Projekti / Programi
Modeliranje v tehniki in medicini
01. januar 2014
- 31. december 2017
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 2.19.00 |
Tehnika |
Promet |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
Raziskovalci (19)
Organizacije (2)
Povzetek
Programska skupina je glede na raziskovalna področja zasnovana interdisciplinarno in jo sestavljajo raziskovalci s Fakultete za strojništvo in z Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani. Področja delovanja programske skupine se medsebojno dopolnjujejo in ustvarjajo sinergijske učinke. Njena glavna raziskovalna dejavnost je modeliranje sistemov, ki nastopajo v prometu. Osnovna področja vključujejo modeliranje mehanskih in anatomskih struktur za preučevanje odzivov sistemov na različne vrste vzbujanja. Pri nekaterih raziskavah so uporabljene preverjene metode (dinamika sistemov teles, metoda končnih elementov), skupina izboljšuje obstoječe raziskovalne metode in razvija nove (metoda ansambelsko empirične dekompozicije – EEMD, genetski algoritem za identifikacijo parametrov materialnega modela). Razviti materialni in mehanski modeli, ki so vključeni v komercialne programske pakete in se jih dopolnjuje, so uporabljeni za napovedovanje obnašanja ter iniciacije in rasti poškodbe kovinskih in nekovinskih materialov pri različnih monotonih in dinamičnih obremenitvah, kar omogoča modeliranje različnih vrst mehanskih in biomehanskih sistemov (vozila, prometne naprave, človeško telo). Za celovito pokrivanje problematike modeliranja prometnih sistemov skupina raziskuje in dopolnjuje tudi podatkovne povezave v bazah prometnih podatkov in razvija geoinformacijske sisteme, katerih cilj je določanje tveganja prometnih nezgod na posameznih delih cestnega omrežja. Rezultati večine raziskav, s katerimi se ukvarja skupina so neposredno uporabljeni v razvitih programskih orodjih, namenjenih rešitvam konkretnih problemov. Raziskovalne metode in oprema, ki jih ima skupina na voljo, omogočajo raziskave tudi na širšem področju. Tako člani skupine z biomehanskimi raziskavami sodelujejo pri razvoju naprav za merjenje obremenitev človeškega telesa pri vadbi, znanje s področja materialnih modelov in modeliranja odziva konstrukcij pa je uporabljeno pri razvoju proti eksplozijske zaščite in naprav za magnetno hlajenje. Na področju aktivne in pasivne varnosti vozil in cestne infrastrukture kot tudi na področju analiz obremenitev in poškodb udeležencev v prometnih nezgodah (model človeškega telesa) je skupina zasnovala in začela tudi nov študijski program 2. stopnje: »Sistemi prometne varnosti« (SPV), kjer prva generacija že končuje študij.
Pomen za razvoj znanosti
Programska skupina razvija znanja in metode za simulacijo in analizo tehničnih sistemov in jih aplicira na različnih področjih tehnike in medicine. Področja delovanja programske skupine se medsebojno dopolnjujejo in ustvarjajo sinergijske učinke. Zaradi koherentnih ciljev posameznih raziskovalnih področij ocenjujemo, da program prispeva k napredku temeljnih znanj s področja modeliranja, zahtevnih numeričnih simulacij, merilnih metod, materialov in medicine.
Na področju biomehanike program prispeva k poznavanju mehanskih lastnosti anatomskih struktur. Izvedba nateznih preskusov omogoča boljše razumevanje mehanizma poškodbe mehkih tkiv ter natančnejši vpogled v vpliv parametrov na mejo poškodbe, po kateri se tkivo več ne odziva funkcionalno. Odvisnost meje poškodbe od hitrosti deformacije in starosti darovalca vzorca bo za izbrane ligamente pridobljena eksperimentalno v fizioloških pogojih. Ocenjujemo, da bo možno razširiti specifične rešitve pri zapisu konstitutivnih modelov izbranih ligamentov tudi na druge anatomske strukture. Raziskava bo prispevala k napredku pri modeliranju mehkih tkiv. Z izvedbo serije trčnih preizkusov bo zagotovljen natančen vpogled v dinamični odziv udeleženca pri trku in boljše razumevanje mehanizma poškodb anatomskih struktur. Z analizo napetosti in deformacij tkiv, ki se pojavljajo v izbrani anatomski regiji, bo podana osnova za ugotavljanje kritičnih obremenitev ter razvoj novih poškodbenih kriterijev. Simulacija z razvitim parametriziranim modelom človeškega telesa lahko pokaže tudi vpliv sprememb v konstrukciji vozila, pogojih trka ali telesni konstituciji, na možnost nastanka in težo poškodb.
