Autoreferat dr inż. Agnieszki Derewońko

Komentarze

Transkrypt

Autoreferat dr inż. Agnieszki Derewońko
Załącznik 2
AUTOREFERAT 1. Imię i Nazwisko: Agnieszka Derewońko 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe ‐ z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej. 2004 stopień doktora nauk technicznych, specjalność mechanika techniczna, Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, tytuł pracy: Numeryczna analiza naprężeń kontaktowych w połączeniach sworzniowych na przykładzie podwozia samolotu, promotor prof. dr hab. inż. Marian Dacko. 1986 mgr inż. mechanik, specjalność sprzęt mechaniczny, Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Warszawskiej 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/artystycznych Miejsce zatrudnienia: Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00‐908 Warszawa 49 Historia zatrudnienia: Od 2005 adiunkt na Wydziale Mechanicznym Wojskowej Akademia Technicznej im. Jarosława Dąbrowskiego, Warszawa. 1993 ‐ 2004 asystent na Wydziale Mechanicznym Wojskowej Akademia Technicznej im. Jarosława Dąbrowskiego, Warszawa. 1986‐1991 konstruktor w Zakładzie Badawczo‐Rozwojowym KDO „ZREMB”, Warszawa. 4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. Nr 65, poz. 595 zpóżn. zm.) a) Monotematyczny cykl publikacji pt. „Zaawansowane komputerowe metody mechaniki w analizach interakcji ciał odkształcalnych” uznałam za podstawę do wszczęcia postępowania habilitacyjnego w rozumieniu ustawy z 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. Nr 65, poz. 595 z późn. zm.). Wybór zawiera 16 publikacji autorskich i współautorskich. Spis publikacji tworzących monotematyczny cykl pt. . „Zaawansowane komputerowe metody mechaniki w analizach interakcji ciał odkształcalnych” zawiera: ‐ Połączenia nitowe H1. Derewońko A., Szymczyk E., Jachimowicz J., 2006, Numeryczne modelowanie zagadnienia kontaktu w procesie spęczania nitu, Biuletyn WAT, vol. LV 4(644), s. 89‐100, MNiSW 6, 50%. H2. Derewońko A., Szymczyk E., Jachimowicz J., 2006, Analiza połączenia nitowego z uwzględnieniem naprężeń resztkowych i eksploatacyjnych, Górnictwo Odkrywkowe, 5‐6, s.114‐117, MNiSW 6, 50%. 1 H3. Szymczyk E., Derewońko A., Jachimowicz J., 2006, Analysis of displacement and stress distributions in riveted joints, III European Conference on Computational Mechanics Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering, Mota Soares A., Martins J. A. C., Rodrigues H. C., Ambrosio J. A. C., Pina C. A. B., Mota Soares C. M., Pereira E. B. R., Folgado J. (eds.), 2006, LXXIV, 788 p. DOI: 10.1007/1‐4020‐5370‐3_434, z nośnikami CD, Springer Netherlands, MNiSW 2, 30%. H4. Derewońko A., Szymczyk E., Jachimowicz J., 2007, Numeryczne szacowanie poziomu naprężeń resztkowych w zakuwanym połączeniu nitowym, Monografia zbiorowa pt.: „Analizy numeryczne wybranych zagadnień mechaniki”, red. T. Niezgoda, rozdz. 17, s. 329–350, Warszawa, MNiSW 3, 40%. H5. Szymczyk E., Jachimowicz J., Derewońko A., Sławiński G., 2010, Analysis of microslips and friction in the riveted joint, Diffusion and Defect Data Pt.B: Solid State Phenomena, 165, pp. 388‐393, MNiSW 20, IF 0,337, 15%. H6. Derewońko A., Sławiński G., Szymczyk E., Jachimowicz J., 2008, Modelowanie wybranych zagadnień dynamicznych, Transport Przemysłowy, 2, 32, s. 22‐27, MNiSW 6, 50%. H7. Sławiński G., Derewońko A., Jachimowicz J., Niezgoda T., Szymczyk E., 2010, Numeryczna symulacja dynamicznego procesu spęczania nitu grzybkowego z kompensatorem, Biuletyn WAT vol. LIX, NR 1, str. 61‐74, MNiSW 9, 40%. ‐ Połączenia klejowe H8. Derewońko A., Niezgoda T., Godzimirski J., 2006, 3D Numerical Investigation of Tensile Loaded Lap Bonded Joint of Aircraft Structure, Journal of KONES Powertrain and Transport, vol. 13, no. 3, s. 61‐68, MNiSW 6, 70%. H9. Niezgoda T., Derewońko A., Kosiuczenko K., 2007, Badania wytrzymałości klejowego połączenia zakładkowego, Prace Naukowe PW Seria Mechanika, z.217, s. 97‐102, MNiSW 2, 60%. H10. Derewońko A., Godzimirski J., Kosiuczenko K., Niezgoda T., Kiczko A., 2008, Strength assessment of adhesive‐bonded joints, Computational Materials Science, vol. 43, Is. 1, pp. 157‐164, MNiSW 24, IF 1,674, 50%. H11. Derewońko A., Gieleta R., 2007, Numeryczne i eksperymentalne badania wytrzymałości połączeń klejowych, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Nauki Techniczne, Z. 4, s. 23‐‐24, 50%. H12. Derewońko A., 2009, Prediction of the failure metal/composite bonded joints, Computational Materials Science, vol. 45, Is. 3, pp. 735‐738, MNiSW 24, IF 1,713. H13. Derewońko A., Gieleta R., 2012, Carbon‐Epoxy Composite Fatigue Strength – Experiment And Fem Numerical