| |
Działalność badawcza
Tematyka badań
Główną domeną naukowej działalności Zakładu jest rozwijanie nowoczesnych metod obliczeniowych (komputerowych, informatycznych) oraz stosowanie ich do analizy (syntezy) różnorodnych problemów związanych z szeroko pojętą mechaniką i techniką. Prace te głównie dotyczą dyskretnych metod numerycznych, takich jak MES, MEB, MRS, a także wybranych metod sztucznej inteligencji. Typowe tematy prac badawczych prowadzonych przez Zakład obejmują m.in.:
- Rozwijanie bezsiatkowych metod analizy dyskretnej, a w szczególności uogólnionej metody różnic skończonych przy dowolnych nieregularnych siatkach węzłów. Składają się na to m.in.: generacja ciągu siatek dobranych w sposób adaptacyjny; budowa lokalnej aproksymacji metodą kroczących ważonych najmniejszych kwadratów; generacja operatorów i równań różnicowych dla problemów brzegowych w sformułowaniu mocnym lub słabym.
- Opracowanie bezsiatkowej MRS opartej na schematach różnicowych wyższych rzędów.
- Analizę dużych układów równań różnicowych prowadzona oryginalnymi metodami adaptacyjnymi typu multigrid.
- Analizę problemów brzegowych łącznie metodami elementów i różnic skończonych.
- Analiza błędu rozwiązania numerycznego. Opracowanie oryginalnych metod typu residualnego, interpolacyjnego oraz postprocessingu.
- Opracowanie kolejnych wersji hybrydowych, teoretyczno-doświadczalnych metod aproksymacji wykorzystujących równocześnie prawa fizyki właściwe rozpatrywanym problemom oraz dostępne dane doświadczalne różnych typów, traktowane w sposób jednolity, biorąc przy tym pod uwagę wiarygodność tych praw i danych. Zastosowanie tych metod do rekonstrukcji pól skalarnych, wektorowych lub tensorowych.
- Rekonstrukcja naprężeń resztkowych prowadzona metodami aproksymacji fizycznie uzasadnionej, zastosowanej do danych pomiarowych uzyskanych metodami neutronografii, moire lub tensometrii.
- Rozwijanie teoretyczno-numerycznych metod oszacowania naprężeń resztkowych w ciałach sprężysto-plastycznych poddanych obciążeniom cyklicznie zmiennym.
- Zastosowanie powyższych metod do analizy naprężeń resztkowych w szynach kolejowych i kołach pojazdów szynowych.
- Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych oraz rozwiązań teoretyczno-numerycznych do analizy naprężeń resztkowych w szynach kolejowych.
- Rozwijanie adaptacyjnej metody elementów skończonych do analizy zagadnień fizycznie nieliniowych modelowanych rozmaitymi równaniami konstytutywnymi. Adaptacja w czasie i przestrzeni jest oparta na kilku estymatorach błędu.
- Rozwijanie oryginalnej metody optymalizacji w zagadnieniach nieliniowych, efektywnej w zadaniach o dużej liczbie zmiennych decyzyjnych.
Perspektywy dalszych prac
Perspektywy dalszych prac obejmują przede wszystkim najważniejsze dotychczasowe kierunki badań i aplikacji:
- rozwijanie metod bezsiatkowych;
- rozwijanie fizycznie uzasadnionej aproksymacji danych pomiarowych i numerycznych;
- analizę błędów wyników pomiarów i obliczeń a'posteriori;
- analizę naprężeń resztkowych w szynach kolejowych i kołach pojazdów szynowych;
oraz dalsze:
- rozwijanie metod sztucznej inteligencji w zastosowaniu do zagadnień mechaniki;
- analizę mechanizmów pękania i zniszczenia zmęczeniowego oraz zużycia szyn kolejowych oraz określenie wynikających stąd okresów ich bezpiecznej eksploatacji.
Priorytety badawcze
Prace prowadzone przez Zakład koncentrują się przede wszystkim na:
- rozwijaniu bezsiatkowej metody różnic skończonych (BMRS - koncepcje, algorytmy, programy, zastosowania). Prace te rozpoczęto jeszcze w latach 70-tych. BMRS należy do grupy tzw. metod bezsiatkowych, obecnie bardzo dynamicznie rozwijanych na całym świecie, jako alternatywę dla MES;
- rozwijaniu hybrydowych teoretyczno-eksperymentalno-numerycznych metod tzw. fizycznie uzasadnionej aproksymacji rozmaitych danych doświadczalnych (lub danych pochodzących z obliczeń). Metody te wykorzystują równocześnie wszystkie posiadane informacje (eksperymentalne, teoretyczne i heurystyczne) o danym problemie, w stopniu odpowiadającym wiarygodności tych informacji. Znajdują one szerokie zastosowanie m.in. w analizie naprężeń w ciałach badanych eksperymentalnie, jak też mogą służyć do wygładzania bezpośrednich rezultatów analizy numerycznej
- rozwijaniu i stosowaniu metod analizy obliczeń i pomiarów (zwłaszcza błędów a'posteriori) oraz podejścia adaptacyjnego do dyskretyzacji metodami elementów i (bezsiatkową) różnic skończonych;
- aplikacji tych metod do analizy naprężeń i odkształceń resztkowych w szynach kolejowych i kołach pojazdów szynowych.
