Kamil Bieniek, doktorant z Zakładu Mechaniki Materiałów IPPT PAN, został laureatem IV polskiej edycji francuskiego konkursu: „Mój doktorat w 180 sekund”, i zakwalifikował się do finałów dla Europy Środkowej!
Kamil Bieniek jest absolwentem budownictwa na Politechnice Krakowskiej. Zarówno studia inżynierskie jak i magisterskie ukończył z wyróżnieniem. W roku 2019 rozpoczął kształcenie doktorskie w Szkole Doktorskiej IPPT PAN, pod opieką dr hab. Katarzyny Kowalczyk-Gajewskiej, prof. IPPT PAN. Obecnie jest studentem trzeciego roku. Doktorant jest bardzo uzdolniony lingwistycznie. Posługuje się biegle językiem angielskim i francuskim, oraz w różnym stopniu także szwedzkim, niemieckim i czeskim. Chętnie uczy się kolejnych języków. Jak sam twierdzi, ta umiejętność często otwierała mu wiele możliwości i szans, czego przykładem jest przytoczony konkurs. W swoim życiorysie ma również pracę nauczyciela akademickiego na swojej macierzystej uczelni, gdzie uczył podstaw Metody Elementów Skończonych i korzystania z programów dla inżynierów, co ułatwiło mu zdobycie doświadczenia dydaktycznego oraz umiejętności przekazywania wiedzy w sposób możliwie zrozumiały dla odbiorcy. Obecnie przygotowuje pracę doktorską z zakresu inżynierii mechanicznej, a jej celem jest rozwinięcie efektywnych procedur mających za zadanie znajdowanie optymalnej mikrostruktury pod względem możliwych zastosowań materiałów kompozytowych.
Praca zakłada wykorzystanie do tego celu modelu Klaster. Jest to mikromechaniczny model analityczny służący do opisu materiałów niejednorodnych składających się z osnowy zawierającej sferyczne wtrącenia. W porównaniu do klasycznych modeli mikromechanicznych, model Klaster pozwala również uwzględnić m.in. efekty rozmiaru oraz przestrzennego rozmieszczenia wtrąceń wewnątrz próbki. Przestrzenne rozmieszczenie wtrąceń (regularne lub losowe) jest zadawane za pomocą reprezentatywnych komórek jednostkowych, które wraz z parametrami materiałowymi faz są danymi wejściowymi do modelu. Rezultatem są makroskopowe zhomogenizowane właściwości materiału kompozytowego, takie jak np.: moduły sztywności sprężystej, przewodność cieplna, współczynnik rozszerzalności termicznej lub granica plastyczności.
W celu weryfikacji modelu Klaster wykorzystywana jest homogenizacja numeryczna za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES). Dla analogicznych komórek jednostkowych przeprowadzane są symulacje, których wynikiem - podobnie jak w przypadku modelu analitycznego - są właściwości makroskopowe dla kompozytu. Porównanie obu wyników pozwala na określenie dokładności i zakresu stosowalności modelu Klaster. W przyszłości planowane jest także porównanie wyników teoretycznych z testami na fizycznych próbkach z użyciem metod druku 3D.
Należy zaznaczyć, że podejście numeryczne jest mniej efektywne obliczeniowo i bardziej czasochłonne, co jest powodem rozwijania modeli analitycznych i metod optymalizacji na nich opartych. Wykorzystanie szybkich analitycznych narzędzi obliczeniowych pozwala na przetestowanie wielu scenariuszy (np. modyfikując parametry faz, rozkład przestrzenny inkluzji lub ich udział objętościowy) i znalezienie optymalnych rozwiązań w zależności od przewidywanych zastosowań materiału kompozytowego.
