Dr hab. inż. Arkadiusz Żak, prof. nadzw. PG

Dr hab. inż. Arkadiusz Żak, prof. nadzw. PG
Dyscyplina: mechanika
Specjalności: dynamika maszyn, mechanika struktur inteligentnych
Katedra Mechatroniki i Inżynierii Wysokich Napięć
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Politechnika Gdańska
Budynek WN, pokój 104, telefon 58 347 2056
E-mail: [email protected]
Tematyka oferowanych prac doktorskich
1. Diagnostyka linii kablowych wysokiego napięcia
Charakterystyka tematu: Degradacja izolacji kabli elektroenergetycznych stanowi szczególne zagrożenie dla
bezpiecznej eksploatacji linii kablowych wysokiego napięcia. Jej uszkodzenia termiczne (np. od przeciążeń)
jak i mechaniczne (np. uszkodzenia) o podłożu elektrycznym (wyładowania niezupełne) decydują tak o
trwałości linii jak i czasie jej bezpiecznego użytkowania. Systemy diagnostyczne linii kablowych wysokiego
napięcia powinny dostarczać informacji nie tylko o nowopowstałych zagrożeniach eksploatacyjnych, lecz
również o aktualnym stanie technicznym linii, opierając się w swym działaniu na wykorzystaniu sieci
czujników (np. światłowodowych), a także na odpowiednich algorytmach przetwarzania i obróbki sygnałów
pomiarowych.
Słowa kluczowe: linie kablowe, diagnostyka techniczna, technologie światłowodowe, czujniki
światłowodowe z siatką Bragga, przetwarzanie i obróbka sygnałów, MES
Wymagania: znajomość zagadnień dotyczących sieci elektroenergetycznych, znajomość technik
przetwarzania i obróbki sygnałów, opanowanie technik modelowania i analizy konstrukcji oraz procesów
fizycznych, znajomość Metody Elementów Skończonych
2. Elastomery dielektryczne jako sztuczne mięśnie robota
Charakterystyka tematu: Elastomery dielektryczne, nazwane również polimerami elektrostrykcyjnymi, to
materiały inteligentne, które pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego wykazują mechaniczne
odkształcenie. Elastomery dielektryczne odznaczają się znacznie większymi wartościami generowanych
odkształceń i sił niż większość podobnych im materiałów inteligentnych, takich jak np.: stopy z pamięcią
kształtu, magnetyczne stopy z pamięcią kształtu, czy też materiały piezoelektryczne. Pod tym względem ich
parametry są zbliżone do mięśni i stąd ich potoczna nazwa sztuczne mięśnie. Dzięki swojej zdolności
elektrostrykcyjnego odkształcenia, materiały te umożliwiają projektowanie i budowę elementów
wykonawczych robotów i manipulatorów robotycznych.
Słowa kluczowe: materiały inteligentne, elastomery dielektryczne, robotyka, MES
Wymagania: znajomość zagadnień dotyczących materiałów inteligentnych w szczególności elastomerów
dielektrycznych, znajomość technik projektowania komputerowych systemów kontroli oraz systemów
wykorzystujących manipulatory oraz roboty mobilne, znajomość Metody Elementów Skończonych
3. Numeryczna i eksperymentalna analiza wyładowań niezupełnych w dielektrykach w oparciu o
sygnały emisji akustycznej
Charakterystyka tematu: Wyładowania niezupełne stanowią poważne zagrożenie dla bezpiecznej pracy
wielu elementów sieci i urządzeń elektroenergetycznych wysokiego napięcia. Niekorzystnym efektem
powstawania wyładowań niezupełnych jest stopniowa utrata własności izolacyjnych prowadząca w
skrajnych wypadkach do całkowitego przebicia izolacji i występowania zwarć bądź awarii. Analiza
wyładowań niezupełnych w materiałach dielektrycznych, opierająca się o wykorzystanie sygnałów emisji
akustycznej związanych z powstawaniem wyładowań, umożliwia nie tylko ocenę intensywności samych
wyładowań, lecz pozwala również sklasyfikować ich źródła i ocenić stan materiału izolacji.
Słowa kluczowe: wyładowania niezupełne, materiały dielektryczne, emisja akustyczna, MES
Wymagania: znajomość zagadnień dotyczących materiałów dielektrycznych, znajomość
związanych z powstawaniem wyładowań niezupełnych, znajomość technik przetwarzania
sygnałów, opanowanie technik modelowania i analizy konstrukcji oraz procesów fizycznych,
zagadnień związanych z modelowaniem wyładowań niezupełnych, znajomość technik
obliczeniowych, znajomość Metody Elementów Skończonych
zagadnień
i obróbki
znajomość
i metod
4. Numeryczne i eksperymentalne badanie materiałów piezolektrycznych
Charakterystyka tematu: Materiały piezoelektryczne należą do szczególnej klasy materiałów
funkcjonalnych, które mogą być wykorzystywane zarówno jako aktywne elementy wykonawcze jak i
elementy sensoryczne. Materiały piezoelektryczne, w szczególności najnowsze materiały typu MFC (z ang.
Macro Fibre Composite), charakteryzują się doskonałymi właściwościami elektromechanicznymi, które
sprawiają, że są idealnymi kandydatami do odzyskiwania energii z drgających układów mechanicznych (z
ang. Energy Harvesting). Modelowanie układów elektromechanicznych z elementami aktywnymi
wykonanymi z materiałów piezoelektrycznych pozwala na skuteczną analizę i ocenę pracy ich
efektywności.
Słowa kluczowe: materiały piezoelektryczne, materiały typu MFC, drgania mechaniczne, MES
Wymagania: znajomość zagadnień dotyczących materiałów piezoelektrycznych, znajomość zagadnień
związanych z materiałami kompozytowymi (MFC), opanowanie technik modelowania i analizy konstrukcji
oraz procesów fizycznych, znajomość zagadnień związanych teorią drgań, znajomość technik i metod
obliczeniowych, znajomość Metody Elementów Skończonych
Osiągnięcia naukowe
1) M.P. Cartmell, A.J. Żak, O. Ganilova: Applications for Shape Memory Alloys in Structural and
Machine Dynamics, Nonlinear Dynamic Phenomena in Mechanics, 115-158, Springer, 2012
2) A. Żak, M. Radzieński, M. Krawczuk, W. Ostachowicz: Damage detection strategies based on
propagation of guided elastic waves, Smart Materials and Structures 21, 035024, 2012
3) A. Żak, M. Krawczuk: Assessment of flexural beam behaviour theories used for dynamics and
wave propagation problems, Journal of Sound and Vibration 331, 5715-5731, 2012
4) A. Żak, M. Krawczuk: Certain numerical issues of wave propagation modelling in rods by the
Spectral Finite Element Method, Finite Elements in Analysis and Design 47, 1036-1046, 2011
5) W. Ostachowicz, P. Kudela, M. Krawczuk, A. Żak: Guided Waves in Structures for SHM: The Timedomain Spectral Element Method, John Wiley & Sons, 2011
Informacje dodatkowe




Możliwość przyjęcia kilku doktorantów
Możliwość prowadzenia innych tematów niż wyżej wymienione
Możliwość prowadzenia tematów w języku angielskim
Możliwość włączenia doktoranta w prace badawczo-rozwojowe