Projekti / Programi
Modeliranje v tehniki in medicini
01. januar 2018
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 3.08.00 |
Medicina |
Javno zdravstvo (varstvo pri delu) |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 3.03 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Zdravstvene vede |
karakterizacija materialov
materialni model
biomehanika
tkivo
varnost
prometna infrastruktura
informatika v prometu
numerična simulacija
meritev
akustična emisija
elastokalorika
depozicija
hibridno vozilo
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
24. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
205 |
3.192 |
2.849 |
13,9 |
| Scopus |
224 |
3.938 |
3.529 |
15,75 |
Raziskovalci (21)
Organizacije (2)
Povzetek
Programska skupina (PS) je zasnovana interdisciplinarno. Njena osnovna raziskovalna področja so:
1. Karakterizacija materialov z razvojem materialnih modelov,
2. Specialna konstrukcijska znanja,
3. Biomehanika ter
4. Varnost in informatika v prometu.
Področja delovanja PS se med seboj dopolnjujejo ter ustvarjajo sinergijske in trajnostne učinke med industrijo, akademskim raziskovalnim okoljem ter javnimi inštitucijami.
Na področju karakterizacije materialov PS razvija modele za napoved napetostno-deformacijskega stanja in dobe trajanja. Konstitutivni modeli mehanike kontinuuma popisujejo elastične, hiperelastične, superelastične in elastoplastične deformacije, ciklične plastifikacije in mehanike poškodb materiala. Sočasno poteka razvoj novih metod merjenja in določanja materialnih parametrov. Predmet raziskav so tudi materiali, ki izkazujejo elastokalorični učinek. Elastokalorika v svetovnem merilu velja za eno izmed perspektivnejših področij. Na tem področju PS sodeluje tudi pri razvoju oblik toplotnih regeneratorjev in pogonskih mehanizmov elastokaloričnih naprav.
Na področju specialnih konstrukcijskih znanj PS v sodelovanju z industrijo razvija nove tehnologije in opremo za izdelavo valjev z izboljšano delovno površino za vroče in hladno valjanje pločevine. Tako izdelani valji zagotavljajo ekonomično in ekološko sprejemljivo valjanje. Na istem področju PS raziskuje in razvija tudi priključne hibridne električne pogonske sisteme vozil, kjer je v bližnji prihodnosti pričakovati porast obsega in zahtevnosti raziskav. Delež avtomobilske industrije je v slovenskem gospodarstvu znaten, zato je tema zelo aktualna.
Na področju biomehanike PS izpopolnjuje postopke karakterizacije mehkih tkiv in raziskuje vplive mišičnega odziva na njihove poškodbe pri trku. Z meritvami izboljšuje zanesljivost zbranih podatkov in primerljivost z rezultati sorodnih raziskav. PS nadaljuje razvoj podrobnega MKE-modela vratu z vključevanjem novih izsledkov pri karakterizaciji obnašanja mehkih tkiv ter aktivnosti mišic in dinamičnega odziva pri interakcijah med človekom in okolico. Razvoj vključuje podrobnejši MKE-model kolenskega sklepa ter numerično modeliranje trebušne stene za podporo laparotomijam ter oskrbi pacientov.
Na področju varnosti in informatike v prometu PS raziskuje varnostne pomanjkljivosti obstoječe prometne infrastrukture in razvija njene izboljšane različice. Pri tem gradi na pridobljenih izkušnjah s področja karakterizacije materialov in eksplozijsko-balistične zaščite. Za meritve za potrebe varnostnih analiz v sistemu človek-vozilo-vozišče PS razvija povezljive merilne sisteme, ki so lahko v kratkem času pripravljeni na različne vrste meritev. Na področju informatike v prometu PS nadaljuje razvoj sistema za integralno upravljanje podatkov o prometnih nezgodah.
Pomen za razvoj znanosti
Programska skupina razvija znanja in metode za simulacijo in analizo tehničnih sistemov in jih aplicira na različnih področjih tehnike in medicine. Področja delovanja programske skupine se medsebojno dopolnjujejo in ustvarjajo sinergijske učinke. Zaradi koherentnih ciljev posameznih raziskovalnih področij ocenjujemo, da program prispeva k napredku temeljnih znanj s področja modeliranja, zahtevnih numeričnih simulacij, merilnih metod, materialov in medicine.