Warunkiem udziału w konkursie „Mój doktorat w 180 sekund” było przedstawienie szerokiej publiczności tematu badań, w języku francuskim i w prostych słowach. Każdy uczestnik musiał to zrobić w ciągu trzech minut. Tegoroczny konkurs odbył się on-line.
 |
 |
Nasz laureat, podczas prezentacji konkursowej, która musiała mieć charakter popularnonaukowy, w taki sposób opowiedział o swoim doktoracie w tłumaczeniu na język polski:
….„Świat jest skomplikowany! Nawet jeśli na co dzień tego nie dostrzegamy, to kiedy próbujemy opisać, jak wszystko działa, natrafiamy na duży stopień złożoności. W mojej dziedzinie - mechanice materiałów - naukowcy oraz inżynierowie każdego dnia w swojej pracy próbują przetłumaczyć tę skomplikowaną rzeczywistość na możliwie prosty język.
Kiedy chcemy coś skonstruować - czy to budynek, czy mechanizm - musimy znać parametry materiału, który chcemy użyć. Jeśli jest to materiał jednorodny, jak np. stal - nie jest to jakiś duży problem, gdyż takie materiały znamy dobrze od dziesiątek lat. Jeśli jednak jest to kompozyt - cóż, to już inna sprawa.
W ramach mojego doktoratu zajmuję się kompozytami składającymi się z osnowy wzmocnionej rozproszonymi sferycznymi wtrąceniami. Aby przewidzieć zachowanie takiego materiału, posiłkuję się modelem "Klaster". Jest to model analityczny, zaproponowany przez dwóch francuskich naukowców z Uniwersytetu w Metz: Alaina Molinariego oraz Moustaphy El Moudena. Model ten bierze pod uwagę m.in interakcje między poszczególnymi wtrąceniami i poprzez homogenizację pozwala nam opisać zachowanie całego kompozytu na poziomie globalnym. W mojej pracy staram się opisać jego matematyczne zachowanie wraz z metodami optymalizacji.
Ale takie modele - co one właściwie nam dają? Dzisiaj mając coraz to potężniejsze komputery, jesteśmy w stanie tworzyć bardzo szczegółowe i wiarygodne symulacje numeryczne. Niestety nie ma nic za darmo - to wszystko zajmuje czas. Jedna taka symulacja potrafi trwać nawet kilka dni! Dla inżyniera w jego codziennej pracy jest to niestety zbyt długo.
Jednak jeśli mielibyśmy do dyspozycji modele, które są efektywne, szybkie i zarazem wiarygodne, moglibyśmy uzyskać duże oszczędności. Wyobraźmy sobie ścianę wykonaną z kompozytu - potrzeba nam materiału, który będzie trwały i solidny, a z drugiej strony musi on być także dobrym izolatorem termicznym. Mogąc korzystać z szybkich narzędzi obliczeniowych możemy przetestować wiele kombinacji i modyfikując parametry osnowy, parametry wtrąceń, ich rozkład przestrzenny lub ich udział objętościowy jesteśmy w stanie uzyskać na końcu wynik najbardziej dla nas optymalny.
I właśnie to poszukiwanie optimum jest motorem napędowym dalszych badań. Osobiście jestem przekonany, że potrzebujemy prostych i efektywnych modeli obliczeniowych - po to, by móc opisać rzeczywistość uwzględniając pełną jej złożoność.
Dziękuję za uwagę.…"
_____
Organizatorem polskiej edycji konkursu „Mój doktorat w 180 sekund” był Instytut Francuski w Polsce, we współpracy z Ośrodkiem Kultury Francuskiej i Stowarzyszeniem Polskich Romanistów „Plejada”. Wyniki polskiej edycji ogłoszono online, Można obejrzeć prezentację YouTube: www
Czwartą edycję konkursu « Mój doktorat w 180 sekund » dla regionu Europy Środkowej zorganizują Instytut Francuski w Austrii i Wydział Romanistyki Uniwersytetu Wiedeńskiego, wraz z Uniwersytecką Agencją ds. Frankofonii (AUF) oraz Instytutami Francuskimi w Polsce, Austrii, Węgrzech i Czechach.
Finał konkursu Europy Środkowej odbędzie się w Wiedniu w czerwcu 2022 roku.Więcej informacji: www