Estimation, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 19, No. 3, pp. 103‐110, MNiSW 9, 50%. H14. Derewońko A., Gieleta R., 2008, Numerical analysis of the metal‐composite joint, Journal of KONES Powertrain and Transport, 15, 1, s. 39‐50, MNiSW 6, 70%. H15. Gieleta R., Derewońko A., 2007, Fatigue strength investigation of bonded joint, Journal of KONES Powertrain and Transport, 14/3, s. 177‐186, MNiSW 6, 50%. H16. Derewońko A., Gieleta R., Kosiuczenko K., 2008, Analiza numeryczna połączenia śrubowego kompozytu warstwowego z metalem, Kompozyty (Composites), 2, s. 185‐189, MNiSW 6, 60%. Łączny impact factor czasopism, w których opublikowano cykl monotematyczny artykułów wynosi 3,724. Liczba punktów MNiSW na wynosi 135. Oba wskaźniki zostały obliczone dla roku wydania czasopisma. Mój udział merytoryczny w publikacjach współautorskich polegał zwykle na definiowaniu zagadnienia, ustalaniu założeń i metodologii prowadzenia analiz numerycznych oraz formułowaniu wniosków. Mój udział procentowy w publikacjach współtworzonych został podany w tablicy 1 zawierającej również szczegółowe omówienie mojego wkładu w powstanie kolejnych prac. Zakres charakteryzujący udział współautorów został dołączony do wniosku jako Załącznik 5. 2 9 Morin D.; Haugou G.; Bennani B.; Lauro F., 2011, Experimental Characterization of a Toughened Epoxy Adhesive under a Large Range of Strain Rates, Journal of Adhesion Science and Technology, vol.25, Nr 13, pp. 1581‐1602(22), IF 0,508. 10 Yasar A., 2011, Effect Of Adhesive Geometry On The Tensile Properties Of Aisi 1350 Steel, METALURGIJA 50 1, 67‐70; METABK 50(1) 67‐70, IF 0,309. 11 Aldas K., Sen F., Palancıoğlu H., 2011, Stress Analysis Of Adhesively Bonded And Pinned Single Lap Joints Using Three Dimensional Finite Element Models, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, Sofia, vol. 41, No. 2, pp. 3–20. 12 Aldas K., Palancıoğlu H., Sen F., 2009, Thermal stresses in adhesively bonded double lap joints by FEM, Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 6, No: 4, (55‐64). 13 Aldaş, K., and Sen, F., 2011, Stress Analysis Of Hybrid Joints Using Different Materials via 3d‐Fem, International Journal of Engineering & Applied Sciences (IJEAS) Vol.3, Is. 1, pp.90–101. 14 D. Morin, G. Haugou, B. Bennani, F. Lauro, 2013, Characterization of a structural adhesive by Digital Image Correlation, Application of Imaging Techniques to Mechanics of Materials and Structures, Volume 4, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series, 2013, Volume 14, 107‐115, DOI: 10.1007/978‐1‐4419‐9796‐8_14, Springer. 15 D. Morin, G. Haugou, F. Lauro and B. Bennani, 2011, Elasto‐viscoplasticity behaviour of a structural adhesive under compression loadings, Dynamic Behavior of Materials, vol. 1, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series, 369‐377, DOI: 10.1007/978‐1‐4419‐8228‐5_55 Springer New York. 16 Comer, A.J., Katnam K.B., Stanley W.F., Young T.M., 2012, Characterising the Behaviour of Composite Single Lap Bonded Joints using Digital Image Correlation, International Journal of Adhesion and Adhesives, Available online 28 August 2012, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2012.08.010, MNiSW 27, IF 2,170. 17 Şen F., Adlaş K., Palancıoğlu H., Yapıştırıcı Tekniği ile Alüminyum Bağlantıların Analizi, http://www.bilesim.com.tr/yazdir.php?t=3&id=7796&sn=0, 14.06.2012. H12 18 Jumel, J., Budzik, M.K., Shanahan, M.E.R., Process zone in the Single Cantilever Beam under transverse loading. Part I: Theoretical analysis, Theoretical and Applied Fracture Mechanics 56 (1) , pp. 7‐12, 2011, IF 0,771. 19 Ribeiro M.L., Angélico R. A., Tita V., Investigation Of Failure Analysis On Single And Double Lap Bonded Joints, 2009 Brazilian Symposium on Aerospace Eng. & Applications; 3rd CTA‐DLR Workshop on Data Analysis & Flight Control, September 14‐16, 2009, S. J. Campos, SP, Brazil. 20 Ribeiro M.L., Angélico R. A., Tita V., Development Of A Computational Tool For Bonded Joint Analysis, Proceedings of PACAM XI; 11th Pan‐American Congress of Applied Mechanics ‐ PACAM XI, 2010. Łączny impact factor czasopism, w których przywołano publikacje z cyklu, wynosi 10,337 i został obliczony dla roku wydania czasopisma. Monotematycznych cykl publikacji zawiera artykuły opublikowane w czasopismach z „listy filadelfijskiej”, polskich czasopismach naukowych oraz wydawnictwach o zasięgu międzynarodowym. Wyniki moich prac badawczych upowszechniłam w 69 publikacjach. Efekty badań naukowych upublicznionych po uzyskaniu stopnia doktora nauk technicznych, wykorzystano w konstrukcjach, które były przedmiotem zgłoszeń patentowych oraz były prezentowane