Na področju razvoja elastokaloričnih toplotnih naprav se predvideva velik vpliv na nova raziskovalna področja, predvsem se pojavlja vprašanje dobe trajanja elastokaloričnega materiala tekom cikličnega obremenjevanja. Na tem področju se predvideva večje število novih raziskav v smeri ugotavljanja nastanka poškodbe ter optimiranja strukture elastokaloričnega materiala in oblike elastokaloričnega regeneratorja z namenom doseganja višje dobe trajanja.
Izvirnost pričakovanih rezultatov je v razvoju in uporabi modelov ter programskih orodij, s katerimi bo možna hitra in natančna simulacija laserske neposredne depozicije snovi in MIG/MAG-navarjanja. S tem bo mogoče oceniti napetostno-deformacijska stanja osnovnega in dodajnega materiala pred, med in po navarjanju, kar omogoča optimizacijo parametrov izbranih procesov nanosa plasti, ki vplivajo na lastnosti nanesene plasti. Razvili bi tudi laboratorijsko napravo za nanos trdih plasti ter za preverjanje in primerjalno ocenjevanje abrazivne obrabe na prilagojenih vzorcih. Razvito novo tehnologijo bo posredno mogoče uporabljati tudi na drugih področjih izdelave in obnavljanja tehnološke opreme in orodij – noži, ulitki, strojni deli itd.
Mehanski odziv mehkih tkiv pri izpostavljanju velikim deformacijam je še vedno pomanjkljivo raziskan, čeprav dosedanji rezultati raziskovalne skupine kažejo na velik pomen ustrezne kvantifikacije različnih vplivov (starost, hitrost obremenjevanja) pri modeliranju anatomskih struktur za analizo obremenitev in poškodb. Izpopolnjeni MKE-model vratu bo omogočal podrobnejšo analizo obremenitev in poškodb anatomskih struktur vratne hrbtenice, ob upoštevanju ugotovljenih dejavnikov, ki vplivajo na mejo nastanka poškodb. Na osnovi temeljnega znanja za zahtevno modeliranje anatomskih struktur in z uporabo namensko razvite opreme bo razvit model kolenskega sklepa, ki bo natančneje popisal funkcijo patelarnega ligamenta. Pridobljeni in analizirani podatki iz nateznih preizkusov ligamentov bodo dopolnili poznavanje meje poškodbe ob upoštevanju ključnih dejavnikov. Pomanjkljivo raziskani so tudi mehanski vplivi na anatomske strukture trebušne stene, prav tako ni podrobnih smernic za izbiro kirurških tehnik pri posameznih bolnikih. Predlagana programska vsebina bo prispevala k pridobitvi ustreznih eksperimentalnih podatkov za karakterizacijo in modeliranje tkiv trebušne stene v stiku s kirurškimi materiali.
Oprema, ki bo razvita za opravljanje meritev v sistemu človek-vozilo-vozišče, bo imela neposreden vpliv na poenostavitev izvajanja takšnih meritev. Ker se bo cena merilne opreme zmanjšala, čas potrebnih priprav pa skrajšal, bo možno povečati število opravljenih meritev in njihovo uporabo tudi razširiti na področja, kjer jih do zdaj ni bilo. To vključuje sestavo ad-hoc merilnih sistemov za merjenje potekov točno določenih procesov in meritev, ki bodo združevale doslej težko povezljive komponente obstoječe merilne opreme. S tako razvito merilno opremo bo olajšano izvajanje meritev, katerih izključni namen je podpora izvajanju pedagoške dejavnosti in ki so bile do sedaj zaradi finančne in časovne potratnosti obstoječe opreme le redko izvajane. Programska skupina bo lahko z razvito opremo sodelovala tudi pri študentskih projektih (npr. Formula Student) in s tem izvajala promocijo znanstvenega pristopa k soočanju z inženirskimi izzivi.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalno delo programske skupine z razvojem temeljnih znanj s področja modeliranja, zahtevnih numeričnih simulacij, merilnih metod, materialov in medicine neposredno prispeva tudi h gospodarskemu in družbenemu razvoju Slovenije.
