzystania wybranych metod analizy oraz zjawisk falowych w projektowaniu konstrukcji oraz ocenie ich stanu. Ponadto, jako szczególny przypadek układów dyskretnych, omówione zostają własności spektralne wybranych modeli numerycznych powszechnie wykorzystywanych w procesie projektowania dynamcznych układów mechanicznych.

Czynniki umożliwiające kształtowanie właściwości materiałów kompozytowych o osnowie metalowej wzmacnianych fazą ceramiczną

Zagadnienia związane z projektowaniem i wytwarzaniem nowych materiałów stanowią siłę napędową determinującą rozwój współczesnego świata. Szczególnie ważną grupę materiałów stanowią materiały kompozytowe, a wśród nich kompozyty metalowo-ceramiczne. Właściwości metalowo-ceramicznych materiałów kompozytowych zależą od rodzaju materiału osnowy i jego udziału objętościowego, a w głównej mierze od rodzaju, postaci, rozmiaru, orientacji oraz sposobu rozmieszczenia fazy wzmacniającej w kompozycie.

W celu otrzymania odpowiednich właściwości materiałów wytwarzanych technikami metalurgii proszków należy zapewnić przede wszystkim: (i) uzyskanie jednorodnego rozmieszczenia fazy wzmacniającej w osnowie, (ii) ograniczenie bądź wyeliminowanie porowatości resztkowej w strukturze kompozytów po procesie spiekania, (iii) uformowanie trwałego połączenia na granicy metal-ceramika.

Na podstawie wybranych przykładów przedstawione zostaną trzy grupy czynników, którymi można sterować pod kątem optymalizacji struktury i właściwości materiałów wielofazowych. Omówiony zostanie wpływ czynników związanych z technologicznymi parametrami procesu wytwarzania, morfologią składników wyjściowych, jak i ich składem chemicznym. Zaprezentowane zostaną możliwości praktycznego zastosowania wybranych materiałów kompozytowych.

Analiza dynamiczna działania przemysłowej maszyny wirnikowej napędzanej silnikiem elektrycznym

Obiektem analizy dynamicznej jest napędzany silnikiem asynchronicznym laboratoryjny młyn wentylatorowy służący do udarowego rozdrabniania rudy miedzi. Urządzenie to powstało w wyniku realizacji przez IPPT PAN badawczo-rozwojowego projektu CuBR I/3 współfinansowanego przez NCBiR oraz firmę KGHM PM. S.A. Ze względu na szybkoobrotowy, wysoce dynamiczny charakter działania, urządzenie to w fazie projektowania musiało zostać poddane szczegółowej analizie dynamicznej i wytrzymałościowej. Celem prezentacji jest przedstawienie wyników wyznaczania naprężeń w najbardziej odpowiedzialnych elementach maszyny wywoływanych dynamicznym zginaniem, skręcaniem i rozciąganiem. Ponadto, dla ustalonych i nieustalonych warunków działania młyna, przy wykorzystaniu zaawansowanych technik sterowania, zostaną zaprezentowane rezultaty oddziaływania elektromechanicznego pomiędzy silnikiem elektrycznym i układem napędzanym z punktu widzenia stabilności i niezawodności pracy urządzenia.

Wybrane aspekty optymalizacji składu chemicznego oraz procesu wytwarzania stopów z pamięcią kształtu na bazie tytanu w kontekście dorobku Prof. Shuichi Miyazaki; University of Tsukuba

Znane od lat 60-tych XX wieku i często stosowane w technice i medycynie stopy z pamięcią kształtu (SMAs) przeszły długą drogę rozwoju, w której istotny udział miał i ma nadal prof. Shuichi Miyazaki, University of Tsukuba, Japonia. Imponujący dorobek naukowy (liczba cytacji 11 472, indeks Hirsha 56), współpraca naukowa z IPPT PAN (wspólne publikacje m.in. z prof. B. Ranieckim, prof. L. Dietrichem, prof. Z. Kowalewskim) oraz poświęcony prof. S. Miyazakiemu numer czasopisma Shape Memory and Superelasticity, No. 40830, 2017, a w szczególności artykuł jego autorstwa My Experience with Ti–Ni-Based and Ti-Based Shape Memory Alloys skłoniły nas do przygotowania Seminarium. Badania unikatowych właściwości SMAs, w tym efektu pamięci kształtu i supersprężystości, cieszą się dużym zainteresowaniem środowiska naukowego, wpływając na dynamicznie rosnącą liczbę publikacji oraz systematyczny wzrost liczby patentów w tej tematyce. Zakres seminarium obejmie przegląd wyników badań zespołu prof. Shuichi Miyazaki w kontekście optymalizacji składu chemicznego oraz procesu wytwarzania SMAs na bazie tytanu, prowadzących do otrzymania odpowiednich właściwości mechanicznych oraz biozgodnych, w kierunku zastosowań medycznych i przemysłowych.

Sample-based approach - the new concept of studying of the multistability

The talk is focused on the new concept "basin stability method" which is one of the sample-based approach methods for analysis of the complex, multidimensional dynamical systems. The investigated method is a reliable tool for the analysis of dynamical systems and it has a significant advantages which make it appropriate for many applications. The sample-based approach offers comparable precision to the classical method of analysis. However, it is much simpler to apply and can be used despite the type of dynamical system and its dimensions. We show the first broad experimental confirmation of the basin stability approach. We study theoretically and experimentally the dynamics of a forced double pendulum. We examine the ranges of stability for nine different solutions of the system in a two parameter space, namely the amplitude and the frequency of excitation. We apply the path-following and the extended basin stability methods (Brzeski et. al., Meccanica 51(11), 2016) and we verify obtained theoretical results in experimental investigations.

Rule-based modeling of biomolecular site dynamics on surfaces

Rule-based modeling is a powerful approach for studying biomolecular site dynamics. During the seminar I will present SPATKIN, a general-purpose simulator for rule-based modeling in two spatial dimensions. The simulation algorithm is a lattice-based method that tracks Brownian motion of individual molecules and the stochastic firing of rule-defined reaction events. Because rules are used as event generators, the algorithm is network-free, meaning that it does not require to generate the complete reaction network implied by rules prior to simulation. In a simulation, each molecule is taken to occupy a single lattice site that cannot be shared with another molecule. SPATKIN is capable of simulating a wide array of membrane-associated processes, including adsorption, desorption and crowding.

Obliczenia równoległe w robotyce mobilnej

Obliczenia równoległe znajdują coraz szersze zastosowanie w robotyce mobilnej. Mając na uwadze fakt, że minęła już dekada odkąd technologia CUDA (ang. Compute Unified Device Architecture) jest dostępna na rynku, obserwuje się znaczny rozwój algorytmów wykorzystujących masowe obliczenia równoległe do przetwarzania danych lidarowych oraz video. Wyniki tych prac znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach jak geodezja, robotyka mobilna czy też szeroko rozumiana informatyka. W ramach referatu przedstawione zostaną postępy autorskich prac nad opracowaniem bezzałogowych systemów mapowania 3D. Omówiona zostanie autorska biblioteka programowa do tworzenia HD maps (High Definition maps) oraz lokalizacji pojazdu w tej mapie. Przedstawiony zostanie nowy czujnik RGBD oraz rozwiązanie problemu złożoności obliczeniowej przetwarzania danych z zastosowaniem obliczeń równoległych.

Metoda pola fazowego w modelowaniu przemian martenzytycznych: równania ewolucji i dyssypacja energii

Rate-independent dissipation is introduced into the phase-field framework for modelling of displacive transformations, such as martensitic phase transformation and twinning. Our recent finite-strain phase-field model is extended beyond the limitations of the classical, purely viscous dissipation. The variational formulation, in which the evolution problem is formulated as a constrained minimization problem for a global rate-potential, is enhanced by including a mixed-type dissipation potential that combines viscous and rate-independent contributions. Effective computational treatment of the resulting incremental problem of non-smooth optimization is developed by employing the augmented Lagrangian method. It is demonstrated that a single Lagrange multiplier field suffices to handle the dissipation potential vertex and simultaneously to enforce physical constraints on the order parameter. In this way, the initially non-smooth problem of evolution is converted into a smooth stationarity problem. The model is implemented in a finite-element code and applied to solve two- and three-dimensional boundary value problems representative for shape memory alloys.

Prawo Vegarda dla kryształów o niskiej symetrii

Analizowana jest niezmienniczość prawa Vegarda ze względu na wybór konfiguracji odniesienia (referencyjny kryształ) jak również ze względu na wybór miary odkształcenia. Na przykładach praktycznych (In_xGa_1-xN, Mg_xCu_3-xV₂O₈) pokazano, jak niewłaściwy wybór miary odkształcenia wpływa na zależność przewidywanych parametrów krystalograficznych sieci roztworu stałego od wyboru konfiguracji odniesienia.

Identyfikacja stopnia uszkodzenia materiałów poddawanych obciążeniom cyklicznym – osiągnięcia i nowe wyzwania

Pomimo faktu istnienia wielu technik oceny uszkodzenia materiałów oraz elementów konstrukcyjnych, nadal pewne zjawiska nie zostały w tym zakresie w pełni rozpoznane i wymagają dalszych intensywnych prac badawczych. Ocena uszkodzenia wskutek obciążeń cyklicznych należy do tych zagadnień.

W większości przypadków uszkodzenia zmęczeniowe mają charakter lokalny, prowadzący do rozwoju pęknięć pojawiających się wokół defektów strukturalnych lub karbów geometrycznych. Identyfikacja takich obszarów i monitorowanie uszkodzeń wymaga pełno-polowych pomiarów przemieszczenia. W prezentacji zostaną przedstawione próby zastosowania metod optycznych (ESPI oraz DIC) do oceny stopnia uszkodzenia i monitorowania stanu materiałów poddawanych obciążeniom zmęczeniowym, pracujących w elementach energetycznych lub związanych z transportem samochodowym.

Część wykładu zostanie poświęcona analizie uszkodzenia zmęczeniowego z wykorzystaniem metod nieniszczących ze szczególnym uwzględnieniem technik magnetycznych, które dają zupełnie nowe możliwości identyfikacji uszkodzenia, jak i rodzaju procesu deformacyjnego.

Matematyczny model ścieżek sygnałowych regulujących nieswoistą odpowiedź immunologiczną

Łącząc techniki eksperymentalne i modelowanie matematyczne, wykazaliśmy, że sprzężenia zwrotne pomiędzy ścieżkami IRF3, NF-κB i STAT prowadzą do binarnej odpowiedzi na poly(I:C) oraz dynamicznie odmiennej, pulsowej odpowiedzi na LPS. W odpowiedzi na LPS aktywowana jest ścieżka NF-κB, natomiast w odpowiedzi na poly(I:C) aktywowana jest zarówno ścieżka NF-κB, jak i IRF3. Jednoczesna aktywacja obu ścieżek jest konieczna do syntezy interferonu β (IFNβ), który następnie aktywuje ścieżkę STAT. STAT z kolei stabilizuje aktywację NF-κB i IRF3. Część komórek w odpowiedzi na infekcję wydziela IFNβ, który przygotowuje sąsiednie komórki do szybkiej odpowiedzi na kontakt z wirusem. Komórki te szybciej ulegają apoptozie, co ogranicza rozprzestrzenianie się wirusa. W ten sposób odpowiedź jest koordynowana na poziomie populacji komórek.

Czerkies M, Korwek Z, Prus W, Kochańczyk M, Jaruszewicz-Błońska J, Tudelska K, Błoński S, Kimmel M, Brasier AR, Lipniacki T. Cell fate in antiviral response is decided in the crosstalk of the IRF, NF-κB and JAK/STAT pathways, Nature Communications (accepted).

Dislocation multiplication and work-hardening in continuum dislocation dynamics

Within the last years, continuum dislocation dynamics (CDD) has been turned from a kinematic concept to describe moving curves into a statistical continuum theory of dislocations. However, CDD is as yet mostly developed for single slip, when dislocation multiplication is driven by loop expansion without creating new loops. This restricts the applicability of CDD to small scales and moderate strains (stage I), while stage II hardening, is not yet covered.

In the current talk I shall provide a brief review of CDD theory and will discuss recent progress towards modelling of disocation multiplication and annihilation in CDD. In both cases the topology of the dislocation network changes, which contributes to source terms in a density variable whose integral represents a topological invariant in classical CDD theory -- while the density variables change as a consequence of the topological changes. The CDD modelling efforts will also be reviewed in the light of recent discrete dislocation dynamics analyses of topology changes in dislocation networks during plastic deformation.

Lattice Materials - wielki potencjał i twarde ograniczenia

W ostatnich latach lawinowo wzrosło zainteresowanie technologiami druku 3D, przy czym najwięcej uwagi badaczy i inżynierów przyciągają w tym kontekście tzw. materiały siateczkowe (Lattice Materials, LM). W literaturze naukowej oraz doniesieniach ze świata przemysłu postuluje się możliwość wszechstronnego ich zastosowania, m.in. w super-lekkich konstrukcjach nośnych, absorberach energii, kompaktowych wymiennikach ciepła, filtrach mechanicznych i elektromagnetycznych oraz implantach tkankowych. Teoretyczny potencjał związany z prawie nieograniczoną swobodą projektowania struktur LM w skali mili- i mikro- musi być jednak skonfrontowany z rzeczywistymi ograniczeniami. W aspekcie mechanicznym wynikają one m.in. z mechaniki wytrzymałości na poziomie pojedynczych belek i węzłów, oraz praw skalowania E~ρ, a także z uwarunkowań technologicznych i ekonomicznych. Autor porządkuje fakty, zwracając uwagę na niektóre częste błędy w podejściu do LM. Korzystając z doświadczeń własnych oraz doniesień z innych ośrodków sugeruje również najbardziej prawdopodobne kierunki dalszego rozwoju w tej ciekawej dziedzinie.

Damage localization and quantification in skeletal structures

Impact induced damage assessment by means of Lamb wave image processing

The aim of this research is an analysis of full wavefield Lamb wave interaction with impact-induced damage at various impact energies in order to find out the limitation of the wavenumber adaptive image filtering method. In other words, the relation between impact energy and damage detectability will be shown. A numerical model based on the time domain spectral element method is used for modeling of Lamb wave propagation and interaction with barely visible impact damage in a carbon-epoxy laminate. Numerical studies are followed by experimental research on the same material with an impact damage induced by various energy and also a Teflon insert simulating delamination. Wavenumber adaptive image filtering and signal processing are used for damage visualization and assessment for both numerical and experimental full wavefield data. It is shown that it is possible to visualize and assess the impact damage location, size and to some extent severity by using the proposed technique.

Modelowanie uszkodzeń struktur tkankowych układu ruchu pod wpływem silnych obciążeń impulsowych

Seminarium dotyczy problematyki modelowania tkanek układu ruchu człowieka obciążonych dużymi obciążeniami impulsowymi. Badania dotyczą identyfikacji wytężenia tkanek istotnych z punktu widzenia funkcjonowania układu ruchu ciała ludzkiego pod działaniem obciążeń o znacznej amplitudzie i krótkim czasie działania impulsu. Analiza dotyczy sposobu, w jaki energia generowana podczas uderzenia w dany segment ciała ulega dyssypacji oraz czy prowadzi do powstania uszkodzeń. Badania przeprowadzono na przykładzie żołnierza znajdującego się w pojeździe wojskowym, pod którym detonowany jest ładunek IED. W wyniku oddziaływania fali uderzeniowej generowana energia przenoszona jest do poszczególnych części ciała poprzez odkształcenie podłogi, drgania elementów konstrukcyjnych siedziska oraz przyspieszenia wywołanego przemieszczaniem się pojazdu podczas wybuchu. Głównymi elementami ciała żołnierza, dla których występuje wysokie ryzyko urazu są: głowa, odcinek szyjny i odcinek lędźwiowy kręgosłupa, miednica oraz kończyny dolne. Przeprowadzono analizę numeryczną struktur tkankowych głowy w obrębie zarówno tkanki kostnej czaszki, jak i stopnia ryzyka uszkodzenia mózgu. Dokonano analizy wpływu stosowanych systemów ochrony na ryzyko powstawania urazów, w tym przeprowadzono identyfikację skutków oddziaływania silnych przyspieszeń na struktury wewnętrzne tkanek mózgowych. W dalszej części, dokonano analizy wytężenia struktur wewnętrznych kręgosłupa po wpływem obciążeń kompresyjnych. Określono ryzyko powstawania uszkodzeń na podstawie biomechanicznej analizy propagacji obciążenia w kolejnych segmentach kręgosłupa, w tym przeanalizowano potencjalne zagrożenia płynące ze stosowania pasów bezpieczeństwa w warunkach osiowych przeciążeń. Jednym z istotnych elementów konstrukcyjnych pojazdów mających bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pasażerów jest siedzisko.

Istotna z punktu widzenia ochrony pasa miednicy jest analiza wpływu parametrów siedziska na bezpieczeństwo i urazowość ich struktur wewnętrznych. Dokonano analizy mającej na celu uzyskanie odpowiedzi, w jakim stopniu własności siedziska wpływają na zmniejszenie skutków przeciążeń i urazów w obrębie pierścienia miednicy, stawu biodrowego oraz odcinka lędźwiowego kręgosłupa.

Jednym z kluczowych aspektów bezpieczeństwa pasażerów jest również identyfikacja skutków silnych obciążeń wywołanych wybuchem na struktury tkankowe kończyn, w tym głównie stawu skokowego i stopy. W kontekście silnych obciążeń generowanych podczas wybuchu IED, przeanalizowano ryzyko powstania urazów zarówno w obrębie tkanek miękkich jak i elementów układu szkieletowego tj. kości, stawy, a także przeprowadzono analizę skuteczności ochrony wybranych środków przeciwdziałania uszkodzeniom tkanek.

Prezentowane podczas wykładu rozważania powstały na bazie badań zespołu pracującego pod kierunkiem prof. R. Będzińskiego, którego autorskie modele zostały sprawdzone i zweryfikowane na podstawie dostępnych w literaturze danych i wyników badań doświadczalnych.

On the modeling of sharp and diffuse material interfaces – variational formulations

The outstanding properties of many novel materials such as TRIP-, TWIP- or nanocrystalline steels are defined by the involved material interfaces. From a modeling point of view, material interfaces can be subdivided into sharp interfaces and diffuse interfaces. While sharp interfaces are characterized by a zero thickness, a finite thickness is considered in diffuse interfaces.

Within this talk, a general framework for non-coherent sharp interfaces is presented first – i.e., interfaces at which the tractions as well as the deformation may be discontinuous. In contrast to previous works, the advocated geometrically exact framework is consistent with all physical fundamental principles such as with balance of angular momentum – in contrast to the classic cohesive zone model.

Within the second part of the talk, the sharp interfaces are approximated by phase field theory, i.e., focus is on diffuse interfaces. Based on enforcing kinematic and static compatibility across the interface, a new homogenization method for the bulk energy within the diffuse interface is elaborated. The advantages of this method compared to classical homogenization assumptions such as Reuss/Sachs or Voigt/Taylor are highlighted – both from a physics as well as from a numerics point of view.

Czujniki oparte o nanostruktury węgla w diagnostyce konstrukcji

Z powodu swoich wyjątkowych właściwości elektrycznych, nanorurki węglowe zyskały zainteresowanie i zastosowanie w szerokopasmowych materiałach sensorycznych. Wiele badań poświęconych jest technologii produkcji, własnościom i zastosowaniom kompozytów z dodatkiem nanorurek węglowych w osnowach polimerowych w celu monitorowania odkształcenia. Dostępnych jest wiele prac symulacyjnych badających zachowanie takich materiałów zarówno w skali nano jak i makro. Nieliczne są jednak badania łączące zarówno skale problemu (nano oraz makro) jak i wielodziedzinowość (elektryczną oraz mechaniczna) takich struktur. Podczas seminarium przedstawiony zostanie bieżący stan badań oraz wyniki Prelegenta w dziedzinie modelowania i wytwarzania struktur sensorycznych opartych o nanomateriały węglowe oraz ich potencjalne zastosowania w zakresie diagnostyki konstrukcji.

Light and nanomechanics: biological applications

Optical tweezers (OT) can be applied to perform measurements of very small forces, well below the force range of Atomic Force Microscope (AFM). Since stiffness of the trap is very low, trapped bead moves within small volume in Brownian-like type of motion. OT with fast positional detector is called Photonic Force Microscope (PFM).

We designed the PFM connected to haptic (force feedback) joystick, where we can feel in real time stiffness in 3D. Preliminary results of stiffness measurements, using 240nm beads inside the living cells will be shown [1].

Development of tunable Infrared (IR) lasers allowed to perform IR spectroscopy at nanoscale. Using AFM, thermal expansion of the sample caused by absorption of IR pulses can be detected. Such thermomechanical detection is very robust and sensitive, giving local IR spectra with ca. 10 nm spatial resolution. Furthermore, functional images of IR absorption can be obtained, proven to be very useful [5].

Formation of Amyloid fibers was studied [2], as well as LHCII proteins, responsible for photosynthesis [3], [4].

Homogenizacja materiałów kompozytowych o dowolnym rozkładzie orientacji fazy wzmacniającej

W ramach referatu zaprezentowane zostaną wyniki badań dotyczące rozwoju metod komputerowych, pozwalających na zwiększenie efektywności homogenizacji materiałów kompozytowych z uwzględnieniem dowolnego rozkładu orientacji fazy wzmacniającej. Zakres przeprowadzonych badań związany jest z wykorzystaniem metody uśredniania orientacji oraz metody opartej na bezpośredniej analizie metodą elementów skończonych reprezentatywnego elementu objętościowego (RVE). W szczególności zaprezentowana zostanie metoda tzw. optymalnej dyskretyzacji pseudo-ziarnami, która pozwala na znaczne zredukowanie liczby dyskretnych orientacji wymaganych do odtworzenia zadanego rozkładu orientacji w porównaniu do wykorzystania metod znanych z literatury. Przedstawiona zostanie również opracowana metoda generowania trójwymiarowej geometrii reprezentatywnych elementów objętościowych (RVE) reprezentujących materiały o zadanym rozkładzie orientacji fazy wzmacniającej. Efektywność oraz skuteczność omówionych metod zostanie zilustrowana wynikami analiz przykładowych materiałów.

Nieliniowe modelowanie materiałów funkcjonalnych o cechach gradientowych metodą elementów skończonych

Centrum PAN Konwersja Energii i Źródła Odnawialne w Jabłonnie. Problemy badawcze związane z przyrostowymi technikami wytwarzania additive manufacturing

Modelling and simulation of interfaces in mechanics

I will discuss several applications where interfaces are key to the behaviour of mechanical systems, ranging from composite aircraft structures to surgical simulators. I will then present and compare different alternatives to discretise problems involving (moving and free) interfaces and focus on the importance of controlling discretisation error. To conclude, I will open up the discussion on the much more challenging problem associated with choosing the optimal model for a given problem, taking into account (partial and incomplete) data, using a Bayesian inference setting.

Supercapacitor: Types, Materials and Applications

Supercapacitors or ultracapacitors are considered as one of the most upcoming and promising candidates for power devices in future generations. Because of its appealing properties it is suitable for many advanced applications like hybrid electrical vehicles and similar other power devices and systems. In order to use this device in power applications, its energy and power density needs to be maximized. A lot of results from published work in the form of research and review papers, patents and reports are available this time. The purpose of this presentation is to introduce supercapacitors; its types, materials and applications with a focus on the energy storage capability for practical applications. Moreover, presentation will also address the principal technological challenges which the research society is facing along with some experimental results and analysis.

