Proiect PNII IDEI contract nr. 106/1 octombrie 2007

Transcription

1 INSTITUTUL DE MECANICA SOLIDELOR ACADEMIA ROMANA Str. Ctin Mille nr. 15, C.P , Bucuresti Programul: I IDEI Tipul Proiecte de cercetare exploratorie proiectului: Cod proiect: ID_247/2007 Proiect PNII IDEI contract nr. 106/1 octombrie 2007 tema : CARACTERIZAREA BAZATA PE CUNOASTERE A CAPACITATII DE AMORTIZARE A NANOCOMPOZITELOR DIN MATERIALE AUXETICE SI NANOTUBURI DE CARBON DIRECTOR PROIECT dr. Ligia MUNTEANU Colectiv Cercetatori cu experienta Dr. mat. Ligia Munteanu director de program, cercetator stiintific grad 1 (n.1967) indice Hirsch 4 Dr. mat. Veturia Chiroiu cercetator stiintific grad 1 (n.1942) indice Hirsch 4

2 Dr. ing. Cristian Rugina cercetator stiintific grad II (n.1969) Tineri cercetatori cu experienta Dr. ing. Dan Dumitriu cercetator stiintific grad III (n.1974) indice Hirsch 1 Dr. mat. Miruna Beldiman cercetator stiintific grad III (n.1977) Doctoranzi Drd. Ing. Cornel Secara cercetator stiintific (n.1980) doctorand cu frecventa din 2004, sustinere teza 2008 Drd. Ing. Daniel Baldovin cercetator stiintific (n.1978) doctorand fara frecventa din 2004, sustinere teza 2009 Drd. mat. Ana Maria Nitu cercetator stiintific (n.1973) doctorand fara frecventa din 2004, sustinere teza 2010 Drd. mat. Valeria Mosnegutu cercetator stiintific (n.1973) doctorand fara frecventa din 2003, sustinere teza 2008 Teze de doctorat sustinute 1. Noiembrie 2008 Secara Cornel inginerie mecanica, conducator doctorat dr.v.chiroiu titlu teza :Contributii la elaborarea strategiilor de constrangere pentru conducerea robotilor redundanti Contributii proiect : arhitecturare materiale nanostructurate alcatuite din nanotuburi de carbon si materiale auxetice, nanoroboti, criterii de performanta in conducerea robotilor redundanti, probleme inverse rezolvate cu algoritmi genetici, programe de calcul. 2. Decembrie 2008 Mosnegutu Valeria inginerie mecanica, conducator doctorat dr.v.chiroiu titlu teza Contributii privind dinamica sistemelor cu frecare cu aplicatii in controlul vibratiilor si al amortizarii Contributii proiect: analiza disc inelar cu amortizare, analiza articulatia genunchiului- proteze -materiale auxetice si materiale cu rigiditate negativa, modelare la diferite scari metrice a lichidului sinovial, studiul amortizarii nanocompozitelor auxetice, programe de calcul. 3. Iunie 2009 Baldovin Daniel inginerie mecanica, conducator doctorat dr.v.chiroiu titlu teza: Contributii la studiul fenomenelor de contact cu calea de rulare in dinamica vehiculelor feroviare) Contributii proiect : contact elasto-plastic la diferite scari metrice, legi constitutive materiale compozite, amortizare neliniara la serpuirea osiilor, controlul si reducerea zgomotului de rulare prin panouri sonice, programe de calcul. 4. Aprilie 2010 Ana Maria Mitu matematica, conducator doctorat dr.t.sireteanu, titlu teza : Contributii la studiul comportarii dinamice a sistemelor cu caracteristici de trip histeretic Contributii proiect : comportarea dinamica a nanotuburilor de carbon supuse la intindere, compresiune, incovoiere si torsiune, fenomene histeretice la materiale nanostructurate, modele Preisach si Bouc-Wen, programe de calcul.

