Projekti / Programi
Numerična in eksperimentalna analiza nelinearnih mehanskih sistemov
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
mehanika loma, celovitost konstrukcij, utrujenostna rast razpoke, optimalno projektiranje, nelinearna periodična in aperiodična nihanja, stabilnost mehanskih sistemov, razvejitve, identifikacija parametrov nihajočih sistemov, statistična mehanika, neravnotežna mehanika
Raziskovalci (13)
Organizacije (1)
Povzetek
Področje uporabnosti parametrov mehanike loma zajema predvsem prenosljivost med eksperimentalno izmerjenim lomnim obnašanjem in lomnim obnašanjem konstrukcije, ob upoštevanju interakcije heterogenih mehanskih lastnosti in vpliva kombiniranih obremenitev na konstrukcijo. Glavne smeri razvoja temeljijo na numeričnem modeliranju z eksperimentalno potrditvijo obnašanja celotne konstrukcije, kar popolnoma verificira uporabljeni pristop.
Pri našem delu nameravamo razvijati tehniko določitve mehanskih in lomnomehanskih lastnosti s spremljanjem deformabilnega obnašanja materiala na način kot se izvajajo meritve mikrotrdot.
Na področju optimizacije oblike gre razvoj v dve smeri, in sicer: v smeri parametrizacijskega pristopa in v smeri evolucijskega pristopa. V okviru programske skupine smo se ukvarjali z razvojem parametrizacijskega pristopa. Možnost parametrizacije oblike konstrukcij in konstrukcijskih delov z uporabo standardnih mrež končnih elementov bo odpravila največjo pomanjkljivost parametrizacijskih pristopov in s tem odločno dvignila uporabnost teh metod. Slednje bomo dosegli z vpeljavo kontrolnih točk, ki na obliko konstrukcije niso vezane fiksno preko projektnih elementov, ampak v precej bolj ohlapnem smislu preko relativne lege glede na konstrukcijo ali konstrukcijski del. K razvoju zgoraj omenjenih postopkov štejemo tudi vzporeden razvoj lastne gradientne optimizacijske metode, ki bo prilagojena obravnavanim optimizacijskim problemom. Med cilje postavljamo na prvo mesto izboljšan pristop k optimizaciji oblike, ki bo zanimiv za uporabo v praksi.
Za raziskave periodičnih in aperiodičnih nihanj nelinearnih dinamičnih sistemov smo v okviru programske skupine doslej razvijali metodo koračnega harmonskega ravnovesja z več časovnimi skalami. Za samostojen dosežek pri dosedanjem razvoju metode štejemo izdelavo splošnega algoritma, s katerim lahko izvajamo raznovrstne parametrične študije tako periodičnih kot tudi aperiodičnih nihanj. Metodo koračnega harmonskega ravnovesja z več časovnimi skalami bomo razvijali tako, da bo mogoče avtomatizirati konstruiranje frekvenčnega spektra pri nekaterih vrstah neavtonomnih sistemov z notranjo resonanco in raziskave razvejitev nelinearnih nihanj teh sistemov nadgradili s sledenjem vej razvejitvenih diagramov po ločnem parametru, uvedbo algoritmov za posamezne vrste singularnih točk in analizo stabilnosti v odvisnosti od več časovnih skal. Poleg sistemov s kubičnimi nelinearnostmi, ki smo se jim posvečali v preteklosti, bomo obravnavati tudi sisteme s parametričnim vzbujanjem in nelinearne sisteme z odsekoma zveznimi karakteristikami. Sistemom s parametričnim vzbujanjem se bomo posvetili zaradi določevanja stabilnostnih mej, kjer pričakujemo, da bomo z uporabo več časovnih skal lahko obravnavali problem kombinacijskih frekvenc. Galerkinov postopek, ki je del metode bomo uporabili za identifikacijo parametrov nelinearnih sistemov s periodičnim vzbujanjem in avtonomnih relaksacijskih sistemov.