Optical media based on electrospun nanofibers: enhanced emission, light diffusion and random lasing

Polymer nanofibers are innovative building blocks for a variety of scientific and technological fields, such as tissue engineering, photonics, filtration, energy harvesting and nanoelectronics. As optical media, polymer nanofibers have intriguing and specific properties: they can embed metal nanoparticles, quantum dots and molecular light sources, they can transport light among distant optically-active nanostructures and they can be deposited in 2-dimensional and 3-dimensional architectures in a controlled fashion, forming complex networks of interacting photon sources. Electrospinning technologies are especially interesting in this respect, because of the possibility of tailoring and controlling the properties of individual nanofibers and of their networks. Demonstrated photonic devices and applications include sub-wavelength photonic components and nanofiber distributed feedback lasers, and electrospun nanosystems which couple opto-mechanical properties. Here fundamentals of the electrospinning and nanopatterning methods developed in our group will be presented and discussed as well as recent results on active polymer nanofibers. Investigated properties include light-confinement, waveguiding, multiple scattering, stimulated emission, random lasing and anisotropy of energy migration. The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union’s Seventh Framework Programme (FP/2007-2013)/ERC Grant Agreement n. 306357 (ERC Starting Grant “NANO-JETS”, www.nanojets.eu).

Harmonogramowanie złożonych zadań obliczeniowych z uwzględnieniem procesu transmisji i przetwarzania danych w rozproszonych środowiskach chmurowych

Możliwości badawcze laboratorium Pracowni Inżynierii Bezpieczeństwa ZTI

Zagadnienie oddziaływania płyn-ciało stałe: sformułowanie prędkościowe i monolityczne metody obliczeniowe

Projektowanie nowoczesnych materiałów polikrystalicznych i komórkowych wspomagane nowoczesnymi technikami charakteryzacji i symulacji komputerowych

Obszar wyników prac koncentruje się na trzech grupach materiałów: nanometalach, kompozytach z fazą dyspersyjną oraz materiałach o otwartej porowatości. Materiały te, pozornie zupełnie różne, szczególnie z punktu widzenia ich zastosowań, wykazują wiele podobieństw od strony mikrostruktury. W każdym z tych materiałów występują charakterystyczne elementy mikrostruktury, takie jak odpowiednio: ziarna, cząstki lub pory. Cechy tych elementów oraz ich przestrzenne rozmieszczenie wykazują wiele podobieństw w wymienionych grupach materiałów. Determinują one także inny istotny element mikrostruktury, tj. powierzchnie rozdziału nazwane dla poszczególnych grup odpowiednio: granicami ziaren, granicami międzyfazowymi oraz powierzchnią swobodną. Wykorzystanie nowoczesnych narzędzi obrazowania i charakteryzacji mikrostruktury materiałów (także obrazowania 3D) oraz odpowiednich algorytmów symulacji w znaczącym stopniu ułatwia budowanie ilościowych relacji pomiędzy strukturą i właściwościami materiałów. Ich zrozumienie jest natomiast bazą do projektowania nowych materiałów o polepszonych właściwościach.

Wyniki prac przedstawiają wpływ cech mikrostruktury wybranych grup materiałów na ich właściwości. Opisują m.in. wpływ niejednorodności wielkości ziaren na granice plastyczności i stabilność termiczną nanometali, wpływ dodatku grafenu na przewodność cieplną miedzi, wpływ rozkładu wielkości porów na przepuszczalność materiałów piankowych. Prezentowane wyniki obejmują także analizę wpływu właściwości granic ziaren, granic międzyfazowych i powierzchni swobodnych na wymienione właściwości makroskopowe. Uzyskane wyniki symulacji komputerowych potwierdzono eksperymentalnie tworząc nowe materiały o ulepszonych właściwościach.

Fizyka źródła sejsmicznego

Inteligentne systemy monitoringu procesów harmonogramowania w rozproszonych środowiskach obliczeniowych dużej skali w ujęciu wieloagentowym

Chaotic cryptography: classical and quantum scenarios

Badanie adhezji pomiędzy ceramiką i metalem w kompozytach MMC

Mikromechaniczne modelowanie kompozytów sprężysto-plastycznych: schemat Mori-Tanaki i automatyzacja obliczeń MES

Fizyka źródła sejsmicznego

Badania i przemysłowe zastosowania laserowo wywoływanych deformacji plastycznych

Zastosowanie elastomerów magnetoreologicznych do tłumienia drgań konstrukcji dwubelkowych

Decentralized semi-active damping of free structural vibrations using on/off truss-frame nodes

Towards real-time single-molecule biology

Biological processes which are performed by proteins interacting with the DNA and RNA are key to life. Insights into these processes provide essential information for understanding the molecular basis of life and the pathological conditions that develop when such processes go awry. The next scientific breakthrough consists in the actual, direct, real-time observations and measurements of the individual processes to validate and improve the current biological models. Single molecule technologies offer an exciting opportunity to meet these challenges and study protein function and mechanisms in real-time and at the single-molecule level. Here we present our efforts for further enabling discoveries in the field of biology and biophysics using combined optical tweezers combined and single-molecule fluorescence microscopy. During this seminar we will discuss the latest applications of this technology and how it can enhance our understanding in the field of DNA/RNA-protein interactions, molecular motors, protein folding/unfolding, cell membranes and genome structure.

Optymalizacja biorusztowań z użyciem metod modelowania wieloskalowego

Efekty geometryczne podczas krystalizacji w ograniczonej przestrzeni na przykładzie elektroprzędzionych włókien rdzeń-otoczka. Badania kalorymetryczne kinetyki krystalizacji

Mechanika przepływów dwufazowych w zaawansowanych laboratoriach biologiczno-chemicznych w mikroskali

Stosowanie w układach mikroprzepływowych dwóch niemieszających się faz daje możliwości wytworzenia małych kropel, które poruszają się w sieci kanałów mikroprzepływowych. Dodanie do takiego układu automatyki pozwala nie tylko zapanować nad objętością tworzonej kropli, ale także umożliwia kontrolę składu chemicznego oraz długą obserwację (kilku dniową) zjawisk biologiczno-chemicznych. W takich układach każdą kroplę można traktować jako bioreaktor. Wygłaszane seminarium habilitacyjne ma na celu pokazanie mechaniki przepływów dwufazowych w dużych zautomatyzowanych układach mikroprzepływowych. Dzięki nim można badać np. wpływ antybiotyków na szybkość wzrostu kolonii bakterii, a także można analizować proces nabywania przez nie odporności. Poziom skomplikowania niesie jednak wiele trudności związanych z mechaniką przepływu kropli. W trakcie długich reakcji chemiczno-biologicznych zmianie ulegają parametry fizyczne kropli: jak lepkość, czy napięcie powierzchniowe. Zmiana ta ma wpływ na: i) mobilność ruchu kropli, ii) wewnętrzny rozkład pola prędkości wewnątrz kropli, jak i iii) opór hydrodynamiczny fazy rozproszonej. W rezultacie, by takie zautomatyzowane laboratoria mogły działać, trzeba przewidzieć, jak może zmieniać się ruch pojedynczej kropli w trakcie eksperymentu.

Metallic nanoparticles for nanoplasmonics: Application to graphene

Metal nanoparticles (NPs) have been attracting many researchers from various scientific fields over the past decade because of their unique optical properties and potential applications. For plasmonics application, the emphasis is on the enhancement of optical effects by the metal nanoparticles. Metal NPs have recently emerged as ubiquitous tip-enhanced Raman scattering (TERS) and surface-enhanced Raman scattering (SERS) agents for nano-imaging and nano-analysis. Nowadays, developing new materials in synergy with metallic NPs to image and detect with high sensitivity, objects and molecules for environmental and health safety is becoming very urgent. In this context, 2D materials based on graphene have been proven to be high efficient plasmonic materials for TERS and SERS. However, developing large-scale and stable graphene-NPs composites is still very challenging.

The purpose of this seminar is to encompass issues on graphene plasmonics for nano-imaging and detection of low concentrated molecules. In this context, we will report the fabrication of a robust and stable new graphene-NPs material by laser ablation and demonstrate its high efficiency as SERS sensors for pesticide and electrochemical detection. Comprehensive analyses of graphene by atomic force microscopy, Raman and scanning electron microscopy will be shown. Our work opened a new gateway for molecular recognition at local scale.

Wyznaczanie naprężeń w konstrukcjach metodą magnetycznej pamięci metali: przełom w NDT czy nadużycie?

Metoda badań nieniszczących konstrukcji określana jako w lit. anglojęzycznej jako MMM (Metal Magnetic Memory) została po raz pierwszy opisana przez A. Dubova w połowie lat 90-tych ubiegłego wieku. Liczne publikacje pomysłodawcy, a zwłaszcza doniesienia o udanych przemysłowych zastosowaniach tej metodyki NDT (w oparciu o powstałą w 2007 normę techniczną ISO 24497) sugerują jej wysoką efektywność i potencjał dalszego rozwoju. Z drugiej strony uwagę zwraca monopolizacja pomiarów przez jednostki powiązane z promotorem metody, a także niska liczba opracowań naukowych wyjaśniających jej założenia fizykalne. Starając się rozstrzygnąć tytułowe wątpliwości, Autor seminarium podsumowuje wyniki krytycznej analizy techniki MMM na tle alternatywnych metod magnetyczno-mechanicznych, odwołując się do przeglądu literatury, badań eksperymentalnych, a także własnych modeli numerycznych MES, z powodzeniem zastosowanych w tym kontekście po raz pierwszy na świecie.

Diagnostyka stanu materiałów konstrukcyjnych z wykorzystaniem zjawisk magnetosprężystych

Reprezentacja niepełnej i niepewnej wiedzy dziedzinowej na potrzeby wspomagania decyzji w wybranych procesach produkcyjnych

Optymalizacja wielokryterialna w problemach pól sprzężonych

Współczesne metody badań stosowane w konserwacji historycznej broni czarnoprochowej

Własności strukturalne hetero-nanodrutów otrzymywanych metodą MBE

Statistical analysis for interface fracture and delamination failure of composites

Adaptacyjne tłumienie drgań wybranych konstrukcji z wykorzystaniem nieklasycznych materiałów

O Marianie Smoluchowskim przed zbliżającą się setną rocznicą śmierci

We wrześniu 2017 r. minie sto lat od przedwczesnej śmierci genialnego fizyka polskiego Mariana Smoluchowskiego. Wykład poświęcony będzie przedstawieniu jego pasjonującej drogi życiowej i omówieniu jego osiągnięć naukowych. W szczególności zostanie przypomniana jego niezwykle ważna rola jaką odegrał w "powołaniu atomów do życia".

Propagation of surface Love waves in a lossy layered planar waveguide with a viscoelastic guiding layer

Metoda fali obwiedniowej dla opisu nieliniowej propagacji fal akustycznych. Konsekwencje numeryczne

Mikromechaniczne modelowanie niejednorodnych materiałów sprężysto-lepkoplastycznych

Wpływ dodatku popiołów lotnych wapiennych na mikrostrukturę i mrozoodporność kompozytów o matrycach cementowych

Metoda nie-gładkiej dynamiki kontaktu: jej przegląd, aspekty numeryczne, implementacja równoległa i przykłady zastosowań w kontekście przemysłowym i akademickim

Migration of vesicles and flexible fibers in Poiseuille flow

Mechaniczne podstawy zastosowania kropel jako mikroreaktorów chemicznych w pasywnych układach mikroprzepływowych

Swimming in a fluid with inertia

Nieliniowa piezoelektryczność heterostruktur półprzewodnikowych GaN/AlN

Modelowanie numeryczne wybranych procesów związanych z formowaniem się obłoku plazmowego podczas ablacji laserowej nanosekundowym impulsem lasera Nd-YAG

Seminarium poświęcone będzie problemowi teoretycznego modelowania zjawisk ablacji laserowej i formowania się obłoku plazmowego zachodzących podczas osadzania powłok impulsem laserowym (pulsed laser deposition PLD). Analizie numerycznej poddano zjawiska zachodzące podczas oddziaływania wiązki nanosekundowego lasera Nd-YAG z tarczami wykonanymi z aluminium, grafitu, boru, wolframu oraz kompozytu WB2/B. W wyniku odziaływania promieniowania laserowego tarcza nagrzewa się, a następnie paruje tworząc obłok plazmowy. Przedstawiony model pozwala na szczegółowy opis wybranych zjawisk zachodzących podczas ablacji laserowej i formowania się obłoku plazmowego, które mają istotny wpływ na jakość osadzanych warstw.

Przedstawione wyniki stanowią osiągnięcie naukowe będące podstawą przyszłej pracy habilitacyjnej prelegenta.

Atomic force microscopy combined with optical tweezers (AFM/OT): from design to applications

The role of force is fundamental for numerous biological and physical processes. Several techniques have been recently developed in order to directly measure the forces involved in nanomaterial and biological materials activities. Atomic force microscopy (AFM) is an evolution of scanning tunnelling microscope that immediately gained popularity thanks to its ability to analyse nanomaterials. Initially, AFM was developed for nanomaterials imaging purposes, however the development of new features made it the most commonly used tool to measure force at the nanosacale. On the other hand, atomic force microscopy has limited use for examining sub-piconewton forces. Few techniques have been developed to measure the force under the AFM limit of detection. Among them, optical tweezers (OT) stands out for its high resolution and flexibility.

The combination of AFM with other techniques has significantly extended its capability in the last decades. The improvement of the AFM force resolution developing a hybrid double probe instrument based on the combination of AFM and OT has high potential in nanomechanics, molecules manipulation and biological studies.

We outline the principles underlying the applied techniques during the use of the AFM/OT as well as the design and the development of the instrument. We describe the experimental procedure for calibration of the optical trapping system and we demonstrate the achievement of higher resolution (force: 10 fN – spatial: 0.1 nm – temporal: 10 ns) than the standing alone AFM equipment.

We show the application of the hybrid equipment in three different experiments. In the first case, the trapping laser was used as a high precision nanomanipulator while the AFM cantilever guarantees the ability to visualize the treated sample zone with high resolution. The second experiment proved the possibility to lower the force limit of detection of AFM, by using a colloidal cantilever as a manipulator and the optical tweezers system as a force and spatial sensor. The last experiment is focused on the evaluation of the mechanical properties of single biomolecules. Force-extension relationships were measured for a single molecule of DNA using AFM/OT when one end of the molecule was fixed to the AFM cantilever and the other end was linked to the trapped particle. The DNA was stretched by moving the cantilever while the OT system was used as a detector.

Finally, we show the potential applications of this apparatus in other scientific fields.

Czy związki międzymetaliczne na bazie NiAl mogą zastąpić nadstopy niklu w zastosowaniach w silnikach lotniczych?

Fizyczne podstawy wytrzymałości warstwy przejściowej w nanokompozycie Cu-Al₂O₃

Analiza efektów skali w mikrostrukturach martenzytycznych metodą pola fazowego

Metoda pola fazowego (phase-field method) stanowi efektywne narzędzie modelowania i opisu przemian fazowych i ewolucji mikrostruktury, w tym przemian i mikrostruktur martenzytycznych. Istotą metody pola fazowego jest przybliżenie ostrych granic fazowych przez granice rozmyte. W tym celu wprowadza się tak zwany parametr porządku (order parameter), który zmienia się w sposób ciągły pomiędzy wartościami odpowiadającymi poszczególnym fazom, a pośrednie wartości tego parametru odpowiadają rozmytej powierzchni międzyfazowej o odpowiednio interpolowanych właściwościach. Takie podejście prowadzi do efektywnych modeli obliczeniowych, w których powstawanie i ewolucja mikrostruktury modelowane mogą być przy użyciu ustalonej siatki obliczeniowej. Nie ma więc konieczności śledzenia poszczególnych powierzchni międzyfazowych i dopasowywania siatki do zmieniającej się mikrostruktury.

Na seminarium przedstawiony zostanie nowy model ewolucji mikrostruktur martenzytycznych bazujący na metodzie pola fazowego. W modelu uwzględniono nieliniową kinematykę skończonych odkształceń i wprowadzono hierarchiczne parametry porządku. Model został wykorzystany do analizy efektów skali w mikrostrukturach martenzytycznych, w szczególności dla granicy rozdziału austenitu i zbliźniaczonego martenzytu w stopie CuAlNi. Pokazane zostanie porównanie wyników uzyskanych metodą pola fazowego z wynikami wcześniejszych modeli mikromechanicznych.

Warstwy i studnie ZnO/(ZnMg)O otrzymywane metodą PA-MBE

Technika PA-MBE, czyli epitaksja z wiązek molekularnych z zastosowaniem źródła plazmowego stała się w ostatnich latach popularną metodą wzrostu półprzewodników, w których jeden ze składników (anion) występuje jako gaz. Technika ta jest używana do wzrostu warstw i struktur kwantowych, zarówno azotków grupy III (GaN,InN i AlN), jak i tlenków grupy III (ZnO) i trójskładnikowych stopów ZnMgO i CdZnO. Wszystkie te materiały można zaliczyć do półprzewodników szerokoprzerwowych. O ile azotek galu w tej chwili jest najważniejszym materiałem półprzewodnikowym po krzemie, o tyle tlenek cynku dotąd niedoceniany w przyszłości może mieć również ważne zastosowania optoelektroniczne. Głównym powodem zainteresowania środowiska naukowego ZnO jest bardzo wysoka energia wiązania ekscytonów (60 meV). Daje to w perspektywie możliwość nowych zastosowań w optoeletronice bazujących na takich zjawiskach jak kondensat Bosego-Einsteina, czy akcja laserowa na trionach.

Na seminarium pokażę najnowsze wyniki otrzymane na układzie PA-MBE pracującym w Instytucje Fizyki PAN. Będą to wyniki dotyczące podstawowych właściwości warstw ZnO i ZnMgO, oraz studni kwantowych ZnO/(ZnMg)O. Pokażę wyniki dotyczące magnetooptyki trionów (naładowany ekscyton) otrzymane we współpracy z kolegami z Uniwersytetu Warszawskiego. Warto podkreślić, że obserwowane przez nas triony mają rekordowe energie wiązania. Przedstawię również niedawno otrzymane wyniki dotyczące akcji laserowej na studniach kwantowych ZnO/(ZnMg)O. Na koniec podsumuję wszystkie otrzymane wyniki.

Manipulatory mechaniczne i układy pomiarowe w nanoskali

Seminarium z okazji 70-lecia urodzin prof. dr hab. inż. Michała Kleibera

Program uroczystości:

Metodyka obliczeń wieloskalowych z wykorzystaniem heterogenicznych architektur sprzętowych

Nowe półprzewodnikowe przyrządy mocy (SiC i GaN) w energoelektronice

Energoelektronika, zajmująca się zagadnieniami przekształcania energii elektrycznej, jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin z obszaru elektrotechniki i elektroniki. Wynika to z coraz powszechniejszego stosowania układów energoelektronicznych, które spotkać można nie tylko we wszelakich systemach zasilania, ale także w układach napędowych, trakcji elektrycznej czy sieciach elektroenergetycznych ­ w zakresach mocy od pojedynczych watów do megawatów. Bez energoelektroniki trudno wyobrazić sobie integrację odnawialnych źródeł energii albo działanie samochodów elektrycznych czy hybrydowych. Rozwój tej dziedziny obecnie zachodzi pod wpływem nowych topologii układów oraz sposobom ich sterowania, ale przede wszystkim dzięki sięganiu po nowe materiały półprzewodnikowe. Po latach badań przyrządy mocy bazujące na materiałach o szerokim paśmie zabronionym, takich jak węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN), stają się realną konkurencją dla elementów krzemowych. Z jednej strony parametry nowych elementów oferują szereg możliwości, z drugiej - pojawia się wiele wyzwań związanych choćby z odprowadzaniem prądu czy ciepła ze struktur półprzewodnikowych. W ramach wykładu przedstawione zostaną podstawowe zagadnienia związane z zastosowaniem przyrządów mocy SiC i GaN w energoelektronice, w tym wpływu na parametry urządzeń takie jak sprawność, jakość przetwarzanej energii czy gęstość mocy.

Wrzenie podczas przepływu przez minikanały

Hydrodynamic vs. kinetic modelling of liquid-vapour systems

Zbadanie związku przetwarzanie-morfologia-zachowanie mechaniczne dla nanokompozytów polimerowych: modelowanie i eksperymenty

Badania uszkodzenia materiałów w warunkach pełzania lub zmęczenia - stan zagadnienia i nowe wyzwania

Seminarium habilitacyjne: Propagacja i tłumienie fal akustycznych w ośrodkach porowatych, a cechy geometryczne i drgania mikrostruktury

Zastosowanie metody pręta Hopkinsona do analizy wpływu wstępnych obciążeń zmęczeniowych na lepkoplastyczne charakterystyki stali i stopów

Nanofluid flow and heat transfer in boundary layers at small nanoparticle volume fraction

OPTYMALNE PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI WIELOSKŁADNIKOWYCH

Matematyczne problemy modelowania dynamiki wapnia w komórce

Minimalizacja podatności konstrukcji liniowo sprężystych. Zagadnienie projektowania rozkładu modułów symetrii kubicznej

Continuum Mechanics beyond the Second Law of Thermodynamics

The results established in contemporary statistical physics indicating that, on very small space and time scales, the entropy production rate may become negative motivate a generalization of continuum mechanics. In view of the fluctuation theorems describing such violations, it is recognized that the evolution of entropy at a continuum point is stochastically (not deterministically) conditioned by the past history. Hence, the Clausius-Duhem inequality is replaced by a submartingale model, which, leads to a classification of thermomechanical processes into four types depending on whether they are conservative or not and/or conventional continuum mechanical or not. Stochastic generalizations of thermomechanics are given in the vein of either thermodynamic orthogonality or primitive thermodynamics, with explicit models formulated for Newtonian fluids with either parabolic or hyperbolic heat conduction. Several random field models of the martingale component, possibly including spatial fractal and Hurst effects, are proposed. As examples, we consider propagation of an acceleration wavefront of nanoscale thickness and permeability of nano-porous media.

Rozchodzenie się powierzchniowych fal Love'a w niejednorodnych sprężystych ośrodkach gradientowych

Micromechanics of heterogeneous materials and cross-property connections

The following topics will be discussed:

• Proper quantitative characterization of complex microstructures containing defects and inhomogeneities
• Overall properties, elastic and conductive, of such microstructures
• Cross-property elasticity-conductivity connections between the elastic constants and thermal/electric conductivities. Applications: (1) monitoring the stiffness loss through electric resistivities (2) optimization of microstructures for a combined elastic/thermal conductivity performance (sprayed coatings)
• Applications to materials science. In particular: metal foams; sprayed coatings; fatigue microcracking in metals; composites.

Statystyczne tłumaczenie mowy polskiej

Wybrane aspekty formułowania, implementacji oraz aplikacji 6-parametrowej nieliniowej teorii powłok

Dynamika mikro i nano obiektów zawieszonych w płynie

Hipersprężystość - modelowanie konstytutywne i zastosowania

Zastosowanie zjawisk elektromagnetycznych do tłumienia samowzbudnych drgań mechanicznych

Wykrycie mechanizmu tworzenia silnego wiązania na granicy faz metal -ceramika: analiza teoretyczna i weryfikacja doświadczalna

Problemy mechaniki w konserwacji obrazów wielkoformatowych na przykładzie prac w katedrze w Namur (Belgia)

Od pytań o konformację fibrynogenu do opisu teoretycznego dyfuzji własnej cząstek dowolnego kształtu

Modelowanie procesów odlewania ciśnieniowego metali metodą elementów skończonych

Mechanika ośrodków ciągłych niecałkowitego rzędu

Pierwsze sformułowania mechaniki ośrodków ciągłych niecałkowitego rzędu (MOCNR) datuje się na początek XXI wieku [1,2]. MOCNR należy do grupy modeli nielokalnych, gdzie nielokalność wynika z użycia w opisie pochodnych niecałkowitego rzędu (pochodnych frakcjalnych). Należy podkreślić, iż sposobów definicji MOCNR może być wiele.
W pierwszych pracach [3,4] rozważano MOCNR w wersji odpowiadającej klasycznemu ujęciu dla małych deformacji. Dopiero w pracy [5] podano pierwszą koncepcję MOCNR dla dużych (frakcjalnych) deformacji.
W trakcie referatu zostanie omówiona autorska koncepcja MOCNR zaprezentowana w pracy [6], z przykładami z zakresu teorii sprężystości i plastyczności, w tym również weryfikacji eksperymentalnej bazując na wynikach zginania mikro belek z polimeru SU-8.

