Projekti / Programi
Modeliranje v tehniki in medicini
01. januar 2009
- 31. december 2013
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 2.19.00 |
Tehnika |
Promet |
|
| 3.08.00 |
Medicina |
Javno zdravstvo (varstvo pri delu) |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| T280 |
Tehnološke vede |
Tehnologija cestnega prevoza |
| B115 |
Biomedicinske vede |
Biomehanika, kibernetika |
| B770 |
Biomedicinske vede |
Sodna medicina |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
strojništvo, konstruiranje, strojegradnja, modeliranje, numerične analize, strojni element, stroj, naprava, konstrukcija, ležaj, ekspertni sistemi, vozila, mobilni stroj, pogonska in transportna tehnika, motor, pogonski sklop; tehnična dokumentacija; standard, tehnični predpis; tehnično risanje, opisna geometrija; tehnični informacijski sistemi, računalniško podprto konstruiranje, PDM, cestni promet, nezgoda, anatomija, izvedeništvo
Raziskovalci (24)
Organizacije (2)
Povzetek
Program P2-0109, Modeliranje v tehniki in medicini, je vezan na področje 2.11.00 Konstruiranje, 2.19.00 Promet in 3.08.00 Medicinske vede. Programska skupina je glede na raziskovalna področja zasnovana interdisciplinarno in jo sestavljajo raziskovalci s Fakultete za strojništvo, Inštituta za sodno medicino in Inštituta za anatomijo Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani in Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru. Na katedri je raziskovalna dejavnost organizirana v Tehnološkem centru CEMEK v okviru katerega deluje Laboratorij za modeliranje elementov in konstrukcij, Laboratorij za raziskave in analize prometnih nezgod ter Informacijska enota za tehniško dokumentacijo.
Pri raziskavah v področju Konstruiranje se raziskovalna skupina pretežno ukvarja s specialnimi znanji na področju konstruiranja strojev in naprav. Poudarek je na razvoju geometrijskih, fizikalnih, matematičnih in materialnih numeričnih modelov različnih fenomenov pri delovanju strojev in naprav, ki jih je potrebno obvladovati pri analizah elementov, sklopov in struktur (deformabilnost, nosilnost, elasto-plastični odziv gradiv, rast poškodb v materialu, življenjska doba) in pri numeričnih simulacijah delovanja strojev in naprav. Poleg tega preučujemo eksperimentalne metode na splošno ter prilagajamo in razvijamo metode in postopke ter eksperimentalne naprave in sisteme za verifikacijo postavljenih modelov v laboratoriju in na terenu.
Del raziskovalnih aktivnosti je usmerjen tudi v raziskave pridobivanja in pretoka informacij v razvojno usmerjenih podjetjih. Rezultat raziskav je opisan v modelu tehnične dokumentacije, in je osnova za definicijo informacijskega sistema ter avtomatizacijo procesov v fazah razvoja izdelka in priprave proizvodnje. Področje dela vključuje tudi uskladitve tehnične dokumentacije z veljavno standardizacijo, prilagoditve CAE orodij in tehničnih informacijskih sistemov specifičnim potrebam zainteresiranih podjetij.
Pri raziskavah v področju Promet, se raziskovalna skupina ukvarja z razvojem orodij za analize in simulacije situacij v cestnem prometu in njihovim uvajanjem in uporabo pri raziskavi prometnih nezgod. Poudarek je na razvoju geometrijskih in mehanskih modelov vozil in človeškega telesa, razvoju orodij za prikaz v navideznem trirazsežnem okolju ter povezavi teh gradnikov v splošne ali specializirane sisteme za analize situacij v cestnem prometu. Področje dela vključuje tudi razvoj in vzdrževanje sistemov za eksperimentalno preverjanje lastnosti vozil in voznih ploskev ter sistema za merjenje in analizo odziva človeškega telesa pri trku. Rezultati raziskav so programske aplikacije ter strokovna mnenja in ekspertize.
Pri raziskavah v področju Medicinske vede se programska skupina ukvarja z vplivom mehanskih obremenitev na nastanek poškodb človeškega telesa. Ožje področje raziskav predstavlja trčna biomehanika.
Z meritvami dinamičnega odziva človeškega telesa pri pogojih trkov vozil se ugotavlja vpliv različnih individualno pogojenih dejavnikov na obremenitve in poškodbe posameznih anatomskih delov telesa potnika v vozilu. Na osnovi podatkov, pridobljenih z meritvami, se razvijajo numerični modeli človeškega telesa za analizo in napoved poškodb udeležencev v prometnih nezgodah. Principe geometrijskega in mehanskega modeliranja uporabljajo posamezni člani programske skupine tudi pri razvoju aplikacij za virtualne simulacije različnih kirurških posegov.
Pomen za razvoj znanosti
Program raziskav nosilnosti in zdržljivosti strojnih elementov in sklopov se vklaplja v sodobne trende raziskav na tem področju strojništva, ki nosilnost in trajanje elementov določajo s pomočjo realnega obremenitvenega stanja, nelinearnega deformacijsko-napetostnega odziva in poškodbene mehanike kontinuuma. Spoznanja in rezultati teh raziskav dopolnjujejo spoznanja s sorodnih področij obratovalne trdnosti, lomne mehanike in tribologije. Poudarek na razvoju znanosti je na naslednjih področjih: a. Na področju modeliranja obnašanja materiala, izpostavljenega cikličnim in impulznim obremenitvam, je bil razvit in potrjen materialni model, ki vsebuje popis izotropnega in kinematičnega utrjevanja z rastjo poškodbe materiala in popisom fenomena tečenja. Materialni model je bil tudi vgrajen v komercialni MKE program. Razvoj in uporaba modela popisa fenomena tečenja v znanstvenih raziskavah omogoča boljše razumevanje nelinearnega in nehomogenega odziva nizkolegiranih jekel ter sorodnih materialov, podvrževnih ciklični plastifikaciji. Posledično pomeni tudi boljše razumevanje akumuliranja in širjenja poškodbe v materialu. b. Na področju protiminske in protibalistične zaščite vojaških vozil je bil raziskan vpliv fizičnih in numeričnih parametrov na odboj eksplozijskega vala ter deformacijo konstrukcije. c. Na področju karakterizacije materiala so bili določeni materialni parametri trdnostnega in poškodbenega modela za novo jeklo PROTAC 500. V programu raziskav na področju magnetokaloričnega hlajenja je bil razvit nov prototip linearnega laboratorijskega magnetokaloričnega hladilnika, ki omogoča nov razvoj in študij zakonitosti oblikovanja in uporabe različnih magnetnih regeneratorjev iz gadolinija in drugih materialov. Razvit, konstruiran in preizkušen je bil laboratorijski prototip rotacijskega magnetnega hladilnika druge generacije. Razvoj na osnovi izsledkov prehaja že v tretjo generacijo tovrstnih naprav na FS. Na področju biomehanike je razvita in izdelana rečunalniško vodena enoosna natezna naprava, ki v nestandardiziranem eksperimentalnem območju omogoča izboljšanje razumevanja in poznavanja mehanskih lastnosti ligamenotv vratne hrbtenice pri fizioloških pogojih preizkušanja. Izvedba vrste nateznih enoosnih preizkusov omogoča raziskavo vpliva starosti in spola človeka, fizioloških pogojev in priprave vzorca na mehanski odziv in mejo poškodbe mehkega tkiva. Prikazan je pomemben vpliv hitrosti in velikosti obremenitve na nastanek poškodbe ter maksimalno deformacijo človeških ligamentov vratne hrbtenice. Vsi eksperimentalni rezultati omogočajo natančnejše modeliranje odziva vratne hrbtenice udeležencev različnih antropometričnih karakteristikv različnih pogojih trka. Na področju interaktivne simulacije gibanja mehanskih sistemov so razvite rešitve za realno časovno simuliranje dinamike vožnje kolesnih vozil na poljubnem terenu. Rešitev vključuje povezavo z aktuatorji, ki uporabniku potrdijo haptično informacijo. Za demonstracijo delovanja je bila programska oprema i3Drive povezana z aktivnim sedežem in aktivnim volanom v haptični simulator vožnje terenskega vozila. Orodje za prikaz rezultatov simulacije v navideznem trirazsežnem okolju je bilo generalizirano tudi za prikaz ostalih sitemov teles in prirejeno za prikaz rezultatov simulacij z zunanjimi simulacijskimi okolji (komercialnimi in lastnega razvoja). Za podrobno tridimenzionalno simulacijo dinamike sistema teles je bilo razvito lastno programsko okolje, ki je bilo uspešno preverjeno na primeru dinamike vožnje šestkolesnega terenskega vozila.
Pomen za razvoj Slovenije
Na osnovi rezultatov temeljnih raziskav nas je zaprosilo za pomoč in povabilo k sodelovanju več slovenskih in tudi tujih podjetij in inštitucij, kjer smo uspešno posredovali znanja pri: - razvoju relacijskih modelov in geometrijske podatkovne baze za različne tipe ležajev za kreiranje ponudb in ponudbene dokumentacije za vrtljive kotalne zveze, - na področju raziskav obnašanja in povečanja zdržljivosti torzijskih vzmeti vojaških vozil, - razvoju in verifikaciji integracije minometa v vozilo, - razvoju kolesnih motorjev s poudarkom na zagotavljanju ustrezne trdnosti tudi pri sunkovitih obremenitvah in - razvoju aplikacije z novim pristopom v kontroli in upravljanju proizvodnega sistema v procesu proizvodnje pnevmatik. Razumevanje in uporaba razvitih materialnih modelov omogoča kvalitetnejše, cenovno ugodnejše in hitrejše reševanje realnih industrijskih problemov, prenos znanja v slovensko industrijo (Sistemska tehnika, Elaphe) pa boljšo konkurenčnost slovenskih podjetij na svetovnem trgu. Vsa sodelovanja s podjetji so imela neposredni finančni učinek podjetij, saj so jim naše raziskave in rezultati omogočile prodajo izdelkov končnim kupcem. Dobljena odvisnost mehanskega odziva vratnih ligamentov omogoča komercialno dostopnim MKE programskim okoljem natančnejšo modeliranje odziva vratne hrbtenice pri poenostavljenem modeliranju ligamentov. Po drugi strani verificirani matematični model omogoča bolj natančno numerično modeliranje samih vratnih ligamentov, kar je naslednji korak v izboljšanju MKE modelov. Dobljeni eksperimentalni podatki v funkciji starosti človeka, hitrosti deformacije ali velikosti predobremenitve omogočajo boljše razumevanje mehanizma nastanka poškodbe pri različnih športnih in fizičnih obremenitvah. V simulaciji je pri različnih pogojih trka poleg spremembe parametričnega geometrijskega modela omogočena dejanska sprememba odziva samih struktur. Rezultati raziskav in razvoja s področja prometne informatike imajo neposredno uporabnost pri načrtovanju in upravljanju sistemov javnega prevoza (razvita aplikacija BUSO). Geoinformacijska predstavitev podatkov o prometnih nezgodah (razvita spletna aplikacija) je namenjena seznanjanju najširše javnosti s podatki o preteklih prometnih nezgodah in ima s tem neposreden vpliv na dojemanje prometne varnosti. Z analizami pridobljeni in javno dostopni podatki so zapisani v "bazo podatkov o prometnih nezgodah", ki je v celoti na voljo upravljavcem cestnega omrežja. Za njeno pregledovanje in upravljanje je razvita programska oprema, ki se bo v nadaljevanju dela razvijala in nadgrajevala glede na zahteve uporabnikov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