Na področju statistične mehanike bomo s pomočjo teorije neravnotežnih procesov izdelali modele za izračun ravnotežnih in neravnotežnih mehanskih lastnosti v trdnih snoveh in tekočinah. Svoje modele bomo razširili tudi na področje polimerov in ionskih fluidov. S pomočjo predstavljenih modelov bomo nato lahko izračunavali module elastičnosti, strižne module, stisljivost, viskoznost... za poljubne snovi, hkrati bomo lahko s predstavljenim modelom napovedovali mehanske lastnosti tudi za nove snovi. Upoštevani bodo vplivi translacije, rotacije in vibracije molekul. Posebno pozornost bo posvečena medmolekularnim potencialom. Poglobljeno se bomo lotili tudi študije večatomnih molekul v neravnotežni mehaniki. Posebno pozornost bomo posvetili zmesem v trdninah in tekočinah, kjer bomo na osnovi primerjave z eksperimentalnimi rezultati določili mešalna pravila.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj IHB metode in EL-P metode je temeljil na uvedbi več časovnih skal, ki omogočajo obvladovanje problemov, ki niso le periodične, ampak tudi aperiodične narave. Uvedba dodatne, počasne časovne skale v EL-P metodo omogoča, da obravnavamo ne samo stacionarne, temveč tudi nestacionarne aperiodične pojave, kar je povsem nov pristop pri reševanju tovrstnih problemov. V analizi so upoštevane nelinearne frekvence nihajočih sistemov, ki so lahko nekomenzurne in pogojene z notranjimi resonancami. V mehaniki loma je razvit model, s katerim pojasnimo spreminjanje hitrosti utrujenostne rasti razpoke med utrujenostnim napredovanjem razpoke v nehomogenem preizkušancu z zaostalimi napetostmi. Uvedba več dimenzijskih skal v numerične analize omogoča pravilno modeliranje nastanka in rasti lokalnih napak preiskovanega materiala. Na področju optimizacije smo prispevali k razvoju novih postopkov optimizacije. Najpomembnejša pridobitev je učinkovita parametrizacije oblike konstrukcij in upoštevanje njihove stabilnosti med procesom optimizacije. Raziskave na področju statistične mehanike in s tem povezan razvoj teoretičnih modelov ima velik pomen za izračun ravnotežnih in neravnotežnih mehanskih lastnosti v trdnih snoveh in tekočinah.
Pomen za razvoj Slovenije
Opravljene raziskave so velikega pomena za zagotavljanje kvalitete delovanja konstrukcij in nelinearnih mehanskih sistemov v spreminjajočih se pogojih obratovanja. Raziskave imajo velik aplikativni pomen na področju konstrukcijskih elementov kot so nosilci, plošče, lupine kot tudi v nelinearni dinamiki rotorjev ter mehanskih sistemov s spremenljivo strukturo. V okviru opravljenih raziskav smo napetostno in deformacijsko analizirali mejno lomno obnašanje heterogenih materialov in komponent. Rezultati omogočajo razvoj novih nehomogenih materialov za izdelke, ki lahko dosežejo iskane visoke mehanske in funkcionalne lastnosti. Rezultati so pokazali, da je nehomogenost, ki običajno povzroča nestabilnost v lomnem obnašanju, mogoče z pravilnim načrtovanjem uporabiti za doseganje višje nosilnosti in večje odpornosti proti inicijaciji in rasti razpoke. Aplikacija rezultatov raziskav bi omogočila izdelavo slovensko prepoznavnih izdelkov z visoko dodano vrednostjo in zagotovljeno visoko kakovostjo. Razviti optimizacijski postopki omogočajo učinkovito optimalno oblikovanje konstrukcij. Ta nova znanja bodo koristna za povečevanje konkurenčnosti tistih podjetij, ki se ukvarjajo s projektiranjem konstrukcij. Nova znanja na področju statistične mehanike in vpliva temperature v termomehanskih modelih bodo koristna v osvajanju nanotehnologij in mikroelektromehanskih sistemov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