[1] M. Klimek. Fractional sequential mechanics—models with symmetric fractional derivative. Czechoslovak Journal of Physics, 51(12):1348–1354, 2001.
[2] K.A. Lazopoulos. Non-local continuum mechanics and fractional calculus. Mechanics Research Communications, 33:753–757, 2006.
[3] T.M. Atanackovic and B. Stankovic. Generalized wave equation in nonlocal elasticity. Acta Mechanica, 208(1-2):1–10, 2009.
[4] A. Carpinteri, P. Cornetti, and A. Sapora. A fractional calculus approach to nonlocal elasticity. European Physical Journal Special Topics, 193:193–204, 2011.
[5] C.S. Drapaca and S. Sivaloganathan. A fractional model of continuum mechanics. Journal of Elasticity, 107:107–123, 2012.
[6] W. Sumelka. Thermoelasticity in the framework of the fractional continuum mechanics. Journal of Thermal Stresses, 37(6):678–706, 2014.

Analiza scenariuszy precyzyjnego pozycjonowania układu elektromechanicznego napędzanego silnikiem skokowym

Reprezentacja i rozumowanie jakościowe w aplikacjach robotyki mobilnej

Obrazowanie parametryczne w ultrasonografii

Masywnie równoległa metoda dekompozycji obszaru dla dyskretyzacji nieciągłą metodą Galerkina

Światłowodowe siatki Bragga - właściwości czujnikowe oraz zastosowania metrologiczne

Nieliniowe odbicie i transmisja akustycznej fali płaskiej na granicy dwóch ośrodków

Nadzwyczaj silna transmisja i generacja wirów optycznych na periodycznym układzie stref Fresnela

Modelowanie mikro-strukturalne pochłaniania dźwięku w ośrodkach porowatych i włóknistych: periodyczne reprezentacje i weryfikacja eksperymentalna.

Rozproszone sterowanie przepływem pojazdów po autostradach

Analiza deformacji i zniszczenia pianek korundowych

Uszkodzenia śrubowych połączeń kołnierzowych w wieżach telekomunikacyjnych

A tribute to the professor Bogdan Raniecki's scientific work

Nieliniowe problemy mechaniki materiałów - wykład poświęcony omówieniu głównych wyników prac prof. Bogdana Ranieckiego

Nowe rozwiązanie dla nielokalnego równania Sturma-Liouville'a

Kropki kwantowe - własności fizyczne i modelowanie numeryczne

Plastyczność w 6-parametrowej nieliniowej teorii powłok, efektywność obliczeń MES - praca doktorska

Uniwersalna architektura integracyjna dla heterogenicznych źródeł danych i metod optymalizacji

Integracja danych jest problemem rozwiązywanym od wielu dekad, który moim zdaniem nadal nie doczekał się całościowego rozwiązania. Przedstawię architekturę integracji danych opartą na idei Kubloidu. Celem tej architektury jest dostarczenie uniwersalnego meta-modelu integrującego dostęp do heterogenicznych danych (m.in. relacyjnych, XML i NoSQL). Model ten jest zrealizowany w postaci middleware zbierającego informacje o dostępnych źródłach danych jednocześnie pozwalając na złożenie w nim metod optymalizacji dostępu do tych danych.

Czy komputer nie myli się?

Periodyczny układ dipoli dyslokacyjnych: zbieżność warunkowa i naprężenia makroskopowe

Theoretical predictions and experimental measurements of thermal conductivity degradation with strain in a Carbon-Carbon composite: Potential for use as a Structural Integrity monitor

Cardiovascular engineering - how far are we from the clinic?

Patient-specific modelling (PSM) is impacting most areas of medicine and allows for improvements in diagnosis, management, clinical outcomes and even personalised medical devices. The most common type of aortic disease is an aortic aneurysm. Aneurysms of the aorta typically form in the upper, thoracic aorta (TAA), and/or, lower, abdominal aorta (AAA). These aneurysms are notoriously symptomless and have earned themselves the title of “silent killer” as rupture usually results in death. As many as 7% of elderly men (>65yrs) have an AAA, which equates to roughly 110,000 elderly Australian men currently living with an AAA, with the vast majority blissfully unaware of the problem. Upon detection of the aneurysm, the maximum diameter is used to determine the risk of rupture. However, this is a crude “one size fits all” measurement and in this era of personalised medicine, PSM can significantly improve the classification of rupture-risk. In this seminar, I will discuss recent advancements in PSM of aortic aneurysmal disease and the challenges facing the translation of PSM to the clinic. Some areas of ISML research will be presented; including thoracic and abdominal aortic aneurysms, harvesting and mechanical testing of patient-specific tissue, and recent efforts relating inflammation in the diseased aortic wall (visualised using state-of-the-art. medical imaging) to the underlying biomechanics. I will also show our most recent work which demonstrates that PSM can predict the location of aneurysm rupture.

Modelowanie oddziaływań kontaktowych kul w warunkach poślizgu i tarcia

Dynamika elastycznych cząstek opadających w lepkim płynie - oscylacje i odpychanie hydrodynamiczne

Podczas sedymentacji grup mikrocząstek interesującym i ważnym zjawiskiem są wykonywane przez nie ruchy periodyczne. W referacie przedstawię w jaki sposób elastyczność cząstek wpływa na dynamikę układu.

O wzroście sieci rzecznych i korytarzy skalnych

"Morskie fale, prążki na piasku na plaży, łagodna linia wybrzeża między przylądkami, zarys odległych wzgórz na horyzoncie, kształty obłoków - to wszystko zagadki formy i kształtu, które fizyk z mniejszym lub większym trudem powinien potrafić rozszyfrować" – pisał prawie sto lat temu D'Arcy Wentworth Thompson w swoim monumentalnym dziele "O wzroście i formie". Współczesna fizyka zdołała przesunąć się po drodze zakreślonej przez Thompsona – zaczęliśmy rozumieć, jakie mechanizmy rządzą spontanicznym uporządkowaniem materii i jak opisać układy, w których oddziaływania między elementami składowymi prowadzą do powstawania uporządkowanych struktur lub jakościowo nowych zachowań fizycznych. Na wykładzie opowiem o dwóch przykładach procesów samoorganizacji w świecie przyrody nieożywionej: o tym, jak powstają zalążki jaskiń i jak wzrastają sieci rzeczne na piaszczystym podłożu. W szczególności postaram się wyjaśnić, dlaczego początkowo planarna szczelina skalna rozpuszcza się w niejednorodny sposób, prowadząc do powstawania korytarzy krasowych i dlaczego strumienie spływające do rzeki Apalachicola na Florydzie łączą się ze sobą pod kątem 72 stopni.

Zespół Systemów Elektronicznych IPPT - opracowania, zastosowania, perspektywy

Zespół Systemów Elektronicznych zajmuje się projektowaniem zaawansowanych systemów elektronicznych do akwizycji i przetwarzania sygnałów ultradźwiękowych. Na seminarium zostaną zaprezentowane wybrane opracowania Zespołu oraz możliwości ich zastosowań w diagnostyce medycznej oraz ultradźwiękowych badaniach nieniszczących. Przedstawiona zostanie metodologia i zagadnienia inżynierskie projektowania nowoczesnej elektroniki. Na zakończenie pokażemy perspektywy rozwoju Zespołu oraz możliwości jego współpracy w ramach Instytutu.

Koordynacja Sygnalizacji w Morfogenezie Mieszków Włosowych

Kształtowanie się złożonych struktur (morfogeneza) w organizmach żywych wymaga precyzyjnej kontroli. Proces ten jest wielostopniowy i opiera się na wymianie sygnałów chemicznych i mechanicznych między populacjami komórek uczestniczących w tworzeniu danej struktury. Sygnały te aktywują różnorakie szlaki, które zmieniają profile ekspresji białek i w ten sposób wpływają na własności mechaniczne komórek oraz syntezę kolejnych przekaźników. Użytecznym systemem do badań nad morfogenezą okazała się skóra, a w szczególności mieszek włosowy, z powodu stosunkowo prostej i dobrze zdefiniowanej budowy przy jednoczesnym zachowaniu złożoności repertuaru wymiany sygnałów chemicznych i mechanicznych. W 2003 Jamora et al. opisali intrygujący mechanizm regulacji morfogenezy mieszka włosowego - w szczególności pokazali jak interakcja dwóch szlaków sygnalizacyjnych, Wnt and BMP, jednocześnie kontroluje „plastyczność” połączeń międzykomórkowych oraz program ekspresji genów poprzez regulację stabilności i lokalizacji beta-kateniny, istotnego czynnika transkrypcyjnego i białka strukturalnego.

seminarium habilitacyjne

Adaptacyjne tł‚umienie drgań„ wywoł‚anych pojazdami szynowymi z wykorzystaniem materiał‚ów inteligentnych

Zaprezentowane zostaną… wyniki badań uzyskane w trakcie realizacji projektu Lider. Projekt dotyczy pół‚aktywnego tł‚umienia drgań„ wywoł‚anych ruchomymi obciążeniami. Przedstawiony zostanie model matematyczny zadania, jego model numeryczny wraz z charakterystycznymi macierzami opisują…cymi wpł‚yw bezwł‚adnoś›ci obciążenia oraz cechy charakterystyczne rozwią…zań„. Dzię™ki optymalnemu sterowaniu parametrami tł‚umią…cymi możliwe jest uzyskanie znacznie wię™kszego obniżenia drgań„ niż w przypadku stał‚ych parametrów ukł‚adu. Wyniki numeryczne porównano z pomiarami uzyskanymi na prototypowym stanowisku badawczym.

Podejście energetyczne do pokrytycznych deformacji niesprężystych w materiałach i konstrukcjach

The response of rate-independent inelastic solids and structures to a quasi-static loading programme is frequently non-unique. In contrast to elastic structures, there can be infinitely many theoretical post-critical solutions in the range of stable equilibrium beyond the primary bifurcation point. Appealing to initial imperfections is not always effective. Therefore, there is a need for a general criterion of choice of the post-critical branch of possible physical meaning.

The energy criterion of instability of equilibrium has been extended to quasi-static deformation processes under general assumptions that result in a symmetric tangent stiffness matrix. As a consequence, a convenient incremental criterion is obtained for eliminating unstable post-critical solutions. The energy-based computational algorithm for passing bifurcation points with automatic branch switching has been developed and used in finite element computations. Special attention is focused on spontaneous formation of microstructures in initially homogeneous materials as a consequence of the loss of material stability.

Noisy Brakes, Energy Harvesting and Vibrating Oil Paintings: Actual Applications of Nonlinear Dynamics

This presentation intends to give an overview over some research activities of the Chair of Mechatronics and Machine Dynamics at TU Berlin.

Nowadays, the optimization of brakes with respect to their noise behavior is a key issue in the development process and consumes more than 50% of the respective costs. Therefore research on modeling and experimental methods with respect to a better understanding of the noise behavior is of considerable interest. The presentation focuses on the dynamic characterization of friction materials and on the bifurcation behavior of automotive disk brakes.

In the second part solutions of Fokker-Planck equations of nonlinear stochastically excited systems are considered. As an example, multi-stable energy harvesting systems are considered that exhibit non-Gaussian behavior. Finally results of investigations on the vibrational behavior of oil paintings are shown. There are strong influences of weathering visible when vibration responses are considered.

Nonlinear vibrations of shells and plates in traditional, soft and advanced materials

O Marianie Smoluchowskim na trzy lata przed setną rocznicą śmierci

Marian Smoluchowski zmarł 5 września 1917 r. Był jednym z najwybitniejszych (o ile nie najwybitniejszym) uczonym polskim. Na seminarium zostaną przedstawione podstawowe fakty z Jego życia i omówione Jego najważniejsze osiągnięcia naukowe.

Wprowadzenie do użytkowania interaktywnego monitora dotykowego

Celem prezentacji jest pokazanie możliwości jakie daje monitor dotykowy w powadzeniu wykładów i seminariów.

Urządzenie pozwala na dotykową obsługę systemu Windows 8.1 lub innego przystosowanego do tego celu. Zastosowanie odpowiednich aplikacji daje możliwość naturalnego ręcznego pisania pisakiem po ekranie i zapamiętanie tych zapisów lub odręcznego nanoszenia poprawek w dokumentach PowerPoint lub PDF. Na seminarium zaprezentowany będzie także program Easiteach Next Generation zaprojektowany do celów dydaktycznych przystosowany do używania z urządzeniami dotykowymi.

Monitor dotykowy może być używany jako wyświetlacz w zastępstwie projektora i ekranu. Może też zastąpić tradycyjną tablicę do prowadzenia notatek, a jego wielką zaletą jest możliwość zapamiętania wszystkiego, co zostało napisane.

Adsorpcja białek – Mitologia i nauka

Zdefiniowano główne przesądy pokutujące w dziedzinie adsorpcji białek na powierzchniach ciało stałe/elektrolit. Wykazano nieadekwatność tradycyjnych ujęć opierających się na koncepcji izoterm adsorpcji, szczególnie modelu Langmuira. Omówiono nowe metody analizy adsorpcji białek wykorzystujące podejście fizykochemiczne, w szczególności ilościowy opis hydrodynamiczny i modelowanie metodą Monte-Carlo. Wykazano, że uzyskane wyniki teoretyczne umożliwiają ilościową interpretację danych doświadczalnych uzyskanych dla albumin i fibrynogenu, białek osocza krwi o podstawowym znaczeniu. Wykazano, w przeciwieństwie do obowiązujących poglądów, że podstawową rolę w procesach adsorpcji białek odgrywają oddziaływania elektrostatyczne, wynikające z heterogenicznego rozkładu ładunku elektrycznego. Na tej podstawie wyjaśniono przyczyny wielu rozbieżności występujących w doniesieniach literaturowych, dotyczących oszacowań stałych kinetycznych, energii adsorpcji oraz pokryć maksymalnych.

Założyciele naszego Instytutu i patroni sal wykładowych

Rozpocznę od krótkiego zarysu sytuacji w kraju, poprzedzającej powstanie Polskiej Akademii Nauk. Mowa będzie między innymi o I Kongresie Nauki Polskiej, na którym zapadła decyzja o powołaniu PAN. Ilustrowane to będzie kroniką filmową i oryginalnymi zdjęciami Warszawy. Przedstawię sylwetki organizatorów naszego Instytutu, osób o niezwykle ciekawych życiorysach i nieprzeciętnych osiągnięciach naukowych. Z kolei przybliżę sylwetki pozostałych osób, upamiętnionych patronatem poszczególnych sal wykładowych.

Audiowizualne nagranie z seminarium

Ciało afinicznie sztywne i dynamiczna niezmienniczość afiniczna w mechanice i fizyce
(Affinely rigid body and dynamical affine invariance in mechanics and physics)

Jest dziwnym zrządzeniem losu, że ten sam człowiek, mianowicie Leonard Euler, sformułował dwa równania noszące jego imię i opisujące dwa na pozór zupełnie różne obiekty fizyczne: bryłę sztywną i ciecz idealną. Chwila zastanowienia wskazuje, że mógł to nie być przypadek: są to dwa obiekty z grupą Liego jako przestrzenią konfiguracyjną. Energia kinetyczna jest lewostronnie niezmiennicza w przypadku bryły sztywnej (i jednocześnie prawo-niezmiennicza w przypadku bąka kulistego), zaś ciecz idealna ma energię kinetyczną prawostronnie niezmienniczą. Mówiąc ściślej, w przypadku cieczy nie jest to dosłownie grupa Liego, gdyż jej wymiar jest nieskończony. Mój model jest kompromisem między tymi dwoma: przestrzeń konfiguracyjna ma skończony wymiar, ale zawiera deformacyjne stopnie swobody. Zakres zastosowań jest ogromny: Problemy makroskopowej sprężystości, gdy długość fali jest porównywalna z rozmiarami ciała, dynamika molekularna, kryształy molekularne, fullereny, dynamika inkluzji, zawiesin i pęcherzy gazowych, kontinua z mikrostrukturą, dynamika jąder atomowych, astrofizyka i geofizyka, robotyka, zmodyfikowana metoda elementów skończonych, dynamika jednowymiarowych łańcuchów (sieci całkowalnych). Istnieją zastosowania w medycynie i biologii. Jest jednak pewien brak w teorii w porównaniu z ogólną teorią układów o grupowych stopniach swobody. Mianowicie struktura grupowa z reguły wymusza pewne rozwiązania analityczne (wiąże to się z analitycznością grup Liego), a w dodatku wyróżnioną rolę odgrywają tam modele lewostronnie- lub prawostronnie- niezmiennicze względem działania grup. Otóż w zwyklej dynamice ciał afinicznie sztywnych nie ma modeli o afinicznie niezmienniczej energii kinetycznej. My pokazujemy, że modele takie jednak istnieją, co więcej, pozwalają one na znajdowanie rozwiązań oscylacyjnych w przypadku geodezyjnym, a więc bez potencjału. Przypomina to trochę zasadę Maupertuis w mechanice, ale motywacja jest bardziej geometryczna. Dalej zagadnienie wiąże się z ogólniejszym programem afinicznie niezmienniczej dynamiki w sensie Kroenera, Hehla, Ne'emanna i innych.

Logika i informacja na poziomie pojedynczej komórki, czyli o biochemicznym przetwarzaniu sygnałów

Możliwość przetrwania żywych organizmów nierozłącznie wiąże się z przekazywaniem informacji. Każda zmiana w otaczającym środowisku stwarza konieczność szybkiego dostosowania się do nowych warunków. Na poziomie komórki przekazywanie informacji odbywa się poprzez reakcje biochemiczne, a głównym nośnikiem komunikatów są białka.

W referacie przedstawię podstawowe narzędzia do modelowania biologicznych ścieżek sygnałowych, które pozwalają zrozumieć mechanizmy przekazywania informacji w żywych komórkach. W szczególności przedstawię nasz wynik pozwalający określić, kiedy biochemiczna ścieżka sygnałowa funkcjonuje optymalnie. Za pomocą rozwiniętej metodologii oraz danych eksperymentalnych przedstatwię jak bakteria Escherichia coli przetwarza informacje o dostępności aminokwasów. Nasze wyniki pokazują, że maszyneria molekularna bakterii jest w stanie efektywnie wykryć około 16 różnych stężeń glutaminy (aminokwasu służącego do produkcji innych aminokwasów) co kwestionuje dominujący do tej pory pogląd, że bakteria może rozróżnić jedynie dostępność glutaminy lub jej brak.

Wektorowe wiązki falowe - od równania Schrödingera do pełnego układu równań Maxwella

Pole optyczne konwencjonalnych wiązek falowych, o średnicy przekroju poprzecznego znacznie przekraczającej długość fali i o jednorodnej przestrzennie polaryzacji, opisywane jest poprzez paraboliczne równanie przyosiowe w postaci odpowiadającej równaniu Schrödingera. Jednakże w zastosowaniach nanofotonicznych szczególnie przydatne są wiązki falowe niespełniające tych warunków, czyli wiązki o przekroju subfalowym i o niejednorodnej polaryzacji. W opisie pola takich wiązek równanie Schrödingera należy zastąpić pełnym układem równań Maxwella z rozwiązaniami o znacznie bardziej skomplikowanej strukturze. Zreferowana zostanie konstrukcja takiego ścisłego rozwiązania wykorzystująca szczególnie istotne w zastosowaniach własności wiązek Laguerra-Gaussa dowolnego rzędu. Otrzymane w ten sposób wyniki mają charakter podstawowy, zarówno poznawczy jak i aplikacyjny, w takich dziedzinach jak nanofotonika, plazmonika, optoelektronika, informatyka optyczna i kwantowa komunikacja.

Nagroda Nobla 2013: transport pęcherzykowy czyli logistyka w komórce

Tegoroczna Nagroda Nobla została przyznana za badania podstawowe w zakresie biologii komórki. Trójka nagrodzonych naukowców, stosując trzy różne modele badawcze (izolowane białka, drożdże, komórki nerwowe) wyjaśniła uniwersalne mechanizmy transportu substancji wewnątrz komórek.

Zjawisko kawitacji w odkształcanych plastycznie polimerach częściowo krystalicznych

Podczas odkształcania polimerów termoplastycznych często jest obserwowane zjawisko kawitacji, czyli powstawanie nano- i mikrometrowych pustek wewnątrz struktury polimeru. Zwykle kawitacje odnotowywane są po raz pierwszy przy odkształceniach bliskich granicy plastyczności materiału. Powstają one w fazie amorficznej polimeru i ze wzrostem odkształcenia ulegają ewolucji. Wyjaśnione będzie dlaczego kawitacje powstają w polimerach częściowo krystalicznych, przy jakich rodzajach odkształcenia i dlaczego nie są obserwowane w niektórych polimerach. Pokazane zostanie jak wystąpienie zjawiska zależy od struktury wewnętrznej polimeru, w tym od budowy elementów krystalicznych – lameli. Omówiony będzie również wpływ warunków deformacji, takich jak temperatura, szybkość odkształcania. Przedstawione będą zmiany kształtu i rozmiarów kawitacji w zależności od ewolucji struktury wewnętrznej polimeru i jej przekształcania ze sferolitycznej w fibrylarną. W oparciu o pomiary właściwości mechanicznych, rentgenografię i badania termowizyjne przedstawiony będzie wpływ kawitacji na przebieg odkształcenia plastycznego polimeru, a więc na jego właściwości mechaniczne i możliwość zastosowania.

Development of drag reducing strategies

Drag experienced by an object moving through a fluid can be decomposed into form drag associated with pressure field and shear drag associated with friction. Different strategies need to be followed in order to reduce each type of the drag. This presentation is focused on the development of strategies for reduction of the friction drag. Since it is known that laminar flow produces less friction than the turbulent flow under nominally identical conditions, most of the recent efforts have been focused on analysis and, hopefully, control and delay of the laminar-turbulent transition. Once the flow assumes the turbulent form, drag reduction can be induced through application of riblets which interfere with the turbulence production.

Methods that can lead to drag reduction to be described in this presentation follow a more systematic approach. Flow can be modulated using distributed forcing. Surface topography (roughness), distributed suction/blowing, set of electrodes producing plasma injections, distributed heating sources, etc, represent examples of physical effects that can be used to create distributed forcing. Flow changes are to be produced by patterns of such forcing rather than by its strength. Analyses based on this concept have lead to the development of laminar, drag reducing grooves (application of patterns of surface topography) as well as helped in the identification of the Super-ThermoHydrophobic effect (application of patterns of heating) that result in a significant drag reduction. In each case drag reduction of practical interest has been achieved.

References:

H.Moradi and J.M.Floryan, Flows in Annuli with Longitudinal Grooves, J. Fluid Mech., 2013, v.716, 280-315.
M.Z.Hossain, D.Floryan and J.M.Floryan, Drag Reduction due to Spatial Thermal Modulations, J. Fluid Mech., 2012, v.713, 398-419.
M. Z. Hossain & J. M. Floryan, Instabilities of Natural Convection in a Periodically Heated Layer, J. Fluid Mech., 2013, v. 733, pp. 33-67.
A. Mohammadi and J. M. Floryan, Pressure losses in Grooved Channels, J. Fluid Mech., 2013, v. 725, pp. 23-54.