Działania związane z prowadzeniem badań w ostatnich 5 latach
W związku z prowadzonymi badaniami członkowie Zakładu uczestniczą w różnorodnych działaniach wymienionych poniżej.
- Konferencje naukowe
- 19 konferencji o zasięgu międzynarodowym, 76 referatów,
- 3 konferencje o zasięgu krajowym, 5 referatów;
- Publikacje
- 1 monografia, 1 skrypt,
- 48 artykułów w czasopismach i materiałach konferencji o zasięgu międzynarodowym,
- 3 artykuły w czasopismach o zasięgu krajowym;
- Granty
- 5 grantów USA,
- 3 granty KBN;
- Stowarzyszenia
- Komitet Mechaniki - 1 członek
- Komitet Mechaniki:
- Sekcja Metod Komputerowych Mechaniki Komitetu Mechaniki PAN (Przewodniczący, sekretarz naukowy i dwóch członków)
- Sekcja Metod Eksperymentalnych w Mechanice - 1 członek
- Sekcja Mechaniki Ośrodka Ciągłego - 1 członek
- Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej
- - Sekcja Mechaniki Konstrukcji - 1 członek
- International Association for Computational Mechanics - Council Member
- Center European Association for Computational Mechanics
- Society for Experimental Mechanics - członek
- Polskie Towarzystwo Metod Komputerowych w Mechanice - 4 osoby w tym 1 członek Zarządu
- "Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences",
Inst. of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, PWN Polish Scientific Publishers
- "International Journal of Computational Methods (IJCM)"
- Konferencje i seminaria naukowe
- Współorganizowanie czołowych międzynarodowych konferencji naukowych z zakresu mechaniki komputerowej, zagranicznych: WCCM V (2000), ECCM II (2001), MIT II (2003), WCCM VI (2004) i krajowych MKM (99, 03)
- Prowadzenie (co tydzień) stałych seminariów naukowych z zakresu metod komputerowych oraz metod informatycznej analizy szyn kolejowych i kół pojazdów szynowych.
Osiągnięcia w ostatnich 5 latach
- Nagroda MEN zespołowa za monografię: Handbook of Computational Solid Mechanics .
- Nagroda Rektora - zespołowa II stopnia za osiągnięcia w dydaktyce (skrypt)
- Współpraca z ośrodkami badawczymi w kraju i zagranicą
Przedstawiona wyżej tematyka badawcza jest tematyką współpracy naukowej i wdrożeniowej w przemyśle z instytutem naukowo- wdrożeniowym Volpe National Transportation Center System, Departamentu Transportu USA. Jest ona prowadzona od kilkunastu lat. Polega ona na realizacji przez pracowników Zakładu prac badawczych zleconych przez stronę amerykańską. Tematy tych prac zawarte są w grancie pt. Development of Advanced Methods for Theoretical Prediction of Shakedown Stress States and Physically based Enhancement of Experimental Data. Kierownikiem grantu jest prof. dr hab. inż. Janusz Orkisz. Prace te są od 9 lat kontynuowane na podstawie corocznych przedłużeń współpracy.
Ponadto w ramach współpracy z Uniwersytetem Teksańskim w Austin USA rozwijane jest łączne zastosowanie elementów skończonych i nieskończonych do rozwiązywania równań Maxwella w obszarach nieograniczonych w celu modelowania propagacji fal elektromagnetycznych.
Współpraca z instytucjami krajowymi: IPPT Warszawa, Politechnika Śląska Gliwice, Politechnika Poznańska, Politechnika Rzeszowska, Politechnika Warszawska, WAT Warszawa.
Oferta współpracy:
- efektywna analiza problemów brzegowych oraz początkowo-brzegowymi nowoczesnymi metodami obliczeniowymi,
- opracowanie wyników badań eksperymentalnych z uwzględnieniem przesłanek teoretycznych (praw fizyki) związanych z wykonanym pomiarem,
- teoretyczne oszacowanie naprężeń resztkowych konstrukcjach metalowych poddanych obciążeniom cyklicznie zmiennym,
- szkolenie nt. teoretycznych podstaw metod obliczeniowych (elementów, różnic skończonych, elementów brzegowych) z uwzględnieniem oszacowania błędu wyników obliczeń numerycznych.
|