Pri numeričnem raziskovanju odziva vozila na eksplozijsko obremenitev je metoda SPH nova in bo v sled tega izjemno pomembno globlje raziskati njeno uporabnost pri analizi vpliva eksplozij na strukture. Izhodni podatki o odzivu eksplozijsko obremenjenega vozila lahko služijo kot vhodni podatki numerične analize vpliva eksplozij na obremenitve potnikov.
Z uporabo osnovnih raziskovalnih metod bo na več nivojih ugotovljena primernost uporabljenega pristopa k obravnavi tovrstnih primerov. Zaradi prisotnosti več metod in eksperimentalne verifikacije se bo mogoče opredeliti do rezultatov vsake izmed metod posebej kot tudi do rezultatov pridobljenih s kosimulacijo.
Z razvojem modelov in orodij za določanje verjetnosti nastanka prometnih nezgod bo preverjena uporabnost metod za odkrivanje vzorcev in povezav med podatki, ki jih zbirajo, hranijo in upravljajo različne ustanove. Poudarek bo predvsem na iskanju vzorcev v heterogenih zbirkah geometrijskih, številskih in slikovnih podatkov. Ker bo uporabljena kar največja množica javno dostopnih podatkov, bo možna tudi podrobnejša analiza primernosti različnih načinov hranjenja podatkov in odkrivanja vzorcev v njih. Pričakujemo, da bodo izsledki uporabni na podobnih podatkovnih zbirkah tako s področja prometne varnosti kot tudi drugod, kjer nastopajo podatki v podobni obliki.
Pomen za razvoj Slovenije
Prometne in delovne nezgode predstavljajo za družbo velike stroške, povezane z zdravstveno oskrbo, rehabilitacijo, invalidnostjo, odškodninskimi zahtevki in dolgotrajnimi sodnimi postopki. Prizadevanja za izboljšanje varnosti imajo tako neposredne družbeno-ekonomske učinke, še posebej v zaostrenih gospodarskih razmerah. Razvita orodja za določanje verjetnosti prometnih nezgod na posameznih točkah ali odsekih cestnega omrežja bodo na voljo različnim profilom končnih uporabnikov, od vseh udeležence v procesu zbiranja, priprave in analize podatkov s področja prometne varnosti do odločevalcev, ki sprejemajo ukrepe za izboljšanje stanja. Po ureditvi baze podatkov in vzpostavitvi mehanizmov iskanja vzorcev in povezav med njimi bo možno tudi nazornejše predstavljanje problematike širši javnosti. Zaradi interdisciplinarnosti raziskav in razvoja ter možnosti uporabe rezultatov v različnih ustanovah in na različnih političnih nivojih pričakujemo pozitiven vpliv na prometno varnost in večjo učinkovitost načrtovanja prometnih sistemov.
Slovenija tradicionalno izvoznik izdelkov avtomobilske industrije na nivojih od posameznih komponent do podsistemov in celotnih vozil. Ta naravnanost se nadaljuje tudi s širjenjem trga električnih vozil. Na tem področju izstopajo kolesni elektromotorji, katerih uporaba pomeni odsotnost izgub zaradi mehanske transmisije. Večina raziskovalnega dela na tem področju je dejavnost več malih in srednje velikih podjetjih (Elaphe, Oprema Ravne, GemMotors, Letrika, Hidria), ki sama še nimajo zadostnega potenciala za večji razvojni preboj. Številna podjetja in inštitucije so tudi potencialni uporabniki rezultatov analiz eksplozijskih obremenitev, ki lahko obravnavajo tako jeklene strukture (npr. vozila) kot tudi različne stavbe, za katere obstaja možnost izpostavljenosti eksplozivnim delovanjem razstreliva. Verificirani numerični model odziva na eksplozijske obremenitve zmanjša stroške razvoja, olajša optimizacijo izdelkov in skrajša čas, potreben za pridobitev varnostnih certifikatov za izdelek .
Na Fakulteti za strojništvo UL poteka interdisciplinarni program mag. študija Sistemi prometne varnosti (SPV), ki vključuje izbrane vsebine s področja biomehanike, sodne medicine, numeričnih simulacij, varnosti vozil ter prometne informatike in je povezan s predlaganim raziskovalnim programom. Program SPV prispeva k napredku in nadaljnjem dvigu kakovosti študija in je velikega pomena pri izobraževanju kadrov za potrebe razvojnih oddelkov v avtomobilski industriji ter različnih inštitucijah (načrtovanje in upravljanje ter varnost prometne infrastrukture).
Pri raziskavah in razvoju magnetokaloričnega hlajenja (MKH) skupina sodeluje pri razvoju naprav za raziskave MKH in magnetnih hladilnikov (MH – 1. in 2. generacija lab. MH v Sloveniji; v razvoju je 3. generacija MH). Podobno velja za razvoj isokinetične naprave za testiranje biomehanskih lastnosti človeških tkiv, kjer je v razvoju prototip 2. generacije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
2016,
zaključno poročilo
