Projekti / Programi
Modeliranje in simulacija materialov in procesov
01. januar 2017
- 31. december 2018
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.00 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
|
| 1.07.00 |
Naravoslovje |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 1.01 |
Naravoslovne vede |
Matematika |
Brezmrežne numerične metode, večfizikalni in večnivojski modeli, mehanika trdnin in tekočin, ultrazvočna in elektromagnetna polja, Stefanov problem, mikrostruktura, simulacije, umetna iteligenca, optimizacije, metalurški procesi, aluminij, jeklo.
Raziskovalci (9)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.067 |
Povzetek
Programska skupina je osredotočena na modeliranje, simulacijo in optimizacijo lastnosti izdelkov ter učinkovitosti proizvodnih procesov in njihovega vpliva na okolje. To vzpostavljamo na podlagi vodilnih večfizikalnih in večnivojskih modelov rešenih na podlagi povsem nove v programski skupini originalno razvite generacije brezmrežnih metod. Končni cilj tovrstnega modeliranja je napoved optimalnih lastnosti izdelka v odvisnosti od projektnih zahtev in parametrov posameznih korakov izdelave. To dosegamo na podlagi sklopljenih fizikalnih modelov relacij med procesnimi parametri in makrostrukturo izdelka, med makrostrukturo in mikrostrukturo izdelka ter med mikrostrukturo in lastnostmi izdelka. Makroskopski modeli temeljijo na konceptu mehanike kontinuuma za tekočine in trdnine. Mikroskopski modeli temeljijo na gibanju reprezentativnega dela snovi skozi temperaturno, koncentracijsko, hitrostno in deformacijsko polje celotnega procesa in so zajeti v okvir metode faznega polja ali celičnih avtomatov. Modeli so validirani na podlagi laboratorijskih in industrijskih meritev. Fizikalno modeliranje razvoja mikrostrukture skozi procesne korake dopolnjujemo, nadomeščamo in/ali umerjamo na podlagi metod računske inteligence v primerih, ko fizikalni modeli še ne obstajajo, so računsko preveč intenzivni ali dajejo nezadovoljive rezultate. Avtomatsko optimizacijo procesov vzpostavljamo na podlagi evolucijskega računanja. Pri direktni smeri iščemo mikrostrukturo kot funkcijo kombinacije procesnih korakov, pri inverzni smeri pa iščemo takšne procesne korake, ki dajejo v naprej predpostavljeno željeno mikrostrukturo. Optimizacijo procesa vzpostavljamo na podlagi minimizacije primernih uteženih namenskih funkcij. Opisane raziskave imajo velik vpliv na: izboljšano kvaliteto, povečane možnosti ter produktivnost izdelave širšega spektra izdelkov, izboljšano znanje, potrebno za hitrejši odziv glede zahteve trga po vedno večji kvaliteti, produktivnosti in odzivnosti, izpodrivanje klasičnega razvoja novih izdelkov in procesnih poti (izkušnje, poskušanje) na podlagi predhodnih simulacij, lažje definiranje razvojnih in raziskovalnih strategij, hitrejši razvoj in aplikacijo znanja, izboljšano izobraževanje, večjo fleksibilnost proizvodnje, večjo fleksibilnost pri modifikacijah opreme, večjo fleksibilnost pri nadzoru procesov ter kontroli kvalitete. Programska skupina bo demonstrirala vodilne znanstvene rezultate (objave v vrhunskih revijah, monografije pri najvidnejših založbah), uporabo znanja v vrhunski slovenski in globalni aluminijski ter jeklarski industriji (izdelava svetovno vodilnih izdelkov), pri izobraževanju (mednarodne nagrade podiplomskih študentov) in pri organizaciji najvidnejših mednarodnih konferenc s področja strjevanja in numeričnih metod.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave se uvrščajo v moderno raziskovalno področje modeliranja, simulacije in optimizacije procesov, materialov in izdelkov, ki imajo vse bolj vidno vlogo v mednarodnem raziskovalnem prostoru - zaradi vse večjih potreb po cenenih izdelkih z visoko vsebnostjo znanja, novih materialih ter okolju bolj prijaznih tehnologijah. Vsebina raziskav je v ta prostor aktivno vpeta tako s temeljnimi kot aplikativnimi raziskavami. Pri tem si v okviru temeljnih raziskav prizadevamo v svetovno zakladnico znanja prispevati z novimi pristopi modeliranja plinsko-kaplevitih, kapljevito-trdnih in trdno-trdnih sistemov na več sklopljenih merilih, z novimi brezmrežnimi numeričnimi pristopi ter s kombinacijo uporabe računske inteligence. Med drugim smo demonstrirali prvi razvoj in uporabo brezmrežnih metod za industrijsko