Projekti / Programi
Konstruiranje celičnih struktur
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
konstruiranje; celične strukture in materiali; metamateriali; geometrijska karakterizacija; kvazi-statično, dinamično in ciklično mehansko obremenjevanje; večnivojsko računalniško modeliranje in simulacije; napredno eksperimentalno testiranje
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
26. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
400 |
6.917 |
5.745 |
14,36 |
| Scopus |
506 |
8.614 |
7.241 |
14,31 |
Raziskovalci (21)
Organizacije (2)
Povzetek
Raziskovalni program bo nadaljeval z izvajanjem naprednih raziskav konstruiranja celičnih struktur na različnih velikostnih nivojih za njihovo širšo uporabo v naslednjih generacijah inženirskih (lahke konstrukcije, absorberji energije), medicinskih (žilne opornice in nosilci), športnih (celični tekstil, blaženje vibracij) in drugih izdelkov. Raziskovalni program bo znatno prispeval k napredku pri konstruiranju, proizvodnih tehnologijah, geometrijski in mehanski karakterizaciji novih metamaterialov s celično strukturo na mikro- in nato nanoravni z učinkovito uporabo teoretičnih, analitičnih, eksperimentalnih in računalniških raziskovalnih metod. Raziskave bodo osredotočene na razvoj novih konstrukcij celičnih metamaterialov s posebej prilagojenimi (individualiziranimi) mehanskimi lastnostmi (togost, dušenje, absorpcija energije itd.). Le-te bodo dosežene s skrbno načrtovano kombinacijo topologije in morfologije celic ter učinkovito rabo kombinacij materialov za doseganje njihovih najboljših strukturnih in funkcionalnih lastnosti v novih izdelkih z naprednimi večnamenskimi lastnostmi. Nove 3D večrazsežne celične konstrukcije s posebnimi lastnostmi (npr. izo- ali ortotropne avksetične) bodo razvite z izboljšanimi lastnimi 3D topološkimi optimizacijskimi algoritmi. Vse nove celične konstrukcije bodo izdelane z uporabo sodobnih proizvodnih tehnologij in nato celovito geometrijsko in mehansko analizirane. Skozi raziskovalni postopek bomo prilagodili, nadgradili in razvili nove preizkusne metodologije z uporabo izboljšanih testnih naprav, podprtih z naprednimi računalniškimi simulacijami in sistemi umetne inteligence. Raziskovalne aktivnosti so organizirane v petih delovnih sklopih: WP1 - Konstruiranje novih celičnih struktur, WP2 - Napredna geometrijska karakterizacija, WP3 - Obsežna mehanska karakterizacija, WP4 - (Več)namenska uporaba, WP5 - Upravljanje, razširjanje rezultatov in zaščita intelektualne lastnine. Raziskovalni program ima izjemno kadrovsko sestavo, ki zagotavlja dolgoročno in kakovostno izvedbo raziskovalnih aktivnosti. Izkušeni starejši raziskovalci, vsak priznani strokovnjak na ustreznem raziskovalnem področju, predstavljajo približno polovico skupine. Druga polovica zajema mlajše raziskovalce, doktorande in doktorske študente, ki delajo pod vodstvom starejših raziskovalcev na svojih raziskovalnih področjih. Raziskovalni program upravlja ali ima v svojem okolju na voljo najsodobnejšo opremo, ki je potrebna za uspešno izvajanje vseh zastavljenih raziskovalnih nalog. Potrebna dodatna raziskovalna oprema je na voljo brez dodatnih stroškov v sodelujočih raziskovalnih institucijah v Sloveniji ali v tujini. Raziskovalni program je v celoti usklajen s Slovensko Strategijo Pametne Specializacije (SPS S4): Razvoj materialov kot končnih izdelkov in Naravni in tradicionalni viri za prihodnost - Mreže za prehod v krožno gospodarstvo.