na licznych wystawach innowacji. b) omówienie celu naukowego ww. prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania Moje osiągnięcie w rozumieniu Ustawy z 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. Nr 65, poz. 595 z późn. zm.) stanowi monotematyczny cykl publikacji pt. „Zaawansowane komputerowe metody mechaniki w analizach interakcji ciał odkształcalnych”. Komputerowe metody mechaniki i oprogramowanie CAE są bardzo skutecznym narzędziem do rozwiązywana złożonych zagadnień naukowych i konstrukcyjnych co udokumentowałam w licznych pracach opublikowanych przed i po obronie pracy doktorskiej. Jest to jednak opis matematyczny zatem konieczne jest przyjęcie założeń upraszczających zwłaszcza w analizach 5 interakcji ciał odkształcalnych. Tego typu zagadnienia występują w wielu konstrukcjach m.in. w połączeniach nitowych i klejowych. Nitowanie do dzisiaj jest podstawowym typem połączeń nierozłącznych, stosowanych przy wykonywaniu konstrukcji ze stopów lekkich. Szeroko wykorzystywane jest przy budowie samolotów i śmigłowców. Złącza nitowe są miejscem koncentracji naprężeń, gdzie już w procesie nitowania generowane są naprężenia resztkowe. Wstępny etap badań dotyczących połączeń nitowych obejmował poszukiwania metody umożliwiającej analizę procesu zakucia pojedynczego nitu z wykorzystaniem komputerowych metod mechaniki. Dokładne odwzorowanie przemysłowego procesu spęczania, pozwoliło dobrać trójwymiarowe elementy skończone, opis materiału oraz metodę modelowania zagadnienia kontaktu z tarciem między narzędziem a czołowymi powierzchniami ściskanej próbki [H1]. Maksymalną wartość siły osiowej oszacowano analitycznie korzystając z metody równowagi pracy, zgodnie ze   2r0 
  70933,8 N . Zmiana wartości siły osiowej w funkcji drogi stempla, wzorem P2  A1 pk 1 

3 l0 
uzyskana z analiz numerycznych, odpowiada otrzymanej z doświadczeń przemysłowych. Podobnie jak otrzymane mapy odkształceń całkowitych. Wartość siły spęczania z obliczeń numerycznych jest o 3% niższa od obliczonej teoretycznie. Natomiast średnie naprężenia wzdłuż osi trzpienia nitu o 4% przewyższają wartości analityczne. W modelowaniu połączenia: trzpień nitu – blacha, główny nacisk położono na taki dobór siatki elementów skończonych w obszarze kontaktu, który zapewni gładkie deformacje (brak przenikania się węzłów), a tym samym brak niefizycznych koncentracji naprężeń w obszarze kontaktu. Do symulacji testu rozciągania próbki złożonej z dwóch aluminiowych blach oraz sześciu stalowych stożkowych nitów zastosowano modelowanie wielkoskalowe [H2]. Pozwoliło to ograniczyć czas obliczeń i dostosować wielkość modelu do możliwości sprzętu komputerowego. Przygotowany i zweryfikowany model trójwymiarowy nitu i jednej blachy był podstawą do odwzorowania etapu zakuwania na prasie, nitu łączącego dwie aluminiowe blachy. Odległość między krawędzią otworu a krawędziami zewnętrznymi blach, w których osadzany jest nit, jest ok. 4 razy większa od początkowej średnicy nitu. Taki model pozwala pominąć wpływ warunków brzegowych zgodnie z zasadą de Saint Venanta. W obszarach kontaktu części połączenia zastosowano gęstą siatkę podziału, która została rozrzedzona w kierunku zewnętrznym krawędzi blach. Określono siedem obszarów kontaktu w ciałach odkształcalnych, jakimi są nit i blachy. Ósmy obszar jest ciałem sztywnym odwzorowujący narzędzie. Przyjęto, że pomiędzy kontaktującymi się obszarami występuje tarcie. Zakucie nitu polega na uformowaniu zakuwki w wyniku odkształcenia trzpienia nitu spowodowanego działaniem zakuwnika. Po zamknięciu nitu zakuwnik jest usuwany. W modelu numerycznym proces ten zasymulowano również dwuetapowo:  Etap I – przemieszczenie ciała sztywnego o określoną wielkość;  Etap II – odciążenie nitu (zdjęcie zakuwnika). Model globalny utworzono dla próbki zanitowanej. Elementy powłokowe o regularnym kształcie zostały wykorzystane do odwzorowania kształtu blach. Modele nitów i zakuwek utworzono z elementów sztywnych (RBE2) i kontaktowych (GAP) o odpowiednich sztywnościach. Zastosowanie elementów GAP umożliwiło odwzorowanie współpracy nitów i płyt z uwzględnieniem tarcia. W obu przypadkach analizę numeryczną przeprowadzono w zakresie sprężysto‐plastycznym z uwzględnieniem dużych przemieszczeń i odkształceń, przyjmując trzy – odcinkowe izotropowe modele z umocnieniem materiałów nitu i blach. W trakcie eksploatacji samolotów i śmigłowców, jak również w badaniach elementów innych struktur cienkościennych, obserwuje się wiele zjawisk zachodzących w otoczeniu nitów, jak na przykład odkształcenia plastyczne, zmęczenie cierne (fretting), pękanie zmęczeniowe itp., które wpływają ujemnie na trwałość