Elektroprzędzenie nanowłókien. Badania podstawowe i zastosowania biomedyczne

Elektroprzędzenie nanowłókien (przędzenie elektryczne) jest techniką umożliwiającą tworzenie ultra-cienkich włókien. Jest to jedna z najwydajniejszych i najtańszych metod produkcji nanomateriałów. Na seminarium przedstawię wyniki badań podstaw procesu i zastosowania materiałów uzyskiwanych na drodze elektroprzędzenia w biologii i medycynie.

Profesor Jan Czochralski
Wielki nieznany
Patronem roku 2013

Przedstawiona zostanie sylwetka Profesora i Jego życiorys oraz zakres tematyczny badań.
Omówione zostaną metody otrzymywania monokryształów z fazy ciekłej w aspekcie zalet uzyskiwania monokrysztalów metodą Czochralskiego. Podsumowane zostaną osiągnięcia naukowe Profesora oraz przedstawiony okres powojenny związany z Jego życiem jak rówież współczesne działania związane z promocją "Wybitnego Polskiego Uczonego".

Systemy zgazowania biomasy - stan obecny i perspektywy

Przedstawiamy budowane przez naszą firmę MTF Sp. zoo systemy do zgazowania biomasy i odpadów. Zgazowanie stanowi ciekawą alternatywę dla bezpośredniego spalania zwłaszcza w przypadku możliwości wykorzystania powstałego gazu do produkcji prądu w silnikach spalinowych lub przeróbki gazu na paliwa ciekłe. Umożliwia podniesienie sprawności wytwarzania energii elektrycznej do 40% i mniejsze koszty wykorzystania ciepła. Warunkiem osiągnięcia sukcesu jest sprawny system oczyszczania gazu. Przedstawimy nasze prace rozwojowe dotyczące budowy takich systemów i ich integracji z systemami zgazowania.

Przepływy kropel w mikrokanałach

Obecny rozwój technik kontrolowania przepływów w mikrokanałach umożliwił precyzyjne manipulowanie kroplami o niewielkich objętościach. Operacje takie jak dzielenie, łączenie kropel i przemieszczanie ich w sieciach kanałów pozwalają na wykonywanie skomplikowanych protokołów na próbkach chemicznych lub biologicznych. Na seminarium przedstawione będą główne problemy, potencjalne zastosowania i wyniki ostatnich prac nad mechanizmami pozwalającymi na precyzyjną kontrolę kropel.

Novel nanocomposite foam for structural applications

The success of new materials developments depends on development of new processing techniques that can provide cost effective fabrication of structures and components with improved performance. This demands not only rapid development of new/improved processing techniques but also better understanding and control of material chemistry, processing, structure, physics, performance, durability, and, more importantly, relationships between these fields. This scenario usually involves multiple length and time scales and multiple processing and performance stages, which are sometimes only accessible via multi-scale / multi-stage modeling or simulation. Some important issues of this integrated approach to materials, processes and applications will be reviewed in relation to the development of new foams (sandwich core) materials which can be applied mainly in wind turbine industry including also yachting and rail transportation applications. The major challenge in the development of these materials has been the combination of two different processing routes, one for the synthesis of nanocomposites and another for foaming. Therefore the choice of material components constituting a final core material and processing protocols must simultaneously compromise adequateness of the material composition to both processes and at the same time fulfilling industrial specification requirements. Several characterization and simulation results at different length scales that supported the development of core materials will be presented.

Inauguracja roku akademickiego 2013/14

Technologie Inteligentne dla Inżynierii Bezpieczeństwa. Wykład inauguracyjny.

Technologie Inteligentne rozumiane są tutaj jako mechatronika (czyli interakcja mechaniki, elektroniki oraz informatyki) stosowana do dużych konstrukcji inżynierskich, z ich pokaźną masą i wpływem bezwładności na odpowiedzi dynamiczne. Wymusza to semi-aktywne (nie zaś w pełni aktywne) strategie sterowania, pozwalające na samo-adaptację ustroju do zmiennych obciążeń środowiskowych.

Inżynieria Bezpieczeństwa rozumiana jest tutaj jako zespół technologii odpowiadających na różnorakie zagrożenia eksploatacyjne ustrojów inżynierskich. Przykładowo, tzw. Structural Health Monitoring (SHM) ma na celu automatyczne monitorowanie stanu technicznego konstrukcji, zaś tzw. Adaptive Impact Absorption (AIA) służy rozwiązaniom pozwalającym na łagodzenie skutków (losowych często) obciążeń udarowych.

Interakcja obu powyższych dziedzin tworzy obszar, w którym formalne procedury badawcze wraz z rozwiązaniami heurystycznymi odpowiadają na silnie umotywowane wyzwania technologiczne.

Przedstawiony zostanie kilkunastoletni dorobek Pracowni Inżynierii Bezpieczeństwa (w Zakładzie Technologii Inteligentnych) w nowo-tworzonym obszarze badawczym: Smart Technologies for Safety Engineering.

Modeling shot peening

Shot peening, high speed projection of several thousands small beads on the surface, is a classical surface treatment to improve fatigue life of materials and structures. Its part is to introduce compressive residual stresses close to the surface that limit the initiation and propagation of a crack. The principle of shot peening is to introduce a plastic strain field just on a few tenth o mm layer as it can be seen in the figure.

The modelling of shot peening taking into account all the parameters is very difficult and many researchers are still trying to build their own one. J. Zarka and J. Frelat proposed an almost analytical solution in the 70. During the seminar, we shall review it, we shall see its application in fatigue and we shall go even further: we shall show how it was created a dedicated software : SHOTFORMING to define the automatic metal forming with shot peening (how to shot peen in every place) a huge aeronautical panel so that the required final shape is reached without INSTANTANEAOUSLY when we start from any initial shape pannel. (ie the resolution of an inverse problem with several hundredth of parameters !). This was performed thanks to our approach Intelligent Optimal Design of Complex Systems.

Modelling extreme deformation and dynamic behaviour of materials using multi-scale techniques and mesh-less methods

The seminar will present overview of computational mechanics research at the Centre for Advanced Composite Materials of the University of Auckland. Our research covers both fundamental and applied aspects of material behaviour and failure processes. This presentation will encompass computational modelling of material deformation, damage and fracture using multi-scale techniques in conjunction with mesh-less methods, novel composite materials development and damage tolerance structural optimisation. Multi-scale modelling of damage and fracture progression linking nano to macro scales and associated development of coupled computational modelling tools will be highlighted. The strengths of mesh-less methods will be illustrated with reference to both low to high-speed fractures and small to large scale problems. These include several dynamic fracture and fragmentation processes, such as hypervelocity impact fracture, nano-scale machining, large scale geo-mechanical failures (magma intrusion, caving, slope stability, etc). One of our core areas to be presented is novel impact and blast resistant, light weight composite material developments for aerospace components subjected to high-speed loading and extreme deformations, as ccurs in the cases of debris impact on spacecrafts, bird strike on aircraft engines, blast induced failures, etc. Lastly novel shape and topology optimisation methodologies for damage tolerance optimisation, i.e. maximising the residual strength and fatigue life, of aero-structures will be highlighted. Case studies from projects with Royal Australian Air Force and Defence Science and Technology Organisation will be presented to demonstrate the practical implementation and utilities of the developed design and analysis methodologies.

Problemy symetrii afinicznej w mechanice i teorii pola. Ośrodki z mikrostrukturą

Challenges for computational biomechanics for medicine

Mathematical modelling and computer simulation have proved tremendously successful in engineering. One of the greatest challenges for mechanists is to extend the success of computational mechanics to fields outside traditional engineering, in particular to biology, biomedical sciences, and medicine. By extending the surgeon's ability to plan and carry out surgical interventions more accurately and with less trauma, Computer-Integrated Surgery (CIS) systems could help to improve clinical outcomes and the efficiency of health care delivery. CIS systems could have a similar impact on surgery to that long since realized in Computer-Integrated Manufacturing (CIM). However, before this vision can be realised the following four challenges must be met:

Challenge 1. Efficient generation of computational grids from medical images of human organs.

Challenge 2. Real-time (or near-real-time) computations on commodity hardware.

Challenge 3. Real-time simulation of cutting, damage and propagation of discontinuities.

Challenge 4. Mathematical formulations that are weakly sensitive to uncertainties in mechanical properties of tissues.

In this lecture I describe how the Intelligent Systems for Medicine Laboratory addresses these challenges by using explicit dynamics and dynamic relaxation algorithms implemented on GPU and developing a concept of an "image as a model".

Geometryczne i mechaniczne koncepcje Antoniego Gaudiego w projektowaniu konstrukcji

Modelowanie urazowych uszkodzeń mózgu przy użyciu równań opisujących płyny lepkosprężyste

Przedstawione będą wyniki symulacji numerycznych modelujących dynamikę wewnątrz mózgu w trakcie różnych traumatycznych scenariuszy (wypadki samochodowe, walki bokserskie, upadki narciarzy, itp.). Model numeryczny oparty jest na wprowadzonych przez nas różniczkowych równaniach cząstkowych opisujących propagację fal ścinania w ośrodkach lepkosprężystych, w których prędkość rozchodzenia się fal zależy wykładniczo od wielkości odkształcenia (uogólnione równania Naviera-Stokesa z dodatkowym członem nieliniowym). Omówione będą szczegóły naszego programu komputerowego, który pozwala rozwiązać te równania z dowolnymi warunkami brzegowymi.

Jednym z głównych naszych osiągnięć jest adekwatne modelowanie (dotychczas niewyjaśnionych) mechanizmów rozsianych uszkodzeń aksonów, które powstają w wyniku raptownych rotacyjnych przyspieszeń głowy i stanowią największy odsetek uszkodzeń mózgu, gdy czaszka pozostaje nieuszkodzona. Ponadto wyprowadzamy nowe kryterium urazu mózgu, które można stosować w wypadkach dowolnych przyspieszeń głowy. Istniejące dotychczas kryterium urazu głowy, które stanowi podstawę przepisów normatywnych w Unii Europejskiej, ma zastosowanie jedynie w wypadkach prostoliniowych przyspieszeń głowy. Wyniki naszych badań są pomocne np.: przy produkcji ulepszonych zabezpieczeń w samochodach lub zapewniających lepszą ochronę kasków sportowych, itp.; jak również w diagnozowaniu i leczeniu urazowych uszkodzeń mózgu.

Multiscale modelling in physiology

One of the most important current questions in physiological modelling is how to study systems that interact over multiple time and space scales, from the level of molecules inside a cell to the level of an entire organ. I shall present two examples of such multiscale models. My first example will be the modelling of saliva production in the parotid gland, and my second example will be the modelling of airway hyperresponsiveness and the lung. Using a combination of experimental and computational methods we can construct preliminary multiscale models of both these physiological processes, and these models can be used to advance our knowledge of organ behaviour. Nevertheless, such modelling remains crude, and in great need of improvement.
___________________________________________________
*Prof. James Sneyd jest współautorem najpopularnieszej książki z fizjologii matematycznej: 'Mathematical Physiology' (James Keener & James Sneyd)

Wave-based identification process and numerical method for structural vibrations analysis

Once a dynamical model is assessed and experimentally validated, the identification of components' structural properties becomes a key operation. It constraints the accuracy of the numerical predictions no matter how reliable and efficient the model can be. However, current reduced models are not always compatible with the complexity of the materials in use. The needed input parameters are sometime limited to bulk characteristics even for composite materials and assemblies.

For that purpose, the Inhomogeneous Wave Correlation (IWC) technique prooved to bring enough information, even for complex sub-elements, in order to perform efficient calculation in vibroacoustic and wave propagation. Predictive wave-finite element methods (WFEM) can therefore take a great benefits of such ready-to-implement parameters.

This presentation will give an overview of the process of identification with the IWC technique and of the application of the WFEM for the prediction of vibrations in complex structures. An application of such an approach will be illustrated by results obtained for the Structural Health Monitoring of stiffened panels and pipes as well as the vibroacoustics on composite boards and porous materials.

Fale dźwiękowe w ośrodkach porowatych o sztywnym szkielecie. Modelowanie makroskopowe i mikrostrukturalne, identyfikacja parametryczna

Propagacja i absorpcja fal dźwiękowych w otwartych ośrodkach porowatych o sztywnym szkielecie może być w bardzo efektywny sposób modelowana za pomocą modelu Johnsona-Allarda, który - podobnie jak wiele prostszych modeli - sprowadza materiał porowaty do dyspersyjnego efektywnego płynu akustycznego, co pozwala skorzystać z równania Helmholtza. Jest to jednak całkiem zaawansowany model uwzględniający zarówno efekty lepkie jak i termiczne; stanowi on ponadto fundament do modelowania fal dźwiękowych w materiałach poro-sprężystych za pomocą zaadaptowanego modelu Biota. Model Johnsona-Allarda (oraz jego pochodne) posługuje się co najmniej 6 parametrami makroskopowymi (porowatość, krętość struktury porów, przepuszczalność lepka i jej termiczny analogon, dwie charakterystyczne długości - dla efektów lepkich i termicznych). Parametry te w zasadzie mogą być wyznaczane eksperymentalnie, ale wymaga to zróżnicowanej aparatury. Tym ważniejszą staje się zatem parametryczna identyfikacja odwrotna, która - wraz z samym modelem makroskopowym - omówiona zostanie w pierwszej części referatu. Jako przykład pokazana zostanie identyfikacja parametrów dla pianki korundowej o wysokiej porowatości, otrzymana na podstawie pomierzonych krzywych impedancji akustycznej. Parametry makroskopowe mogą zostać również wyznaczone z pewnych numerycznych analiz mikrostruktury materiału porowatego. Tego typu modelowanie wieloskalowe stanowić będzie temat drugiej części wystąpienia. Parametry makroskopowe uzyskane dzięki obliczeniom MES wykonanym na reprezentatywnych elementach mikrostrukturalnych wygenerowanych dla ośrodków porowatych oraz włóknistych posłużą do wyznaczenia - za pomocą równań modelu Johnsona-Allarda - pewnych harmonicznych charakterystyk materiałowych, które znakomicie zgadzają się z krzywymi wyznaczonymi bezpośrednio z analiz harmonicznych MES. Modelowanie mikrostrukturalne zostanie również zweryfikowane za pomocą eksperymentu, w którym pomierzono pochłanianie dźwięku dla ośrodka wytworzonego ze swobodnie wsypanych sztywnych kulek. W tym kontekście będzie także omówione zagadnienie losowo generowanych periodycznych elementów objętościowych reprezentatywnych dla mikrostruktury danego ośrodka porowatego.

Poprawa efektywności modeli wieloskalowych poprzez zastosowanie statystycznej reprezentacji mikrostruktury

Wytwarzania produktów z nowoczesnych stali AHSS trzeciej generacji wymaga precyzyjnej kontroli obróbki cieplno-mechanicznej. Spowodowane jest to przede wszystkim zjawiskami zachodzącymi w mikrostrukturze materiału podczas odkształcenia oraz zmian temperatury. Projektowanie takich technologii wymaga zastosowania wieloskalowych modeli, ujmujących metalurgiczne zjawiska rekrystalizacji i przemian fazowych oraz mechaniczne procesy nadawania kształtu. Modele powinny umożliwić uzyskanie optymalnych parametrów procesów technologicznych ze względu na własności produktu. W prezentacji przedstawione zostaną dotychczas opracowane modele materiałowe w skali mikro oraz wyniki przeprowadzonych symulacji wieloskalowych dla ciągu produkcyjnego składającego się z walcowania, wyżarzania i tłoczenia. Nakład obliczeniowy potrzebny na wykonanie pełnych obliczeń wieloskalowych jest wciąż czynnikiem kluczowym, ograniczającym możliwość przeprowadzenia wielo-iteracyjnych procedur optymalizacji. Koncepcja redukcji nakładu obliczeniowego poprzez zastosowanie Statystycznie Podobnego Reprezentatywnego Elementu Objętościowego (ang. SSRVE) jest jednym z rozwiązań tego problemu poprzez uproszczenie domeny obliczeniowej, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości wyników. Przedstawiona zostanie idea SSRVE, szczegóły implementacyjne oraz wyniki uzyskane z zastosowaniem SSRVE w modelowaniu wieloskalowym rzeczywistego procesu produkcyjnego. Dodatkowo omówione zostaną możliwości realizacji obliczeń z wykorzystaniem nowoczesnych środowisk obliczeniowych.

Wyznaczanie parametrów skóry ludzkiej in vivo za pomocą ultradźwięków wysokiej częstotliwości

Praca, dotyczy wykorzystania fal ultradźwiękowych o częstotliwości 20-30MHz, w kontekście ilościowej oceny tkanek skóry dotkniętych jednym z najczęściej występujących nowotworów - nowotworem podstawnokomórkowym. Celem jej było opracowanie metod, które obok standardowego obrazu USG, dostarczałyby dodatkowych informacji na temat badanej tkanki w postaci danych parametrycznych, ułatwiając tym samym diagnozowane jej stanu.

Poza tłem badawczym oraz szkicem obecnego stanu wiedzy, w pracy przedstawiono metody umożliwiające wyznaczanie takich parametrów ilościowych tkanki jak współczynnik tłumienia i współczynnik rozproszenia wstecznego fali ultradźwiękowej oraz sposoby oceny statystycznej amplitudy ech z tkanki. Zaprezentowane metody, wyznaczania współczynników tłumienia oraz rozproszenia wstecznego, oparto na dostępnych w literaturze rozwiązaniach, nie mniej jednak uzupełniono je o techniki umożliwiające kompensowanie wpływu aparatury pomiarowej. Analizę statystyczną sygnałów przeprowadzono przy wykorzystaniu funkcji gęstości prawdopodobieństwa określanej mianem rozkładu K, która jak wykazano, znacznie lepiej estymuje histogramy wartości obwiedni ech, aniżeli stosowany powszechnie w ultrasonografii rozkład Rayleigha. Możliwość wykorzystania parametru rozkładu K, efektywnej liczby rozpraszaczy (M), jako źródła informacji na temat mikrostruktury analizowanego ośrodka, sprawdzono eksperymentalnie poprzez wyznaczenie wartości tego parametru na podstawie sygnałów zarejestrowanych z wzorców tkankowych o różnej koncentracji struktur rozpraszających.

Opracowane metody wykorzystano do analizy sygnałów zarejestrowanych przez lekarzy dermatologów, od pacjentów z nowotworem podstawnokomórkowym oraz rogowaceniem posłonecznym, za pomocą specjalnie przystosowanego, na potrzeby realizacji niniejszej pracy mikrosonografu.

Otrzymane wyniki potwierdziły słuszność hipotezy o możliwości różnicowania stanu tkanek na podstawie ich oceny ilościowej. Wykazano, że wartość współczynnika tłumienia zmienia się istotnie zarówno w przypadku zmian nowotworowych oraz zmian przednowotworowych w stosunku do wartości wyznaczanych dla skóry zdrowej. Zmiany wartości współczynnika rozproszenia wstecznego występują wyłącznie w przypadku tkanek ze zmianami nowotworowymi. Wartości parametru M, wyznaczone w wyniku oceny statystycznej, również wykazały istotne różnice w przypadku skóry zdrowej oraz skóry ze zdiagnozowanym stanem przedrakowym w stosunku do wartości otrzymanych dla rozproszenia w zmianach nowotworowych.

Interpretacja otrzymanych wyników, stała się możliwa poprzez opracowanie numerycznego modelu skóry, który umożliwił symulację sygnałów rozproszonych w tkance w różnym stadium zaawansowania choroby nowotworowej. Zasymulowane sygnały poddane zostały analizie statystycznej. Otrzymane wyniki wykazały, że obserwowany doświadczalnie, w przypadku zmian nowotworowych, spadek parametru M jest z dużym prawdopodobieństwem związany z zastąpieniem włókien kolagenowych przez komórki nowotworowe. Potwierdza to tym samym hipotezę, że wartości wyznaczanych parametrów powiązane są z mikrostrukturą analizowanej tkanki i mogą stanowić one dodatkowe źródło informacji na temat jej stanu.

Modelowanie kinetyki krystalizacji polimorficznej i płytkowej w polimerach

Mikroskopia orientacji krystalograficznych w badaniach mikrostruktury. Nowe możliwości i propozycje

Obrazowanie parametryczne tłumienia fali ultradźwiękowej w tkance miękkiej

Tematem referatu jest metoda parametrycznego obrazowania ultradźwiękowego do zastosowania w diagnostyce medycznej. Klasyczny obraz USG stanowi mapę współczynników odbicia na granicach obszarów różniących się impedancją akustyczną. Prezentowana metoda służy do tworzenia map współczynników tłumienia fali ultradźwiękowej propagującej się w tkance miękkiej. Metoda bazuje na śledzeniu zmian częstotliwości średniej widma sygnału w funkcji głębokości, przy założeniu liniowej zależności tłumienia od częstotliwości.

Do estymacji tłumienia wykorzystywane są te same dane wejściowe, które używane są do tworzenia obrazów klasycznych, dlatego jej potencjalna implementacja nie wymagałaby modyfikacji konstrukcji aparatów ultradźwiękowych, a jedynie stworzenia odpowiedniego oprogramowania i zapewnienia dodatkowej mocy obliczeniowej w systemie. Mapy tłumienia nie mogą zastąpić obrazów tworzonych w sposób klasyczny, ale mogą dostarczyć dodatkowych informacji diagnostycznych, normalnie niedostępnych dla lekarza.

Numeryczne modelowanie procesów metalurgii proszków metodą elementów dyskretnych

O odwrotnym ścięciu bliźniaczym w materiałach RSC

Po usunięciu obciążenia mechanicznego w plastycznie zbliźniaczonym krysztale pozostaje na trwale zmiana kształtu opisywalna macierzą deformacji S oraz zmianą orientacji krystalograficznej opisywalna macierzą reindeksacji R. Obydwa efekty plastycznego odkształcenia bliźniaczego są zintegrowane poprzez koncepcję korespondencji pomiędzy sieciami bliźniaka i osnowy i opisywalne macierzą korespondencji C, która jest iloczynem macierzy S i R; C=RS. Odwrócenie obydwu efektów plastycznego odkształcenia bliźniaczego mogłoby nastąpić na wskutek operowania plastycznego ścięcia w sieci bliźniaka opisywalnego macierzą C^-1. Głównym celem referatu jest pokazanie danych doświadczalnych oraz metod analizy identyfikacji plastycznego ścięcia C^-1 sieci RSC indukowanego w monokryształach Cu-8.5%at.Al poprzez zastosowanie drogi odkształcenia złożonej z pierwotnego rozciągania oraz wtórnego ściskania. Ażeby to uzyskać, zaprojektowano oryginalną procedurę eksperymentalną, która umożliwiła jednoznaczną identyfikację krystalograficzną, najpierw, ścięcia bliźniaczego sieci RSC opisywalnego macierzą C, a następnie macierzą C^-1. Ponadto, w badanych monokryształach Cu-8.5%at.Al wyznaczono doświadczalnie wartości krytycznych naprężeń aktywacji ścięcia bliźniaczego C oraz jego odwrotności C^-1.

Science Platforms: Managing Computational Workloads and Resources

Scientists today are exploring the use of new tools and computing platforms to do their science. They are using workflow management tools to describe and manage complex applications and are evaluating the features and performance of clouds to see if they meet their computational needs. Although today, hosting is limited to providing virtual resources and simple services, one can imagine that in the future entire scientific analysis will be hosted for the user. The latter would specify the desired analysis, the timeframe of the computation, and the available budget. Hosted services would then deliver the desired results within the provided constraints.This talk describes current work on managing scientific applications on the cloud, focusing on workflow management and related data management issues. Experimental results show the impact of data storage choice on workflow performance. Frequently, applications are not represented by single workflows but rather as sets of related workflows-workflow ensembles. Thus, hosted services need to be able to manage entire workflow ensembles, evaluating tradeoffs between completing as many high-value ensemble members as possible and delivering results within a certain time and budget. The talk presents a range of algorithms that provision and schedule workflow ensembles while satisfying the user-defined budget and deadline constraints. The algorithms are evaluated via simulation using a set of realistic scientific workflow ensembles.

