Dewesoftova oprema za mariborske raziskovalce

To je prva dobavljena znanstveno-raziskovalna oprema v okviru izvedbe operacije Nadgradnja nacionalnih raziskovalnih infrastruktur – RIUM. Operacijo je v višini 29 milijonov evrov podprlo Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport. V naslednjih dveh letih bodo sledile še dobave preostale opreme.

Za boljšo sestavo materialov in konstrukcij

Mobilni sistem za sinhronizirano hitro digitalno snemanje prehodnih pojavov, ki smo ga razvili v Dewesoftu, je namenjen za napredno digitalno vizualizacijo ekstremno hitrih prehodnih pojavov, kot so udarno deformiranje materialov, vrtinčenje in kavitacija, brizganje, krhki zlomi, hitra rast razpok, učinki eksplozij ali izstrelkov in podobno.

Analiza posnetkov takšnih pojavov z ultra-hitrimi hitrimi kamerami (2 milijona posnetkov na sekundo) omogoča boljše razumevanje osnovnih fizikalnih zakonitosti teh pojavov in prispeva k izboljšanju sestave materialov, konstrukcij ali postopkov v inženirstvu in širše, pojasnjujejo med drugim na spletni strani Univerze v Mariboru.

Kaj sestavlja merilni sistem in kdo ga uporablja

Mobilni sistem temelji na dveh vrhunskih hitrih kamerah PHOTRON FASTCAM SA-Z, povezanih z visokozmogljivim merilnim sistemom DEWESoft SIRIUSi HS 8x STG+ in podprtih z ustrezno programsko podporo za zajem in analizo podatkov PHOTRON FASTCAM VIEWER 4 (PFV4) in DEWESOFT-X-PRO.

Mobilni sistem za sinhronizirano hitro digitalno snemanje prehodnih pojavov je umeščen v raziskovalno skupino ACE-X na Fakulteti za strojništvo Univerze v Mariboru. Souporabljajo pa ga tudi raziskovalne skupine na UM:

• Raziskovalna skupina za energetsko, procesno in okoljsko inženirstvo (FS),

• Raziskovalna skupina za vrednotenje konstrukcij (FS),

• Raziskovalna skupina za proizvodno kibernetiko in avtomatizacijo (FS),

• Raziskovalna skupina za strojne elemente in konstrukcije iz IKO (FS),

• Laboratorij za organsko ter polimerno kemijo in tehnologijo (FKKT).

Naloge raziskovalne skupine ACE-X

Raziskovalna skupina ACE-X izvaja temeljne, aplikativne in razvojne raziskav na področju naprednega računalniškega inženirstva materialov, ki zajema zahtevno geometrijsko računalniško modeliranje in izvajanje zahtevnih računalniških simulacij inženirskih problemov, razvoj novih metod in algoritmov s področja nelinearne mehanike trdnih teles, mehanike hitrih prehodnih pojavov, mehanike kontakta, vezanih problemov.

Raziskave so osredotočene na razvoj novih nehomogenih celičnih in kompozitnih materialov s specifičnimi lastnostmi (deformabilnost, avksetičnost, dušenje ...). Skupina razvija in izvaja postopke za uporabo v različnih industrijskih aplikacijah, kot so analize napetostno-deformacijskih stanj mehanskih komponent, analize trka in udarne simulacije, porušitvene analize konstrukcij in konstrukcijskih spojev ter optimizacije konstrukcij strojnih komponent in sklopov.

Skupina razpolaga z računalniško gručo za izvajanje paralelnih zahtevnih in obsežnih računalniških simulacij HPC CORE@UM ter lastnim Split-Hopkinson-Pressure-Bar preizkuševališčem za določanje mehanskih lastnosti materialov pri visokih hitrostih obremenjevanja.

Za izvajanje raziskav na področju sodobnih materialov (npr. celični in kompozitni metamateriali), komponent in konstrukcij, ki so izpostavljene udarnim obremenitvam pri visokih hitrostih deformacije, je nujno potreben sistem za sinhronizirano hitro digitalno snemanje, ki omogoča opazovanje deformiranja teh materialov pri visokih hitrostih obremenjevanja. Takšni posnetki so potrebni za digitalno obdelavo po metodi DIC (ang. »Digital Image Correlation«), ki omogoča natančno analizo dogajanja v materialu preko polja deformacij.

Spodbujanje interdisciplinarnosti

To omogoča dodatno verifikacijo materialnih parametrov pri izredno hitrih dinamičnih preizkusih (kot na primer na Split-Hopkinson-Pressure-Bar preizkuševališču) in je hkrati zelo pomembno za uspešno validacijo novih računalniških modelov za študije možne uporabe naprednih materialov v modernih konstrukcijah.

Področje uporabe pa tukaj ni omejeno le na klasične trdnine, ampak omogoča ovrednotenje mehanike deformiranja tudi drugih vrst materialov, kot so mehkejša tkiva (uporaba v medicini), tkanine (uporaba v tekstilstvu), prehodnih pojavov pri tekočinah (uporaba v procesnem strojništvu), kar bo omogočalo vzpostavitev širšega interdisciplinarnega sodelovanja raziskovalne skupine ACE-X in drugih sodelujočih raziskovalnih skupin.

Široka uporabnost sistema

Mobilni sistem za sinhronizirano hitro digitalno snemanje prehodnih pojavov bo prispeval k napredku znanosti na številnih inženirskih področjih, za katere je značilna hitra sprememba stanja. Na primer razvoj novih metamaterialov, izboljšave raznovrstnih strojnih in drugih konstrukcij, izboljšave zaščitnih, proti-udarnih elementov, izboljšave proz uvodnih postopkov ipd. Prav tako bo sistem uporabljen na več različnih področjih sodelovanja s podjetji v Sloveniji in tujini.

Na področju razvoja in testiranja cestno-varnostnih sistemov bodo uporabljene za natančnejše snemanje deformacijskih procesov pri standardiziranem testiranju sistemov, kar bo pripomoglo k izboljšanju njihove konstrukcije. Na področju razvoja mešalnih in reakcijskih naprav bodo kamere omogočale prostorsko snemanje raznih procesnih pojavov.

Na področju karakterizacije posebnih materialov (npr. protioklepna jekla, kompozitni materiali, reakcijski materiali ipd.) bodo kamere omogočale snemanje porušitveno-deformacijskega procesa teh materialov pod vplivom udarnih obremenitev in s tem razumevanje njihovega obnašanja za namen izboljšave njihove konstrukcije.

Na področju razvoja odprtoceličnih struktur (deformacijski elementi, toplotni izvori/ponori, dušilni elementi, večfunkcijski elementi in podobno) bodo kamere omogočale natančno snemanje mehanizma obnašanja teh struktur pri različnih pogojih obremenjevanja.

Oprema po načelu odprtega dostopa

Prof. dr. Zoran Ren, prorektor za znanstveno-raziskovalno dejavnost Univerze v Mariboru, je od prejemu opreme med drugim povedal:

Mobilni sistem za sinhronizirano hitro digitalno snemanje prehodnih pojavov nam bo omogočil opazovanje raznovrstnih pojavov, ki so prehitri, da bi jih zaznali z očmi. Z novim sistemom bomo te pojave posneli z ultra-hitrimi kamerami, ki lahko zajamejo do 2 milijona posnetkov na sekundo. Z inovativnimi načini obdelave zajetih digitalnih posnetkov bomo hitre pojave virtualno upočasnili in analizirali ter jih s tem bolje razumeli. Ko jih bomo razumeli, pa jih bomo lahko tudi nadzorovali.