"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF5765
ETF5765 (ETF5765) "Lainelevi numbriline analüüs faasihüppepiiridega materjalides (1.01.2004−31.12.2006)", Arkadi Berezovski, Tallinna Tehnikaülikool, TTÜ Küberneetika Instituut.
ETF5765
Lainelevi numbriline analüüs faasihüppepiiridega materjalides
Numerical simulation of wave propagation in materials with internal interfaces
1.01.2004
31.12.2006
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.13. Mehhanotehnika, automaatika, tööstustehnoloogiaT455 Mootorid ja ajamid 2.3. 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).100,0
PerioodSumma
01.01.2004−31.12.200495 000,00 EEK (6 071,61 EUR)
01.01.2005−31.12.200589 411,76 EEK (5 714,45 EUR)
01.01.2006−31.12.200691 200,00 EEK (5 828,74 EUR)
17 614,80 EUR

Materjaliteaduse üks olulisi ning põhimõttelisi probleeme on materjalide käitumise teoreetiliste mudelite koostamine, mis tulevikus võib osutuda veelgi tähtsamaks kui praegu. Oluline on seejuures asjaolu, et vaid vähesed materjalid on kasutatavad nende ideaalse tasakaalu olukorras, sest just tasakaalust eemal ilmnevad tihti materjalide iseärasused. Püstitades küsimust laiemalt, on tegemist mikrostruktuuriga materjalidega (metallid, sulamid, komposiitmaterjalid jm.) ning nende deformeerimise ja purunemise probleemidega. Polükristalliste ja metallkeraamiliste materjalide omapära on diskreetsete faasihüppepiiride olemasolu. Siit järgneb käesoleva grandiprojekti põhieesmärk: faasihüppepiiride modelleerimine ja numbriline analüüs. Analüüs haarab heterogeensete ja/või metallkeraamiliste ja polümeerkeraamiliste materjalide faasihüppepiiride arvutamist sõltuvana struktuuri omadustest ning sidestusest ja sümmeetriast faaside vahel. Selleks on vaja arendada uusi meetodeid, sest olemasolevad meetodid ei võimalda kõiki nimetatud iseärasusi arvestada. Uuringute võtmesuunaks on komposiitmaterjalide käitumine dünaamilistel löökkoormustel. Eesmärgiks on selgitada nii faasipiirihüpete võimalikud muutused dünaamilistel koormustel kui ka võimalused faasipiirihüpete ruumilise tasakaalu hoidmiseks näiteks jääkpingete abil. Kihilistes komposiitmaterjalides on oluline kontakti säilumine üksikute kihtide vahel, mis on oluline purunemismehaanikas. Liikuvate faasihüppepiiride termomehaaniline mudel põhineb pideva keskkonna kanoonilistel formulatsioonidel ja diskreetsete süsteemide termodünaamikal. Numbriline algoritm toetub hiljutistele uurimustele, mis said teoks eelmiste ETF grantide 3203 ja 4504 raames. Grandiprojekti teaduslik väärtus seisneb faasihüppepiiride kineetika uurimises ja sidumises laineleviülesannetega. 2004.a. uurimistöö oodatavad põhitulemused on järgmised: Pingelaine levi numbriline simulatsioon perioodilistes ja juhuslikult muutlike omadustega komposiitides.
Theoretical modeling of materials is an important and fundamental aspect of materials science that will become even more important in the future. Few materials are used solely in their ideal equilibrium state. Far from equilibrium, complex materials are used nowadays in real applications. Better understanding is needed of the complex phenomena involved in deformation and fracture of metals, alloys, and metallic composites. In most polycrystalline materials and especially composites, interfaces play an important, often crucial, role in determining a material's properties and performance. A major goal of research will therefore be the simulation and eventual design of interfaces, including grain boundaries and surfaces. New methods for modeling interfaces in heterogeneous and/or multi-material systems (e.g. ceramic-polymer and metal-ceramic interfaces) need to be developed, since the fundamental differences in bonding, structure and symmetry between different phases make them difficult to simulate with current methods. Resistance of composite and sandwich structures to dynamic and low impact loads and under high loading could be improved by better understanding of their behaviour, that means by experimentally supported modeling. Residual stresses that promote coherence of interfaces should be generated where possible. Various global-local approaches to modeling of deformation and damage evolution in complex laminates should be expanded in support of these efforts. Our main hypothesis of the research is to model the kinetics of the internal interface as completely as possible in order to guarantee the needed accuracy. In the framework of the present project, a thermomechanical model for the moving interfaces is expected to be developed on the basis of the canonical formalism of continuum mechanics and the thermodynamics of discrete systems. The numerical implementation of this model will be made by means of the modernization of the recently proposed computational technique developed in the framework of previous ETF grants No.3203, 4504. The scientific importance of the project involves the research on the kinetics of internal interfaces and the usage of that in developing high accuracy numerical metofs for wave propagation in complex materials. Expected results in 2004: Numerical simulation of stress waves in periodic and random composites.