Razvoj prototipa hibridne kompresorsko-elastokalorične toplotne naprave bo predstavljal nov produkt na področju ogrevalne in hladilne tehnike, ki bo ekološko primernejši tako z vidika uporabe toplogrednih plinov, kot tudi z vidika izkoristkov.
Na področju modeliranja na več skalah bo razvoj modela omogočal krajši čas eksperimentalnega dela, ki je potreben za določitev parametrov materialnega modela, ter enostavnejše, cenejše in hitrejše raziskave, kar bo pripomoglo k večji konkurenčnosti in hitrejši odzivnosti uporabnikov razvitega modela oziroma pristopa.
Raziskave na področju zgodnejše določitve poškodbe s pomočjo akustične emisije bodo omogočale zgodnejše in natančnejše spremljanje sprememb v materialu oz. v posameznih nosilnih strukturah. S tem lahko bolj natančno predvidimo dobo trajanja oz. čas popravil sistemov (npr. nuklearne elektrarne, turbine itd.). Velika prednost uporabe metode akustične emisije pri zasledovanju sprememb v materialu je tudi v tem, da je nedestruktivna in da lahko akustični senzor postavimo na poljubnem mestu.
Mednarodna industrija izdelave valjev za valjanje pločevin, folij in trakov še vedno ni razvila ustreznih rešitev ter še nima ustrezne in konkurenčne tehnologije glede na aktualno stanje (ang. state of the art), doseženo s starimi tehnologijami. Pravočasen razvoj in implementacija novih rešitev ter razvoj prilagojenih tehnologij v proizvodnji je ključnega pomena za obstanek take proizvodnje v Sloveniji in EU. Uspešne raziskave in razvoj na tem področju lahko hkrati predstavlja tudi preboj »beyond state of the art« in s tem konkurenčno prednost pri proizvodnji valjev in/ali opreme za globalni trg.
Prometne in druge nezgode predstavljajo več kot 50% delež med zunanjimi vzroki smrti, pri čemer je najbolj izpostavljen ravno najproduktivnejši del prebivalstva (Eurostat, 2016). Prizadevanja na ravni EU se kažejo v trendu zmanjšanja števila smrtnih žrtev s 70 000 (1992) na 26 000 (2015). Družbena škoda kljub temu ostaja visoka in po ocenah znaša vsaj 100 milijard evrov letno. V svetu letno utrpi poškodbe hrbtenice do 0,5 milijona ljudi (WHO), od tega sta dve tretjini posledica prometne nezgode, v 10 % pa posledica športnih aktivnosti. Poseben problem, ki ima prav tako pomembne družbeno gospodarske posledice, predstavljajo poškodovanci s trajnimi posledicami prometnih nezgod, ki se lahko odražajo na različnih delih telesa zaradi prizadetosti skeleta, mehkih tkiv lokomotornega aparata in notranjih organov. Programska vsebina prispeva k poznavanju poškodb udeležencev v prometnih in drugih nezgodah, s tem pa tudi k njihovi ublažitvi in preprečevanju z ustreznejšim načrtovanjem elementov pasivne in aktivne varnosti vozil ter cestne infrastrukture. S predlogi dobrih praks, izdelanimi na podlagi analiz, bo mogoče spoznanja prenesti neposredno k uporabnikom v industriji in ustanovah.
Klinični podatki kažejo, da so pri kirurških posegih v abdominalni regiji prisotna sorazmerno velika tveganja postoperativnih zapletov. Incizijske kile se pojavljajo pri 16–23 % operiranih bolnikov, dodatno tveganje povzročajo infekcije in dehiscence ran ter v primeru hujših zapletov visoka smrtnost (do 45 %). Analiza napetostno-deformacijskih stanj s pomočjo verificiranih numeričnih modelov lahko bistveno pripomore k izbiri ustrezne tehnike zapiranja kirurških ran pri laparotomijah in s tem izboljša izid zdravljenja ter obenem zmanjša potrebo po ponovnih hospitalizacijah ter kirurških materialih. Poleg humanega vidika je pričakovati pozitivne ekonomske in kadrovske učinke v zdravstveni oskrbi.
Vključitev že v prvi fazi v raziskovalne in razvojne projekte priključnih hibridnih električnih pogonskih sistemov (PHEV) za kategorije težjih gospodarskih in posebnih (vojaških) vozil ima potencialno velik v
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