połączenia powodując inicjację pękania pokrycia [H3]. Opracowany trójwymiarowy model dyskretny umożliwia opis zjawisk występujących w interakcji stykających się ciał, które zostały wymienione wyżej. Odwzorowanie powierzchni 6 kontaktu dwoma zbiorami węzłów, pozwala przeprowadzić zarówno analizę przemieszczeń (poślizgów) powierzchni nitu względem powierzchni otworu w pakiecie blach, jak również określić wpływ naprężeń resztkowych pozostałych w procesie zakuwania nitu na poziom naprężeń wywołanych obciążeniami, które powstają w czasie eksploatacji konstrukcji. Daje także możliwość określenia pół odkształceń i naprężeń w otoczeniu nitu oraz miejsca występowania ich maksymalnych wartości. Dokładne umiejscowienie występowania ekstremalnych różnic naprężeń wskazuje możliwy punkt inicjacji mikropęknięć a także występowania frettingu. Z uwagi na specyfikę badanego zjawiska Fettingu, blachy wykonano ze stopu aluminium D16 natomiast nit ze stali St3S. Taki niekonwencjonalny dobór materiałów powoduje przyspieszenie procesu niszczenia powierzchni blach co skraca czasochłonność eksperymentalnych prób wytrzymałościowych. Numeryczne odwzorowanie badań doświadczalnych wymagało rozpatrzenia zagadnienia, w którym jednocześnie występuje nieliniowość fizyczna, wynikająca z kontaktu dwóch ciał, i geometryczna, której źródłem jest sprężysto‐plastyczny model konstytutywny wprowadzanych w formie krzywych umocnienia dla materiałów nitu i blach. Zastosowanie nieliniowej quasi‐statycznej wieloskalowej analizy umożliwiła określenie m.in. naprężeń kontaktowych oraz rozkładu naprężeń we wszystkich częściach połączenia dla różnych poziomów obciążeń [H4]. Oszacowanie tych wielkości oraz odkształceń ciał znajdujących się w interakcji jest niemożliwe przy wykorzystaniu metod eksperymentalnych. Aluminiowe blachy stosowane w konstrukcjach lotniczych są obustronnie platerowane czyli na materiał rdzenia nakładane są cienkie powłoki ochronne z innych lub takich samych metali. Grubość powłok stanowi około 5% grubości całkowitej blachy. Utworzony model lokalny aluminiowego nitu ze stopu PA25 łączącego dwie platerowane blachy, również ze stopu aluminium ale D16TN, pozwoliło określić rozkłady odkształceń i naprężeń oraz przemieszczeń względnych elementów połączenia w obszarach kontaktu. Wartości naprężeń promieniowych w obszarze otworu zostały porównane z rezultatami badań eksperymentalnych wykazując zadowalającą zgodność. Zweryfikowany model numeryczny zakutego połączenia został poddany obciążeniu rozciągającemu, powodując wzajemne przemieszczenia łączonych blach [H5]. Określenie współczynnika tarcia kontaktujących się blach, a właściwie warstw plateru pokrywających rdzeń blach, wymaga przygotowania mikro‐lokalnego modelu. Złożony on jest z dwóch umieszczonych jeden na drugim prostopadłościanów. Stykające się warstwy plateru, stanowiące dolną i górną cześć klocków, mają grubość po 60 mikrometrów i właściwości mechaniczne plateru. Naprężenia pozostające w blachach po zakuciu nitów są generowane przez przyłożenie normalnego obciążenia do wierzchniej powierzchni górnego prostopadłościanu. Obciążenie to przestaje działać przed rozpoczęciem ruchu górnego klocka, realizowanego przez przyłożenie cyklicznego przemieszczenia poziomego o wartości wyznaczonej w analizie modelu lokalnego. Procedura obliczeń złożona jest z trzech powtarzających się kroków:  Obliczenie ciśnienia kontaktowego i przesunięcia względnego,  Obliczenie przemieszczenia węzłów i przyrostu współczynnika zużycia,  Uaktualnienie współrzędnych węzłów. Mikro‐lokalny model dyskretny pozwala określić głębokość deformacji (wartość odkształceń pionowych) warstw plateru, rozkład naprężeń kontaktowych, część plastyczną współczynnika zużycia i współczynnik tarcia. Symulacje zakuwania nitu na prasie przeprowadzono przy wykorzystaniu procedur do quasi‐
statycznych obliczeń nieliniowych. Podobnie jak w przypadku zakuwania na prasie, symulacje procesu zakuwania dynamicznego rozpoczęto od spęczania walca, analizując problem przekazywania energii z zakuwnika na powierzchnię czołową walca, przy zadanych warunkach kontaktu z tarciem [H6]. W procesie zakuwania nitu, elementy skończone siatki w obrębie zakuwki ulegają dużym deformacjom, w wyniku czego konieczne jest uwzględnienie składnika zależnego od historii obciążenia w macierzy sztywności. Źródła nieliniowości zależą od analizowanego obiektu, a zatem implementacja dużych odkształceń jest związana z definicją elementu skończonego. Zastosowanie 7 analizy dynamicznej, z uwzględnieniem nieliniowych składników tensora odkształcenia Lagrange’a – Greena umożliwia znalezienie nieliniowej odpowiedzi