Computergestützte Analyse und Synthese komplexer Materialien
Entwicklung von Methoden zum Entwurf funktioneller anisotroper Verbundwerkstoffe
Verbundwerkstoffe werden in verschiedenen Bereichen der modernen Technologie häufig eingesetzt, da ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften eine signifikante Verbesserung der technischen Eigenschaften von Produkten ermöglichen. Ein charakteristisches Merkmal technologischer Prozesse zur Herstellung von Elementen von Strukturen aus Verbundwerkstoffen ist die gleichzeitige Herstellung von Material und Produkt. Die Änderung der Struktur der Bewehrung ermöglicht es, die Anisotropieparameter der Steifheit, Festigkeit und thermophysikalischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe in die gewünschte Richtung zu ändern.
Die Kontrolle der Anisotropie komplexer Module aus Polymerverbundwerkstoffen erhöht die Schwingungsstabilität von Strukturen und erzeugt wirksame geräuschabsorbierende Materialien. Die Schaffung neuer Materialien mit einer gegebenen Anisotropie der Eigenschaften der Wärmeleitfähigkeit ist notwendig, um die Wärmedämmschichten von Gebäuden und Bauwerken zu verbessern.
Neuheit und Vorteile: Es werden neue Methoden zum Entwerfen von Verbundwerkstoffen mit den erforderlichen Parametern für die Anisotropie physikalischer Eigenschaften entwickelt, die auf der kombinierten Verwendung numerischer Methoden zur Analyse des Spannungszustands von Strukturelementen und numerischer Methoden zur Homogenisierung von Verbundwerkstoffen basieren.
Ausblick und Perspektiven: Die Konstruktion von Verbundwerkstoffen mit der erforderlichen Anisotropie der mechanischen Eigenschaften erfolgt tatsächlich bei der Herstellung von industriellen Windturbinenblättern, Flugzeugelementen und weltraumtechnischen Strukturen. Die Schaffung neuer Materialien mit einer gegebenen Anisotropie der Eigenschaften der Wärmeleitfähigkeit ist notwendig, um die Wärmedämmschichten von Gebäuden und Bauwerken zu verbessern.
IT zur Analyse und Synthese der Struktur neuer Materialien zur Vorhersage ihrer physikalischen Eigenschaften
Die Modellierung des mechanischen Verhaltens von Materialien auf Mikroebene ermöglicht die Vorhersage der Materialeigenschaften auf Makroebene. Dies ermöglicht eine signifikante Reduzierung der Testkosten, die zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften erforderlich sind. Dies gilt insbesondere für Hochzyklusermüdungs- und Kriechprüfungen. Computersimulation und moderne Informationstechnologien ermöglichen es, Mikrostrukturen von Materialien virtuell zu erzeugen und ihr mechanisches Verhalten zu analysieren. Die beliebtesten Methoden zur virtuellen Erzeugung von Mikrostrukturen sind die Methoden der zellulären Automaten und die Voronoi-Tessellation. Eine wichtige Richtung ist andererseits die Analyse bereits vorhandener Mikrostrukturen und ihrer Eigenschaften.
Ausblick und Perspektiven: Heute wird an der Modellierung einfacher Materialien gearbeitet; In Zukunft sind neue, komplexe Materialien von großem Interesse.
Algorithmus zur Schätzung der Bildmikrostruktur heterogener Materialien zur Identifizierung ihrer chemischen Zusammensetzung
Hauptziel – Erstellung eines Faltungsnetzwerks (CNN) zur Definition der chemischen Zusammensetzung heterogener Materialien: Erstellung einer Datenbank mit Bildern und Prozentsätzen der chemischen Elemente, die dem Material entsprechen; Entwicklung eines Bilderkennungsalgorithmus durch Programmierung eines neuronalen Netzwerks; das empfangene System zu schätzen.
Ausblick und Perspektiven: Heute wird an der Modellierung einfacher Materialien gearbeitet; In Zukunft sind neue, komplexe Materialien von großem Interesse.
Oleksiy Larin – Direktor des Instituts für Bildung und Wissenschaft in Ingenieurwesen und Physik – Professor, Doktor der technischen Wissenschaften: oleksiy.larin@khpi.edu.ua
Olena Slipchenko – Direktor des Europäischen Zentrums für Bildung, Wissenschaft und Technologie – Ph.D. in technischen Wissenschaften, Erfahrener Wissenschaftler: Olena.Slipchenko@khpi.edu.ua