Kierownik: prof. H. Petryk, czł. koresp. PAN Struktura: Pracownia Mechaniki Niesprężystych Kierownik: prof. H. Petryk Pracownia Plastyczności Stosowanej Kierownik: prof. R. Pęcherski Pracownia Warstwy Wierzchniej Kierownik: dr hab. S. Kucharski, prof. IPPT Zespół Zaawansowanych Kompozytowych Kierownik: dr hab. M. Basista, prof. IPPT Laboratorium Termoplastyczności Kierownik: dr M. Maj Tematyka: Zakład prowadzi kompleksowe badania nowoczesnych materiałów, z naciskiem na : badania doświadczalne w skalach od makro do nano modelowanie mikromechaniczne i wieloskalowe Pracownicy: 3 prof. 5 dr hab. 9 dr 6 mgr 4 tech.
Zespół Zaawansowanych Kompozytowych Wytwarzanie i modelowanie kompozytów ceramiczno-metalowych Cel: Opracowanie technologii wytwarzania kompozytów MMC. Modelowanie i pomiary naprężeń resztkowych, właściwości efektywnych, parametrów zniszczenia. Metody: Metalurgia proszków; dyfrakcja rentgenowska i neutronowa; metody mechaniczne i nieniszczące. Modelowanie MES z wykorzystaniem obrazów µ-ct. Wyniki: Wytworzono kompozyty Cr/Re/Al 2 O 3, NiAl/Al 2 O 3, Ag/C (grafen). Zmierzono i wyznaczono numerycznie: naprężenia resztkowe w MMC, moduły Younga (4 metody eksperymentalne), odporność kompozytów na pękanie. Perspektywy: rozszerzenie na NiAl/Re, zastosowanie do łopatek turbin lotniczych. Nowa aparatura - piec rurowy - mikroskop opt. - szlifierko-polerka Mikrostruktura i zniszczenie kompozytu Cr/Re/Al 2 O 3, Naprężenia resztkowe: µ-ct FEM vs. dyfrakcja neutronów Węglewski W, Bochenek K, Basista M, Schubert Th, Jehring U, Litniewski J, Mackiewicz S, Comput. Mater. Sci., 2013 (30 pkt) Nosewicz S, Rojek J, Pietrzak K, Chmielewski M, Powder Technology, 2013 (35 pkt) Węglewski W, Basista M, Manescu A, Chmielewski M, Pietrzak K, Schubert Th, Composites Part B (45 pkt, w recenzjach)
Pracownia Mechaniki Niesprężystych Zespół Zaawansowanych Kompozytowych Mikromechanika materiałów niejednorodnych Cel: opracowanie metod przewidywania termomechanicznych właściwości materiałów niejednorodnych oraz rozwoju mikrostruktury Metoda: modelowanie analityczne, analiza wieloskalowa, MES, eksperymentalna weryfikacja modeli, m.in. na materiałach kompozytowych wytwarzanych w ZeZMK Wyniki: modele ewolucji mikrostruktury w polikryształach w procesach SPD, oszacowania i optymalizacja termomechanicznych właściwości kompozytów Perspektywy: opis efektów skali, zastosowania do projektowania i optymalizacji właściwości nowych materiałów (m.in. kompozytów z grafenem) A B B Micro-CT scan [MPa] MES A rozwój tekstury w procesie KoBo (model mikromech [1]) modele MES [2,3] 1] Kowalczyk-Gajewska K, Stupkiewicz S, Arch. Metal. Mater., 2013 (20 pkt) 2] Węglewski W, Bochenek K, Basista M, et al., Comp. Mat. Sci., 2013 (30 pkt) 3] Chmielewski M., Węglewski W., Bull. Pol. Acad. Sci.-Tech. Sci., 2013 (25 pkt) 4] Kursa M., Kowalczyk-Gajewska K., Petryk H., Composites Part B, 2014 (45pkt) Porównanie mierzonych i obliczonych wartości modułu Younga kompozytu Al 2 O 3-25%Cr-(0,2,5)%Re [3] Optymalizacja właściwości kompozytu [4] Porównanie