układu na obciążenie. W tym przypadku do utworzenia modeli dyskretnych nitu z łbem grzybkowym i obu łączonych blach wykorzystano ośmiowęzłowe elementy bryłowe z ośmioma punktami całkowania. Zagłownik i podtrzymka zostały zamodelowane jako ciała sztywne. W pracy wykazano również różnice wynikające ze sposobu odwzorowania działania zagłownika. W przypadku zakuwania dynamicznego, naprężenia wstępne w blachach pozostałe po procesie zakucia zależą od sposobu formowania zakuwek [H7]. Przeprowadzono więc symulację procesu dynamicznego zakuwania nitu z łbem z kompensatorem przy zastosowaniu m.in. tzw. prostej metody nitowania. Metoda ta polega na tym, że zagłownik uderza od strony końca trzonu nitu, podczas gdy podtrzymka dociskana jest do łba nitu. Symulacje przeprowadzono z użyciem programu LS‐Dyna. Również te analizy obejmują nieliniowości materiałowe oraz zjawiska kontaktowe z tarciem. Proces spęczania nitu zrealizowano przez nadanie płycie opisującej zagłownik, masy oraz początkowej energii kinetycznej określonej w normie. Zakuwanie odbywało się w wyniku jednego uderzenia. W początkowej fazie zakuwania, wskutek silnego uderzenia zagłownika w trzpień, powstaje szczelina pomiędzy fabrycznym łbem nitu a blachą dolną pakietu. Jest to następstwem deformowania się kompensatora na nieruchomej podtrzymce. W kolejnych fazach, w wyniku deformowania się nitu, szczelina zanika. Całkowity czas formowania zakuwki wynosił około 0,8 ms. Drugim przykładem interakcji ciał odkształcalnych są połączenia klejowe. Połączenia klejowe mają wiele zastosowań w przemyśle samochodowym, morskim czy lotniczym. Zaprojektowanie bezpiecznego i efektywnego połączenia klejowego wymaga od inżynierów dobrej znajomości wpływu właściwości mechanicznych materiałów i geometrycznych parametrów konstrukcji na wytrzymałość i trwałość połączenia. Mechanizm klejenia zależy od: 
przyczepności kleju do detalu, gdzie istotną rolę odgrywa adhezja czyli siła występująca na powierzchni styku dwóch materiałów. 
wytrzymałości wewnątrz samego kleju, zapewnioną przez kohezję czyli siły działające pomiędzy cząsteczkami samego kleju i utrzymujące jego spójność. W połączeniu klejowym siły adhezji i kohezji powinny być równe. Dokładny opis analiz numerycznych i badań eksperymentalnych połączeń klejowych metalu z metalem przedstawiono w pracach [H8] i [H9]. Badania wykonano dla próbek klejowych połączeń zakładkowych zgodnych z normami, w których grubość spoiny klejowej stanowiła 10% grubości łączonych blach. Próbki sporządzono z dwóch płytek ze stopu aluminium PA7T sklejonych Epidianem 57. Właściwości mechaniczne obu materiałów wyznaczono w badaniach eksperymentalnych. Krzywą stopu aluminium uzyskano w standardowym teście rozciągania próbek wiosełkowych, natomiast parametry określające nieliniowe właściwości kleju otrzymano z próby ściskania. Próba ściskania została przeprowadzona dla próbki utwardzanej w warunkach odpowiadających tworzeniu spoiny badanego połączenia zakładkowego. Próba ściskania kleju umożliwia wyznaczenie tych właściwości w większym zakresie niż próba rozciągania. Wynikiem prowadzonego eksperymentu było uzyskanie charakterystyki siła‐przemieszczenie oraz wartości siły niszczącej. Zakładkowe połączenie klejowe zostało poddane testowi jednoosiowego rozciągania. Nieosiowość mocowania sklejonej próbki w uchwytach maszyny, w analizach numerycznych, odwzorowano przez zastosowanie dwu‐etapowego jej obciążenia:  krok 1 ‐ obciążenie wtórnym momentem gnącym,  krok 2 ‐ obciążenie siłą rozciągającą. Trójwymiarowy model próbki utworzono z ośmiowęzłowych elementów prostopadłościennych. Spoina klejowa zamodelowana jest dwoma warstwami elementów skończonych. Ze względu na grubość części znajdujących się w interakcji, przy generowaniu elementów, zagęszczono siatkę w obszarze naroży, tj. w miejscu spodziewanej koncentracji naprężeń, a rozdrobniono w części środkowej spoiny redukując jednocześnie wielkość modelu 8 obliczeniowego [H10]. Wszystkie powierzchnie interakcji stanowiły oddzielne zbiory punktów. Podejście takie umożliwia wykreślenie warstwic, np. naprężeń tnących, na stykających się powierzchniach kleju i zakładki. Jeżeli uznać za prawdziwą hipotezę, że wytrzymałość adhezyjna spoin klejowych związana jest z ich wytrzymałością na odrywanie, to o adhezyjnym zniszczeniu spoiny klejowej decyduje wartość naprężeń normalnych dodatnich. Ponieważ wszystkie powierzchnie interakcji stanowiły oddzielne zbiory punktów, możliwe było zastosowania specjalnej metody odwzorowania zagadnienia kontaktu. Podczas realizacji procedury obliczeniowej, po wykryciu kontaktu między odpowiadającymi sobie węzłami dwóch stykających