Konwersja momentu pędu typu spin - orbit w elementach nanofotoniki

Mikroskopia orientacji krystalograficznych w badaniach mikrostruktury. Nowe możliwości i propozycje

Numeryczne aspekty homogenizacji obliczeniowej dla materiałów niesprężystych

Praca dotyczy rozwijania metod homogenizacji obliczeniowej z uwzględnieniem deformacji niesprężystych. W podejściu korzystającym z reprezentatywnych elementów objętościowych (RVE) zajmujemy się redukcją ich liczby, oszacowaniem błędu homogenizacji oraz zastosowaniem hp-adaptacyjnej meody elementów skończonych dla sformułowań przemieszczeniowych i dwupolowych (mixed) wyższego stopnia dla zagadnień sprężysto-plastycznych. Dodatkowo rozwijana jest t.zw. homogenizacja lokalna dla zagadnień lepko-sprężystych.

Identyfikacja obciążeń dynamicznych i jej zastosowania dla celów monitorowania stanu technicznego konstrukcji

Wpływ szumu na stabilność atraktorów w układzie bistabilnym

Analiza deformacji i zniszczenia struktur komórkowych w zastosowaniu do symulacji procesu infiltracji pianki korundowej ciekłym metalem.

Współpraca nauki z biznesem - czy to możliwe? - wrażenia z udziału w ministerialnym programie TOP500 Innovators

Nowe spojrzenie na własności mechaniczne i termomechaniczne ceramiki ogniotrwałej

Zastosowanie adaptacyjnej metody elementów skończonych do problemów odwrotnych rozpraszania fal elektromagnetycznych

Praca przedstawia studium rozwiązywania 3D problemów odwrotnych rozpraszania fal elektromagnetycznych. Zagadnienie odwrotne polega na odtworzeniu rozkładu przestrzennego zespolonej przenikalności elektrycznej obiektu z dielektryka na podstawie pomiarów rozpraszanych przez niego fal pochodzących z wielu źródeł. Zarówno punkty pomiarowe jak i źródła fal znajdują się w bliskim otoczeniu obiektu. Rozwiązanie odwrotne jest otrzymywane przez minimalizacje różnicy miedzy faktycznymi falami rozpraszanymi a rozwiązaniami otrzymanymi dla próbnych rozkładów przenikalności elektrycznej. Zadania rozpraszania są rozwiązywane za pomocą MES z możliwą adaptacją. Prezentowana technika może służyć do nieinwazyjnego prześwietlania obiektów biologicznych w celach diagnostycznych.

Migracja giętkich mikrowłókien pod wpływem przepływu Poiseuille'a w mikrokanale.

Adaptacyjny system sterowania ze sprzężeniem zwrotnym dla redukcji emisji wibroakustycznej

Na seminarium przedstawiony zostanie projekt oraz realizacja adaptacyjnego systemu aktywnej redukcji transmisji wibroakustycznej konstrukcji płytowych. Omówione zostaną algorytmy sterowania optymalnego oraz adaptacji układu do zmiennych parametrów wymuszenia zewnętrznego, opracowane na potrzeby realizacji zamierzonych celów. Przedstawione zostaną sposoby sprzętowej i programowej implementacji poszczególnych elementów stworzonego systemu. Tematyka prezentowanych zagadnień obejmuje krótki przegląd zagadnień teoretycznych związanych z metodami aktywnej redukcji drgań i hałasu oraz opis i wyniki przeprowadzonych badań numerycznych i doświadczalnych.

Analiza wiarygodności numerycznych symulacji przepływów w oparciu o wzorce eksperymentalne

Doświadczalne i numeryczne badania tłoczności blach przy złożonych ścieżkach odkształcenia

Quantitative measurements at nanoscale

Atomic Force Microscopy (AFM) is well established as an imaging tool. Offering tens of pN force sensitivity and sub-nanometer displacement measurements, AFM can be used as a measuring tool. Quantitative measurements using AFM are a little bit more difficult than imaging.

We successfully studied Carbon nanotubes (CNT) [1, 2], Microtubules [3], local mechanical properties of Bones [4] and reliably, size of nano-particles [5].

Optical Tweezers were used as 3D intracellular nanomanipulator [6]. First measurements of intracellular elasticity will be presented.

1. Salvetat, J.P., G.A.D. Briggs, J.M. Bonard, R.R. Bacsa, A.J. Kulik, T. Stockli, N.A. Burnham, and L. Forro, Elastic and shear moduli of single-walled carbon nanotube ropes. Physical Review Letters, 1999. 82(5): p. 944-947.
2. Kis, A., G. Csanyi, J.P. Salvetat, T.N. Lee, E. Couteau, A.J. Kulik, W. Benoit, J. Brugger, and L. Forro, Reinforcement of single-walled carbon nanotube bundles by intertube bridging. Nature Materials, 2004. 3(3): p. 153-157.
3. Kis, A., S. Kasas, B. Babić, A. Kulik, W. Benoît, G. Briggs, C. Schönenberger, S. Catsicas, and L. Forró, Nanomechanics of Microtubules. Physical review letters, 2002. 89(24): p. 248101.
4. Hengsberger, S., A. Kulik, and P. Zysset, Nanoindentation discriminates the elastic properties of individual human bone lamellae under dry and physiological conditions. Bone, 2002. 30(1): p. 178-184.
5. Lee, K., M. Duchamp, G. Kulik, A. Magrez, J.W. Seo, S. Jeney, A.J. Kulik, L. Forró, R.S. Sundaram, and J. Brugger, Uniformly dispersed deposition of colloidal nanoparticles and nanowires by boiling. Appl. Phys. Lett., 2007. 91(17): p. 173112.
6. Bertseva, E., A.S.G. Singh, J. Lekki, P. Thévenaz, M. Lekka, S. Jeney, G. Gremaud, S. Puttini, W. Nowak, G. Dietler, L. Forro, M. Unser, and A.J. Kulik, Intracellular nanomanipulation by a photonic-force microscope with real-time acquisition of a 3D stiffness matrix. Nanotechnology, 2009. 20(28).

Interdyscyplinarna metodyka oceny degradacji materiałów poddawanych laboratoryjnie symulowanym obciążeniom eksploatacyjnym

Sampling phased array ultrasonic examination of CFRP components using reverse phase matching

There is an increasing demand for CFRP (carbon fiber reinforced plastics) materials due to its high strength to weight ratio. The modern day aircraft industries are planning to replace existing structures with 100 % CFRP structures. On the other hand, the quantitative ultrasonic nondestructive evaluation has an important role in the remaining life assessment of these structures but ultrasonic examination and evaluation of CFRP materials are difficult due to its anisotropic behavior. The Phased array ultrasonic testing shows many advantages when compared to the conventional single element ultrasonic testing. Sampling phased array (SPA) which is developed in Fraunhofer institute is a Novell phased array ultrasonic technique that has potential advantages compared to traditional phased array techniques. One of the advantages is Quantitative inspection (2D and 3D) of anisotropic materials using reverse phase matching. By principle, SPA allows image reconstruction and tomographic algorithms like SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) for enhanced defect sizing. SAFT combined with SPA are already developed for isotropic materials. Implementation of SAFT for CFRP components is difficult due to its directional dependent velocities. These velocities are computed using ray tracing simulation with the input from the stiffness matrix of the material. Usually, the elements in the stiffness matrix can either be measured or evaluated numerically by using Brut force algorithm. The complexity of the inspection increased when curved geometries are inspected. In this paper, reverse phase matching algorithm is demonstrated for inspecting CFRP components. The results show the potential advantages of SPA technique for ultrasonic inspection of such materials.

Makroskopowy model pseudosprężystości: podejście energetyczne i metoda rozszerzonych mnożników Lagrange'a

Mechaniczne modelowanie cienkich warstw

Wszystko czego nie wiecie o patentach, a nie macie czasu sami doczytać cz.II

Na wykładzie zostaną przedstawione Państwu instrumenty ochrony własności intelektualnej dla wynalazków oraz związane z tym zaganiania: - pierwszeństwo, zakres terytorialny, ochrona z patentu, - zakres ochrony patentowej, - zdolność patentowa (nowość, poziom wynalazczy, przemysłowe zastosowanie), - ograniczenia zdolności patentowej, - uzyskanie ochrony patentowej o zakresie międzynarodowym, - procedura postępowania przed UPRP, EPO, w zgłoszeniu PCT, - badania patentowe, - dokument patentowy, - specyfika zgłoszeń patentowych z zakresu wynalazków realizowanych komputerowo.

Akustyczne fale powierzchniowe w kryształach piezoelektrycznych. Zastosowanie fal akustycznych w mikroprzepływach

Głównym tematem seminarium jest modelowanie akustycznych fal powierzchniowych (AFP) [ang.: "Surface Acoustic Waves (SAW)"] -- tzw. fal Rayleigha oraz fal Lamba -- w kryształach piezoelektrycznych. W tym celu najpierw zaprezentowane zostaną podstawy teoretyczne propagacji fal akustycznych w ośrodkach anizotropowych, z ewentualnym uwzględnieniem efektu piezoelektrycznego. Następnie omówiona będzie procedura wyznaczania fal powierzchniowych Rayleigha oraz Lamba w tego typu ośrodkach, co zilustrowane zostanie przykładami. Temat fal powierzchniowych, jak również przykładowe wyniki bazujące na rozwiązaniach analitycznych, prezentowane będą w kontekście modelowania zagadnień wykorzystujących fale akustyczne w mikroprzepływach [ang.: "acoustofluidics", "acoustic microfluidics"], a konkretnie problemu manipulacji cząstkami zawieszonymi w płynie podczas przepływu w mikro-kanale za pomocą sił promieniowania akustycznego wywołanego przez AFP. W tym celu na początku seminarium pokazane zostaną przykładowe rezultaty odpowiednich badań eksperymentalnych prowadzonych w Ecole Centrale de Lyon we Francji, natomiast w końcowej części wystąpienia omówione zostaną aspekty modelowania tegoż zagadnienia metodą elementów skończonych w środowisku COMSOL Multiphysics.

Transformacje grafowe w projektowaniu wspomaganym komputerowo i algorytmach hp-adaptacji

Tematyka wykładu obejmuje transformacje grafowe oraz ich zastosowania w wielu obszarach ludzkiej działalności wspomaganej komputerem. Rozważane będą transformacje różnych typów grafów, takich jak hipergrafy, grafy warstwowe oraz grafy kompozycyjne. Przedstawione zostaną zastosowania w projektowaniu architektonicznym wspomaganym komputerem, do opisu rozgrywek w grach komputerowych oraz w algorytmach adaptacyjnych wykorzystujących siatki obliczeniowe.

Minimalizacja energii w mikromechanice materiałów

Alloy design from elastic softening, Gum Metal and high strength iron based alloy

One can increase the strength of metallic materials by pinning dislocations with nanoscale obstacles, as the dislocations facilitate plastic deformation. However, simultaneous achievement of the ultrahigh strength and the ductility is extremely difficult in conventional metallic materials. In the present talk, we show that the ultrahigh strength alloys with enhanced ductility can be realized by introducing the paradox concept of lattice softening. Strong elastic anisotropy with reduced shear modulus, C11- C12, results in low ideal shear strength, which implies dislocation mediated plasticity easily occurs at lower stress. However, we have found that such alloys with elastic softening can be strengthened up to ideal strength. Mechanism for the strengthening will be discussed in a multifunctional Ti-Nb base alloy which we call Gum Metal, and in an Fe-Ni base alloy with ultimate tensile strength of 3 GPa.

Rozchodzenie się powierzchniowych fal Love'a w falowodach sprężystych obciążonych na powierzchni cieczą lepką (Newtonowską)

Dynamika układów wielocząstkowych opadających grawitacyjnie w lepkim płynie

Na seminarium przedstawię wyniki mojej pracy doktorskiej, gdzie został przebadany wpływ płaskiej pionowej ściany na ewolucję kropli zawiesiny opadającej pod wpływem siły grawitacyjnej w lepkim płynie dla liczb Reynoldsa znacznie mniejszych od jedności. Płyn wewnątrz i na zewnątrz opadającej kropli był identyczny, a cząstki początkowo były przypadkowo rozmieszczone wewnątrz sferycznej objętości. Wykonano eksperymenty i symulacje numeryczne. W doświadczeniach badana była ewolucja kropel złożonych z cząstek szklanych w glicerynie. Do obliczeń numerycznych zastosowano model cząstek punktowych. Najważniejszym wynikiem jest stwierdzenie, że w obecności pionowej ściany czas i długość destabilizacji kropli ulegają skróceniu.

Strategia badawcza przemysłu lotniczego

Obecna strategia badawcza przemysłu lotniczego powstaje z inicjatywy Polskiej Platformy Technologicznej Lotnictwa i jest wynikiem ponad rocznej pracy zespołu ekspertów reprezentujących przemysł lotniczy oraz sektor badawczy. Zamierzeniem obecnej strategii, w odróżnieniu od wcześniejszych dokumentów, jest:

• rozszerzenie horyzontu czasowego do roku 2035;
• szersze uwzględnienie kontekstu krajowego i europejskiego (strategia Europa 2020, Flightpath 2050, Krajowy Program Reform);
• pełniejsze uwzględnienie potrzeb badawczych i innowacyjnych przemysłu;
• reakcja na postępujący wzrost krajowego potencjału badawczego (w wyniku realizacji programów POIG i POKL).

Identyfikacja i modelowanie procesów dojrzewania w betonach

Randomness and fractals in mechanics of materials

Microstructural randomness is present in just about all solid materials. When macroscopic length scales are very large relative to microscale ones, one can quite safely work within deterministic solid mechanics. However, when the separation of scales does not hold, various concepts of continuum mechanics need to be re-examined and new methods developed. We first show the approach to a representative volume element (RVE) in terms of two hierarchies of bounds stemming, respectively, from uniform kinematic and traction boundary value problems set up on a statistical volume element (SVE). This finite-size scaling is illustrated in the settings of conductivity, linear/finite (thermo)elasticity, plasticity, and Darcy permeability. This methodology then forms a physical basis for developing locally anisotropic, mesoscale continuum random fields and stochastic finite element methods. The above approach also allows one to ask the question: Does the elastic-plastic transition display a fractal character? We address this issue in 2d and 3d settings, where the grain-level properties are weak- and white-noise random fields. We find that, under monotonic loadings of kinematic and traction type applied to the SVE, plasticized grains form evolving fractal patterns and gradually fill the entire material domain, while the sharp kink in the stress-strain curve is replaced by a smooth transition. This is universally the case for a wide range of different elastic-plastic materials of metal or soil type, made of isotropic or anisotropic grains, possibly with thermal stress effects. By analogy to scaling analyses of phase transitions, we recognize the fully plastic state as a critical point and find the critical exponents to be universal in 2d and 3d, regardless of the randomness in various constitutive properties and their random noise levels.

Rekonstrukcja atomistycznych modeli dyslokacji z wykorzystaniem teorii skończonych deformacji

Defect detection and sizing in pipes by torsional guided waves: numerical and experimental analysis

Procesy starzeniowe w ceramice elektrotechnicznej

Rozkład zdolności magazynowania energii w obszarze niejednorodnej deformacji plastycznej

Pochodna topologiczna wrażliwości względem zlokalizowanych zmian niejednorodności materiałów

Analiza aktywnych procesów destrukcyjnych jako narzędzie diagnostyki konstrukcji inżynierskich - metoda emisji akustycznej

The great East-Japan earthquake: tsunami and accident of Fukushima nuclear power plants

Mathematical modelling of biological growth

Examples of growing biological tissues and bodies and different types of biological growth will be given. Results of own experiments on growing plant leaves and roots will be presented and principles of biological growth will be summarized. Control over the optimal reinforcement of the growing tissues, optimal geometry and interconnection between form and function will be discussed. An overview of mathematical models of biological growth including lumped-parameter, multi-phase and quasi one-phase models will be done. Importance of mechanical factors and applications in tissue engineering will be discussed.

O hydrodynamice grup mikrocząstek opadających grawitacyjnie

Grupy wielu przypadkowo rozmieszczonych, bliskich ale nie stykających się cząstek opadające grawitacyjnie w płynie o zaniedbywalnie małej bezwładności ewoluują w zdumiewający sposób. Podobnie zachowują się kropelki płynu o większej gęstości. Aby się o tym przekonać, wystarczy wpuścić maleńką kropelkę śmietanki lub atramentu do szklanki nieruchomej wody. Na seminarium pokażę, jak z równań Stokesa można numerycznie wyznaczyć podstawowe cechy dynamiki takiej grupy wielu cząstek oddziałujących między sobą tylko hydrodynamicznie. Omówię proste modele, które pomagają zrozumieć podstawowe cechy ewolucji kropelek zawiesiny opadających w lepkim płynie.

Modelowanie numeryczne i analiza strukturalna wielokrotnego rozpraszania fal akustycznych w strukturach złożonych: Przykład modelowania struktury i analizy rozpraszania ultradźwięków dla kości beleczkowej

Wpływ warunków elektroprzędzenia na strukturę i właściwości jedno- i dwuskładnikowych nanowłókien polimerowych stosowanych w inżynierii tkankowej

Wpływ interlaminarnych defektów na przewodnictwo ciepła w ośrodkach wielowarstwowych

Generatory siatek i ich zastosowanie do adaptacyjnego rozwiązywania zagadnień brzegowych

Studium rozwojowe adaptacyjnego absorbera energii uderzenia, wyposażonego w gazowy zawór piezoelektryczny

Zagadnienia odwrotne w modelowaniu wieloskalowym

Równania reakcji-dyfuzji modelujące fale wapniowe z szybkim buforowaniem w środowisku lepkosprężystym

Projektowanie i mikrostruktura kompozytów cementowych o zredukowanej emisyjności CO2

Konsekwencje zasady stacjonarności działania dla ciał dyssypatywnych

Szacowanie wielkości i położenia defektów podpowierzchniowych za pomocą impulsowej termografii podczerwieni

Uśrednianie tolerancyjne i efekty skali w elastodynamice laminatów

Towards a bottom-up approach of blood flow

Blood is a complex fluid, and is predominantly composed by red blood cells (RBCs) that dictate its rheology. Unlike simple fluids, constitutive laws describing blood flow from a bottom-up approach (i.e. by taking explicitly into account the corpuscular nature of blood in order to extract macroscopic laws) remains to be done. Since the seminal work of Poiseuille (in the 19th century) until the end of the 20th century blood flow has been described by means of phenomenological continuum models that require many assumptions which are difficult both to justify and to validate. Most of the blood flow resistance occurs in the microvasculature (where oxygen is delivered by RBCs to bodily tissues) where it is clear that the corpuscular nature of blood cannot be disregarded, given the fact that the size of RBCs is of the order of that of blood vessels (but this does not exclude the relevance of the corpuscular nature in larger blood vessels, such as arteries and veins). After a general introduction, we present the current state of the art in modeling blood flow, with comparison, when possible, to experiments. Various methods are used to solve these problems, such as analytical perturbative methods, boundary integral formulation (based on the Greens functions techniques), phase-field and level-set approaches, Lattice Boltzmann methods. We shall briefly describe the virtues and drawbacks of each method. We shall present several achievements for a single entity under shear, Poiseuille, and Couette flows. We then describe results for a collection of entities, their interactions, their rheology, their clustering etc.

References

• P. M. Vlahovska, T. Podgorski and C. Misbah. Vesicles and red blood cells in flow: From individual dynamics to rheology, Compte Rendus Physique, 10, 775 (2009).
• B. Kaoui, G. Biros, and C. Misbah. Why do Red Blood Cells have Asymmetric Shapes even in a Symmetric Flow?, Phys. Rev. Lett. 103, 188101 (2009).
• T. Biben, A. Farutin, C. Misbah. Three-dimensional vesicles under shear flow: numerical study of dynamics and phase diagram, Phys. Rev. E 83, 031921 (2011).
• G. Ghigliotti, A. Rahimian, G. Biros, C. Misbah. Vesicle Migration and Spatial Organization Driven by Flow Line Curvature, Phys. Rev. Lett. 106, 028101 (2011).
• B. Kaoui, N. Tahiri, T. Biben, H. Ez-Zahraouy, A. Benyoyssef, G. Biros, C. Misbah. Complexity of Vesicle Microcirculation, Phys. Rev. E 84, 041906 (2011).

Minimalizacja podatności tarcz przy dwuparametrowym obciążeniu. Projektowanie rozkładu modułów sprężystych

Współczesne trendy w robotyce mobilnej

Optymalne projektowanie słupów wsporczych energetycznych linii napowietrznych poddanych dynamicznemu działaniu wiatru

O losach leku w organizmie ludzkim

Progresywna delaminacja cienkiej warstwy obciążonej siłą skupioną

Anomalous behavior of materials at small scale in a thermodynamically active environment

The emergence of high order behavioral and structural complexities in systems thrown and kept away from equilibrium motivates researchers in physics, chemistry, biology and ecology. The current observations of nano-scale phenomena teach us that the unexpected is often the most expected and, consequently, our near equilibrium intuition can be deceptive. The question is: What makes simple systems evolving into hierarchical complex entities? The approach proposed by Prigogine (minimum entropy production concept) offers some promise.

Mikromechanika zjawisk zlokalizowanego zniszczenia w ciałach niesprężystych, wywołanych adiabatycznymi procesami dynamicznymi

Efekty materiałowe generowane obciążeniem monotoniczno-cyklicznym

Biomechanika molekularna

Obecnie biomechanicy koncentrują się głównie na badaniach rozkładu sił w żywej materii. Strukturą i mechanizmem generacji siły, czyli biosilnikiem zajmują się głównie biochemicy i biofizycy, ponieważ procesy generacji siły odbywają się na poziomie molekularnym. Ścisła współpraca biomechaników z biochemikami i biofizykami mogłaby zainicjować nową w Polsce dziedzinę: biomechanikę molekularną, a tym samym, znacznie przyspieszyć konstrukcję nanosilników i nanorobotów. W referacie przedstawiona zostanie oryginalna koncepcja biosilnika oparta na wynikach zawartych w pracy pt. Geometrical conditions indispensable for muscle contraction (L. Skubiszak, Int. J. Mol. Sci. 2011, 12, 2138-2157; doi:10.3390/ijms12042138).

Analiza efektów sprzężeń termomechanicznych i emisji akustycznej w badaniach aktywności przemiany martenzytycznej stopu z pamięcią kształtu

O złożoności obliczeniowej problemów matematyki ciągłej

Adaptacyjne podwozia lotnicze - koncepcje i badania

Identyfikacja obciążeń dynamicznych w czasie rzeczywistym (doktorat)

Półaktywny układ sterowania w optymalizacji trajektorii ruchomego obciążenia (doktorat)

O hydrodynamice i reologii układów wielu mikrocząstek przepuszczających wodę

Nonlinear Thermomechanical Behaviour of Polymer Foam Cored Sandwich Structures

Polymer foam cored sandwich structures are being used increasingly for a variety of applications including wind turbine blades, boat hulls and ship structures to mention a few. Sandwich structures are often subjected to aggressive service conditions which may include elevated temperatures. The material properties of foam cored sandwich structures depend on the temperature field imposed, and this is usually ignored in engineering analysis and design. Polymer foam core materials are particularly sensitive to elevated temperatures, and a significant reduction of the mechanical properties may occur well within the operating range of temperatures. Moreover, significant reduction of the properties occurs at much lower temperatures than the temperatures where a complete loss of stiffness and strength is experienced. Previous research has shown that thermal degradation (softening) of polymer foam core materials exert a significant influence on the performance of sandwich structures. More specifically, the degradation of the core properties with rising temperature lowers the buckling resistance. In addition, when external mechanical loads act simultaneously with thermal loads, the material degradation may shift the response from being linear and stable into being nonlinear and unstable. This is especially pronounced when thermal gradients are present across the sandwich panel thickness, and when the heated (warmest) face sheet is subject to compressive loading/stresses.

