Projekti / Programi
Razvoj kvazi-periodičnih deformacijskih vzorcev v viskoelastičnih strukturah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.01 |
Tehnika |
Mehanika |
Analitična mehanika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Periodični deformacijski vzorci; viskoelastičnost; prehodni pojav; neravnovesni vzorci; velike deformacije; aktivno preoblikovanje; obremenitvene funkcije; elastične limite; numerično modeliranje;
Raziskovalci (11)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
52619 |
Matej Bogataj |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 |
0 |
| 2. |
24560 |
dr. Miha Brojan |
Konstruiranje |
Vodja |
2020 - 2023 |
393 |
| 3. |
54915 |
Tomaž Brzin |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
0 |
| 4. |
36726 |
dr. Matjaž Čebron |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
76 |
| 5. |
54895 |
Enej Istenič |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
7 |
| 6. |
50821 |
dr. Tadej Kocjan |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 |
45 |
| 7. |
57154 |
Aljaž Robek |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2022 - 2023 |
0 |
| 8. |
13088 |
dr. Viktor Šajn |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 |
151 |
| 9. |
32031 |
dr. Urša Šolinc |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 |
28 |
| 10. |
16148 |
dr. Tomaž Videnič |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 |
99 |
| 11. |
53904 |
Jan Zavodnik |
Konstruiranje |
Raziskovalec |
2020 - 2023 |
36 |
Organizacije (1)
Povzetek
Tradicionalna analiza napetostno-obremenitvenega stanja v inženirskih sistemih je povezana z napovedovanjem in preprečevanjem neželenih okvar funkcionalnosti zaradi preseganja meje napetosti ali deformacij. Trenutno se veliko naprednih aplikacij razvija ravno na podlagi teoretičnih in eksperimentalnih odkritij, ki presegajo te meje - v nelinearnem režimu. Deformacijske oblike in mehanizmi, kot so različni periodični vzorci z ugodnimi fizikalnimi lastnostmi, metastabilna stanja, skoki med deformacijskimi oblikami itn., omogočajo inovativne funkcionalne lastnosti, ki jih je mogoče uporabiti za aktuacijo ali krmiljenje. V teh sistemih deformacije niso čisto elastične, če imajo materiali viskoelastične lastnosti. Čeprav je viskoelastičnost materialov znana, so strukture običajno modelirane kot elastične (v časovnih limitah) tudi v rigoroznih mehanskih modelih organogeneze, preprosto zaradi izjemne računske zapletenosti (diskusija v predlogu projekta). Glavni cilj predlaganega raziskovalnega projekta je raziskati interakcijo viskoelastičnega materiala in teorije velikih deformacij med sušenjem/otekanjem/rastjo inženirskih in naravnih sistemov. Pokazali bomo, da je v primeru da lahko sistem, ko je aktivni proces deformacije (npr. pri rasti) veliko hitrejši od viskozne relaksacije, preide iz ravnovesja in izkazuje različne vzorce deformacij, ki jih za čisto elastične strukture ni mogoče doseči. V ta namen bomo najprej razvili prototipni teoretični model za raziskovanje vpliva komponent viskozne deformacije na deformacijsko stanje konstrukcije. Drugič, opisali bomo prehodne deformacijske pojave med prehodom iz krajše na daljše časovno limito in opredelili vplivne parametre, ki strukturo ohranjajo v lokalnem energijskem minimumu ali pa jo "zamrznejo" v stanju, ki ni v ravnotežju. V zaključni fazi projekta bomo razvili računalniški model za raziskovanje vpliva ukrivljenosti na razvoj deformacijskega vzorca na realnih prostorskih viskoelastičnih strukturah. Stroga analitična in numerična orodja bodo razvita na podlagi termodinamično konsistentnega visko-hiperelastičnega modela materiala v teoriji končnih deformacij. Za ravne in ukrivljene sisteme bo uporabljenih več različnih obremenitvenih funkcij. Za reševanje zelo nelinearnih sistemov diferencialnih enačb bomo uporabili metodo končnih elementov. Ker mehanika aktivnih deformacij ni vključena v standardnih komercialnih paketih, bomo v programabilne pakete AceFEM in FEniCS vključili posebej razvite algoritme, kot so dinamična relaksacije, metoda kontinuacije, itn. Ker je viskoelastični sistem odvisen od časa in metoda same dinamične relaksacije uvaja psevdo-čas, bo računska zapletenost problema močno zmanjšana le z nekaj prilagoditvami metode. Našo teorijo bomo potrdili z makroskopskimi natančnimi modelnimi preizkusi na vzorcih iz viskoelastičnih materialov. Uporabljeno bo kombinirano ciljno-usmerjen in z odkritji navdahnjen način raziskovanja. Raziskave bodo potekale v Laboratoriju za nelinearno mehaniko (LANEM) pod nadzorom vodje projekta dr. Miha Brojan (vodja laboratorija LANEM) in v tesnem sodelovanju z dr. A. Košmrljem z univerze Princeton, dr. B. Brankom iz UNI-LJ in dr. K. Jawedom iz UCLA. Laboratorij LANEM je dobro opremljen z raziskovalno infrastrukturo za izvedbo predlaganih raziskav in doseganje ciljev. Kljub temu bomo sodelovali s skupino dr. Branka med prvo fazo glede uporabe nelinearne teorije lupin Mindlin-Reissner na FEM. Analogije iz biologije za preizkušanje naše teorije bodo obravnavane z dr. Košmrljem, dr. Jawedom pa se bomo posvetovali o uporabi naše teorije na mehki robotiki.