3 Precizarea activitatilor la care au contribuit tinerii cercetatori si doctoranzii si a valorii manoperei alocate din total cheltuieli de personal din devizul postcalcul al proiectului Tineri cercetatori cu experienta Dr. ing. Dan Dumitriu cercetator stiintific grad III 2007 Activitate 2.2. Teoria pseudosuprafetelor Tzitzeica cu curbura negativa 2007 Activitate 2.3. Nanoindentare 2008 Activitate 1.1. Analizal capacitatii de amortizare la diferite scari metrice 2008 Activitate1.2. Analiza capacitatii de amortizare a nanotuburilor de carbon. Stagii de cercetare Activitate 1.3. Adaptarea metodei nelocale Preisach-Tzitzeica la caracterizarea amortizarii prin nanoindentare 2008 Activitate 2.1. Modele de caracterizare a materialelor auxetice 2009 Activitate 3.1. Modelarea nanocontactelor si a fenomenului de nanoindentare cu indentere avand forme diferite Activitate 3.2. Includerea in teorie a fenomenelor care insotesc nanoindentarea la diferite scari metrice Activitate 3.3.Teorii cuplate atomistic-continue de simulare a nanoindentarii Activitate 4.1. O problema inversa de identificare a proprietatilor elastice, vasco-elastice si de amortizare a unui material nanostructurat Activitate 4.2. Experimente de nanoindentare simulate realist pe computer (I. Model). Dr. mat. Miruna Beldiman cercetator stiintific grad III 2007 Activitate 1.1. Nanocompozite cu nanotuburi de carbon 2007 Activitate 1.2. Analiza conceptelor de nanostructurare a sistemelor compozite alcatuite din materiale diferite 2008 Activitate 1.1. Studiul capacitatii de amortizare a materialelor la diferite scari metrice 2009 Activitate 1.1. Studiul proprietatilor unor nanocompozite cu nanotuburi de carbon 2009 Activitate 2.1. Probleme de optimizare pentru analiza unei noi arhitecturi cu materiale auxetice si nanotuburi de carbon 2009 Activitate 2.3. Probleme de optimizare in modele de folii nanocompozite cu incluziuni de materiale auxetice si nanotuburi de carbon Doctoranzi Drd. Ing. Cornel Secara cercetator stiintific 2007 Activitate 2.1. Material cu arhitectura noua cu materiale auxetice si nanotuburi de carbon 2007 Activitate 2.2. Studiul proprietatilor elastice si vasco-elastice ale materialelor auxetice si nanotuburilor de carbon 2007 Activitate 2.3. Modele de folii nanocompozite cu incluziuni de materiale auxetice si nanotuburi de carbon.

4 2008 Activitate 1.1. Studiul capacitatii de amortizare a materialelor la diferite scari metrice 2009 Activitate 2.3. Modele de folii nanocompozite cu incluziuni de materiale auxetice si nanotuburi de carbon 2009 Activitate 3.1. Modelarea nanocontactelor si a fenomenului de nanoindentare cu indentere avand forme diferite 2009 Activitate 4.2. Experimente de nanoindentare simulate realist pe computer (I. Model). Drd. Ing. Daniel Baldovin cercetator stiintific Activitate2.3. Modele de folii nanocompozite cu incluziuni de materiale auxetice si nanotuburi de carbon Activitate3.1. Modelarea nanocontactelor si a fenomenului de nanoindentare cu indentere avand forme diferite Activitate3.2. Includerea in teorie a fenomenelor care insotesc nanoindentarea la diferite scari metrice Activitate 1.2. Metode macroscopice de caracterizare a amortizarii 2008 Activitate 2.3. Analiza capacitatii de amortizare a materialelor auxetice 2009 Activitate 2.2. Studiul proprietatilor elastice si vasco-elastice ale materialelor auxetice si nanotuburilor de carbon 2009 Activitate 3.1. Modelarea nanocontactelor si a fenomenului de nanoindentare cu indentere avand forme diferite 2009 Activitate 4.1. O problema inversa de identificare a proprietatilor elastice, vasco-elastice si de amortizare a unui material nanostructurat. Drd. mat. Ana Maria Nitu cercetator stiintific 2007 Activitate 2.2.Cuplarea analizei nelocale de tip Eringen cu metoda Preisach de analiza a histerzisului si cu teoria pseudosuprafetelor Tzitzeica cu curbura negativa 2007 Activitate 2.3. Modele