Analiza eksperymentalna wpływu prędkości odkształcenia i temperatury na zachowanie się stali budowlanych dla potrzeb konstrukcji ochronnych i obronnych

Obliczenia wieloskalowe w heterogenicznych środowiskach sprzętowych

W czasie prezentacji przedstawione zostaną możliwości implementacji algorytmów do obliczeń wieloskalowych z wykorzystaniem heterogenicznych środowisk obliczeniowych. Szczególny nacisk położony zostanie na omówienie realizacji frameworku do automatów komórkowych dedykowanego do modelowania zjawisk materiałowych w skali mikro. Przedstawione zostaną przykłady wykorzystania frameworku, a także szczegóły jego implementacji dla konwencjonalnych procesorów CPU (C++) oraz dla procesorów kart graficznych (OpenCL). Następnie przedstawiona zostanie implementacja metody elementów skończonych, również dla heterogenicznych środowisk obliczeniowych

Ocena wytrzymałości wiązania warstwy przejściowej w kompozytach Al2O3-Ni

Wyznaczanie dyfuzyjności cieplnej metodą aktywnej termografii podczerwieni

Mikromechaniczne modelowanie metali i stopów o wysokiej wytrzymałości właściwej(przedstawienie pracy habilitacyjnej)

Modelowanie dyskretne materiałów granulowanych

Wieloskalowe fizyczne i matematyczne modelowanie zjawiska utraty spójności stopu MgCa08

The multi scale physical and numerical modeling of the MgCa0.8 alloy fracture phenomena. Purpose: Magnesium alloys with increased bio-compatibility are applied in medicine for sake of high compatibility and solubility in human organism. Production of surgical threads to integration of tissue can be application of these types of alloys. Excellent and promising properties of MgCa0,8 alloy are specified as strength and biological stability for a long implantation, which are thereby focus of interest. The MgCa0,8 magnesium alloy have a low plasticity during cold deformation therefore the drawing process of thin wire is difficult. Prediction of wire fracture in a drawing process of MgCa0,8 alloy is very important from theoretical and practical point of views. Model of fracture is important element to elaboration, because of optimization of drawing process model. The fracture models in macro scale is not predict the important phenomena

Analiza procesów płynięcia materiałów granulowanych w modelach silosów - przedstawienie pracy habilitacyjnej

Modelowanie niespecyficznej obrony immunologicznej na poziomie komórki

O dynamice i reologii wodnego mikroświata cząstek miękkich

Nowoczesne technologie biologiczne, medyczne i przemysłowe często wykorzystują zawiesiny mikrocząstek miękkich, czyli takich, które wewnątrz zawierają substancję stałą o skomplikowanej strukturze oraz wypełniający ją płyn. Cząstkami miękkimi są np. skłębione polimery, mikrożele, polimery gwiaździste, fraktalne agregaty cząsteczek czy też cząstki o twardym kulistym rdzeniu, do którego przyczepiona jest polimerowa otoczka, przepuszczająca wodę. Podstawowym problemem, dotąd nie rozwiązanym, jest teoretyczny opis dynamiki i reologii zawiesin miękkich cząstek. Na seminarium przedstawione zostaną najnowsze wyniki teoretyczne dla takich układów, uzyskane przez zespół: G.C. Abade, B. Cichocki, M.L. Ekiel-Jeżewska, G. Naegele oraz E. Wajnryb. Podane i przedyskutowane będą współczynniki dyfuzji własnej i kolektywnej, sedymentacji, dyfuzji zależnej od wektora falowego oraz lepkości.

Adaptacyjne konstrukcje pneumatyczne do kontrolowanego rozpraszania energii uderzeń

Określanie lepkosprężystych wlasności tkanki naskórka za pomocą czujników piezoelektrycznych

Pojęcie i właściwości energii w dyskretnych i lepkosprężystychukładach dynamicznych z pamięcią. Praca habilitacyjna.

Modelowanie skończonych zmian konfiguracji wskutek zużycia kontaktowego

Modelowanie interakcji bio-resorbowalnego materiału kościozastępczego z tkanką kostną

Izolacja i lokalne monitorowanie stanu technicznego fragmentów konstrukcji (Substructure isolation and local structural health monitoring)

Modelowanie pneumatycznych procesów formowania supercienkich włókien.

Modelowanie konstytutywne materiałów dysypatywnych

Ultradźwiękowa charakterystyka tkanek. Wybrane zagadnienia z prac prowadzonych w Zakładzie Ultradźwięków

Izolacja i lokalne monitorowanie stanu technicznego fragmentów konstrukcji (Substructure isolation and local structural health monitoring)

Optymalizacja odpornościowa konstrukcji o parametrach losowych. Wybrane zagadnienia z pracy habilitacyjnej.

Zastosowanie modelu fotoutwardzania kompozytów polimerowych w stomatologii zachowawczej

Model mechaniczny tkanki naskórka i jego wrażliwość parametryczna

Technologie inteligentne dla inżynierii bezpieczeństwa

Modelowanie właściwości efektywnych oraz zniszczenia kompozytów ceramiczno-metalowych typu interpenetrating networks

Metoda odwrotna wyznaczania grubości i właściwości sprężystych cienkich warstw za pomocą fal Love'a (Audytorium na I. piętrze)

Mechaniczna synteza jako metoda wytwarzania stopów o zróżnicowanej strukturze

Zastosowanie analizy modalnej do oceny degradacji sztywności połączeń w konstrukcjach prętowych

Optymalizacja kształtu i topologii dla zagadnień kontaktowych

Modelowanie deformacji plastycznych w kryształach metali metodą przyrostowej minimalizacji energii

Optymalizacja dyskretna dużych układów konstrukcyjnych

Strategia rozwoju i prace badawcze KGHM Polska Miedź S.A. (godz. 9:00)

Model polikryształu stopu z pamięcią kształtu jako agregatu bikryształów

Modelowanie i komputerowa symulacja adaptacyjnej przebudowy kości

Modelowanie procesów plastycznej deformacji metali dla złożonych ścieżek obciążenia

O równaniach zgodności, MES i modelowaniu naprężeń resztkowych w kryształach

Nano-micro-macro-analysis for clays

Clays are micro-inhomogeneous materials consisting of nano-scale platelet minerals, which are chemically active. They have number of applications including engineered buffers for the entrapment of radionuclides that can be released in deep geological disposal of high-level nuclear waste, slurry walls used to support temporary excavations for construction and in chemical engineering as a starter material for synthesizing new intercalation compounds. Clays consists of minerals which frequently form stacks together with fluids (mainly water and air). Typical examples of clay are bentonite and kaolinite. These clays show very different characteristics. For example, bentonite can swell with the addition of water, whereas kaolinite leads to strong mineral-based surface tension which works as an internal force under unsaturated conditions. These processes are governed by their molecular characteristics. This behaviour is examined by applying molecular dynamics (MD) simulations and multi-scale upscaling analyses. This lecture deals with the microscopic characterization of clays and the diffusion behaviour of cations including sorption, and dissolution of clay minerals under high pH condition. The development of surface tension in kaolinite is also discussed.

The next step follows a modelling of moisture transport in a clay starting with the characteristic nano-scale distribution of water viscosity in the neighborhood of a smectite clay surface. The modelling is achieved by appeal to molecular dynamics (MD) simulations and a multiscale homogenization analysis (HA). The seepage behavior is well-simulated by a multi-level up-scaling of Stokes' equations. A transport theory of chemical species is discussed on a basis of the mixture theory, and the seepage and consolidation phenomena are treated on the same framework. A series of in-situ X-ray diffraction (XRD) experiments are used to verify the MD/HA simulations.

Nanokrystaliczne kompozyty na osnowie stopów aluminium lub fazy amorficznej (godz. 11:00)

Mechanizmy płynięcia plastycznego w temperaturach bliskich absolutnego zera (godz. 11:00)

Time-continuous evolution of microstructures in finite crystal plasticity

Modelowanie wzrostu spękań w materiałach

Symulacja spiekania metodą elementów dyskretnych

Wpływ implantacji jonowej na własności materiałów z pamięcią kształtu typu NiTi

Oszacowania właściwości efektywnych polikryształów o silnej anizotropii lokalnej

Kompozyty i materiały gradientowe typu ceramika-metal: zagadnienia technologiczne i kierunki badań

Metody stochastyczne w mechanice - seminarium poświęcone działalności naukowej Profesora Kazimierza Sobczyka

Modelowanie i eksperyment demonstracyjny zagadnień aktywnej wibroakustyki

Wykład składać się będzie z dwóch części. W części pierwszej przedstawiona zostanie koncepcja aktywnego kompozytu poro-sprężystego składającego się z warstwy materiału porowatego z osadzoną wewnątrz aktywną cienkościenną strukturą sprężystą, pozwalającą na polepszenie absorpcji akustycznej w niższych częstotliwościach. Przedstawione zostaną wyniki analizy teoretycznej, oparte na zaawansowanym modelowaniu materiałowym. Natomiast w części drugiej omówione zostanie modelowanie i weryfikacja eksperymentalna zagadnienia aktywnej redukcji hałasu nisko-częstotliwościowego wywołanego drganiami konstrukcji.

Energia powierzchniowa i efekty skali w mikrostrukturach martenzytycznych

Minimalizacja energii w zagadnieniach ewolucji mikrostruktur

Monitorowanie stanu technicznego konstrukcji i systemów inżynierskich modelowanych za pomocą grafów (rozprawa habilitacyjna)

Stability of relative equilibria of three vortices

Three point vortices on the unbounded plane have relative equilibria wherein the vortices either form an equilateral triangle or are collinear. While the stability analysis of the equilateral triangle configurations is straightforward, that of the collinear relative equilibria is considerably more involved. The only comprehensive analysis available in the literature, by Tavantzis & Ting [Phys. Fluids 31, 1392 (1988)], is not easy to follow nor is it very physically intuitive. The symmetry between the three vortices is lost in this analysis. I will provide a different analysis based on explicit formulae for the three eigenvalues determining the stability, including a new formula for the angular velocity of rotation of a collinear relative equilibrium. A graphical representation of the space of vortex circulations is introduced, and the resultants between various polynomials that enter the problem are used. This approach adds considerable transparency to the solution of the stability problem and provides more physical understanding. The main results are summarized in a diagram that gives both the stability or instability of the various collinear relative equilibria and their sense of rotation.

Zastosowanie termodynamicznej teorii sprężysto-lepkoplastyczności do opisu nanokrystalicznych metali. II. Sformułowanie teorii

Zastosowanie termodynamicznej teorii sprężysto-lepkoplastyczności do opisu nanokrystalicznych metali. I. Motywacja eksperymentalna i podstawy fizykalne

Wspomnienie o Profesorze Wojciechu K. Nowackim. Badania naukowe z ostatnich lat

1. Wspomnienie profesora Antoniego Sawczuka w 25 rocznicę śmierci. 2. Analiza materiałowych warstw kontaktowych.

Modelowanie multifizyczne i eksperyment demonstracyjny zagadnień aktywnej wibroakustyki

Wykład składać się będzie z dwóch prezentacji dotyczących zagadnień aktywnej wibroakustyki. Podczas pierwszej prezentacji, zatytułowanej: "AKTYWNE KOMPOZYTY POROELASTYCZNE O POLEPSZONEJ ABSORPCJI AKUSTYCZNEJ", przedstawiona zostanie koncepcja aktywnego kompozytu (modelowanego multifizycznie) składającego się z warstwy materiału porowatego z osadzoną wewnątrz aktywną cienkościenną strukturą sprężystą pozwalającą na polepszenie absorpcji akustycznej w niższych częstotliwościach. Druga prezentacja na temat: "MODELOWANIE MULTIFIZYCZNE I EKSPERYMENT DEMONSTRACYJNY AKTYWNEJ REDUKCJI WIBROAKUSTYCZNEJ" pokazuje wyniki modelowania multifizycznego zweryfikowane eksperymentalnie. Głównym celem jest prosta symulacja aktywnej redukcji hałasu nisko-częstotliwościowego wywołanego drganiami konstrukcji.

Anizotropowa ewolucja mikrouszkodzeń metali

Ocena stopnia uszkodzenia stali energetycznych wskutek pełzania iplastycznego płynięcia technikami niszczącymi i nieniszczącymi

Komputerowe modelowanie rozwoju mikrouszkodzeń i zniszczenia w stalowych elementach zbiorników kriogenicznych

O modelowaniu rozmytym w mechanice

Optymalne strategie obserwacji w identyfikacji układów z czasoprzestrzenną dynamiką

Atomistyczno-kontynualne modelowanie dyslokacji w kryształach

Bezmodelowa identyfikacja masy dodanej

Morfologiczna losowość mikrostruktur materiałowych;modele stochastyczne, mikronaprężenia, estymacja pękania.

Mechanochemiczne modele waskulogenezy i angiogenezy

Zastosowanie analogii mechaniczno-elektrycznych do wykrywania defektów w konstrukcjach

Hiperboliczne równania fonowego transportu ciepła

On kinetics of thermoelastic martensitic transformation

Galileuszowsko niezmiennicze sformułowanie mechaniki cieczy. Perspektywy zastosowań. (prezentacja wynikow habilitacji)

Problemy mechaniki deformacji niesprężystej materiałów (wykład poświęcony działalności naukowej profesora Bogdana Ranieckiego)

Analiza doświadczalna właściwości termomechanicznych stopów TiNi oraz poliuretanu z pamięcią kształtu (praca habilitacyjna)

Profesor Janusz Kasperkiewicz - prace badawcze w ostatnich latach

In-situ infrared thermography of Ti-Ni alloy deformed in quasi-static and dynamic tests

Thermodynamics and nonlinear dynamics of transformation induced plasticity in Ti-Ni alloys - experimental and theoretical study

Analiza procesów oddziaływania narzędzi maszyn roboczych na spoiste ośrodki gruntowe.

Analiza jakościowa w zgadnieniach stabilności i sterowania układów mechatronicznych

Wybrane zagadnienia modelowania w biomechanice kości

Analiza wrażliwości dla zagadnień kontaktowych z tarciem

Connecting Length Scales in Granular Mechanics

Analiza przepływu materiałów sypkich w zbiornikach

Badania doświadczalne i modelowanie zachowania się polikrystalicznej miedzi M1E w procesie cyklicznego skręcania ze ściskaniem

Łagodzenie skutków podmuchu w turbinach wiatrowych

1. Laserowa akustyka pikosekundowa w zastosowaniu do badań nanowarstw (10:00-11:30)

2. Propagacja szczeliny zmęczeniowej w bimateriale: model matematyczny i rozwiązanie numeryczne (11:30-13:00)

1. Regularizing Shear Bands Using Dynamic length scale (10:00-11:30)

The shear band formation in the finite element analysis using the regular continuum is mesh dependent. It usually has the size of one or two element lengths, and the convergence to a unique solution with successively finer meshes is generally not possible. To overcome this difficulty, a week nonlocal analysis is performed in this work by using gradient terms in the hardening parameters of the elastoplastic analysis in order to regularize the mesh dependency. Along with the gradient term use is made of a material length scale, which is obtained here using nano indentation experiments. Two models of variable length scales are proposed here in order to incorporate the high strain rates into account. The first model is a simple power low model that depends on dynamic hardness. The second model is physically based one where the Nye factor is assumed to be a function of temperature and strain rate. This approach is applied to cold rolled 1018 steel in this work with explicit time integration finite element scheme. The results show good regularization of the shear band initiation as well as the shear band width.

Materiałowo konstrukcyjne problemy wysoko obciążalnych prądowo napowietrznych linii elektroenergetycznych i sieci trakcyjnych kolei dużych prędkości (11:30-13:00)

Symulacje komputerowe deformacji zlokalizowanych w betonie i gruntach

Rekonstrukcja obciążenia dynamicznego

Projektowanie gradientowego rozmieszczenia faz w kompozyciediament-węglik tytanowo krzemowy

Zjawiska nieliniowej elastyczności i piezoelektryczności wpółprzewodnikach

Termodynamika defektów punktowych w związkach międzymetalicznych

Nowe metody poprawy właściwości mechanicznych tytanu i jego stopów

Mikrospektroskopia ramanowska cienkich powłok węglowych formowanych metodami jonowymi i plazmowymi

Mechano-chemia; od naprężeń do kryształu Plancka-Kleinerta

Modelowanie stanu naprężenia i rozwoju uszkodzeń w warstwach izolacji termicznej

Identyfikacja defektów w konstrukcjach prętowych na podstawie Metody Dystorsji Wirtualnych w domenie częstości

Dynamiczne efekty oddziaływania ruchomych zaburzeńna właściwości układu hybrydowego

Kształtowanie nanostruktury w metalach i stopach metodą wyciskania hydrostatycznego

Experimental and numerical analysis of perforation process of metallic plates: Effect of constitutive relation

Wieloskalowe modelowanie jako element budowy wirtualnego materiału

W czasie prezentacji przedstawione zostaną podstawowe zasady modelowania wieloskalowego w zastosowaniu do odkształcania materiałów. Omówiona zostanie grupa opracowanych przez Autorów modeli hierarchicznych (upscaling) wykorzystujących połączenie metody elementów skończonych z metodą automatów komórkowych (metoda CAFE). Pokazana zostanie metoda generowania krystalicznej struktury materiału w oparciu o zdjęcia mikroskopowe. Taka struktura stanowi bazę do modelowania wieloskalowego. Następnie przedstawione zostaną wybrane przykłady zastosowania metody CAFE do symulacji rekrystalizacji dynamicznej oraz do symulacji odkształcania materiałów z uwzględnieniem wpływu mikropasm i pasm ścinania. Druga część prezentacji poświęcona będzie przedstawieniu wyników ostatnich prac nad tworzeniem modelu hybrydowego (concurrent computing). Pokazana zostanie procedura tworzenia obrazu materiału z siatką elementów skończonych uwzględniająca ziarnistą budowę tego materiału. Poszczególnym ziarnom przypisywane są różne właściwości (kąt orientacji). Przedstawiona zostanie weryfikacja modelu dla przypadku ściskania w próbie kanalikowej monokryształu, bikryształu oraz złącza potrójnego trzech ziaren. Końcowe wyniki obejmować będą wstępną symulację odkształcenia polikryształu o kilkudziesięciu ziarnach o różnych orientacjach. Prezentację zakończy propozycja dalszych badań zmierzających w kierunku budowy wirtualnego materiału

Wyniki badań termomechanicznych polimerów z pamięcią kształtu na przykładzie poliuretanu

Modelowanie mikromechaniczne intermetali TiAl w zakresie dużych deformacji

Modele zużycia powierzchni kontaktowych: analiza stanów ustalonych

Osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu impulsem laserowym

Recent advances in constitutive relation, application to perpendicular impact of hemispherical projectiles

Modelowanie ewolucji mikrostruktury metali i wzmocnienia przy dużych deformacjach plastycznych

Modelling of damage fracture of thermal elastoviscoplastic materials with softening. Cutting process of metals

The friction contact of coated bodies in rolling/sliding contact

Złożoność obliczeniowa wybranych problemów biomechaniki

Zastosowanie Metody Dystorsji Wirtualnych w projektowaniu ustrojów adaptacyjnych poddawanych obciążeniom udarowym

Mikrostruktura a energia powierzchniowa granic rozdziału faz w SMA

Wieloskalowe modelowanie zjawisk zachodzących w metalach i stopach w procesach obróbki cieplno-plastycznej z wykorzystaniem metod symulacji fizycznej

Krystalograficzne aspekty formowania się pasm ścinania w metalach o sieci regularnej

Mechaniczne i strukturalne aspekty plastycznego kształtowania metodą KOBO

Modelowanie aktywnych paneli sprężysto-poroelastycznych

Termodynamika jednokierunkowego efektu pamięci kształtu.Cz. 1. Metastabilna równowaga faz w materiałach z pamięcią kształtu

Wpływ zmiennej drogi odkształcania na zachowanie się wybranych materiałów metalicznych

W pracy przedstawiono krótkie omówienie wpływu wymuszonej drogi odkształcenia na parametry siłowo energetyczne i strukturę oraz odkształcalność stopów miedzi. Określono najważniejsze parametry wpływające na reakcję materiału podczas odkształcania z oscylacyjnie zmienną drogą odkształcenia. Przedstawione w pracy wyniki badań własnych obejmują określenie wpływu sekwencyjnego oraz jednoczesnego, cyklicznego skręcanie z rozciąganiem, na parametry siłowe, energetyczne, zastępcze naprężenie uplastyczniające, odkształcenie graniczne i strukturę wybranych materiałów metalicznych. Wyniki uzyskane w procesach złożonego odkształcania porównane zostały między sobą oraz z wynikami otrzymanymi w monotonicznych próbach skręcania i rozciągania.

Metody ultradźwiękowe identyfikacji własności sprężystych ośrodków gradientowych

W pracy przedstawiono zastosowanie fal akustycznych do wyznaczania rozkładów własności sprężystych w materiałach gradientowych (FGM). Rozwiązano zagadnienie proste polegające na obliczeniu charakterystyk dyspersyjnych powierzchniowych fal sprężystych w ośrodkach gradientowych. Wykonano pomiary krzywych dyspersji powierzchniowych fal akustycznych w badanym ośrodku niejednorodnym. Rozwiązano zagadnienie odwrotne minimalizując wprowadzoną funkcję błędu (celu), w rezultacie czego odtworzono nieznany profil zmian własności sprężystych w warstwie wierzchniej badanego materiału. Zagadnienie proste oraz odwrotne rozwiązano w przypadku niejednorodnej próbki stalowej poddanej procesowi hartowania laserowego. W części doświadczalnej zmierzono krzywe dyspersji powierzchniowej fali sprężystej typu SH (shear-horizontal).

Chaos deterministyczny dla układu równań cząstkowych

Anizotropowa Turbulencja w Nadciekłym Helu i Dynamika Wirów Dyskretnych. (praca habilitacyjna)

Przedstawię model silnie anizotropowej turbulencji kwantowej (turbulencji wirów dyskretnych) w nadciekłym helu. Podstawową ideą jest rozbicie modelowania na dwie skale: 1) mikroskopową, w której dynamika linii wirowych analizowana jest w oparciu o przybliżenie lokalnej samoidukcji i prowadzi do lokalnego równania na gęstość wirów, uwzględniającego anizotropię i dryf kłębowiska wirowego. Omówię tu nowe (analityczne) rozwiązania opisujące dynamikę wirów dyskretnych w przybliżeniu lokalnej samoindukcji, oraz 2) makroskopową, w której dynamika składowej nadciekłej i normalnej (lepkiej) opisywana jest odpowiednio równaniami Eulera i Naviera-Stokesa, sprzężonymi polem siły o wartości proporcjonalnej do gęstości wirów i wzajemnej prędkości składowych.

Zagadnienie zbieżności algorytmów genetycznych

Przedstawiona zostanie idea badania algorytmów genetycznych metodami teorii układów dynamicznych. Wykorzystana do tego będzie entropia i wymiar fraktalny. Pokazana zostanie idea zastąpienia algorytmu innym algorytmem (operatorem) który juz w pierwszym kroku generuje rozkład graniczny. Jest to teoretyczną podstawą do badania algorytmów przy pomocy entropii i wymiaru fraktalnego.

Modelowanie i analiza pozyskiwania oraz konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego w budynku (praca habilitacyjna)

Propagacja i oddziaływanie hiperbolicznych fal płaskich w nieliniowych ośrodkach sprężystych (praca habilitacyjna)

Modelowanie i symulacja zagadnień mechaniki skał metodą elementów dyskretnych oraz zintegrowaną metodą elementów dyskretnych i skończonych (część 2)

Ocena procesów destrukcyjnych w konstrukcjach betonowych.