Pomen za razvoj znanosti
Načrtovane raziskave v prihodnjem obdobju so ključne za razvoj znanosti z več vidikov. Raziskave se bodo osredotočile predvsem na raziskave naprednih celičnih struktur, ki se vedno bolj uporabljajo v sodobnem inženirstvu. Razvoj zmogljivosti za napovedovanje njihovega odziva na različne pogoje delovanja in optimizacijo njihove strukture je bistvenega pomena za njihovo širšo uporabo v prihodnosti. Celostno raziskovalno delo je osredotočeno na doseganje mednarodno primerljivih rezultatov raziskav, ki sledijo evropskim in svetovnim raziskovalnim trendom ali jih celo določajo v nekaterih pogledih (nadzorovana prostorsko spremenljiva poroznost, napredna 3D digitalna korelacija slik). Rezultati raziskovalnega programa bodo znatno prispevali k napredku znanosti na področju geometrijske in mehanske karakterizacije celičnih struktur in posledično k razvoju novih, naprednih celičnih materialov in struktur. Tehnološki napredek proizvodnje celičnih struktur v prihodnosti bo omogočil bolj nadzorovano morfologijo in topologijo por, kar bo prispevalo k oblikovanju optimalnih inženirskih in drugih struktur. Načrtovani razvoj novih kompozitov iz več materialov z nadzorovano poroznostjo in izboljšanimi funkcionalnimi lastnostmi sledi svetovnim trendom. Načrtovani razvoj in izdelava opreme za preskušanje celičnih struktur in povezani razvoj računskih modelov za napovedovanje njihove nosilnosti, dobe trajanja in zanesljivosti bo pomembno prispeval k razvoju znanstvene metodologije za konstruiranje strojnih delov in struktur iz celičnih struktur. Splošno orodje za samodejno ocenjevanje geometrijskih parametrov celičnih struktur bo pomenilo pomemben preboj pri analizi celičnih struktur. Novo razviti modeli geometrije in računalniške simulacije celičnih struktur ter izvedba obsežnih parametričnih računalniških simulacij na zmogljivem HPC strežniškem sistemu bodo prispevali k boljšemu razumevanju obnašanja celičnih struktur v različnih delovnih režimih, kar bo nadalje služilo za oblikovanje konstrukterskih priporočil. Z ustrezno zasnovo in uporabo inteligentnega podpornega okolja pričakujemo nova znanstvena odkritja, ki bodo omogočila nadaljnji razvoj inženirskih aplikativnih rešitev.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati raziskovalnega programa bodo pomembni za regionalni in splošni razvoj stroke in inženirske prakse, saj bo sistematičen prenos znanja slovenskim in evropskim podjetjem omogočil dostop do znanja in sodobnih orodij za razvoj novih izdelkov s celičnimi strukturami, kar bo znatno povečalo njihovo globalno konkurenčnost. Opravljena karakterizacija različnih celičnih struktur in izdelana konstrukcijska priporočila za njihovo uporabo v povezavi z razvitim inteligentnim podpornim okoljem bosta omogočila hiter in stroškovno učinkovit način ciljno usmerjenega oblikovanja in razvoja visokokakovostnih, inovativnih izdelkov z visoko dodano vrednostjo, zlasti za avtomobilsko industrijo. V raziskovalnem programu sodeluje tudi več mladih raziskovalcev, kar prispeva k izobraževanju in oblikovanju bodočih vrhunskih strokovnjakov s tega področja. Predvideno je, da bodo domači proizvajalci aluminijastih izdelkov v sodelovanju z raziskovalnim programom postali strateški dobavitelji naprednih aluminijastih izdelkov ob razvoju novih proizvodnih tehnologij celičnih struktur s spremenljivo poroznostjo. Podobna so pričakovanja pri različnih izdelkih iz plastike in tekstila, kjer je število potencialno zainteresiranih podjetij veliko večje. Raziskave celičnega tekstila bodo prispevale k ohranjanju delovnih mest v tekstilnih podjetjih, ki so že prestrukturirala svoje dejavnosti za razvoj in proizvodnjo tehničnih tekstilij. Celične strukture z nadzorovano in optimizirano topologijo in morfologijo celic so zelo uporabne tudi v medicini (npr. različni vsadki, nosilni elementi itd.) in bodo prispevale k lajšanju težave starajočega se prebivalstva in prispevale k bolj zdravemu življenju, kar je nujno tako za slovensko kot evropsko družbo. Izsledki raziskovalnega programa kažejo, da zapolnitev ustreznih praznin v vozilih s celičnimi strukturami pomaga pri trku absorbirati do dvakrat več udarne energije, kar povzroči manjši pojemek potnikov v vozilu in s tem poveča njihovo varnost. Posledično so tudi raziskave naprednih celičnih struktur izjemnega pomena za družbo. Raziskovalni program je že vzpostavil široko večnacionalno raziskovalno sodelovanje s številnimi mednarodnimi raziskovalnimi partnerji s pragmatično mednarodno delitvijo raziskovalnega dela, ki ga na nekaterih področjih raziskovalni program tudi usmerja (geometrijska karakterizacija in napredne računalniške simulacije celičnih struktur). Raziskovalni program bo v prihodnjih letih organiziral nekatere primarne svetovne strokovno-znanstvene konference s področja celičnih struktur v Sloveniji, kar bo pomembno prispevalo k promociji le-te.
