"Personaalne uurimistoetus" projekt PUT434
PUT434 (PUT434) "Laineenergia ümberjagamine mikrostruktuuriga tahkistes (1.01.2014−31.12.2017)", Arkadi Berezovski, Tallinna Tehnikaülikool, Loodusteaduskond, Küberneetika instituut, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Küberneetika Instituut.
PUT434
Laineenergia ümberjagamine mikrostruktuuriga tahkistes
Wave energy redistribution in solids with microstructure
1.01.2014
31.12.2017
Teadus- ja arendusprojekt
Personaalne uurimistoetus
Otsinguprojekt
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT152 Komposiitmaterjalid2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).40,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.4. MatemaatikaP130 Funktsioonid, diferentsiaalvõrrandid 1.1. Matemaatika ja arvutiteadus (matemaatika ja teised sellega seotud teadused: arvutiteadus ja sellega seotud teadused (ainult tarkvaraarendus, riistvara arendus kuulub tehnikavaldkonda)40,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.6. ArvutiteadusedT121 Signaalitöötlus 1.1. Matemaatika ja arvutiteadus (matemaatika ja teised sellega seotud teadused: arvutiteadus ja sellega seotud teadused (ainult tarkvaraarendus, riistvara arendus kuulub tehnikavaldkonda)20,0
PerioodSumma
01.01.2014−31.12.201461 440,00 EUR
01.01.2015−31.12.201561 440,00 EUR
01.01.2016−31.12.201661 440,00 EUR
01.01.2017−31.12.201761 440,00 EUR
245 760,00 EUR

Laineenergia ümberjaotamisel on oluline roll paljudes valdkondades nagu löögijõudude, helilainete ja maavärinate mõju leevendamises ning kokkupõrkekindluse tagamises. Et saavutada soovitud energia ümberjaotust, on vaja teada kuidas materjali mikrostruktuur mõjutab laine kuju ja kiirust. Antud projekti peamine eesmärk on teoreetiliselt põhjendada laineenergia muutumist lainelevil mikrostruktuuriga materjalides ning arvutuslike meetodite arendamine, mille abil saaks kvantitatiivselt ennustada lainevälju sealhulgas ka ajas muutuvates foononkristallides. Mikrostruktuuri mõju lainelevile tahkistes modeleeritakse duaalsete sisemuutujate kontseptsiooni kasutades. Lainelevi arvutuslike mudelite algoritmide arendamiseks kasutatakse lõplike mahtude meetodit. Dünaamiliste materjalide kontseptsiooni kasutatakse lainelevi juhtimise modelleerimiseks ajas muutuvates foononkristallides.
Wave energy redistribution in solids is concerned with applications in many fields such as impact mitigation, crash worthiness, sound control, earthquake mitigation. To achieve the desired energy redistribution, the knowledge of how the microstructure of a solid influences wave shape and speed is necessary. Main objectives of the project are the theoretical understanding of wave processes in microstructured solids and the development of computational tools which will predict quantitatively wave fields including these in time-dependent phononic crystals with desired functionality. The dual internal variables approach will be applied to the description of microstructure influence on wave propagation in solids. Finite volume numerical approach will be used for the development of computational algorithms for wave propagation in microstructured solids. The concept of dynamic materials will be applied for modelling of wave management in time-dependent phononic crystals.
Materjalide käitumise prognoosimine väliste koormuste mõjul on oluline ülesanne tehnikateadustes, mis peab eelnema seadmete ja konstruktsioonide disainile. Materjalid, mis leiavad kasutust moodsates seadmetes on järjest keerukamad ning nõudlus kõrgetasemeliste analüüsimeetodite järele suureneb. Meetodite täpsus on aga otseses seoses valitud teooriaga. Idealiseeritud klassikalised teooriad (lineaarne elastsusteooria ja Fourier soojusjuhtivuseteooria) ei ole piisavalt täpsed, et kirjeldada mittehomogeensete mikrostruktuuriga materjalide käitumist. Ka atomistlik kirjeldus ei ole mõistlik, kuna rakendused reaalsetes ülesannetes osutuvad väga keerulisteks. Kompromissid, mida tuleb teha suurema täpsuse ja praktilise lähenemise vahel, on kirjeldatud aruande teoreetilises osas. Numbriline modelleerimine ei ole alati esimene valik praktilistes arendustes, kuna nende kasutamist peetakse keeruliseks, tulemusi ei peeta piisavalt täpseteks või arvatakse, et need meetodid ei ole kasutatavad spetsiifiliste küsimuste korral. Tänapäeval eksisteerib mitmeid tehnilisi võimalusi, et arendada numbrilisi meetodeid, mis oleksid mõistlikkuse piires piisavalt lihtsad, kättesaadavad ja täpsed uudsete toodete disainis. Seepärast on antud aruande ühes osas võrreldud erinevaid numbrilisi meetodeid, mida saab kasutada lainelevi probleemide modelleerimisel sisestruktuuriga tahkistes. Lainelevi tahkistes on tugevalt mõjutatud kaasnevate füüsikaliste efektide poolest. Sisestruktuuri olemasolu tahkises väljendub dissipatsioonis ja/või difraktsioonis. Tüüpiline sisestruktuur on korrapärane võre, mis on valmistatud teisest materjalist kui materjal, mille sisse see alamstruktuur viidud on. Difraktsioonimustrit, mis tekib peale seda kui laine on läbinud sisemist võret, on analüüsitud eeldusel, et põhimaterjal ja võre on mõlemad elastsed. See võib viia energia lokaliseerumiseni lainelevil, mis on kirjeldatud aruande kolmandas osas.