Osnovni podatki:

Naslov v izvirniku: Napredno modeliranje termo-mehanskega kontakta prostorskih nosilcev s podporo eksperimentalnih raziskav 
Sodelavci: Anita Ogrin
Trajanje:

24 mesecev

1. 11. 2021 – 31. 10. 2023

Šifra: Z2-3203

 

Vodilni partner: UL FGG
Vodja projekta: Anita Ogrin
Partnerji:

 

Finančni vir:

Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS

Ključne besede: termo-mehanski kontakt, prostorski nosilci, numerični model, eksperiment, dinamika, geometrijsko točna teorija nosilcev, temperaturno odvisne materialne lastnosti, materialno mehčanje, prostorske rotacije

 

Opis:

Tema projekta je termo-mehanski kontakt prostorskih nosilcev. Prisotnost termo-mehanskih kontaktov vpliva na procese, njihovo učinkovitost in končne rezultate v najrazličnejših gospodarskih panogah, kot so na primer gradbeništvo, avtomobilizem, robotika in biomehanika. Neodvisno od panoge imajo telesa, pri katerih prihaja do termo-mehanskega kontakta, pogosto eno dimenzijo mnogo večjo od preostalih dveh, zato jih lahko modeliramo kot linijske elemente – prostorske nosilce. Že numerično modeliranje mehanskega kontakta dveh prostorskih nosilcev ni enostavno, saj so robni pogoji na kontaktni površini odvisni od tega, ali sta telesi v kontaktu ali ne, in tudi od smeri njunih relativnih pomikov. Pri gibanju vzporedno s kontaktno površino nastopi še trenje, pri mirujočih telesih pa lepenje. Sprememba iz mirujočega stanja v gibanje je hipna, zato so za reševanje potrebni ustrezni numerični pristopi. Dodatno se zaplete pri termo-mehanskem kontaktu dveh teles, ki je v svojem bistvu povezan problem; telesi v kontaktu medsebojno vplivata na razpored napetosti, deformacij in temperature. Tako temperatura vpliva na temperaturne deformacije in temperaturno odvisne mehanske lastnosti telesa, pa tudi napetostno deformacijsko stanje pri termo-mehanskem kontaktu vpliva na spremembo temperature (na primer sproščanje toplote zaradi trenja). Izkaže se tudi, da je potrebno v modelu upoštevati toplotno prevodnost v odvisnosti od napetosti na kontaktni površini, saj sicer pride do nefizikalnega oscilirajočega gibanja teles v kontaktu in s tem do nestabilnosti numeričnega modela.

Ključni cilji:

Ključni cilji podoktorskega projekta so:

  • Razvoj numeričnega modela termo-mehanskega kontakta prostorskih nosilcev, ki bo fizikalno korektno upošteval nelinearno odvisnost materialov od temperatur, prostorski ter dinamični odziv elementov z geometrijsko točno teorijo prostorskih nosilcev, multiplikativno naravo prostorskih rotacij, mehčanje materiala in spreminjanje togosti elementov zaradi kontakta. Ob tem je cilj, da bo razviti numerični model časovno učinkovit, numerično stabilen ter robusten in da bo omogočal primerno natančnost numeričnih rezultatov.
  • Zasnova in izvedba eksperimentalnih raziskav – kritična primerjava numeričnih in eksperimentalnih rezultatov bo omogočila validacijo novega numeričnega modela.
  • Izboljšanje znanja o vplivih termo-mehanskega kontakta linijskih elementov na tehnološke procese v širši znanstveni in strokovni javnosti in s tem povezana optimizacija procesov v najrazličnejših panogah.

Delovni sklopi:

Prvi sklop podoktorskega projekta je Numerični del in je namenjen razvoju naprednega numeričnega modela termo-mehanskega kontakta prostorskih nosilcev. Analiza termo-mehanskega kontakta med drugim vključuje pojave kot so neodvedljivo obnašanje stikovanih teles oziroma elementov, njihove velike deformacije, nelinearna odvisnost materialov od temperatur, prostorski in dinamični odziv elementov, nelinearne zveze med napetostmi in deformacijami v elementih, mehčanje materiala ter spreminjanje togosti elementov zaradi kontakta. Že pri ločeni obravnavi vsakega od naštetih pojavov je analitična rešitev sistema enačb računskega modela mogoča le v redkih izjemah ali pa sploh ne. Ob sočasnem nastopu več pojavov, kar je pri termo-mehanskem kontaktu neizogibno, je potrebno rešitev sistema enačb poiskati numerično.  Numerični del je razdeljen na naslednje podsklope:

  • Zasnova numeričnega modela
  • Razvoj numeričnega modela
  • Implementacija numeričnega modela v računalniški program
  • Parametrične študije #1 (preverjanje robustnosti in stabilnosti numeričnega modela)
  • Validacija numeričnega modela
  • Parametrične študije #2 (optimizacija nekega konkretnega sistema prostorskih nosilcev v termo-mehanskem kontaktu)

Drugi sklop je Eksperimentalni del in ima tri zaporedne podsklope:

  • Zasnova eksperimentov
  • Izvedba eksperimentov
  • Analiza eksperimentalnih rezultatov

 

Eksperimentalne raziskave bodo vključevale različne postavitve testov – kontakt dveh linijskih elementov izključno zaradi temperaturnih sprememb, kontakt dveh linijskih elementov izključno zaradi zunanje mehanske obtežbe in kontakt dveh linijskih elementov zaradi kombinacije spreminjanja temperature ter zunanje mehanske obtežbe. Med eksperimenti bodo merjeni pomiki obeh elementov, temperatura posameznih delov elementov in temperatura okolice. Na podlagi razlik med eksperimenti bo predvidoma mogoče pri termo-mehanskem kontaktu določiti delež odziva vsakega od preizkušancev zaradi mehanskega kontakta in delež njunega odziva zaradi temperaturnih vplivov.

Tretji sklop je namenjen diseminaciji sprotnih in končnih rezultatov podoktorskega projekta.