Modelowanie i symulacja zagadnień mechaniki skał metodą elementów dyskretnych oraz zintegrowaną metodą elementów dyskretnych i skończonych

Własności termomechaniczne stopu TiNi z pamięcią kształtu

Plan wystąpienia 1. Wprowadzenie: charakterystyka stopów z pamięcią kształtu, przykłady zastosowań, problemy niejednorodności

Modeling the shape memory alloys thermomechanical behavior for its use as actuators or dampers in structures

Metody opisu zjawiska dyssypacji w mechanice (praca habilitacyjna)

Kompozyty ceramiczno metalowe: wytwarzanie, właściwości i zastosowanie

Nowoczesne metody badań materiałowych w przemysle samochodowym

Modelowanie przepływu ciepła przez powierzchnię kontaktu ciał chropowatych

Modelowanie mikromechaniczne zachowania się materiałow polikrystalicznych dla nieproporcjalnych ścieżek deformacji plastycznej

Technologia mikrosystemów heterogenicznych dla zastosowań mikrofluidycznych

Organization of The Institute of Electron Technology (ITE) in Warsaw, with special focus on the Division of Silicon Microsystem and Nanostructure Technology will be presented. Our laboratory (clean room of area ~1000 sq.m.), which is located in Piaseczno, enables CMOS integrated circuits fabrication, as well as non-standard MEMS/MOEMS devices, research and development. Based on the selected sensors, actuators and microfluidic devices, which were developed (or still are under development) in the ITE, design examples, possibilities and limits of technology, applied physical/chemical principles, computer modeling, assembling and application issues will be discussed.

Mezoskalowe modelowanie mikro i nano przepływów

Z braku odpowiednich modeli teoretyczno-numerycznych, rozwój nano- i bio-technologi jest obecnie dokonywany głównie empirycznie. Opis molekularny jest opisem zbyt złożonym i w związku z tym aplikacyjnie nie możliwym do zastosowania. Opis ciągły płynu nie bierze pod uwagę istotnych zjawisk takich jak ruchy Browna, poślizg prędkości, skok temperatury na ściance. Stąd też, wymagana jest nowa metoda podejścia do modelowania powyższych zagadnień - metoda mezoskopowa. Jako metoda mezoskopowa przedstawiona zostanie metoda czastek dysypatywnych. jedna czastka reprezentuje klaster atomów, ktory ma pewne własności podobne do ciągłego elementu płynu, a tez częściowo zachowuje molekularną charakterystykę.Takie podejście pozwala na efektywne modelowanie mezoskalowych zjawisk przepływowych. Główną charakterystyką przepływów mezoskopowych jest rozmiar rozważanego zjawiska, który wynika z faktu, że przepływ płynu jest ograniczony ściankami. W mikro- i nano-skali efekty powierzchniowe są bardziej istotne niż efekty objętościowe. Stąd też, oddziaływanie płynu ze ściankami ma zasadniczy wpływ na całą charakterystykę przepływu. Prezentowana metoda cząstek dysypatywnych pozwala na bardzo precyzyjne określenie mezoskalowego oddziaływania ciała stałego i płynów, co pozwala np. na modelowanie oddziaływania łańcuchów DNA z þłynem, lub wyznaczenie poślizgu.Zagadnienia te są bardzo istotne przy budowaniu zintegrowanego systemu do analizy bio-chemicznej - "lab-on-chip" i modele symulacyjne stanowią dużą pomoc, ze wyględu na fakt, że eksperymenty są kosztowne i niektóre własności są trudno mierzalne w mikro- i nano-skali.

Modelowanie przewodnictwa Cciepła w laminatach z gradacją własności efektywnych

Transformacje dominującego systemu poślizgu w kryształach RSC

W niniejszym referacie skoncentrowano uwagę na zjawisku transformacji dominującego systemu poślizgu, jego wpływu na mechanizm odkształcenia plastycznego i kinetykę umocnienia monokryształów RSC, oraz na stowarzyszony z nim problem dotyczący kryterium mechanicznego bliźniakowania oraz dziedziczenia dyslokacji przez bliźniaki odkształcenia. Doświadczalno-teoretyczną analizę tych problemów przeprowadzono w oparciu o wyniki badań uzyskane na modelowych monokryształach miedzi oraz stopów układu miedź-aluminium. W analizie zastosowano koncepcję macierzy gradientów deformacji i macierzy korespondencji, nowoczesne metody doświadczalne bazujące na dyfrakcji rentgenowskiej i elektronowej oraz metody pomiaru własności mechanicznych. Do najważniejszych wyników badań przedstawianych w niniejszej pracy należą: (i) identyfikacja zjawiska transformacji dominującego systemu poślizgu oraz wykazanie jego bezpośredniego wpływu na zmianę kinetyki umocnienia rozciąganych kryształów RSC; (ii) wykazanie równoważności pomiędzy mechanizmem związanym z początkiem IV-tego stadium deformacji kryształów RSC a zmianą dominującego systemu poślizgu; (iii) określenie kryterium mechanicznego bliźniakowania w monokryształach RSC oraz weryfikacja stosowalności prawa krytycznego rozłożonego naprężenia ścinającego; (iv) obserwacja dyslokacji sześciennych dziedziczonych przez bliźniaki odkształcenia w kryształach RSC oraz weryfikacja stosowalności metody macierzy korespondencji. W końcu zostaną przedstawione również wstępne wyniki badań doświadczalnych nad wzajemnymi oddziaływaniami bliźniaków odkształcenia zachodzącymi podczas niskotemperaturowej deformacji plastycznej kryształów RSC o niskiej energii błędu ułożenia.

Porównanie wybranych naczyniowych modeli transportu ciepła w tkance ukrwionej

Ocena warunków pomiaru parametrów spirometrycznych

Spirometria służy diagnostyce mechaniki układu oddechowego na podstawie oceny prędkości przepływu i objętości powietrza wydychanego. O dokładności pomiaru decydują wszystkie bloki zastosowanego przyrządu pomiarowego. W dobie nowoczesnych rozwiązań technicznych pojawiła się potrzeba szczegółowej rewizji wszystkich czynników wpływających na dokładność pomiaru. Toteż autorka wskazuje trzy najistotniejsze czynniki, którymi są: fizyczne warunki otoczenia, opór przepływowy przetwornika spirometrycznego oraz parametry przetwarzania sygnału. Przyjęty stały współczynnik przeliczeniowy normalizujący warunki fizyczne pomiarów spirometrycznych odnosi się raczej do używanych od bardzo dawna spirometrycznych przetworników objętościowych. Stosowane obecnie nowoczesne przetworniki przepływowe wymagają uwzględnienia współczynników o diametralnie innych wartościach. W przeszłości największy wpływ na dokładność pomiaru miał przetwornik spirometryczny. Współczesne rozwiązania konstrukcyjne pozwoliły na znaczną poprawę jego dokładności. Istotnego znaczenia nabiera obecnie opór przepływowy przetwornika. Powszechne stosowanie mikroprocesorów będących dzisiaj bazą wszystkich urządzeń pomiarowych skłoniło autorkę do podjęcia analizy wpływu sposobu przetwarzania sygnału spirometrycznego na ostateczną dokładność pomiaru. Przeprowadzone badania i analizy wskazują, że dobór przetwornika AC o odpowiedniej rozdzielczości i zapewnienie właściwej częstotliwości próbkowania pozwala na zminimalizowanie błędu przetwarzania. Prezentowane w referacie zagadnienia zostały przedstawione w rozprawie pt. "Metrologiczne aspekty badania czynności mechanicznej układu oddechowego" oraz opublikowane w czasopismach o zasięgu międzynarodowym.

Zastosowanie termografii impulsowej do wykrywania wad w warstwie powierzchniowej metali i ich stopów

Energetyczny model pękania segmentacyjnego cienkich warstw

W ramach pracy sformułowano energetyczny model pękania segmentacyjnego cienkiej warstwy na rozciąganym podłożu. Główne założenie stanowi idea topologicznej transformacji pomiędzy układem niepopękanym a całkowicie zniszczonym, bez rozpatrywania historii deformacji. Transformacja ta zachodzi gdy spełniony zostanie energetyczny warunek mówiący, że energia w stanie całkowitego zniszczenia nie może być większa od energii układu w stanie niepopękanym. Model pozwala na jednoznaczne określenie gęstości spękań w cienkiej warstwie. Został zastosowany do obliczenia energii pękania warstw tlenku krzemu na podłożach wykonanych z polimerów.

Doświadczalna weryfikacja podstawowych założeń teoretycznychmakroskopowej teorii pseudosprężystości

W 1998 Raniecki i Lexcellent zaproponowali model konstytutywny pseudosprężystego zachowania stopów z pamięcią kształtu - model RL. W modelu tym przyjęto szereg założeń teoretycznych zapewniających jego stosunkowo prostą formę matematyczną i efektywność numeryczną, przy spodziewanej dobrej dokładności przewidywań modelowych. Starannie zaplanowany i wykonany program prób poświęcony badaniu zachowania stopu NiTi poddawanego proporcjonalnym w przestrzeni składowych tensora naprężenia ścieżkom obciążenia, dostarczył danych umożliwiających doświadczalną weryfikację podstawowych założeń teoretycznych modelu RL. Surowe dane doświadczalne pochodzące z testów izotermicznych przeprowadzonych w temperaturach 310 , 315, 322.5 K zostały poddane odpowiedniemu opracowaniu, by możliwa była weryfikacja dopuszczalności założenia o izotropii sprężystej materiału, dopuszczalności założenia o matematycznej reprezentacji powierzchni płynięcia pseudosprężystego jako izotropowej funkcji tensora naprężenia, celowości wprowadzenia tzw. funkcji kształtu, dopuszczalności założenia o izotropii niesprężystej, tj. reprezentacji makroskopowego tensora odkształceń fazowych za pomocą tensorowej funkcji izotropowej względem tensora naprężenia. Podana zostanie także zalecana procedura identyfikacji stałych i funkcji materiałowych modelu RL włącznie z zaleceniami odnoście minimalnej i optymalnej liczby i rodzaju wymaganych prób doświadczalnych. Podany zostanie kompletny zestaw wartości stałych i funkcji materiałowych modelu RL dla badanego stopu NiTi.

Metody akumulacji danych w analizie obrazów cyfrowych

Zasada akumulacji danych jest punktem wyjścia dla konstrukcji szeregu metod analizy obrazów. Szeroko znanym przykładem metody akumulacyjnej jest transformata Hougha i metody pokrewne. Podstawowym elementem wspólnym tych metod jest tworzenie histogramu będącego empiryczną gęstością prawdopodobieństwa badanego zjawiska. Zostanie przedstawionych kilka wybranych akumulacyjnych metod analizy obrazów zawierających nowe elementy, w tym całkowicie nowa metoda detekcji linii (obiektów wydłużonych).

W metodach tych wykorzystano pojęcie słabego rozmycia. Opiera się ono na znanym zjawisku przechodzenia mody histogramu w wartość średnią danych przy określonych zmianach funkcji przynależności używanej w rozmyciu. Zjawisko to rozszerzono na przypadek histogramu okresowego. Słabe rozmycie jest jedną z możliwych metod osiągnięcia znacznej odporności metod akumulacyjnych na dane odstające (outliers).

Jako przykłady zostaną użyte obrazy biomedyczne, które stawiają duże wymagania metodom ich analizy.

Wpływ kierunku wstępnego odkształcenia na proces magazynowania energii w polikryształach

Miarą przemiany energii w dowolnej chwili procesu deformacji jest stosunek przyrostu energii zmagazynowanej do przyrostu pracy odkształcenia plastycznego. Wielkość ta, zwaną zdolnością magazynowania energii, jest makroskopową manifestacją zjawisk zachodzących na poziomie mikrostruktury. W niniejszej pracy, wyznaczono zależności zdolności magazynowania energii w funkcji odkształcenia plastycznego dla próbek różniących się kierunkiem wstępnego rozciągania. Następnie, przy użyciu mikroskopu optycznego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) przeprowadzono obserwacje mikrostruktury. Wyniki te wykorzystano do identyfikacji mechanizmów odpowiedzialnych za proces magazynowania energii w początkowym etapie deformacji monotonicznej i po zmianie kierunku rozciągania. Przedstawione wyniki stanowią istotną część rozprawy doktorskiej.

Ocena zmian strukturalnych i naprężeń własnych w warstwach hartowanych laserowo

W pracy przedstawiono próbę przewidywania niektórych parametrów to jest morfologii i naprężeń własnych warstwy wierzchniej ukonstytuowanej w wyniku działania wiązki laserowej, korzystając z uproszczonego modelu tego procesu. Rozważania ograniczono do przypadku hartowania laserowego. W modelu wykorzystano rozwiązanie analityczne problemu rozkładu temperatury powstającej w wyniku działania ruchomego źródła ciepła o Gaussowskim rozkładzie mocy w stanie ustalonym. Przyjęto, że generowane w procesie naprężenia własne wynikają ze zmiany objętości własnej materiału w strefie zmienionej w wyniku obróbki laserowej.

Theoretical challenges in tissue engineering

Tissue Engineering is a cross-disciplinary field combining concepts and logistics from both Life and Physico-Chemical Sciences. The long term goal of this field is to replace and regenerate defective tissues or organs by hybrid implants composed by stem cells seeded within a scaffold. In case of bone tissue, the success in the design of an optimal implant with large size is largely reinforced by the set-up of model based experiments. Some examples of mathematical model of fluid flow through porous media and associated transport phenomena, designed for such a purpose, will be presented.

Zjawisko magnetoplastyczności w materiałach niemagnetycznych

Zjawisko magnetoplastyczności w kryształach niemagnetycznych (ZMP) zostało odkryte w roku 1985 w Instytucie Krystalografii AN ZSRR w Moskwie. Zachodzi ono na poziomie kwantowym, a przejawia się na poziomie makroskopowym. Mówiąc w wielkim skrócie, ZMP polega na odrywaniu się dyslokacji od centrów paramagnetycznych pod wpływem (stałego) pola magnetycznego. Dyslokacje, a w szczególności ich gęstość, konfiguracja, ich skupiska i ich mobilność w decydujący sposób określają właściwości ciał stałych, w tym ich właściwości sprężyste i plastyczne, czyli podatność na chwilowe i trwałe odkształcenia. Odkrycie tego zjawiska było dla badaczy czymś niezwykłym i nieoczekiwanym, gdyż zaprzeczało powszechnym poglądom na temat wpływu pola magnetycznego na właściwości materiałów niemagnetycznych. Efekt sprawdzano wielokrotnie w różnych materiałach. W kolejnych latach istnienie zjawiska zostało potwierdzone przez kilka niezależnych laboratoriów i opisano je w sporej liczliczbie (powyżej stu) prac naukowych. Prace doświadczalne przeprowadzano w próbkach związków alkalicznych, w metalach niemagnetycznych i w półprzewodnikach. Analiza otrzymanych danych pozwalała na sformułowanie tezy, że pod wpływem działającego przez jakiś czas pola magnetycznego następuje unieważnienie zakazu przejść elektronowych w układzie dyslokacja - domieszka, a to z kolei powoduje istotne zmniejszenie energii ich oddziaływania i odczepienie dyslokacji od defektu punktowego. Dalszy ruch dyslokacji, aż do następnego punktu zaczepienia, odbywa się polu dalekozasięgowych naprężeń, pochodzących od innych defektów liniowych. I cały proces rozpoczyna się od początku, aż do chwili wyłączenia pola magnetycznego lub do momentu, gdy dyslokacja znajdzie się w polu niskich naprężeń. W większości eksperymentów obserwowano ruch dyslokacji bez przykładania dodatkowych zewnętrznych obciążeń mechanicznych. Mamy tu więc do czynienia z procesem samoorganizacji dyslokacji, przebiegającym w kierunku ich bardziej równomiernego rozkładu. Okazało się dodatkowo, że zjawisko magnetoplastyczności przejawia się również na poziomie makroskopowym, wpływając w istotny sposób na plastyczność kryształów. Stwierdzono na przykład, że poddanie kryształu, umieszczonego w polu magnetycznym, obciążeniu o stałej prędkości deformacji powoduje kilkakrotne zmniejszenie granicy płynięcia, tym większe, im mniejsza jest prędkość deformacji i im większa jest indukcja magnetyczna B. Podczas wykładu zademonstrowany zostamie program komputerowy symulujący omawiane zjawisko i przedstawione zostaną wyniki przeprowadzonych obliczeń.

Obrazowanie wnętrza ciała: stan obecny i wyzwania

Modelowanie zniszczenia betonu w warunkach ataku siarczanowego

Proponowane seminarium dotyczy modelowania zjawiska uszkodzenia betonu wywołanego działaniem chemicznie agresywnego środowiska ze szczególnym uwzględnieniem zewnętrznego ataku siarczanowego. Atak siarczanowy (korozja siarczanowa) jest sekwencją sprzężonych procesów fizyko-chemicznych prowadzących do odkształceń elementów konstrukcji betonowych "in situ", a w konsekwencji do ich uszkodzenia czy nawet zniszczenia. Model ma charakter interdyscyplinarny, gdyż wykorzystuje metody i równania chemii fizycznej, transportu masy, mikromechaniki defektów, mechaniki pękania, termodynamiki reakcji chemicznych, teorii sprężystości, fizyki statystycznej (teorii perkolacji). Celem symulacji jest określenie czasu życia konstrukcji betonowej w warunkach ataku siarczanowego, czyli wyznaczenie wielkości makroskopowej ekspansji betonu w zależności od czasu ekspozycji konstrukcji na działanie siarczanów. W celu weryfikacji modelu teoretycznego zostanie przeprowadzona numeryczna symulacja testu badającego odporność betonu na atak siarczanowy wg normy ASTM C1012 (Ouyang 1988).

Modelowanie materiałów i analiza procesów zachodzących w temperaturach bliskich absolutnego zera

Termodynamiczna teoria sprężysto-lepkoplastyczności uwzględniająca efekty mikropasm ścinania i wywołanej anizotropii

Mikromechanika warstw kontaktowych

Symulacje konwekcji atmosferycznej w warstwie granicznej Ziemi i Marsa

Analiza wrażliwości parametrycznej w obliczeniach numerycznych zagadnień sprężysto-plastycznych

Analogia między agentami i agentami programowymi. Jak ten problem jest rozwiązywany w informatyce?

Wpływ mikrostruktury na własności makroskopowe kompozytów sprężystych, piezoelektrycznych i termosprężystych

Propagacja i oddziaływanie hiperbolicznych fal płaskich w nieliniowym ośrodku sprężystym

Stochastyczny model wczesnej odpowiedzi immunologicznej

Wykładniki Lapunowa dynamicznych układów chaotycznych: synchronizacyjna metoda ich estymacji

New partial differential equations for joint probability distributions of nonlinear systems under general stochastic excitation

Wybrane aspekty modelowania ruchu ziaren w przepływach materiałów granulowanych

Modelowanie polikrystalicznych kompozytów ceramicznych zawierających międzyziarnowe warstwy metaliczne w stanach jednoosiowego rozciągania

Podstawy teoretyczne metodologii badania elementów budowlanych w komorach klimatycznych

Piezoelektryczne rezonatory cylindryczne jako sensory parametrów reologicznych cieczy lepkosprężystych

Micromechanical model of elasto-plastic damaged medium and applications to strain localization and fracture problems

Mechanics of growing solids: theory and applications

Problemy elastodynamiki i termosprężystości - badania Prof. J. Ignaczaka w IPPT PAN w ostatnim półwieczu

Problemy prognozowania zjawisk losowych i optymalna predykcja w dynamice stochastycznej

Prawa skalowania i fraktalne modele ewolucji defektów materiałów

Podstawy matematyczne MES dla anizotropowego materiału hipersprężystego

Efektywne współczynniki transportu zawiesin

Analiza parametrów sprężystych cienkich warstw gradientowych metodami ultradźwiękowymi

Second-gradient poromechanics

3-wymiarowy model termodynamiczny stopów z pamięcią kształtu: zakres pseudo-sprężysty przy skończonych odkształceniach

Procesy termiczne przy lokalnym tarciowym lub laserowym nagrzewaniu: analogie modelowania

Zastosowanie metody elementów skończonych do modelowania nieliniowej sprężystości krzyształów

Dynamika prostych i hierarchicznych układów ewoluujących

Modelowanie krzepnięcia dendrytycznego

Umocnienie materiału a proces magazynowania energii podczas deformacji plastycznej

Mathematical modelling of time dependent fracture in viscoelastic, ductile and damaging materials

Modelowanie numeryczne krzepnięcia stopów metali z uwzględnieniem ruchów cieczy

Plasticity of New Steels Used in Automotive Industries

Badanie propagacji adiabatycznych pasm ścinania i zlokalizowanego zniszczenia w ciałach niesprężystych

Statistical characterization of the geometrical structure of porous materials

Magnetyczny efekt pamięci kształtu w stopach na osnowie faz Heuslera

Ultradzwiękowa identyfikacja parametrów nasyconych materiałów porowatych

Doświadczenia z nową technologią kształtowania plastycznego metali - inspiracja do rozważań teoretycznych

Wpływ stopowania laserowego na stan warstwy wierzchniej

Problemy modelowania i kontaktu rzeczywistych powierzchni chropowatych

Optymalne projektowanie z uwzględnieniem uszkodzeń

Sposoby porównywania i wyboru modeli z różną liczbą parametrów w metodach identyfikacji(na przykładzie analizy modelu płynięcia plastycznego z mikrouszkodzeniami)

Dufuzja wywołana polem naprężeń w warstwach Si/Ge.Nieliniowa teoria pola i MES.

Pomiary temperatury podczas odkształcania stopów z pamięcią kształtu jako metoda badania przemian fazowych.

Modelowanie upłynnienia gruntów podczas trzęsienia ziemi w Turcji, 1999.

Wpływ wodoru na właściwości mechaniczne stali austenityczno-ferrytycznej.

Kinetyka nukleacji w warunkach relaksacji deformacji makroczasteczek polimeru

Badania kalorymetryczne faz międzymetalicznych układów Al-Ni i Al-Ti.

Optymalizacja procesów tłoczenia blach oparta na symulacji numerycznej i ścisłych metodach analizy wrażliwości.

Minimalizacja energii przyrostowej w zagadnieniach lokalizacji odkształceń plastycznych.

Numeryczna symulacja pękania warstwy izolacji termicznej podczas próby trójpunktowego zginania.

Niezmienniki tensora sprężystości dla materiałów ortotropowych.

O przydatności testu prostego ścinania do identyfikacji własności materiałowych materiałów poddanych dużym deformacjom.

Wybrane zagadnienia termiczne w biomechanice ortopedycznej.

Wpływ mikrostruktury na własności kompozytów piezoelektrycznych.

Optymalizacja kompozytów uzbrojonych dwiema rodzinami włókien.

Algorytm wyznaczania makroskopowych modułów stycznych w mikromechanice materiałów sprężysto-plastycznych przy dużych deformacjach.

Fatigue life assessment for sound welded structures.

O modelowaniu matematycznym materiałów z pamięcią kształtu z uwzględnieniem efektów termicznych

Motion analysis in biomechanics

Motion is an ubiquitous feature in biology, and the measurement, imaging, analysis and mathematical modeling of motion is a primary task in biomechanics. Given the multiphase composition of biological structures, fluid and solid motions including the interactions resulting thereof are likewise of importance.

