Témakiírások
Instabil, nemlineáris lágy szerkezetek mechanikai modellezése
témakiírás címe
Instabil, nemlineáris lágy szerkezetek mechanikai modellezése
doktori iskola
témakiíró
tudományág
témakiírás leírása
a.) Előzmények:
OTKA-PD projekt (2021-2024).
A polimer anyagtudomány és technológia gyors fejlődésének köszönhetően az elmúlt évtizedben a robotika egy új, biológiailag inspirált ága alakult ki: az úgynevezett lágy robotika. Ezek a szerkezetek a fejlett és adaptív funkcióinak biztosítása során jelentősen épít az anyagi nemlinearitások és nagy deformációk mellett jelentkező szerkezeti instabilitásokra. Az ilyen, összetett mechanikai tulajdonságú lágy szerkezetek deformációinak pontos előrejelzése különféle terhelések esetén megköveteli nemlineáris lágy szerkezeti instabilitási jelenségek teljes megértését és pontos mechanikai modellezését.
b.) A kutatás célja:
A program célja, az instabil lágy szerkezetek viselkedését leíró mechanikai modellek fejlesztése, a szerkezetet alkotó lágy anyagok véges alakváltozások esetén jelentkező anyagi viselkedésének figyelembevételével. További cél, hogy a szerkezeti instabilitásokat befolyásoló anyagi és geometriai tényezők azonosítása. További cél, hogy analitikus és numerikus mechanikai modellekkel leírjuk a lágy szerkezetek érzékenységét és bizonytalanságát. Ezek két fő tényezőből adódhatnak: i) a lágy anyagok anyagi viselkedésének bizonytalansága és az erősen nemlineáris, összetett anyag megfelelő konstitutív modelljének bizonytalansága; és ii) az instabil lágy szerkezet érzékenysége a geometria, a peremfeltételek vagy a külső terhelések bizonytalanságaira. A kutatás célja, hogy konkrét szerkezeti példákból kiindulva általános érvényű modellezési módszereket fejlesszünk a lágy szerkezetek instabilitásának vizsgálatára.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye:
1. Irodalomkutatás: A lágy anyagok viselkedését leíró nemlineáris viszkózus-rugalmas anyagmodellek; a szerkezeti instabilitások modellezésének analitikus és numerikus (VEM) technikái. (6 hónap)
2. Mechanikai modellezés: Mechanikai kísérletek elvégzése, konstitutív modellfejlesztés, paraméterillesztés és implementálás (18 hónap)
3. Validációs mérések: mikrokontroller-vezérelt lágy polimerből készült egyszerűsített kísérleti validációs eszköz készítése az instabilitások vizsgálatára (12 hónap)
4. Numerikus szimulációk: anyagmodellek összehasonlítása, lágy robotok optimalizálása (12 hónap)
Publikációs munka: 1. év – hazai és nemzetközi konferenciák; 2. év – impakt faktoros (IF) cikk és nemzetközi konferencia; 3. év – IF cikkek és nemzetközi konferenciák; 4. év – IF cikkek és értekezés
d.) A szükséges berendezések:
Mechanikai tesztberendezések (egy- és kéttengelyű anyagvizsgáló gépek, gyorskamera, mikroszkóp), lágy szerkezetek gyártásához szükséges laboratóriumi eszközök (3D nyomtató, szárítókemence, mikrokontrollerek), szoftverek (Abaqus, Mathematica, Ansys, Matlab). A kutatáshoz szükséges berendezések a Műszaki Mechanikai Tanszéken biztosítottak.
e.) Várható tudományos eredmények:
Új mechanikai modellezési eljárások (analitikus és numerikus), amelyek pontosan le tudják írni az instabil lágy szerkezetek viselkedését, azok érzékenységeit és bizonytalanságait. Ezen kívül várható, új anyagmodellezési eljárások és új anyagmodellek fejlesztése, azok végeselemes implementációja a széles-körű kutatói közösség számára.
f.) Irodalom:
[1] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila: Closed-form solution of the Ogden–Hill’s compressible hyperelastic model for ramp loading, MECHANICS OF TIME-DEPENDENT MATERIALS 21: (2) pp. 263-286., 2016
[2] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila: Characterization of a thermoplastic foam material with the two-layer viscoplastic model, MATERIALS TODAY: PROCEEDINGS 4: (5) pp. 5749-5754., 2017
[3] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila, Bachrathy Dániel, Stépán Gábor: Numerical and experimental investigation of the applicability of pellet impacts for impulse excitation, INTERNATIONAL JOURNAL OF IMPACT ENGINEERING 115: pp. 19-31., 2018
[4] Kwon Younghoon, Seo Soyoung E., Lee Jaejun, Berezvai Szabolcs, Read de Alaniz Javier, Eisenbach Claus D., McMeeking Robert M., Hawker Craig J., Valentine Megan T.: 3D-printed polymer foams maintain stiffness and energy dissipation under repeated loading, COMPOSITES COMMUNICATIONS 37: p. 101453., 2023
[5] Takács Donát M., Berezvai Szabolcs, Kovács László: A general method for numerical identifiability and sensitivity analysis of failure criteria for continuous fibre-reinforced plastics, EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS A-SOLIDS 1: 104976, 2023
[6] Kossa Attila, Berezvai Szabolcs: Novel strategy for the hyperelastic parameter fitting procedure of polymer foam materials, POLYMER TESTING 53: pp. 149-155., 2016
[7] Kossa Attila, Berezvai Szabolcs: Visco-hyperelastic characterization of polymeric foam materials, MATERIALS TODAY: PROCEEDINGS 3: (4) pp. 1003-1008., 2016
OTKA-PD projekt (2021-2024).