de caracterizare a proprietatilor elastice si vasco-elastice ale materialelor 2008 Activitate 2.1. Materiale auxetice-proprietati 2008 Activitate 2.2. Legi constitutive histeretice 2008 Activitate 2.3. Analiza capacitatii de amortizare a materialelor auxetice 2009 Activitate 3.2. Includerea in teorie a fenomenelor care insotesc nanoindentarea la diferite scari metrice Activitate 3.3.Teorii cuplate atomistic-continue de simulare a nanoindentarii Activitate 4.1. O problema inversa de identificare a proprietatilor elastice, vasco-elastice si de amortizare a unui material nanostructurat Drd. mat. Valerica Mosnegutu cercetator stiintific 2007 Activitate 2.1. Material cu arhitectura noua cu materiale auxetice si nanotuburi de carbon 2007 Activitate 2.2. Studiul proprietatilor elastice si vasco-elastice ale materialelor auxetice si nanotuburilor de carbon 2008 Activitate 1.3. Metofa Preisach-Tzitzeica la caracterizarea amortizarii prin nanoindentare 2008 Activitate 2.1. Modelarea materialelor auxetice

5 2009 Activitate 2.1. Material cu arhitectura noua cu materiale auxetice si nanotuburi de carbon 2009 Activitate 3.1. Modelarea nanocontactelor si a fenomenului de nanoindentare cu indentere avand forme diferite 2009 Activitate 4.1. O problema inversa de identificare a proprietatilor elastice, vasco-elastice si de amortizare a unui material nanostructurat Mobilitati tineri Justificarea deplasarilor Proiectul are scop principal de a avansa modele noi de caracterizare a amortizarii si rezistentei pentru nanocompozite si in mod special pentru nanocompozite pe baza de nanotuburi de carbon si materiale auxetice. Motivarea selectiei acestor nanocompozite consta in lucrarile noastre in care am demonstrat proprietatile lor exceptionale la scara macroscopica, si schimbarea dramatica a mecanismului de deformare si amortizare a rasinei epoxi la adaos de componente nano. Pentru caracterizarea amortizarii si a proprietatilor elastice am construit o noua tehnica bazata pe functia Titeica. Parametrii nanofunctionali se definesc pa baza studiului unui numar foarte mare de date experimentale obtinute pe nanostructuri standard. Extragerea acestor proprietati se realizeaza prin probleme inverse construite in raport cu fiecare proprietate. Problema inversa este prin definitie o problema prost pus in sensul lui Hadamard. Pentru a obtine solutia unica aplicam un algoritm genetic pe un numar foarte mare de date experimentale. Un model matematic care descrie un fenomen real la o anumita scara este adecvat dacă are caracteristicile cantitative şi calitative esenţiale ale acestui fenomen. Cu alte cuvinte, problema matematică trebuie să fie corect pusă în sensul lui Hadamard (soluţia problemei să existe, să fie unică în spaţiul de definiţie al modelului şi să depindă continuu de date (Hadamard 1923). Hadamard a definit problema incorect pusă ca o problema artificială care nu poate descrie un sistem fizic, si care nu admite soluţie unică sau care nu este o funcţie continuă de date. Multă vreme fizica matematică a tratat numai probleme corect puse în sensul lui Hadamard, si din aceasta cauză nu s-au rezolvat o serie de probleme provenite din experimente reale, cum ar fi problema Cauchy pentru ecuaţia lui Laplace. În realitate, există fenomene şi sisteme fizice ale căror modelări matematice pot conduce la probleme incorect puse, la diferite scari metrice si temporale. De multe ori efectul şi nu cauza este accesibil cunoaşterii umane, de aceea suntem atraşi să dezvoltam metode capabile să determine cauza dintr-un efect măsurabil. De aceea problemele incorect puse pot servi ca modele matematice pentru fenomene reale puse in evidenta la scari mici (nano- micro si mezzo). Problemele inverse rezolva probleme de caracterizare a capacitatii de amortizare a nanostructurilor, a proprietatilor elastice si vasco-elastice ale nanocompozitelor, controlul neliniar al vibratiilor si zgomotului, control inteligent, legi constitutive neliniare la diferite scari metrice, identificare sisteme inteligente, identificare geometrie şi forma, surse si condiţii pe frontieră nespecificate, identificare defecte, metode experimentale, modele fenomenologice ale materialelor si fluidelor, biomecanica, etc. Scopul problemelor inverse este de a cunoaşte şi determina un sistem dinamic cu proprietăţi necunoscute, geometrie necunoscută, condiţii iniţiale şi condiţii pe frontieră necunoscute, din răspunsul experimental la solicitări sau excitaţii date. Pentru anumite probleme inverse liniare sau neliniare simple, ca de exemplu cazul ecuaţiilor integrodiferenţiale hiperbolice liniare, condiţiile de transformare in probleme corect puse au fost

6 stabilite (Lorenzi, Grasselli). In marea majoritate a problemelor inverse insa, optimizarea modelului matematic si transformarea lui in problema corect pusa se realizeaza prin algoritmi genetici, retele neuronale si logica fuzzy, pe baza datelor experimentale. Prezentul proiect de cercetare determina legile care guverneaza comportarea nanocompozitelor cu nanotuburi de carbon si materiale auxetice, rezolvand probleme inverse prin inversarea unui numar extrem de mare de date experimentale achizitionate in mare parte in cadrul deplasarilor effectuate de membrii echipei in anii In anul 2007 au fost efectuate deplasari ale tinerilor la : - drd.c.secara, drd.d.baldovin 5nov. -15dec.2007, Laboratory for Machine Tools and Manufacturing Engineering, Department of Mechanical Engineering, Aristoteles University, Thessaloniki prof. Mitsi Sevasti; Facilitati : impact tester, nanoindenter, tension-compression testers; program experimental: histerezis, indentare, finalizare teze de doctorat drd.c.secara, drd. D.Baldovin, - dr.d.dumitriu 14 nov. -24dec.2007, Laboratoire de Mécanique et Modélisation des Matériaux et Structures du Génie Civil, Egletons, Université de Limoges prof. Octavian Pop, dr.claude Chazal, dr. Frederic Dubois, dr.rostand Moutou-Pitti, Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux, Institut Galilée, Université Paris 13-prof. Ioan R.Ionescu, Universitatea din Poitiers, Lab. Mecanica Solidelor. prof.claude Vallée, dr.kossi Atchonouglo; Facilitati: indentare, modelare (publicatii Research Trends in Mechanics vol.2), rupere fluaj. In anul 2008 au fost efectuate deplasari ale tinerilor la : - drd.a.m.mitu, drd.d.baldovin 18mai-19iunie 2008, Haifa, Israel Institute of Technology, Dynamics Lab., Faculty of Mechanics Engineering Technion Prof. Izhak Bucher. Facilitati: Laser-Doppler Vibrometer (Polytec); program experimental: vibratii in sisteme mecanice, folii Cu-Ni si Au-Ni, finalizare teza de doctorat drd. D. Baldovin, - drd.v.mosnegutu 30 iunie-30 iulie 2008, Haifa, Israel Institute of Technology Biomechanics Lab. of Technion Prof. Alon Wolf (drd.v.mosnegutu 30 iunie-30 iulie 2008). Facilitati : Vicon System program experimental: materiale proteze genunchi, finalizare teza de doctorat V.Mosnegutu, - dr.d.dumitriu 15iunie- 21iunie 2008, Universitatea Tehnica a Moldovei Prof. Vasile Marina, Prof. Gheorghe MORARU. Facilitati : Date experimentale (Kiev), modelare, microstructuri, compozite, - drd. C.Secara 31aug.-21sept.2008, University of Thessaloniki, Lab. For Machine Tools and Manufacturing (drd. C.Secara 31aug.- 21sept.2008). Facilitati : impact tester, nanoindentation, tension-compression testers; program experimental: corelatia dintre proprietati si nanostructura prin combinatia dintre sinteza, nanostructure; finalizare teza de doctorat drd. C.Secara - dr.d.dumitriu, drd.d.baldovin, dr.c.rugina oct.2008, Faculty of Civil Construction Management Univ. Union Belgrad Serbia prof. Dubravka MIJUCA, prof. Katica (Stevanović) Hedrih Univ. Nišu, prof. Miloš Kojić Excellence Center NANOLAB, Univ. Belgrad. Facilitati : nanoindentare, program FEM PAK, compozite sandwich.

