UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW 28 – 29 Czerwca 2010 r. „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” ZB 14 Materiały inteligentne - oraz bazujące na nich systemy zespolone (ang. smart embedded systems) do zastosowania w lotnictwie Lider merytoryczny Prof. Jan Holnicki-Szulc Instytucje partnerskie w zadaniu IPPT PAN, IMP PAN, ITWL, Ilot, PRz, PL, PW I i II kwartał 2010

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Badania systemów zespolonych wykorzystujących materiały piezoelektryczne: Badania systemów zespolonych wykorzystujących zintegrowane układy elektryczne (ELGRID) Matryca komplementarnych obwodów drukowanych sprzężonych pojemnościowo Rys. 1 Schemat poglądowy przedstawiający system identyfikacji delaminacji za pomocą siatki czujników piezoelektrycznych. Cel badań: opracowanie zintegrowanego systemu identyfikacji uszkodzeń międzywarstwowych w konstrukcjach lotniczych Wnioski: opracowano model numeryczny konstrukcji warstwowej z delaminacją model numeryczny wykorzystano do określenia wskaźnika najbardziej wrażliwego na pojawienie się delaminacji. Przeszywane połączenia przewodzące Wymuszenie sygnałem testowym Pomiar dynamicznej odpowiedzi układu Rys. 3 Schemat systemu identyfikacji uszkodzeń w panelach kompozytowych za pomocą zintegrowanych obwodów elektrycznych. opracowano metodę identyfikacji zmian przewodności i pojemności elektrycznej w zintegrowanych sieciech ELGRID bazującą na rozwiązaniu dynamicznego zadania odwrotnego Rys. 2 Przykładowe wyniki testów numerycznych dla delaminacji zlokalizowanej pomiędzy parą czujników nr 6 (a), delaminacji zlokalizowanej pomiędzy czujnikami 5,6,7 (b). Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Modelowanie HPV jako zadania sprzężonego mechaniki konstrukcji i mechaniki płynów dopływ: 2 atm wypływ: 1 atm ścianki zaworu obszar płynu membrana Przyjęty model zaworu: Zamknięta od dołu membrana umieszczona pomiędzy sztywnymi ściankami Ciśnieniowe warunki brzegowe w miejscu dopływu i wypływu gazu Metoda ALE Metoda CEL Symulację zamykania zaworu wykonano dwoma metodami: 1. Arbitrary Lagrangian Eulerian 2. Coupled Eulerian Lagrangian Rozkład prędkości płynu Wyniki symulacji numerycznych (metoda ALE): Rozkład ciśnień w zaworze Rozkład linii prądu Wniosek końcowy: przeprowadzone symulacje potwierdzają poprawność przyjętej koncepcji zaworu HPV Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Izolacja i lokalne monitorowanie podkonstrukcji Cel prac opracowanie i eksperymentalna weryfikacja metody izolacji wybranych fragmentów konstrukcji w celu ich lokalnego monitorowania przy użyciu standardowych metod SHM (a) (b) Schemat eksperymentalnie badanej konstrukcji i procesu izolacji: (a) konstrukcja globalna; (b) izolowana podkonstrukcja Wyniki eksperymentalne (a) (b) Lokalna identyfikacja współczynników uszkodzenia pięciu segmentów podkonstrukcji wyizolowanej z konstrukcji globalnej: (a) w dziedzinie czasu; (b) w dziedzinie częstości Wnioski: przeprowadzony eksperyment potwierdza możliwość izolacji i następnie lokalnego monitorowania podkonstrukcji standardowymi metodami w dziedzinie czasu i częstości Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Oryginalne badania eksperymentalne absorpcji akustycznej pianek magneto-reologicznych Eksperyment: Absorpcję akustyczną zbadano w zakresie 0.5-6.5 kHz: dla „czystych” próbek pianek poliuretanowych dla pianek magneto-reologicznych uzyskanych poprzez pokrycie porowatego szkieletu próbek cienką warstwą płynu magneto-reologicznego dla pianek MR w stałym polu magnetycznym Przykładowe krzywe absorpcji akustycznej uzyskane dla: (a) „czystej”pianki poliuretanowej (b) pianki magneto-reologicznej (c) pianki magneto-reologicznej poddanej działaniu stałego pola magnetycznego Wnioski: Adaptacyjne oddziaływanie stałym polem magnetycznym na pianki magneto-reologiczne w istotny sposób wpływa na absorpcję akustyczną polepszając ją w szerokim paśmie częstotliwości Rezultat ten stanowi to podstawę dla realizacji potencjalnie bardziej efektywnego aktywnego oddziaływania zmiennym polem magnetycznym Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Badania doświadczalne wyznaczające odporność na delaminację kompozytów laminatowych o spoiwie polimerowym. Spodziewanym źródłem delaminacji są elementy aktywne (piezoelektryczne lub inne), celowo wprowadzone pomiędzy warstwy laminatu. W ramach prowadzonych prac badawczych wyznaczane są charakterystyki sztywnościowe wytworzonych kompozytów, poprzez zginanie próbek belkowych. Podczas badań korzystano z szybkiej kamery w celu wyznaczenia ugięć i obserwacji ewentualnej propagacji rozwarstwienia Politechnika Lubelska