A polimer anyagtudomány és technológia gyors fejlődésének köszönhetően az elmúlt évtizedben a robotika egy új, biológiailag inspirált ága alakult ki: az úgynevezett lágy robotika. Ezek a szerkezetek a fejlett és adaptív funkcióinak biztosítása során jelentősen épít az anyagi nemlinearitások és nagy deformációk mellett jelentkező szerkezeti instabilitásokra. Az ilyen, összetett mechanikai tulajdonságú lágy szerkezetek deformációinak pontos előrejelzése különféle terhelések esetén megköveteli nemlineáris lágy szerkezeti instabilitási jelenségek teljes megértését és pontos mechanikai modellezését.
b.) A kutatás célja:
A program célja, az instabil lágy szerkezetek viselkedését leíró mechanikai modellek fejlesztése, a szerkezetet alkotó lágy anyagok véges alakváltozások esetén jelentkező anyagi viselkedésének figyelembevételével. További cél, hogy a szerkezeti instabilitásokat befolyásoló anyagi és geometriai tényezők azonosítása. További cél, hogy analitikus és numerikus mechanikai modellekkel leírjuk a lágy szerkezetek érzékenységét és bizonytalanságát. Ezek két fő tényezőből adódhatnak: i) a lágy anyagok anyagi viselkedésének bizonytalansága és az erősen nemlineáris, összetett anyag megfelelő konstitutív modelljének bizonytalansága; és ii) az instabil lágy szerkezet érzékenysége a geometria, a peremfeltételek vagy a külső terhelések bizonytalanságaira. A kutatás célja, hogy konkrét szerkezeti példákból kiindulva általános érvényű modellezési módszereket fejlesszünk a lágy szerkezetek instabilitásának vizsgálatára.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye:
1. Irodalomkutatás: A lágy anyagok viselkedését leíró nemlineáris viszkózus-rugalmas anyagmodellek; a szerkezeti instabilitások modellezésének analitikus és numerikus (VEM) technikái. (6 hónap)
2. Mechanikai modellezés: Mechanikai kísérletek elvégzése, konstitutív modellfejlesztés, paraméterillesztés és implementálás (18 hónap)
3. Validációs mérések: mikrokontroller-vezérelt lágy polimerből készült egyszerűsített kísérleti validációs eszköz készítése az instabilitások vizsgálatára (12 hónap)
4. Numerikus szimulációk: anyagmodellek összehasonlítása, lágy robotok optimalizálása (12 hónap)
Publikációs munka: 1. év – hazai és nemzetközi konferenciák; 2. év – impakt faktoros (IF) cikk és nemzetközi konferencia; 3. év – IF cikkek és nemzetközi konferenciák; 4. év – IF cikkek és értekezés
d.) A szükséges berendezések:
Mechanikai tesztberendezések (egy- és kéttengelyű anyagvizsgáló gépek, gyorskamera, mikroszkóp), lágy szerkezetek gyártásához szükséges laboratóriumi eszközök (3D nyomtató, szárítókemence, mikrokontrollerek), szoftverek (Abaqus, Mathematica, Ansys, Matlab). A kutatáshoz szükséges berendezések a Műszaki Mechanikai Tanszéken biztosítottak.
e.) Várható tudományos eredmények:
Új mechanikai modellezési eljárások (analitikus és numerikus), amelyek pontosan le tudják írni az instabil lágy szerkezetek viselkedését, azok érzékenységeit és bizonytalanságait. Ezen kívül várható, új anyagmodellezési eljárások és új anyagmodellek fejlesztése, azok végeselemes implementációja a széles-körű kutatói közösség számára.
f.) Irodalom:
[1] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila: Closed-form solution of the Ogden–Hill’s compressible hyperelastic model for ramp loading, MECHANICS OF TIME-DEPENDENT MATERIALS 21: (2) pp. 263-286., 2016
[2] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila: Characterization of a thermoplastic foam material with the two-layer viscoplastic model, MATERIALS TODAY: PROCEEDINGS 4: (5) pp. 5749-5754., 2017
[3] Berezvai Szabolcs, Kossa Attila, Bachrathy Dániel, Stépán Gábor: Numerical and experimental investigation of the applicability of pellet impacts for impulse excitation, INTERNATIONAL JOURNAL OF IMPACT ENGINEERING 115: pp. 19-31., 2018
[4] Kwon Younghoon, Seo Soyoung E., Lee Jaejun, Berezvai Szabolcs, Read de Alaniz Javier, Eisenbach Claus D., McMeeking Robert M., Hawker Craig J., Valentine Megan T.: 3D-printed polymer foams maintain stiffness and energy dissipation under repeated loading, COMPOSITES COMMUNICATIONS 37: p. 101453., 2023
[5] Takács Donát M., Berezvai Szabolcs, Kovács László: A general method for numerical identifiability and sensitivity analysis of failure criteria for continuous fibre-reinforced plastics, EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS A-SOLIDS 1: 104976, 2023
[6] Kossa Attila, Berezvai Szabolcs: Novel strategy for the hyperelastic parameter fitting procedure of polymer foam materials, POLYMER TESTING 53: pp. 149-155., 2016
[7] Kossa Attila, Berezvai Szabolcs: Visco-hyperelastic characterization of polymeric foam materials, MATERIALS TODAY: PROCEEDINGS 3: (4) pp. 1003-1008., 2016
felvehető hallgatók száma
1 fő
helyszín
BME Műszaki Mechanikai Tanszék
jelentkezési határidő
2026-04-30