Projekti / Programi
Mehanika časovno odvisnih materialov
01. januar 1999
- 31. december 2003
Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
Koda |
Veda |
Področje |
T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
P370 |
Naravoslovno-matematične vede |
Makromolekularna kemija |
P190 |
Naravoslovno-matematične vede |
Matematična in splošna teoretična fizika, klasična mehanika, kvantna mehanika, relativnost, gravitacija, statistična fizika, termodinamika |
casovno odvisno vedenje materialov in konstrukcij; polimeri; kompoziti; fizikalno staranje; konstitutivno modeliranje; vpliv tlaka, temperature in vlage; tehnologija predelovanja, nekovinske konstrukcije.
Raziskovalci (14)
Organizacije (1)
Povzetek
Konstrukcijski materiali novega tisocletja bodo, nedvomno, hibridni materiali, sestavljeni iz polimernih, kovinskih in keramicnih komponent. Skupna znacilanost hibridnih materialov je casovno spreminjanje njihovih mehanskih in drugih fizikalnih lastnosti. Na potek (obliko in hitrost) te casovne odvisnosti vplivajo temperatura, tlak, vlaga, ter oblika in velikost mehanske obremenitve, ki ji je material izpostavljen med tehnoloskim postopkom izdelave (npr. brizganja, stiskanja, ekstruzije, ipd.), ali pozneje v eksploataciji. Poudariti je treba, da teorija elasto-plasticnosti za te materiale v splosnem ni uporabna. Splosno sprejete teorije - matematicnega konstitutivnega modela, ki bi omogocal zanesljivo napovedovanje napetostno-deformacijskega stanja teh materialov, pa zaenkrat ne poznamo. Za ilustracijo, iz tega razloga vsi proizvajalci avtomobilov izdelujejo pedal za zavoro se zmeraj iz jekla, med tem ko je pedal za sklopko izdelan iz polimernega kompozita. Zaradi pomembnosti tovrstnih matrialov v tehniski praksi postajajo raziskave na tem podrocju vse intenzivnejse. Nasa raziskovalna skupina je v sodelovanju s kolegi iz "California Institute of Technology" razvila nelinearni viskoelasticni model - "Knauss-Emri" (avtorja sta za ta uspeh prejela 1997 medaljo "Kapitsa"), ki omogoca napovedovanje napetostno-deformacijskega stanja viskoelasticnih materialov pri hkratni "obremenitvi" s tlakom temperaturo, vlago in mehansko obremenitvijo. Model sodi med, trenutno stiri vodilne konstitutivne modele [1]. Zelo dobro popisuje volumetricne spremembe v okolici faznega prehoda (fizikalno staranje), ki so posledica hitrih sprememb tlaka in temperature, npr. v fazi tehnoloskega postopka. Trenutno je tudi edini model, ki dobro popise proces tecenja materiala, pri hkratnem vplivu temperature, vlage in enoosne mehanske obremenitev [2], npr. v procesu izdelovanja PA in PE vlaken, ki so izpostavljene enoosni obremenitvi s pospeskom 6000g. Model je precej manj natancen pri napovedovanju vedenja materiala pri spreminjajocih striznih obremenitvah, ob hkratnem spreminjaju temperature, vlage in hidrostaticnega tlaka, kar je osrednja tema nasega raziskovanja.Predlagani raziskovalni program je usmerjen v sistematicno proucevanje vpliva spreminjajocega tlaka, vlage, temperature in strizne oberemenitev na vedenje tovrstnih (casovno odvisnih) materailov s ciljem nadgradnje "Knauss-Emri"-jevega modela v splosno nelinearno teorijo termo-visko-elasto-plasticnosti. [1] Landel, R.F., Peng, S.T.J., Equation of State and Constitutive Equations. J. of Rheology, Vol. 30, Iss. 4, pp. 741-765, (1986). [2] Chan, R.W., Haasen, P., Kramer, E.J., Materials Science and Technology, Materials, Vol. 12. Structure and Properties of Polymers, VCH Publishers, Weinheim, (1993)
Pomen za razvoj znanosti
Splosno sprejete nelinearne teorije za popisovanje napetostno-deformacijskega stanja casovno odvsinih materialov zaenkart ne poznamo. Konstrukcijske resitve izdelkov iz casovno-odvisnih materialov so zato najveckrat rezultat vecletnih empiricnih izkusenj.Razumevanje vpliva spreminjajocega tlaka, temperature, vlage in mehanske obremenitve na casovni potek napetostno-deformacijskega stanja zahtevnejsih konstrukcijskih elementov, je kljucnega pomena. Tem obremenitvam je konstrukcijski element izpostavljen ze v fazi tehnoloske predelave in pozneje v eksploataciji. Raziskave v okviru predlaganega raziskovalnega programa bodo pomemben del raziskovalnih prizadevanj na tem podrocju v svetu. Uspesna posplositev "Knauss-Emri"-jevega modela v splosno nelinearno teorijo termo-visko-elasto-plasticnosti, bi pomenila "break through" na podrocju nelinearnega konstitutivnega modeliranja casovno-odvisnih materialov. Neglede na izid prizadevanj na podrocju modeliranja, bodo rezulti predlaganega raziskovalnega programa pomenili pomembnen prispevek k razumevanju casovno-odvisnega vedenja tovrstnih materialov in njihove uporabe v kostrukcijske namene.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji je blizu 2000 firm, ki se ukvarjajo s predelovnajem polimernih in kompozitnih materailov, ki prispevajo pomembne delez slovenskaga BNP. Z izjemo velikih firm, kot so npr. GORENJE, SAVA, SATURNUS, IMPOL, KOLEKTOR, PLAMA, s katerimi dobro sodelujemo (nastete firme so soustanoviteljice nasega centra), izdelujejo ostale firme predvsem tehnicno in tehnolosko manj zahtevne izdelke iz nizjega cenovnega razreda. Cilj predlaganega rasikovalnega programa je nuditi ustrezno strokovno podporo nastetim vodilnim firmam in dvigniti strokovni nivo srednjih in majhnih firm na visjo raven. Cilj je omogociti srednjim in manjsim firmam, da bodo lahko posegale na podrocje pordukcije izdelkov iz najvisjih cenovnih razredov. Sem sodijo predvsem zahtevni konstrukcijski izdelki za avtomobilsko in elektro industrijo. Visoke zahteve po geometrijski stabilnosti, mehanskih lastnostih in zivljenski dobi tovrstnih konstrukcijskih elementov zahtevajo razumevanje vpliva tlaka, temperature, vlage in mehanske obremenitve, ki jim je material izpostavljen pred, v fazi predelovanja in pozneje v eksploataciji. Raziskave v okviru predlaganega programa so usmerjene prav v studij tovrste problematike. Finaciranje predlaganega programa, bo nasi skupini omogocila tudi nadaljno konkurencnost na evropskem in svetovnem "trgu raziskovalcev" (skupina trenutno izvaja dva raziskovalno-razvojna projekta za firmo BASF iz Ludwigshafna, ZRN, ki je ena izmed vodilnih firm na tem podrocju). Uspesno sodelovanje s tujimi firmami je nedvomno pomembno za strokovni ugled Slovenije in njeno uvrstitev v "zgornji razred" dezel Evropske skupnosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo