Projekti / Programi
NAPREDNO MODELIRANJE IN SIMULACIJA KAPLJEVITO-TRDNIH PROCESOV
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.13.01 |
Tehnika |
Procesno strojništvo |
Večfazni sistemi |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
Kapljevito-trdni procesi, Stefanov problem, taljenje, topljenje, zmrzovanje, strjevanje, makroskopski-mezoskopski-mikroskopski model, večfizikalni modeli, koncept kontinuumske mešanice, novi koncept točkovnih avtomatov, brezmrežne numerične metode, radialne bazne funkcije, numerična optimizacija, evolucijsko računanje.
Raziskovalci (19)
Organizacije (3)
Povzetek
Znanstveni cilji raziskovalnega projekta so osredotočeni k izboljšanemu fizikalnemu popisu in nadaljnjemu razvoju numeričnih metod za kapljevito-trdne procese. Fizikalno modeliranje tovrstnih procesov bo postavljeno v okvir volumsko-povprečene enofazne formulacije na makroskopskem merilu in na koncept točkovnih avtomatov na mikroskopskem merilu. Omenjeni fizikalni okvir bo uporabljen za študij enakoosnega in stebričastega strjevanja s povezovanjem makroskopskih transportnih pojavov z razvojem mikrostrukture. Ohranitvene enačbe za maso, energijo, gibalno količino in sestavine bodo sočasno in povezano reševane na mikroskopskem in makroskopskem merilu. Poudarek bo na razvoju simulacijskega sistema za izračun makroizcejanja. Sistem bo nadgrajen z optimizacijskim ogrodjem, ki bo omogočalo minimizacijo koncentracijskih in strukturnih nehomogenosti v strjenem materialu z vplivanjem na dinamiko procesnih parametrov. Specifične konstitucijske zveze bodo eksperimentalno preverjene na podlagi novih domačih in tujih laboratorijskih poskusov z binarnimi zlitinami (Sn-Pb ter Al-Cu) ter industrijskimi podatki, pridobljenimi pri postopku kontinuirnega ulivanja tehnološko zanimivih vzmetnih jekel (51CrMoV4). Prvič bodo brezmrežne metode uporabljene za izračun makroskopskih in mikroskopskih enačb na neuniformni mreži in v zapleteni geometriji. Pravkar razvita eksplicitna kolokacijska metoda z radialnimi baznimi funkcijami bo izboljšana s kombinirano p-, r- in h- prilagodljivostjo za učinkovito obravnavo velikega števila neznank ter za obravnavo mikro-celic/točk. Obstoječi mednarodni primerjalni testni primeri za Stefanove probleme bodo dopolnjeni z novimi nalogami za strjevanje večsestavinskih sistemov pri turbulentnih pogojih.
Projekt temelji na nadaljnjem razvoju naših mednarodno priznanih in nagrajenih prebojnih rezultatov, doseženih v preteklih nekaj letih: prva demonstracija adaptivnih izračunov z lokalno brezmrežno metodo, nov učinkovit algoritem za korekcijo tlaka, prva rešitev inženirskih modelov turbulence z brezmrežno metodo, popolnoma nov brezmrežni koncept simuacij razvoja mikrostrukture, ki temelji na točkovnih namesto celičnih avtomatih in smo ga uspešno uporabili pri simulacijah mezoskopske strukture zrn ter pri mikroskopki rasti dendritov. Razvoj številnih industrijskih simulacijskih sistemov, ki temeljijo na tem noverm predkonkurenčnem znanju (kontinuirno ulivanje aluminijevih zlitin in jekel, trakovno ulivanje, tlačno ulivanje v kokile, itd.)
Predlagane raziskave bodo prispevale k nadaljnjemu razvoju eksperimentalno podprtega temeljnega znanja za modeliranje kapljevito-trdnih procesov ter vplivale na nadaljnje poskuse, teorijo, projektiranje in izobraževanje. Specifične nadgradnje razvitega temeljnega znanja bodo uporabljene pri simulaciji številnih naravnih in tehnoloških procesov. V okviru projekta bomo priredili tri mednarodne konference ter letno šolo v povezavi s Stefanovimi problemi.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalni projekt sodi v temeljni del spektra raziskav projektne skupine. Rezultati projekta se uvrščajo v moderno raziskovalno področje modeliranja, simulacije in optimizacije procesov in materialov, ki ima čedalje vidnejšo vlogo v mednarodnem raziskovalnem prostoru - zaradi vse večjih potreb po cenenih izdelkih z visoko vsebnostjo znanja, novih materialih ter okolju prijaznejših tehnologijah. Vsebina naših raziskav je v ta prostor aktivno vpeta tako s temeljnimi kot z aplikativnimi raziskavami. Pri tem si v okviru temeljnih raziskav prizadevamo v svetovno zakladnico znanja prispevati z novimi pristopi modeliranja kapljevito-trdnih sistemov na več sklopljenih merilih, z novimi brezmrežnimi numeričnimi pristopi za modeliranje problemov s premičnimi mejami ter s testnimi primeri in referenčnimi izračuni Stefanovih problemov. Na vseh omenjenih področjih rezultati zaključenega projekta izkazujejo vodilne rezultate. Opisane raziskave imajo neposredno povezavo z mednarodnim raziskovalnim prostorom preko več mednarodnih projektov. Mednarodno izobraževanje, ki izhaja iz pričujočih raziskovalnih vsebin, je v zadnjih letih našlo svoje mesto tudi v uglednih mednarodnih letnih šolah. Nadalje se raziskave zrcalijo v podiplomskem modulu: Modeliranje in simulacija materialov in procesov, ki ga na Univerzi v Novi Gorici izvajamo v sklopu študijskega programa Fizika III na Fakulteti za aplikativno naravoslovje. Štirje podiplomski študentje so dokončali študij v okviru pričujočega projekta in študij omenjenega modula. Optimizacijska metodologija, s katero smo nadgradili modeliranje in simulacijo procesov, se navezuje na predmet Optimiranje virov in procesov, ki ga izvajamo na Univerzi v Novi Gorici, in predmet Večkriterijsko optimiranje in načrtovanje, ki ga izvajamo na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta smo razvili nova znanja, ki so uporabna v številnih kritičnih tehnologijah, povezanih s faznimi prehodi. Zelo težko je vnaprej pripraviti izrčpen seznam vseh možnosti uporabe akumuliranega znanja v okviru projekta. Na določeni stopnji izdelave in obdelave skoraj vsakega predmeta, ki ga izdela človek, uporabljamo taljenje ali strjevanje. Tako optimizacija in avtomatizacija tovrstnih procesov na podlagi modelske podpore danes predstavlja ključ do sodobne izdelave in predelave kovin, keramike, polimerov, kompozitnih materialov in elektronskih komponent. V okviru projekta smo organizirali štiri mednarodna srečanja, ki so promovirala Slovenijo. V okviru projekta je doktorski študij zaključilo šest doktorandov: štirje na področju Stefanovih problemov, eden na področju optimizacije in eden na področju eksperimentalnih metod. Na University of Naples "Parthenope" smo sodelovali pri organizaciji mednarodne letne šole o brezmrežnih metodah. Na podlagi projekta smo pridobili nova znanja, ki nam bodo omogočala nadaljne sodelovanje v mednarodnih raziskovalnih kolaboracijah. Prejeli smo tri mednarodna priznanja. Z znanjem pridobljenim skozi projekt bomo lahko razširil svoj vpliv v industriji. V Sloveniji se z izdelavo zlitin ukvarja približno 100 podjetji, ki nudijo približno deset tisoč delovnih mest. Njihovi letni prihodki dosegajo 1,5 milijarde €. V Sloveniji je tudi približno 50 livarn z okoli 4000 delovnimi mesti in letnim prihodkom 0,5 milijarde €. Vsa našteta podjetja v svet izvozijo približno 70% svoje proizvodnje in izkazujejo močno zanimanje za delo projektne skupine.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