7 In anul 2009 am fost efectuate deplasari ale tinerilor la : - drd.a.m.mitu, drd.v.mosnegutu 3-9ianuarie 2009, Centre for Advanced Materials, Faculty of Engineering, The British University of Egypt. Facilitati : Material Engineering Lab., Nanoindenter; program experimental: folii nanocompozite cu incluziuni din material auxetic, Nomex honeycomb cu fete 2024Al, fabricat potrivit ASTM C365 si ASTM C273, degradare strat rasina phenolica din celulele peretilor honeycomb. - drd.a.m.mitu februarie 2009, Politecnico di Torino, dip. di Fisica Facilitati : Mikroskop Philips-FEI XL 30 ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) Material Engineering Lab., Nanoindenter; program experimental: folii nanocompozite cu incluziuni din material auxetic, franghii din nanotuburi de carbon, aplicatii ale metodelor Presisach si Bouc-Wen in mecanica, finalizare teza de doctorat drd. A.M.Mitu Modelarea joaca un rol important in problema caracterizarii capacitatii de amortizare a nanocompozitelor la diferite scari metrice si temporale. Modelele care prezic aceste capabilitati se construiesc pe baza observatiilor experimentale. Modelul se construieste din experiment si se verifica prin experiment. Experimentul virtual construit pentru a pune in evidenta un anumit fenomen, tot trebuie verificat in final printr-un experiment real. Proiectul necesita un numar extrem de mare de date experimentale (indentare, nanoindentare, incercari mecanice, vibratii, oboseala). Cu ajutorul modelelor, arhitecturarea de noi nanocompozite, cu proprietati tinta, pot fi explorate fara sa fie nevoie ca aceste structuri sa fie sintetizate. Acest lucru este rapid si ieftin. Prin urmare, modelul se extrage din experiment, si la randul lui, devine un ghid excelent pentru noi experimantari, pentru designul materialului si pentru manufacturarea nanocompozitului Deplasarile efectuate au condus la elaborarea in 2008 a unui numar de 4 articole indexate ISI (fara factor de impact), 14 articole in baze de date internationale, 1 capitol in Ed. Springer, 3 capitole in Ed. Academiei si 5 papers Proceedings ISI. Sase din lucrari au fost elaborate in colaborare cu autori straini. Deplasarile efectuate au condus la elaborarea in 2009 a unui numar de 6 articole cotate ISI (cu factor de impact), 4 articole indexate ISI (fara factor de impact), 6 articole in baze de date internationale, 3 capitole in Ed. Springer si Bentham Science Publ., 6 capitole in Ed. Academiei, 10 papers Proceed. ISI, si 3 teze de doctorat sustinute (Cornel Secara, Valeria Mosnegutu si Daniel Baldovin). Opt din lucrari au fost elaborate in colaborare cu autori straini. Aducem pe aceasta cale multumiri prof.p.p.delsanto, dr.antonio Gliozzi de la Politecnico di Torino, prof.k.sadowska de la Gdansk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, dr.christos S.Ioakimidis, Gdansk Faculty of Ocean Engineering si Ship Technology, si prof.mostafa.el-ashry, prof.kareem M.Gouda, prof.iman ElMahallawi, de la Centre for Advanced Materials, Faculty of Engineering, the British University of Egypt, pentru facilitati in cercetare si experimentare, si pentru asistenta tehnica si discutii privind analiza si interpretarea datelor experimentale. Dan Dumitriu isi exprima recunostinta fata de Fonds National de la Recherche Luxembourg for the AM2c Mobility of Researchers project FNR/08/AM2c/05, care l-a sprijinit financiar pentru un stagiu de cercetare de 3 luni pe care l-a obtinut la Centre de Recherche Public Henri Tudor, Luxemburg, in 2008, si ale carui rezultate au fost utilizate in anul 2009.