Rozwijanie podstaw teoretycznych nauki należy do podstawowych obszarów działalności naszej Katedry. Część zagadnień naukowych analizowana jest jako samodzielne opracowania teoretyczne, natomiast inne są rozwijane przy okazji realizacji projektów ściśle związanych z praktycznymi zastosowaniami inżynierskimi oraz przemysłowymi. Poniżej można znaleźć więcej na temat konkretnych badań:
Metoda parametryzacji potencjałów EAM (Embedded Atom Method)
Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Kinga Nalepka
Modele atomowe umożliwiają opis licznych procesów zachodzących w materiałach, na przykład: transformacji strukturalnych, rozwoju dyslokacji etc. Międzyatomowe oddziaływania w metalach przeważnie opisywane są za pomocą potencjału, którego formuła może być wyrażona w formacie zaproponowanym w metodzie zagnieżdżonego atomu (EAM). Specyfikacja modelu EAM dla danego metalu wymaga odpowiedniego doboru parametrów. Proponowane podejście do znalezienia parametrów bazuje na pomyśle następującego założenia: wymagane jest, aby model EAM poprawnie odtwarzał elementarne procesy małych odkształceń powstające w wyniku spektralnej dekompozycji tensora sztywności. Opisana metoda została zastosowana do badań nad kryształem miedzi.
Badania warstw przejściowych elementów złożonych
Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Kinga Nalepka
Warstwy przejściowe metal/tlenek determinują pracę wielu urządzeń i elementów konstrukcyjnych, są stosowane np. w: pokryciach izolacyjnych turbin, urządzeniach mikroelektrycznych itd. Dlatego prowadzone są badania nad wytzymałością wiązań w strefie interfejsu elementów złożonych. Opracowano zmodyfikowaną procedurę obliczania energii metaliczno-tlenkowych interfejsów w ramach zmienno ładunkowego modelu (CTIP+EAM). Zgododnie z proponowanym podejściem lokalne ładunki i położenia atomów wyznaczane są tylko w pewnym wydzielonym obszarze interfejsu, co znacznie ułatwia obliczenia dzięki redukcji liczby zmiennych. Obecnie wykazano, że w zależności od relacji CTIP i EAM można zwiększyć poprawność obliczeń. Badania realizowane są dla wiązania miedź-korund.
Kryteria stanów granicznych materiałów
Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Ryszard Pęcherski, mgr inż. Paweł Szeptyński
W Katedrze rozwijane jest zagadnienie kryterium stanu granicznego materiałów anizotropowych wykazujących SDE. Materiały wykazujące efekt SDE to takie, które mają różne wartości graniczne naprężenia przy ściskaniu i rozciąganiu. Punktem wyjścia jest matematyczna teoria sprężystych stanów własnych oraz energetyczna interpretacja kryteriów stanów granicznych dla materiałów izotropowych (J. Rychlewski). Przedstawiono propozycję kryterium stanu granicznego wyprowadzoną z energetycznych hipotez wytężenia materiału Burzyńskiego i Rychlewskiego, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień płaskich. Podano ogólną postać kryterium dla wybranych płaskich symetrii sprężystych.
Kryteria projektowe elementów nośnych w górnictwie i hutnictwie
Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Stanisław Wolny, dr inż. Filip Matachowski
Współczesne wymagania nośności, bezpieczeństwa, jak i ekonomii produkcji, domagają się nowoczesnych kryteriów projektowych dla urządzeń i konstrukcji, uwzględniających te potrzeby. Zagadnienia te są rozwijane w ramach prac nad konkretnymi projektami we współpracy z przemysłem. Więcej informacji znajduje się w dziale Współpraca.
Modele przewidywania wzrostu pęknięć zmęczeniowych
Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Andrzej Skorupa, prof. dr hab. inż. Małgorzata Skorupa, dr hab. inż. Tomasz Machniewicz, dr inż. Adam Korbel
W Katedrze prowadzone były teoretyczno-eksperymentalne prace z zakresu prognozowania rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych. W oparciu o wyniki doświadczalne opracowano własną koncepcję modelu pasmowego płynięcia do przewidywania prędkości rozwoju pęknięć. Rozważono obciążenia zmienno i stało amplitudowe oraz różne gatunki materiału (stale, aluminiowe stopy lotnicze). W rezultacie, po pozytywnej weryfikacji zgodności przewidywań modelu z eksperymentem, możliwe jest za pomocą opracowanego modelu prognozowanie trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcji i określenie procedur kontroli stanu tych elementów.
Prace stały się podstawą do napisania monografii: "Prognozowanie rozwoju pęknięć zmęczeniowych w wybranych metalach" (aut.: T. Machniewicz).
Zmęczenie w połączeniach nitowych w konstrukcjach lotniczych
Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Andrzej Skorupa, prof. dr hab. inż. Małgorzata Skorupa, dr hab. inż. Tomasz Machniewicz, dr inż. Adam Korbel
Własności zmęczeniowe połączeń nitowych i nitów wykazują dużą zależność od parametrów związanych z ich geometrią oraz technologią wykonania. Zanalizowano wpływ bardzo wielu czynników, ze szczególnym uwzględnieniem wielkością siły, z jaką nity zostały zakute, znaczenia siły tarcia między blachami, wpływu wtórnego zginania. Oprócz rozwiązań znanych z literatury zaproponowano dwie nowe techniki optyczne stosowane do badań połączeń nitowych w warunkach odpowiadających rzeczywistej pracy konstrukcji.
Jako synteza prac nad zmęczeniem, w szczególności połączeń nitowych, powstała monografia "Riveted lap joint in aircraft fuselage. Design, analysis and properties." (aut.: A. Skorupa i M. Skorupa).
