Linearna i nelinearna analiza tankostjenih konstrukcija

Voditelj grupe

izv. prof. dr. sc. Frane Vlak

Suradnici

prof. emeritus Radoslav Pavazza
prof. dr. sc. Jani Barle
izv. prof. dr. sc. Vedrana Cvitanić
dr. sc. Marko Vukasović, suradnik poslijedoktorand
dr. sc. Branka Bužančić Primorac, suradnik poslijedoktorand
Stipe Perišić, mag. ing. asistent
Maja Kovačić, mag. ing. asistent

Opis područja istraživanja i specifičnih aktivnosti

  1. teorija elastičnosti
  2. tankostjeni štapovi
  3. sustavi tankostjenih štapova
  4. brodske konstrukcije
  5. konstrukcije vjetroelektrana
  6. kompozitni materijali
  7. teorija plastičnosti
  8. konstitutivne formulacije ortotropnih materijala

Opis laboratorija i opreme

Koristi se Laboratorij za mehaniku koji je u fazi opremanja, Laboratorij za hidrauličke i pneumatičke uređaje kao i oprema u Laboratoriju za konstrukcije i Laboratoriju za obradu deformiranjem.
Od opreme koristi se:
• Nekoliko National Instruments platformi za prikupljanje i obradu signala te senzori potrebni za dijagnostiku na mehaničkim sustavima.
• Ispitni hidraulički stol za promjenu i vođenje brzine motora konstantnog volumena. Pneumatički proporcionalni razvodnici i regulatori tlaka.
• Dijagnostički eksperimentalni model sa zračnim ležajem.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

-Odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu

Opis dosadašnje suradnje s akademskim i drugim institucijama

Članovi odsjeka za strojarstvo Odjela za stručne studije Sveučilišta u Splitu (Bože Plazibat, Ado Matoković i Predrag Đukić) aktivno su uključeni u sve aspekte rada istraživačke grupe.

opis istraživanja

Linearna i nelinearna analiza tankostjenih konstrukcija (LINATK)

Opis istraživanja za razdoblje od 5 godina

Klasične teorije tankostjenih štapova (S. P. Timošenko, V. Z. Vlasov) temelje se na pretpostavci da se oblik poprečnog presjeka ne mijenja tijekom deformiranja. Zahvaljujući takvoj pretpostavci, analiza pomaka i naprezanja postaje relativno jednostavna, kako pri savijanju tako i uvijanja štapova, i time i prihvatljiva za inženjersku praksu. Međutim, takva pretpostavka podrazumijeva određenu krutost poprečnih presjeka u vlastitoj ravnini, ili pak takvu raspodjelu opterećenja po konturi da se promjene oblika presjeka, distorzija presjeka može zanemariti.

Najčešće su te  promjene male, te se mogu zanemariti. Međutim, u slučaju izrazito tankostjenih štapova, a posebno ortotropnih materijala, te promjene mogu biti značajne i mogu značajno utjecati na raspodjelu i veličinu naprezanja. Deplanacija poprečnih presjeka pri savijanju štapova relativno je dobro istražena, kad se radi o izotropnim materijalima. Uglavnom, deplanacija (zbog smicanja) proučava  se zbog utjecaja na pomake, a manje na naprezanja. Pri uvijanju, deplanacija poprečnih presjeka, kao posljedica tankostjenosti presjeka, uključena je u teoriju uvijanja; deplanacija koja nastaje zbog smicanja predmet je novijih istraživanja. Proučavanje tankostjenih štapova pri općem opterećenje, a posebno u slučaju ortotropnih materijala, predmet je najnovijih istraživanja. Poseban interes postoji za proučavanje utjecaja distorzije oblika poprečnih presjeka, kako na savijanje tako i na uvijanje tankostjenih štapova.

Planira se nastavak istraživanja u području matematičke teorije plastičnosti ortotropnih materijala koja se odnose na razvoj konstitutivnih modela kojima je moguć opis promjene plastične anizotropije, tj. opis promjene funkcije tečenja i promjene plastičnog potencijala s napredovanjem procesa plastične deformacije. Predviđa se ispitivanje do sada razvijenih modela promjene plastične anizotropije, te razvoj i implementacija novih modela koji se temelje na složenijim ortotropnim funkcijama naprezanja i različitim algoritmima proračuna varijabli stanja elasto-plastičnog procesa. Razvoj novih modela temeljio bi se na eksperimentalno određenoj promjeni parametara plastične anizotropije za odabrane materijale.

Istraživanja bi bila usmjerena ka vođenju mehaničkih sustava promjenom radnih parametara temeljem procjene oštećenja. To je čest problem kad god je potrebno osigurati traženu pouzdanost sustava a da se pri tome postigne njegova maksimalna efikasnost. Sama metoda bi se teoretski razvijala na Bayesovim modelima stohastičkih procesa u koje se mogu ugraditi ekspertna mišljenja, generički podaci i/ili iskustva na sličnim problemima. Modeli bi se dodatano trebali prilagođavati specifičnim dinamičkim značajkama pojedinog stroja i njemu svojstvenim dominantnim procesima oštećenja (zamor, trošenje, …).

Program rada za razdoblje od 5 godina

Aktivnosti koje se odnose na istraživanje deplanacije i distorzije poprečnih presjeka izotropnih odnosno ortotropnih tankostjenih štapova uključuju pregled literature, uvođenje odgovarajućih pretpostavki te analizu defomacija i naprezanja kao i numeričke analize pomoću metode konačnih elemenata u cilju:

  1. unaprijeđivanja približne teorije savijanja i uvijanja kompozitnih tankostjenih štapova,
  2. razvoj teorije vezane za distorziju poprečnih presjeka tankostjenih štapova sastavljenih od tri ploče,
  3. unaprijeđivanje teorije savijanja i uvijanja tankostjenih štapova s utjecajem smicanja.

Predviđa se eksperimentalna provjera razvijenih teorija izradom tzv. test-bed modela uz nabavku odgovarajuće mjerne opreme.

Istraživanje u području teorije plastičnosti ortotropnih materijala – razvoj modela promjene plastične anizotropije, što uključuje:

  1. eksperimentalno određivanje promjene parametara plastične anizotropije s napredovanjem plastične deformacije u pokusima jednoosnog rastezanja za limove od različitih materijala,
  2. ispitivanje prikladnosti do sada razvijenih modela promjene plastične anizotropije u predviđanju postupaka obrade deformiranjem limova od različitih materijala,
  3. razvoj algoritamskih formulacija modela koji se temelje na složenim ortotropnim funkcijama naprezanja,
  4. primjena drugih algoritama integracije u postupku računanja varijabli stanja elasto – plastičnog procesa,
  5. istraživanje problema ekstapolacije rezultata pokusa jednoosnog rastezanja za stanja velikih plastičnih deformacija.

Istraživanja u području strojarskih konstrukcija, dijagnostike i eksperimentalne provjere uključuju:

  1. Istraživanje postupaka praćenja stanja i predviđanja budućih događaja sa ciljem njihova usavršavanja na čemu su, u širem smislu, temeljena tri doktorska rada (Dobrota, Perišić, Barbir).
  2. Ovisno o primjeni (vjetroturbina, pomoćni brodski stroj ili uređaj, obradni stroj) odabrati radne parametre i/ili dodatne signale nužne za efikasan nadzor stroja.

Analizirati i uspoređivati odabrane metode i temeljem toga predlagati nove dijagnostičke postupke postupke. Istraživanja usmjeriti prema  metodama koje imaju bolju efikasnost u ranijim fazama istrošenja i u nesavršenim uvjetima rada.