Lepsze struktury warstwowe dla branży transportowej
Kompozyty to połączenie dwóch lub więcej materiałów, których indywidualne struktury pozostają takie same (materiały nie są mieszane), aby wykorzystać właściwości poszczególnych części składowych. W branży transportowej, gdzie większa masa oznacza wyższe zużycie paliwa i emisje, struktury warstwowe są bardzo popularne. Są one jednak podatne na pękanie i rozwarstwienie w wyniku obciążenia udarowego o małej prędkości. W ramach projektu IMPACTSMART SANDWICH(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Active control of impact response of smart sandwich structures), finansowanego ze środków UE, naukowcy opracowali algorytm kontroli sprzężenia zwrotnego, który minimalizują skutki uderzeń o małej prędkości. Zespół modelował strukturę warstwową o niewielkiej liczbie odrębnych warstw w celu określenia naprężeń na połączeniach między nimi przy niskim obciążeniu obliczeniowym. Zaawansowane metody matematyczne umożliwiają przewidywanie czasowych zmiany siły uderzenia, przemieszczenia, potencjału elektrycznego, prędkości, naprężeń i odkształceń. Metodologia ta wykorzystuje ok. 1% zasobów obliczeniowych rozwiązania, pozwalając na stworzenie pełnego systemu impaktor-cel. Zmniejszenie obciążenia obliczeniowego nie ma znaczenia, jeżeli wyniki są niedokładne. Metodologię opracowaną w projekcie IMPACTSMART SANDWICH przetestowano poprzez porównanie opublikowanych wyników analiz numerycznych i doświadczalnych z przeprowadzonymi pomiarami eksperymentalnymi przy pomocy specjalnej konfiguracji testowej. Używając modelu mechaniki uderzeń i ograniczonych algorytmów optymalizacyjnych, naukowcy opracowali technikę identyfikacji uderzeń. Określa ona wszystkie parametry dotyczące uderzenia, by następnie obliczyć globalne i lokalne reakcje na uderzenie, a ponadto umożliwia określenie ewentualnego rozwarstwienia lub uszkodzenia rdzenia. Aktywny algorytm kontroli sprzężenia zwrotnego uderzeń aktywuje powierzchniową piezoelektryczną warstwę ceramiczną, która minimalizuje siłę uderzenia przy pomocy systemu zmiany kształtu. Badacze obliczyli także energię magazynowaną w przetwornikach piezoelektrycznych podczas uderzenia pod kątem potencjalnego przechwytywania energii. Wyniki prac opisano w czterech publikacjach na łamach czasopism naukowych oraz trzech artykułach konferencyjnych. Technologia ta przyczyni się w sposób istotny do podniesienia konkurencyjności unijnego przemysłu produkcji materiałów kompozytowych, pomagając w udoskonaleniu ich konstrukcji, monitorowania i kontroli.