się obiektów, automatycznie są tworzone więzy. Równania tych więzów mają podaną postać u normal  v  n , u styczne v  τ , gdzie: n,  to wektory normalny i styczny, v jest prędkość względną, co opisano w pracy [H11]. Umożliwia to określenie sił reakcji i naprężeń kontaktu. Wprowadzenie granicznych wartości kontaktowych naprężeń normalnych prowadzi do rozdzielenia odpowiadających sobie węzłów, pozwalając na wizualizację procesu niszczenia połączenia oraz prezentację wyników analiz np. w postaci wykresów naprężeń wzdłuż linii środkowych połączenia. Adhezyjne zniszczenie połączenia klejowego to proces, w którym występują lokalne koncentracje naprężeń na klejonych powierzchniach. W zależności od łączonych materiałów mogą one być traktowane jako inicjatory pęknięć. Związki fizyczne modeli materiałów izotropowych oparte są na warunku plastyczności Hubera‐Misesa‐Hencky’ego, uwzględniającym jedynie istnienie części dewiatorowej tensora naprężeń. Taki związek opisuje zachowanie materiału metalowych zakładek. Elementom warstwy kleju przypisano model materiału, w którym uwzględniono istnienie pustek. W modelu tym, część hydrostatyczna tensora opisana jest równaniem fizycznym Gursona, zmodyfikowanym przez Tvergaarda i Needlemana [H12] i [13]. Wytrzymałość połączenia klejowego zależy m.in. od ścisłego przestrzegania technologii jego wykonania, np. przygotowania powierzchni. Dlatego w kolejnych modelach założono istnienie pustek (niedoklejeń) w obszarze styku powierzchni górnej zakładki i kleju. Wyniki analiz numerycznych można przedstawić np. w postaci wektorów kontaktowych naprężeń normalnych. Określenie kontaktowych naprężeń normalnych umożliwia wizualizację deformacji połączenia wywołanej rosnącym obciążeniem zewnętrznym. Możliwe jest również wskazanie miejsc lokalnych koncentracji naprężeń spowodowanych odrywaniem się kleju od łączonego materiału, w których może nastąpić inicjacja pękania. Zastosowanie quasi‐statycznej, nieliniowej procedury obliczeń pozwala określić te obszary w funkcji obciążenia zewnętrznego próbki. Znając różnicę energii sprężystej odkształcenia stykających się powierzchni, można określić współczynnik, odpowiadający współczynnikowi, który w mechanice pękania jest definiowany jako intensywność uwalnianej energii odkształcenia: G 
d
gdzie Π jest energią odkształcenia, a to da ,
długość pęknięcia. Otrzymane wyniki wyraźnie wskazują wpływ modelowania powierzchni kontaktu na energię odkształcenia sklejanych powierzchni. W przypadku modelowania obszaru kontaktu oddzielnymi zbiorami węzłów, energia odkształcenia jest wyższa. Zastosowanie modelu Gursona‐ Tvergaarda‐Needlemana do numerycznego modelowania kleju umożliwia nie tylko zbadanie wpływu niedoklejeń na powierzchni przylegania, ale również symulacje zniszczenia kohezyjnego kleju oraz zniszczenia sklejanych materiałów. Jest to szczególnie przydatne w przypadku klejonych konstrukcji kompozytowych, których parametry materiałowe istotnie zależą od technologii ich wykonania. Przedstawiona metoda analizy zachowania się połączeń klejowych umożliwia odwzorowanie rzeczywistych testów prowadzonych dla tych połączeń wykonanych z różnorodnych materiałów np. kompozytów wielowarstwowych. Konieczne było jeszcze opracowanie metody modelowania kompozytów, która umożliwiłaby uwzględnienie zniszczenia międzywarstwego [H14], [H15] i [H16]. Do tworzenia modelu kompozytu wykorzystano specjalne, trójwymiarowe, ośmiowęzłowe elementy skończone [H13]. W opisie matematycznym takiego elementu uwzględnione jest istnienie do 520 warstw kompozytu o różnych grubościach, orientacjach i właściwościach materiałowych. 9 Wartości odkształceń i naprężeń są określane w czterech punktach Gaussa położonych w połowie grubości pojedynczej warstwy. Testom jednoosiowego rozciągania i ściskania poddano m.in. 14‐to warstwowe próbki wykonane z kompozytu węglowo‐epoksydowego. Poszczególne warstwy charakteryzowały się różnymi kierunkami ułożenia włókien osnowy względem kierunku obciążenia. Metody opracowane w analizach numerycznych połączeń klejowych metalu z metalem zostały wykorzystane do symulacji testów rozciągania próbek metalowo‐kompozytowych: jedno i dwuzakładowej oraz dwuzakładowej ze śrubą. Ortotropowe właściwości materiału przypisano warstwom kompozytu. Model pośredni, w którym każda warstwa tworząca laminat jest traktowana jako ośrodek jednorodny, jest zastosowany do opisu form zniszczenia konstrukcji. Stosowane w programie kryteria zniszczenia są formułowane i zapisywane w przestrzeni naprężeń (odkształceń) w lokalnym układzie współrzędnych pojedynczej warstwy laminatu dla płaskiego stanu naprężenia. W analizach posłużono się