Pracownia Mechaniki Niesprężystych Laboratorium Termoplastyczności Niestateczność materiałów i ewolucja mikrostruktur Cel: rozwój teorii i opis ewolucji mikrostruktur w plastycznych kryształach metali Metody: przyrostowa minimalizacja energii, mikroskopia skaningowa + EBSD Wyniki: nowe kryterium energetyczne powstawania struktury pasmowej w plastycznych kryształach metali [1], korelacja z obserwacjami doświadczalnymi [1,2] Perspektywy: rozszerzenie badań o efekty skali i migrację granic, poznanie mechanizmów i warunków termodynamicznych rozdrabniania mikrostruktury Postać niestabilności plastycznej deformacji kryształu Wynik obliczeń dla prostego ścinania Wynik obliczeń dla rozciągania [110] Wynik doświadczalny [2] EBSD po rozciąganiu [1] Petryk H, Kursa M, J. Mech. Phys. Solids, 2013 (40 pkt) [2] Oliferuk W, Maj M, Zembrzycki K, Exp. Mechanics, 2014 (35 pkt) Metoda obliczeń: przyrostowa minimalizacja energii (1) (2) ηδ2w + (1 η) Δ2w min z ograniczeniami
Pracownia Mechaniki Niesprężystych Efektywne algorytmy obliczeniowe w mechanice materiałów Cel: Implementacja zaawansowanych modeli materiałów (SMA, plastyczność) Metody: Automatyczne różniczkowanie (AD), obliczenia symboliczne, metoda elementów skończonych (MES), przyrostowa minimalizacja energii Wyniki: Model pseudosprężystości w stopach z pamięcią kształtu (SMA) [1], efektywne algorytmy dla dużych odkształceń plastycznych [2,3] Perspektywy: Plastyczność w skali nano, efekty gradientowe, nowe modele mikromechaniczne, modelowanie wieloskalowe (FE 2 ) funkcja dyssypacji mnożnik Lagrange a Przyrostowa minimalizacja energii z ograniczeniami nierównościowymi, metoda ALM [1] Model SMA: implementacja MES, skończone deformacje, kontakt, symulacja pracy stentu [1] η Rozkład ciśnienia w proszku ceramicznym poddanym dużym deformacjom niesprężystym [3] [1] Stupkiewicz S, Petryk H, Int. J. Num. Meth. Eng., 2013 (40 pkt) [2] Korelc J, Stupkiewicz S, Int. J. Num. Meth. Eng., 2014 (40 pkt) [3] Stupkiewicz S, Piccolroaz A, Bigoni D, J. Eur. Cer. Soc., 2014 (50 pkt)
Pracownia Mechaniki Niesprężystych Pracownia Warstwy Wierzchniej Modelowanie zagadnień kontaktu i zużycia powierzchni Cel: Modelowanie i badania eksperymentalne zjawisk kontaktowych Metoda: Podejście mikromechaniczne, metoda elementów skończonych (MES) Wyniki: Efektywne metody symulacji zużycia [1,2], nowe sformułowanie modelu kawitacji [3], kontakt powierzchni chropowatych: model i weryfikacja doświadcz. [4] Perspektywy: Modelowanie wieloskalowe, modelowanie smarowania elasto-hydrodynamicznego w skali mikro, rozbudowa stanowisk doświadczalnych Symulacja zużycia: skończone deformacje i zmiany kształtu [2] Ewolucja ciśnienia wskutek zużycia [2] [1] J Lengiewicz, S Stupkiewicz, Wear, 2013 (35 pkt) [2] S Stupkiewicz, Comp. Meth. Appl. Mech. Eng., 2013 (45 pkt) [3] J Lengiewicz, M. Wichrowski, S Stupkiewicz, Trib. Int., 2014 (35 pkt) [4] S Kucharski, G Starzyński, Wear, 2014 (35 pkt) Modelowanie smarowania (soft-ehl, skończone deformacje): grubość warstwy smaru [3] Sprężysto-plastyczne odziaływanie nierówności: porównanie modelu z eksperymentem [4]