relevantne probleme s turbulentnim tokom, prvo uporabo brezmrežnih metod pri modeliranju mikrostrukture (naša originalna metoda točkovnih avtomatov), in prvo modeliranje skozi proces proizvodnje aluminija in jekla na podlagi umetnih nevronskih mrež. Prav tako smo udeleženi pri razvoju mednarodnih testnih primerov za Stefanove probleme. Med drugim smo kot prvi demonstrirali od diskretizacije neodvisne rezultate makroizcejanja in predlagali prvi mednarodni testni primer kontinuirnega ulivanja. Predlagane raziskave imajo neposredne povezave z mednarodnim raziskovalnim prostorom (Evropa, ZDA, Azija) preko več mednarodnih projektov. Mednarodno izobraževanje, ki izhaja iz rezultatov programa, se odraža v sodelovanju s tujimi univerzami in v modulu Modeliranje materialov in procesov v okviru podiplomskega študija fizike na Univerzi v Novi Gorici. Vodja programske skupine je pred kratkim uredil posebne številke treh mednarodnih revij z raziskovalno vsebino programske skupine. V delu je knjiga za založbo Taylor & Francis/CRC Press o numeričnem modeliranju večfaznih sistemov, kot jih obravnavamo v okviru programa. Obe aktivnosti sta v teku. Znanstveni cilji programske skupine sovpadajo s prioritetami EU 2020: nanotehnologije, napredni materiali in napredni proizvodni postopki.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagano nadaljevanje raziskovalnega programa vsebuje uravnotežene temeljne in aplikativne raziskave kot tudi konkretne posodobitve proizvodnje in izdelkov. Raziskave karakterizira logično sosledje: skoraj celotno znanje, razvito v predhodnih temeljnih in predkonkurenčnih raziskavah, na katerih temelji ta program, je dokazano našlo industrijsko uporabo kmalu po razvoju.
(1) Programska skupina aktivno sodeluje z največjimi, najbolj profitabilnimi in v izvoz naravnanimi slovenskimi družbami (od katerih zavisi vsaj 50.000 delovnih mest), kot so IMPOL Slovenska Bistrica (kontinuirno-, trakovno-, horizontalno-, EM ulivanje aluminijevih zlitin), METAL Ravne (ulivanje velikih jeklenih ingotov, pretaljevanje pod žlindro), Štore Steel (modeliranje skozi proces),TALUM Kidričevo (implementacija nanodelcev v aluminij), HIDRIA Idrija (tlačno ulivanje). Našteti primeri demonstrirajo spin-off naših temeljnih raziskovalnih rezultatov, ki vplivajo na več milijonske evrske letne prihranke in so brez dvoma pomembni za Slovenijo. Programska skupina prispeva k transformaciji te tradicionalno surovinsko in energijsko intenzivne industrijske panoge v na znanju temelječo panogo.
(2) Vrhunsko znanje, pridobljeno v okviru predlaganega programa, bo utrdilo sodelovanje in izvoz slovenskega znanja v globalno industrijo proizvodnje jeklarske opreme (DANIELI, Italija) in v največje svetovne proizvajalce jekla (Xiwang Special Steel Company, Kitajska).
(3) Naše znanje je vključeno v najnaprednejše raziskovalne programe kot so nemški Helmholtz Association na področju modeliranja mikrocurkov za femtosekundno kristalografijo.
(4) Predlagane raziskave poleg ostalega utrjujejo slovensko znanstveno in kulturno dediščino ter narodno identiteto in morajo biti v Sloveniji doma prej kot kjerkoli drugod! Jožef Stefan (1835-1893) je bil med prvimi, ki je vzpostavil analitične osnove za obravnavanje kapljevito-trdnih procesov. V čast našemu velikemu znanstveniku se je za tovrstne procese uveljavilo ime Stefanovi problemi. Predlog tega programa pokriva področje Stefanovih problemov.
(5) Vizija programske skupine je vzdrževati doseženo vodilno vlogo pri razvoju brezmrežnih numeričnih metod in pri modeliranju plinasto-kapljevito-trdnih večfaznih sistemov ter pomagati slovenski in globalni industriji pri vzpostavitvi vrhunskih tehnoloških postopkov in izdelkov na kar se da ekonomičen in okolju prijazen način. Dodatno je vizija programske skupine sodelovanje pri vrhunskem izobraževanju na področju modeliranja materialov in procesov. Vizija programske skupine je tudi povečanje državnega financiranja, zaradi vsestransko pozitivnih učinkov v preteklih letih, ki bo omogočilo okrepitev skupine na deset izkušenih raziskovalcev in pet mladih raziskovalcev, ki bodo aktivno sodelavali z vsaj desetimi raziskovalci iz industrije in akademskih organizacij na tem, za Slovenijo ekonomsko zelo pomembnem, raziskovalnem področju.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