kryterium maksymalnych naprężeń dopuszczalnych. Rezultaty symulacji, w których określono indeksy zniszczenia dla laminatu, zostały zweryfikowane przez wyniki badań doświadczalnych. Analizy numeryczne pozwoliły również oszacować poziomy obciążeń oraz obszary, dla których następuje inicjacja zniszczenia konstrukcji. Metody opracowane dla prostych typów połączeń klejowych zastosowano w symulacjach metalowo‐kompozytowego elementu konstrukcyjnego nazwanego okuciem. Do części metalowej w kształcie schodków doklejono strukturę kompozytową z węglowego preimpregnatu. Badania te objęły badania statyczne z pomiarem odkształceń w charakterystycznych punktach okucia, oraz badania zmęczeniowe. Porównanie wyników analiz numerycznych i rezultatów testów rozciągania wykazały zadowalającą zgodność. Wszystkie przedstawione typy połączeń klejowych zostały poddane badaniom zmęczeniowym, zarówno eksperymentalnym jak numerycznym. Wprowadzenie krzywych S‐N (opisujących amplitudę naprężenia w funkcji liczby cykli do zniszczenia), określonych doświadczalnie pozwoliło dokładnie oszacować miejsca o najniższej trwałości zmęczeniowej połączeń. Zgodnie z oczekiwaniem są to graniczne krawędzie spoin klejowych. Za zasadnicze osiągnięcia naukowe uważam opracowanie zasad i sposobów wykorzystania komputerowych metod mechaniki w wybranych analizach ciał odkształcalnych, w tym, w szczególności, określenie warunków interakcji dwóch ciał, uwzględniających także obiekty o zróżnicowanych grubościach i podatnościach, przy zastosowaniu modelowania wieloskalowego. Doświadczenie zdobyte przy realizacji przedstawionego wyżej cyklu monotematycznego publikacji H1‐H16, zostało wykorzystane do zaprojektowania konstrukcji, których rozwiązania są chronione i zostały upublicznione w europejskim patencie 1 EP 2 251 255 A sectional ponton bridge, Niezgoda T. 80%, Krasoń W. 10%, Derewońko A. 5%, Bogusz P. 5%, oraz polskich i europejskich zgłoszeniach patentowych zestawionych niżej: 2
3
4
5
P388739, WIPO ST 10 C PL388739, Pontonowy most kasetowy, Twórcy: Niezgoda T. 80%, Krasoń W. 10%, Derewońko A. 5%, Bogusz P. 5%. P395311, WIPO ST 10/C PL395311, Twórcy: Zespół zamków mechanicznych do łączenia kaset mostu pływającego oraz mechanizm otwierania kasety, Twórcy: Niezgoda T. 50%, Krasoń W. 20%, Derewońko A. 20%, Chłus K. 5%, Popławski A. 5%. EP12171708, A cassette of a floating bridge, Twórcy: Niezgoda T. 50%, Krasoń W. 20%, Derewońko A. 20%, Chłus K. 5%, Popławski A. 5%. P.392851, Wielofunkcyjna osłona balistyczna, Twórcy: Niezgoda T. 50%, Derewońko A. 30%, Sławiński G. 20%. 10 Rozwiązania konstrukcyjne opracowane przy wykorzystaniu metod opublikowanych w pracach H1‐
H16 otrzymały nagrody na polskich i międzynarodowych wystawach innowacji, które zostały zebrane w wykazie poniżej. Nagrody zostały uporządkowane chronologicznie. 1 Srebrny medal, 100 Międzynarodowe Targi Wynalazczości CONCOURS LEPINE, Paryż 2010, Pontonowy most kasetowy. 2 Brązowy medal, 59 Międzynarodowe Targi Wynalazczości, Badan Naukowych i Nowych Technik „Brussels INNOVA 2010, Bruksela 2010, Wielofunkcyjna osłona balistyczna. 3 Srebny medal, IV International Warsaw Invention Show IWIS 2010, Warszawa 2010, Cassette Pontoon Bridge. 4 Brązowy medal, IV International Warsaw Invention Show IWIS 2010, Warszawa 2010, Multi‐
purpose ballistic protection. 5 Srebny Medal, Międzynarodowy Salon Pomysły – Innowacje – Nowe Produkty IENA, Norymberga 2010, Multi‐purpose ballistic protection. 6 Złoty Medal na Międzynarodowych Targach Wynalazków w Seulu, SIIF 2010, Korea Płd., Cassette Pontoon Bridge. 7 Brązowy medal na Międzynarodowej Warszawskiej Wystawie Innowacji IWIS 2011, Pontonowy most kasetowy. 8 Nagroda DEFENDER na XX Międzynarodowym Salonie Przemysłu Obronnego MSPO 2012 w Kielcach za Pontonowy most kasetowy. Konstrukcja kasetowego mostu pontonowego, przy projektowaniu której wykorzystano metody opublikowane w pracach H1‐H16, była, w latach 2009 ‐ 2011, przedmiotem projektu badawczego rozwojowego MNiSW PBR/15‐333/WAT/2009 pt. „Opracowanie modułów i materiałów elastycznych o wysokiej wytrzymałości i odporności balistycznej w zastosowaniu na mosty przeprawowe”. Partner przemysłowy w konsorcjum realizującym projekt wyraził zamiar wykorzystania tej konstrukcji w produkcji. 