Pracownia Warstwy Wierzchniej Właściwości mechaniczne warstw i mikrogeometria powierzchni Cel: badanie właściwości materiałów anizotropowych i cienkich warstw Metoda: mikro- i nano-indentacja, mikroskop sił atomowych, profilometr skaningowy, porównanie z obliczeniami MES Wyniki: ocena wpływu implantacji jonów na właściwości SMA [1], weryfikacja modeli plastyczności kryształów w testach mikro- i nano-indentacji [2] Perspektywy: opracowanie metod identyfikacji parametrów modeli plastyczności kryształów metodą indentacji, uwzględnienie efektu skali μm Odciski kuli w monokrysztale miedzi z y x µm 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5-3 -3.5-4 μ m z y Eksperyment [2] xwynik obliczeń MES [2] Test nanoindentacji [1] : efekt implantacji jonowej w [1] Levintant-Zayonts N. et al., Russian Chemical Reviews, 2013 (30 pkt) materiale z pamięcią kształtu [2] Kucharski S, Stupkiewicz S, Petryk H, Experimental Mechanics, 2014 (35 pkt) µm 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5-2 -2.5-3 -3.5-4 P[mN] 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 impl. dose 2E18 nonimplanted nonimplanted impl. dose 5E17 0 20 40 60 80 h[nm]
Pracownia Plastyczności Stosowanej Termomechanika materiałów wielofunkcyjnych: eksperyment modelowanie symulacje procesów weryfikacja Cel: nowe modele konstytutywne materiałów metalicznych oraz pianek Metoda: teoria stanów granicznych dla ciał anizotropowych z efektem różnicy wytrzymałości, badania doświadczalne: INSTRON, tomografia Wyniki: sformułowanie stowarzyszonego prawa płynięcia dla materiałów o różnej anizotropii, podanie równania ewolucji uszkodzeń dla pianek ceramicznych Perspektywy: zastosowania do procesów tłoczenia blach i infiltracji, opis pasm ścinania oraz ewolucji anizotropowej powierzchni plastyczności Próba ściskania próbek z pianki korundowej Przykładowe wyniki doświadczalne Model pianki 90% porowatości Symulacje numeryczne vs eksperyment [1] [1] Nowak M, Nowak Z, Pęcherski RB, Potoczek M, Śliwa R, Arch. Metal. Mater., 2013 (20 pkt) [2] Ostrowska-Maciejewska J, Szeptyński P, Pęcherski RB, Arch. Metal. Mater., 2013 (20 pkt) Model teoretyczny oparty na udziałach gęstości energii stanów własnych [2] :
Tematyka badawcza ZMM Podsumowanie ZMM prowadzi kompleksowe badania teoretyczne, numeryczne i doświadczalne nowoczesnych materiałów, takich jak : Materiały wielofunkcyjne i wieloskładnikowe (stopy z pamięcią kształtu (SMA), kompozyty ceramiczno-metalowe (MMC), intermetaliki, pianki,...) Materiały metaliczne o silnie rozdrobnionej strukturze (metale nanokrystaliczne (+UFG), po intensywnych deformacjach plastycznych (SPD), kompozyty z udziałem nanocząstek,...) Cienkie warstwy i pokrycia o specjalnych właściwościach (powierzchnie implantowane jonowo, warstwy wierzchnie po deformacjach plastycznych, diagnostyka cienkich warstw,...) ze szczególnym naciskiem na : Modelowanie mikromechaniczne i wieloskalowe Badania doświadczalne w skalach od makro do nano