W IPPT PAN przygotowujemy się do rozpoczęcia projektu badawczego HORIZON-MSCA-2021-SE-01. Tytuł projektu: „DIAGONAL” - Ductility and Fracture Toughness analysis of functionally graded materials (tłum. Ciągliwość i odporność na pękanie funkcjonalnych materiałów gradientowych).
W projekcie DIAGONAL dążymy do zbudowania międzynarodowej i interdyscyplinarnej sieci badawczej w celu rozwikłania problemu określanego jednym z ważnych wyzwań Mechaniki Ośrodków Ciągłych, Materiałoznawstwa, Inżynierii Lotniczej i Inżynierii Lądowej, a mianowicie podejmujemy się analizy, optymalizacji i projektowania nowych funkcjonalnych materiałów gradientowych (ang. functionally graded materials – FGM) o niespotykanych dotąd kombinacjach właściwości mechanicznych i funkcji, takich jak sztywność, wytrzymałość, ciągliwość, odporność na pękanie i formowalność przy zachowaniu ich minimalnego ciężaru i kosztu. Proponowane przez nas rozwiązanie tego szerokiego zadania badawczego ma polegać na dostosowaniu lokalnych właściwości stosowanych materiałów do określonych wymagań, poprzez umieszczenie w odpowiednich regionach projektowanych elementów zoptymalizowanych składów poszczególnych faz oraz ich mikro-architektury, prowadzące do powstania konstrukcyjnego makro-materiału niejednorodnego wysokiej klasy. Elementy wykonane z FGM będą wytwarzane techniką druku 3D a odpowiednie składy materiałowe i ich przestrzenne rozplanowanie w elementach projektowane przy wykorzystaniu zaproponowanych modeli matematycznych i opartych o nie analiz numerycznych.
Ogólny cel badań naukowych sprecyzowano jako identyfikację i modelowanie zachowania mechanicznego i mechaniki pękania inżynierskich materiałów typu FGM. W ramach tego ogólnego celu zidentyfikowaliśmy 5 konkretnych problemów kanonicznych, które należy rozumieć jako powiązane ze sobą części całości, w szczególności:
1. Dostosowanie makroskopowych właściwości mechanicznych wieloskładnikowych materiałów typu FGM mające na celu opóźnienie zniszczenia ciągliwego spowodowanego niestabilnością,
2. Wirtualne projektowanie gradientowych mikrostruktur materiałów typu FGM w celu zapobiegania pękaniu ciągliwemu wywołanemu przez wzrost pustek,
3. Projektowanie ścieżki pęknięcia w FGM w celu zwiększenia efektywnej odporności na pękanie,
4. Wykorzystanie powłok typu FGM w celu uniknięcia pęknięć wywołanych kontaktem w zastosowaniach trybologicznych
5. Opracowanie metod numerycznych do optymalizacji konstrukcji odpornej na uszkodzenia materiału typu FGM
Sieć jest międzynarodowym konsorcjum złożonym z 10 organizacji badawczych, w tym
- 4 europejskich beneficjentów (Uniwersytet Carlosa III, Madryt, Hiszpania (Lider projektu); Uniwersytet z Sewilli, Hiszpania; Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa, Polska; Scuola IMT, Lucca, Włochy)
oraz 6 partnerów stowarzyszonych z trzech innych kontynentów:
- 4 z USA (Uniwersytet Florydy, Northwestern, Texas A&M i Uniwersytet Minnesota)
- 1 z Australii (Uniwersytet Monash)
- 1 z Brazylii (Uniwersytet Federalny Santa Maria).
W tym względzie IPPT PAN wzmocni swoją współpracę przede wszystkim z Uniwersytetem Texas A&M. Instytut planowany jest również jako miejsce warsztatów i innych spotkań uczestników projektu. W ramach części naukowej projektu IPPT PAN kieruje jednym z dwóch pakietów zadań badawczych poświęconemu analizie plastyczności i ciągliwości materiałów FGM, w szczególności zaś projektowaniu, w oparciu o rozwijanie modeli, analizy numeryczne i charakteryzację doświadczalną próbek modelowych, gradientowych mikrostruktur FGM w celu zapobiegania ciągliwemu pękaniu wywołanemu przez wzrost pustek. Jego przedstawiciel jest również członkiem Rady Nadzorczej projektu.
Uczestnicy sieci, mający już pewne doświadczenie w tematyce projektu, będą wymieniać się doświadczeniami i dzielić umiejętnościami i wiedzą w celu zrozumienia i zoptymalizowania odpowiedzi mechanicznej analizowanych funkcjonalnych materiałów gradientowych (FGM) pod względem ich ciągliwości i wytrzymałości na kruche pękanie. Przełom osiągnięty w tej dziedzinie pozwoli materiałom FGM wytwarzanym metodą druku 3D zastąpić kompozyty o wyraźnych (dyskretnych) granicach pomiędzy tworzącymi je komponentami (fazami), które są obecnie powszechnie stosowane w krytycznych elementach infrastruktury cywilnej, przemyśle lotniczym, kosmicznym, bezpieczeństwa i transportowym. Są to zatem wszystkie sektory o kluczowym znaczeniu dla europejskiej gospodarki i społeczeństwa, jak określono w programie „Horyzont Europa”. Uczestnicy projekty będą mieli też kontakt z nowymi środowiskami badawczymi, co pozwoli im rozwinąć nowe umiejętności, przyczyniając się w ten sposób do zwiększenia szans na zatrudnienie i wspierając tym samym w Europie badania wysokiej klasy.
Kierownikiem projektu DIAGNONAL w IPPT PAN jest dr hab. inż. Katarzyna Kowalczyk-Gajewska, prof. IPPT PAN z Zakładu Mechaniki Materiałów.
 |
Na zdjęciu, od lewej: Dr Ankit Srivastava (Texas A&M), Prof. Jose A. Rodriguez-Martinez (Uniwersytet Carlosa III, Madryt), Prof. Katarzyna Kowalczyk-Gajewska (kierownik projektu w IPPT PAN), Prof. Guadalupe Vadillo (lider projektu, Uniwersytet Carlosa III) |