5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo ‐ badawczych (artystycznych) Stopień doktora nauk technicznych otrzymałam po przedstawieniu pracy pt. „Numeryczna analiza naprężeń kontaktowych w połączeniach sworzniowych na przykładzie podwozia samolotu”, której promotorem był prof. dr hab. inż. Marian Dacko. Do czasu obrony dysertacji doktorskiej opublikowałam 18 publikacji w formie artykułów i referatów konferencyjnych. W pracy doktorskiej zaproponowałam metodę odwzorowania zagadnienia kontaktu w połączeniach sworzniowych, która umożliwia uwzględnienie różnych czynników konstrukcyjnych takich jak tarcie, luzy. Przedstawiłam sposób szacowania sztywności elementów belkowych GAP, który pozwala uniknąć trudności numerycznych z uzyskaniem poprawnego rozwiązania. Przedstawiona koncepcja modelowania połączenia sworzniowego ma charakter uniwersalny i może być stosowana w dowolnych konfiguracjach geometrycznych wynikających z wzajemnego obracania części zespołu maszynowego. Opisana metoda modelowania połączenia sworzniowego wykorzystana została do numerycznej analizy podwozia samolotu Skytruck. Analizy te zostały wykonane w ramach projektu badawczego pt. „Numeryczna metoda wyznaczania niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej współpracujących elementów podwozia” zleconego przez Komitet Badań Naukowych. Zespół KBN ocenił raport końcowy wraz ze sprawozdaniem z realizacji tej pracy na ocenę znakomitą. Swoje doświadczenia z analiz zagadnień kontaktowych wykorzystałam przy realizacji projektów, w ramach których powstały między innymi publikacje tworzące cykl monotematyczny przedstawiony w pkt. 4. Tematyka zastosowania komputerowych metod mechaniki w analizach interakcji ciał odkształcalnych okazała się bardzo istotna przy projektowaniu kasetowego mostu pontonowego, 11 którego integralną częścią jest pneumatyczny obiekt nośny (PON), o zmiennej objętości. Zagadnienie to było przedmiotem moich intensywnych badań w okresie ostatnich trzech lat. Równocześnie konieczne było opracowanie metody określania właściwości tkaniny powlekanej, z których wykonywane są PON. Część zagadnień, nad którymi pracowałam po obronie pracy doktorskiej, uznałam za podstawą do wszczęcia postępowania habilitacyjnego. W monotematycznym cyklu prac umieściłam jedynie publikacje najlepiej charakteryzujące tematykę, w której się specjalizuję. Monotematyczny spis publikacji przedstawiłam w punkcie 4. Umieściłam tam również spis artykułów, w których zostały przywołane podając impact factor (IF) czasopisma publikującego te artykuły. W tablicy 3 przedstawiłam sumaryczne zestawienie publikacji ogłoszonych po uzyskaniu stopnia doktora z podziałem na typ ich upowszechnienia. Tablica 3. Zestawienie typów publikacji po uzyskaniu stopnia doktora Typ publikacji Liczba publikacji Liczba cytowań
Rozdział w monografii polskojęzycznej Autorstwo lub współautorstwo publikacji naukowych w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation Reports (JCR) Autorstwo lub współautorstwo publikacji naukowych w czasopismach znajdujących się w bazie Scopus Autorstwo lub współautorstwo publikacji naukowych w czasopismach z listy MNiSW Autorstwo lub współautorstwo publikacji naukowych w materiałach konferencji międzynarodowych Autorstwo lub współautorstwo publikacji naukowych w materiałach konferencji polskich Liczba publikacji przed doktoratem 1 8 6 9 7 25 17 17 18 Sumaryczny impact factor publikacji naukowych wg listy Journal Citation Reports (JCR), zgodnie z rokiem opublikowania wynosi 3,922. Natomiast liczba punktów czasopism, w których opublikowano artykuły, na podstawie listy MNiSW wynosi 276. Liczba cytowań publikacji wg Web of Science wynosi 7 a korzystając z „Publish or Perish” 30. Liczby te nie obejmują cytowań własnych. Według bazy Web of Science (WoS) h‐indeks wynosi 1, a korzystając z „Publish or Perish” h‐indeks jest równy 3. Po obronie doktoratu kierowałam 2 projektami oraz byłam wykonawcą w co najmniej 12 projektach badawczych i rozwojowych. Wraz ze współpracownikami, za moją działalność naukową i badawczą zostałam uhonorowana dyplomem Rektora WAT oraz otrzymałam liczne nagrody na międzynarodowych konferencjach naukowych. Publikacje, których byłam autorską lub współautorką, były wygłaszane na 27 konferencjach międzynarodowych i 11 konferencjach krajowych. Brałam aktywny udział w 16 konferencjach międzynarodowych i 7 konferencjach krajowych. Zostałam zaproszona do przewodniczenia sesji pt. Modelling and Simulation Tools and Techniques na IASTED International Conference Applied Simulation and Modelling (ASM 2011), 22‐24 June 2011, Crete, Greece. Jestem również członkiem Komitetu Naukowego 38th International Scientific Congress on Powertrain and Transport Means. Ponadto, przez 7 lat byłam członkiem Komitetu Organizacyjnego Konferencji Naukowo‐Technicznej „Programy MSC W Komputerowym Wspomaganiu Analizy Projektowania i Wytwarzania” organizowanej przez Zakład Mechaniki Ogólnej obecnie Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej WME WAT. 12 

Podobne dokumenty