Relevant biological motion phenomena extend over several orders of magnitude, viz., from whole-body motions down to motions occurring on a molecular scale. Experimental and theoretical procedures depend thereby essentially on the size and mechanical properties of the involved bodies as well as on the time duration of interest. Selected topics covered in the talk include

• Whole body motions: Orthopaedic motion analysis (masticatory system), rehabilitation (training of paraplegic patients), trauma research (whiplash analysis and prevention), high-speed image acquisition for motion analysis.
• Organ dynamics: Systolic and diastolic dynamics of the heart (cardiodynamics), contraction waves in the stomach, blunt kidney trauma, magnetic resonance imaging (MRI) as a method to register organ motions and deformations.
• Fluid motions, fluid-solid interactions: Controlled mandatory ventilation by high-frequency oscillation, arterial flow dynamics and transport (only shortly covered, see lecture on Intra- and Extravascular Flow Dynamics and Transport Processes).
• Cellular motility: Actin filament dynamics.

For the theoretical analysis, articulated rigid-body approximations are of use whenever deformation processes can be disregarded or treated with simplified models. This is the case, e.g., in human whole-body motion studies. Organ dynamics, in turn, require the application of concepts of continuum mechanics. Since most biomechanical problems are associated with an irregular geometry and nonlinear constitutive properties, numerical methods (mostly Finite Elements) are applied.

Wystąpienie prof. S. Cowina

Dynamika stochastyczna układów fizycznych/technicznych - w 100 lat od pierwszych idei: W. Gibbs (1903), A.Einstein - M.Smoluchowski (1905/06), P.Langevin (1908)

Modelowanie funkcjonalnej adaptacji kosci

The Shock Initiation and High Strain Rate Mechanical Characterization of Explosive Powders and Compositions

A number of techniques have been developed and applied in our laboratory for the investigation of the properties of energetic materials. One method we have used in a wide range of such studies has been high-speed photography. The advantage is that it is possible to see directly what is going on in, for example, hot spot initiation of energetic materials. In recent years, it has increasingly been desired to model the impact response of structures containing energetic materials using numerical methods. If meaningful numerical results are going to be obtained for, say, munitions or rockets, it is of vital importance that constitutive relations be constructed which describe the mechanical response of unreacted energetic materials over the temperature and strain rate ranges of interest. With this in mind, we have developed a range of techniques for obtaining the mechanical properties of energetic materials over a wide range of strain rates and temperatures. One problem with conventional mechanical testing methods is that they only allow the measurement of the global response of a specimen. Energetic materials usually consist of a viscoelastic binder heavily loaded with explosive crystals. In order to develop realistic and physically-based constitutive models for such unusual composites, it is vital to determine how these materials deform on the mesoscale. To this end, we have developed a range of optical and microscopy techniques. These have been used for both quasistatic and dynamic studies.

Asymptotic Crack-Tip Fields in Couple-StressStrain-Gradient Plasticity: Steady-State Propagation

Nieliniowe równania akustyki, praktyczne zastosowania w technologiach ultradźwięwiekowych

Zjawiska magnetosprężyste i ich wykorzystanie w nieniszczących badaniach materiałów (rozprawa habilitacyjna)

Zastosowania metody homogenizacji do weryfikacji koncepcjifenomenologicznych

A perturbative approach to material instabilities in anisotropic elastic and plastic solids

Theoretical and numerical aspects of thermomechanical interfaces in solids

Termomechanika materiałów suszonych

Wpływ wzajemnej orientacji faz na bilans energii podczas deformacji plastycznej stali austenityczno-ferrytycznej

Duże deformacje materiałów porosprężystych - modelowanie termodynamiczne i zastosowania

Działalność naukowa doktora Jacka Bauera, jego rozprawa habilitacyjna

Niestabilność odkształcenia plastycznego Portevin-Le Chatelier

Zastosowanie ułamków łańcuchowych i aproksymant Pade do wyznaczania granic na efektywne współczynniki transportu materiałów niejednorodnych

Optymalne kształty powierzchni w procesie zużycia kontaktowego

Kinetyka niestacjonarnej krystalizacji polimerów

Numeryczne modelowanie zjawisk higro-termo-chemo-mechanicznych i wywołanych nimi zniszczeń w betonie w wysokiej temperaturze

Glass and glass-ceramic matrix composites: academic curiosity or useful materials?

One of the advantages of glass is the unique ability to vary continuously and gradually its structure and properties through composition. This makes glass an attractive "partner" for the fabrication of composite materials and structures with novel, optimised properties. Glass matrix composites with excellent mechanical properties and high structural integrity are obtained by reinforcing the low-modulus, low-strength glass (or glass-ceramic) matrix with a high-modulus, high-strength and/or high-ductility second constituent in the form of whiskers, platelets, particulates or fibres.

In this presentation, international research on the fabrication, properties and applications of glass and glass-ceramic matrix composites will be reviewed, focussing on both dispersion- and fibre-reinforced systems. The goal is to generate a broader interest in these composites and understanding of their mechanical behaviour, by covering the great variety of glass and glass-ceramic composites developed so far, and highlighting their outstanding thermomechanical properties and high technological potential. The several remaining challenges for the future development of these composites will be discussed, which currently limit the wider commercial exploitation of these materials. These are mainly related to the lack of reliable and cost-effective processing techniques and complete understanding of their high-temperature mechanical properties.

Novel developments in the area of "optomechanical composites" and piezoelectric/glass composites will be presented, focussing on the areas where further R&D work is required in order to transform these "model" systems into useful products with commercial interest.

Optymalizacja w projektowaniu nowych konstrukcji i materiałów

Metoda elementów dyskretnych w modelowaniu materiałów sypkich i skał

Wsporniki Michella

Przedstawione beda wsporniki Michella dotyczace przypadku gdy naprezenia graniczne na rozciaganie sa inne niz na sciskanie. Beda podane analityczne konstrukcje geometrii siatek linii pretow wewnatrz wspornikow optymalnych oraz formuly na ciezary wspornikow.

Strategia optymalizacji dla analizy odwrotnej w zastosowaniu do identyfikacji modeli własności materiałów i warunków brzegowych

Analiza odwrotna jest powszechnie stosowana do identyfikacji różnych modeli własności materiałów i warunków brzegowych w inżynierii materiałowej. W literaturze naukowej znaleźć można liczne przykłady zastosowań tej metody do identyfikacji modeli reologicznych, tarcia i wymiany ciepła. Długie czasy obliczeń, wynikające z trudności ze zbieżnością procedur optymalizacyjnych, są podstawowym czynnikiem ograniczającym szerokie zastosowanie oprogramowania z analizy odwrotnej. Dlatego w prezentacji przedstawione będą wyniki badań mających na celu testowanie przydatności różnych metod optymalizacji do analizy odwrotnej i zaproponowanie najlepszej strategii optymalizacji. Badaniami objęto różne metody optymalizacji gradientowej i bezgradientowej oraz algorytmy ewolucyjne. Przeprowadzone testy numeryczne pozwoliły wyciągnąć wnioski odnośnie skuteczności poszczególnych metod w poszukiwaniu minimum funkcji celu i omijaniu minimów lokalnych. Druga część prezentacji dotyczy wybranych przykładów nowych zastosowań analizy odwrotnej, między innymi:

• Identyfikacji parametrów modeli przemian fazowych,
• Równoczesnej identyfikacji parametrów modeli reologicznego i tarcia,
• Wyznaczania wartości sił wytwarzanych przez dociskacz w procesie ciągnienia dających minimum nawrotu sprężystego

Tekstura krystalograficzna a lokalizacja odkształceń w blachach

Prace Instytutu Obróbki Plastycznej na tle kierunków rozwoju obróbki plastycznej

Omówione zostaną kierunki rozwoju pozahutniczej obróbki plastycznej na świecie. Następnie omówione zostaną kierunki badań innowacyjnych i rozwojowych w Instytucie Obróbki Plastycznej. Dotyczyć to będzie zarówno technologii dla produkcji wielkoseryjnych (przede wszystkim dla przemysłu samochodowego) jak również mało- i średnioseryjnych.

Ewolucja mikrostruktur warstwowych w stopach z pamięcią kształtu

The role of thermomechanics in the verification of material models

Thermomechanics is a combination of continuum mechanics and thermodynamics. Instead of thermomechanics the phrase continuum thermodynamics is often used.

Thermomechanics is used in the verification of material models. The verification tool is the Clausius-Duhem inequality which is based on basic laws and axioms of nature such as law of balance of momentum. Every engineer and scientist knows that the forces and bending moments acting on a beam have to satisfy the equilibrium equations. However, the need of a material model to satisfy the Clausius-Duhem inequality is less known. Thermomechanics study material models showing dissipation, e.g. creep and plastic yield. Thermomechanics does not require to study the heat problem.

At the end of the presentation an example is given. In this example a constitutive equation for a high-temperature power-plant material 10CrMo910 is verified. Based on the example every listener will be capable to verify her or his own material model without extensive knowledge of thermomechanics.

The copies of the transparents are given to the audience. The presentation is prepared having in mind also the students who may not have any previous knowledge of thermomechanics.

Kilka przykładów z mechaniki pękania, kryteria skali mezo i makro

Sedimentation

Current topics in ortopaedic and rehabilitation biomechanics

Jakościowe przewidywania w mikromechanice materiałówniesprężystych

Dynamic methods of subsurface imaging of defects

Procesy i miary uszkodzeń od obciążeń eksploatacyjnych

Effect of activation parameters on strain rate and temperature sensitivity of steels. Development of a predictive model

Strength enhancement of cellular structures under impact loading

The presentation aims at the understanding of the strength enhancement of cellular materials under impact loading. It tends to answer whether or not (and if yes, why?) there is a structural effect responsible for this enhancement, which is not due to the base material rate sensitivity. A model structure (a Cu-Zn alloy square tube) is experimentally, numerically and theoretically studied. Actually, the observed crushing mode of this square tube is a progressive folding process, the same mode as for the cellular structures such as IFAM aluminium foam and honeycombs.

Static and dynamic compressive tests on the specimen of small dimension cut from this brass tube is performed to prove the rate insensitivity of the base materials. Afterwards, experimental compressive crushing tests of this square tubes are performed under static and dynamic loading. A large scale direct impact Hopkinson bar test allows for a reliable measurement of the force and the displacement history under impact loading (7-15 m/s). It shows that there is a significant enhancement of progressive peak crushing forces.

On the basis of this experimental observation, it is clear that the augmentation of the crushing resistance of the square tube (with a progressive folding mechanism) have an origin other than the rate sensitivity of the base material. Numerical reproductions of those crushing tests under static and impact loading is realised in order to examinate the local information such as the time history of stress and strain fields in the whole tube, which is difficult to measure especially under impact. It shows that the regions around the four ridges of square box column remain straight while the middle plan plates is already in a deep bending. Furthermore, these corner line zones support the most part of the global crushing loading. The buckling of these ridge-areas determines the progressive peak load in a folding process and the lateral inertia effect is the main reason of the enhancement of this progressive peak load.

Theoretic analysis of an idealised square box column model leads to a pretty good predictions of initial and especially progressive crushing peak loads. Post mortem microhardness measurement confirms such numerical observation and gives besides a remarkable fitness between experiments and simulations. It provides then a convincing validation of such a inertia effect theory.

Piezodiagnostyka - wykrywanie i identyfikacja defektów w konstrukcjach

Kryterium mechanicznego bliźniakowania kryształów RSC

W referacie przedstawiona zostanie dyskusja wyników doświadczalnych nad anizotropią plastyczną kryształów RSC zawierających wysokie gęstości dyslokacji. Badania nad anizotropią plastyczną zostały przeprowadzone przy pomocy eksperymentów z nieciągłą zmianą orientacji kryształów prowadzących do określenia roli "umocnienia utajonego". W szczególności zostanie zaproponowane kryterium wyboru dominującego systemu ścinania sieci krystalicznej materiału oraz podkreślona różnica pomiędzy wyborem systemu poślizgu a systemu bliźniakowania. Proponowane kryterium mechanicznego bliźniakowania jest następujące: Mechaniczne bliźniakowanie występuje w materiałach RSC wtedy jeśli spełnione są równocześnie trzy warunki: (1) stosunek rozłożonego naprężenia ścinającego do naprężenia krytycznego dowolnego systemu bliźniakowania jest większy aniżeli każdego innego systemu poślizgu, (2) rozłożone naprężenie ścinające jest większe od naprężenia koniecznego dla bliźniakowania, (3) kierunek rozłożonego naprężenia ścinającego spełnia warunek polaryzacji ścięcia bliźniaczego. Z kolei dla aktywacji dominującego systemu poślizgu wystarczy jeśli stosunek rozłożonego naprężenia ścinającego do naprężenia krytycznego dowolnego systemu poślizgu jest większy aniżeli każdego innego systemu bliźniakowania. W referacie zostaną również poruszone inne ważne własności krytycznego naprężenia bliźniakowania.

Analiza dynamiczna złożonych dyskretno-ciągłych ukladów mechanicznych (rozprawa habilitacyjna)

Dynamics of surface-coated elastic solids

Stopy metali wykazujące pamięć kształtu

Numeryczna analiza lokalizacji odkształceń w materiałach sypkich i kruchych

Współczesne metody ultradźwiękowego obrazowania tkanek

Using neutrons for engineering purposes - application to martensitic transformations in shape memory alloys

Naprężenia w strukturach laserowych (AlGaIn)N

Pomiary tekstury zbożowych produktów spożywczych metodą emisji akustycznej

Dynamics and time-stepping schemes for elastic shells undergoing finite rotations

Charakterystyka mikrostruktury biomateriałów tytanowych metodami mikroskopii elektronowej

Obróbki jarzeniowe tytanu i jego stopów w aspekcie zastosowań w medycynie i energetyce

Tytan i jego stopy, w tym najnowsze typu np. Ti6Al7Nb, Ti35Nb5T6,7Zr wykonane specjalnie dla potrzeb medycyny, należą do najbardziej perspektywicznych biomateriałów metalicznych w uwagi na:

1. najwyższą odporność na korozję biologiczną wśród biomateriałów metalicznych,
2. stosunkowo dobre właściwości mechaniczne przy niskiej gęstości - dwukrotnie mniejszej od stali austenitycznych i stopów kobaltowo-chromowych,
3. najniższy ze stosowanych biomateriałów metalicznych moduł sprężystości, co odgrywa istotną rolę w wytwarzaniu implantów kostnych.

Dotychczasowe badania dotyczące biomateriałów metalicznych wykazały, że uzyskany został ich pułap biotolerancji i własności mechanicznych przez dobór skadu chemicznego i fazowego.

Stosowanie tytanu i jego stopów, podobnie jak w/w biomateriałów metalicznych, ogranicza jednak ich niska odporność na zużycie przez tarcie oraz zjawisko metalozy, co może powodować uwalnianie czynników zapalenia, a po długim czasie prowadzić do lymphoadenopatii, czy też - w przypadku powszechnie stosowanego w medycynie stopu Ti6Al4V - jest czynnikiem rakotwórczym (przechodzenie wanadu). Innym podnoszonym problemem jest uzyskanie dla implantów kostnych dobrego połączenia z otaczającymi tkankami, a dla ruchomych protez i instrumentarium medycznego niskiej przyczepności komórek. Jedynym sposobem rozwiązania tych problemów jest obecnie opracowanie nowatorskich metod inżynierii powierzchni, które pozwolą na wytworzenie warstw powierzchniowych o ściśle określonej mikrostrukturze, składzie chemicznym i fazowym, topografii powierzchni, twardości, stanie naprężeń własnych, eliminujących zjawisko metalozy, o wysokiej odporności na zużycie przez tarcie oraz będącej funkcją tych wielkości biozgodności kształtowanej w zależności od przeznaczenia biomateriału.

Perspektywicznymi metodami są obróbki jarzeniowe oraz tzw. metody multipleksowe, tj. łączące np. procesy naparowywania próżniowego czy też autokatalicznego osadzenia niklu z procesami jarzeniowymi. Poprzez zastosowanie tych nowych metod inżynierii powierzchni - opracowanych na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej - można wytwarzać na tytanie i jego stopach kompozytowe warstwy powierzchniowe również z faz międzymetalicznych z układu Ti-Al, co pozwoli na znaczne rozszerzenie zakresu zastosowań tych materiałów także w przemyśle energetycznym.

Badanie struktur niejednorodnych w nanoskali przy pomocy metody SAXS

Zagadnienia dynamiczne w kontakcie tocznym

Nanomateriały - preparatyka, badania właściwości, zastosowania

Optimal sensors and actuator methodology

Polimery jako materiały

Asymptotic models for elastic media containing non-planar cracks. Statics and dynamics

Wpływ kierunku wstępnego odkształcenia na proces magazynowania energii podczas rozciągania polikryształów.

Komputerowa symulacja położeń atomów z wykorzystaniem dynamiki molekularnej. Zastosowanie do opisu deformacji struktur półprzewodnikowych

Metoda emisji akustycznej - wprowadzenie i przykłady pomiarów

Termodynamiczna teoria sprężysto-lepkoplastyczności ciał polikrystalicznych.
II. Aktualne zastosowania

Termodynamiczna teoria sprężysto-lepkoplastyczności ciał polikrystalicznych.
I. Podstawy fizykalne i matematyczne teorii, analiza podstawowych własności

Spin i orbitalny moment pędu wiązek optycznych: fizyczne podstawy i zastosowania w badaniach materiałowych

Predictions of bifurcation and instabilities during dynamic extension

PLAN PREZENTACJI

1. Charakterystyka możliwości badawczych systemu Gleeble 3800 w zakresie symulacji fizycznej procesów odlewania i przeróbki plastycznej, a także operacji spajania metali i stopów.
2. Geneza powstania i możliwości badawcze symulatora MAX_Strain.
3. Prezentacja wyników wstępnych badań zrealizowanych za pomocą symulatora MAXStrain.
4. Propozycja wspólnych badań realizowanych w ramach działalności sieci AMAS - NOE.

Analiza niezawodności procesu tłoczenia blach przy użyciu metody powierzchni odpowiedzi

Zastosowanie symulatora MAXStrain do badań podstawowych, związanych z technologiami wytwarzania struktur ultradrobnoziarnistych i nanokrystalicznych w metalach i stopach

PLAN PREZENTACJI

1. Charakterystyka możliwości badawczych systemu Gleeble 3800 w zakresie symulacji fizycznej procesów odlewania i przeróbki plastycznej, a także operacji spajania metali stopów.
2. Geneza powstania i możliwości badawcze symulatora MAX_Strain.
3. Prezentacja wyników wstępnych badań zrealizowanych za pomocą symulatora MAXStrain.
4. Propozycja wspólnych badań realizowanych w ramach działalności sieci AMAS - NOE.

Sylwetki profesorów Wacława Olszaka i Antoniego Sawczuka

Przegląd zagadnień termicznych w biomechanice (na podstawie literatury)

Segmentacja obrazów EIT słońca otrzymanych z misji SoHO metodą wododziału i łączenia obszarów

Centroidal Voronoi- przegląd

Contact optimization with account of wear

The influence of residual stress on the dynamics of thin - film surface - coated elastic solid

Twierdzenie o statycznym przystosowaniu dla dużych odkształceń (shakedown)

Niskowymiarowe struktury materiałowe i osobliwości van Hove'a

Mikroskopowe fluktuacje w opisie mechaniki ośrodków wielofazowych

Micro-finite element analysis of bone: state-of-the-art

Wieloetapowa Optymlizacja topologiczna konstrukcji zginanych

Structure and mechanics of arteries

Optimization Methods for Dynamic Systems: Application in Railway Engineering

Produkcja odlewów metodą zgazowanych modeli - aktualny stan wiedzy i umiejętności ( godz 10.30 )

Studium propagacji makroszczeliny wzdłuż warstwy łączącej dwa materiały w problemach mezomechaniki

O przyrostowej pracy odkształceń plastycznych i niezmienniczości miar w mechanice sprężysto-plastycznych ośrodków ciągłych

Model przetwornika grzebieniowego

Modelowanie własności makroskopowych kompozytów wieloperiodycznych

Finite Element analysis of contact problems

Podejście przedziałowe w obliczeniach numerycznych

Wykorzystanie testu indentacji do identyfikacji własności sprężysto-plastycznych metali

Constitutive Superior Sand model with application to static liquefaction analysis

On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in NiTi alloy (wg. prac J.A.Show i S. Kyriakides - 1995-2000)

Semi-aktywne tłumienie drgań

Study of Mechanical Behaviour of fabric element

Ocena współczynników transportu kompozytów metodą wielopunktowych ułamków łańcuchowych i aproksymant Pade. Wyniki i perspektywy.

Naprężenia w nanostrukturach półprzewodnikowych

Warunki stanu granicznego anizotropowych materiałów

Uroczystość Jubileuszowa z okazji 70-lecia profesora Piotra Perzyny

Mechanika nasyconych materiałów przepuszczalnych wrażliwych chemicznie

Modelowanie warstwowych struktur martenzytycznych w kryształach z pamięcią kształtu

Modelowanie krzepnięcia i stygnięcia dwuskładnikowych stopów metali- pola temperatury, stężeń i naprężeń.

Tolerancje wykonania w optymalizacji projektowania konstrukcji

Course on Mechanics of Advanced Materials, October 8-12, 2001

Singularities in elasticity with pre-stress

Serowanie i stabilizacja układów o prametrach rozłożonych: elementy teorii i metody numeryczne

Analiza interakcji mikroszczelinw materiałach kruchych poddanych ściskaniu

Temperature dependence of deformation mechanisms and crack growth behaviour in advanced high-temperature Ni-based alloys for stationary gasturbines

Wpływ szpiku na odpowiedź tkanki kostnej: zastosowanie aproksymant Pade

suspensions and noisy brakes-three mathematical problems from industry.

Exact controlability of elastic and piezoelectic materials

Behaviour of a sheet steel: effect of adiabatic heating

Magnetorheological dampers: smart damping strategies for protection of civil infrastructure

Controlling nonlinear systems (subjected to random noise) by specification of response moments

Numeryczna analiza wpływu różnych efektów na ruch makroszczeliny

Analiza modeli tarcia w zagadnieniach wytłaczania blach (na przykładzie S-rail)

Interakcja falowa w zagadnieniach lokalizacji deformacji plastycznych

Proces magazynowania energii podczas makroskopowo niejednorodnej deformacji plastycznej

Optical fibre sensing in material and structural mechanics

Generatory liczb losowych oparte na układach dynamicznych

Tworzenie się nanostruktur na powierzchniach szyn kolejowych

Fenomenologiczna teoria zagęszczania konsolidujących zawiesin - III

Fenomenologiczna teoria zagęszczania konsolidujšcych zawiesin - II

Fenomenologiczna teoria zagęszczania konsolidujących zawiesin - I

Ewolucja rzeczywistej powierzchni kontaktu w procesach obróbki plastycznej

Przykłady zastosowania modelu plastyczności z efektami mikropasm ścinania

Modelowanie zniszczenia wwarstwach kontaktowych

Analiza Dyslokacji i Naprężeń w Warstwach Epitaksjalnych

Efekty dynamiczne kontaktu tocznego

Nanomateriały - aspekty krystalograficzne

Numeryczna analiza wpływu efektów falowych na ruch makroszczeliny

Zmodyfikowane równanie Ficka i osmotyczny model zniszczenia wodorowego w stali- część 2

Karby: rząd osobliwości w materiale ortotropowym

Efekt masy dołączonej dla ośrodków porowatych

Ewolucja anizotropii plastycznej blach wywołana rozwojem tekstury krystalograficznej

Analiza wrażliwości na kształt i na parametry w optymalizacji procesów obróbki plastycznej metali

Zmodyfikowane równanie Ficka i osmotyczny model zniszczenia wodorowego w stali

Analiza wrażliwości w problemach kontaktowych z tarciem

Przedstawiona zostanie analiza wrażliwości metodą bezpośredniego różniczkowania (DDM) w zastosowaniu do dwuwymiarowych problemów kontaktowych z tarciem wraz z przykładami numerycznymi (MES).

Zebranie