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Wrażliwość kontrolera nasyceniowego (NSC) na zmianę parametrów w badaniach na modelu analitycznym Sformułowano założenia do opracowania układu piezoelektrycznego aktywnie tłumiącego drgania łopat wirników. Wykazano, że zastosowanie elementów aktywnych umożliwia zmianę kształtu łopaty wirnikowej. Poprzez dobór odpowiedniego kontrolera można ograniczyć drgania łopat wymuszanych strugą opływającego powietrza. Badania numeryczne kontrolerów nasyceniowego (NSC) i PPF ze względu skuteczność działania Politechnika Lubelska

Propagacja fal - modelowanie UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Opracowano program do analizy propagacji fal sprężystych w złożonych trójwymiarowych konstrukcjach kompozytowych (laminowanych) Sygnał zarejestrowany w kątowniku - wynik symulacji Widok geometrii modelu w kształcie siodła Główne okno programu Przykład wizualizacji zjawiska propagacji fal sprężystych Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Zakład Mechaniki Struktur Inteligentnych Wiesław Ostachowicz, Marek Krawczuk, Arkadiusz Żak, Lech Murawski, Paweł Kudela, Tomasz Wandowski, Paweł Malinowski

Przetworniki piezoelektryczne - modelowanie UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Program wzbogacany jest o możliwości modelowania sprzężenia piezoelektrycznego. Możliwe będzie modelowanie konstrukcji z wbudowanymi przetwornikami piezoelektrycznymi do generacji i rejestracji fal sprężystych. Modelowanie płyty z elementem piezoelektrycznym Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Zakład Mechaniki Struktur Inteligentnych Wiesław Ostachowicz, Marek Krawczuk, Arkadiusz Żak, Lech Murawski, Paweł Kudela, Tomasz Wandowski, Paweł Malinowski

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO ZB14.ITWL: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona Widok fragmentu fotela (siedzisko i oparcie) pilota śmigłowca Mi-8 Cel: badania elastycznej pianki auksetycznej Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Wykonano: I kw. 2010 Analiza właściwości poliuretanowych pianek auksetycznych wytwarzanych przez ośrodki zagraniczne II kwartał 2010 1. Analiza właściwości materiałów wyjściowych (poliuretany, poliolefiny) i metod wytwarzania pianek auksetycznych 2. Próba wykonania pianki auksetyczenej z krajowej pianki poliuretanowej auksetyk konwencjonalny obciążenie udarowe (Grima J.N.; 2009) Próba wykonania pianki auksetycznej z pozyskanej pianki poliuretanowo-estrowej typu siatkowego stan wyjściowy stan wyjściowy stan wyjściowy Rys. 1. Pianka tradycyjna Rys. 1. Pianka auksetyczna A=25% ν = - 0,22 Rv = 3,8 A=25% ν = - 0,63 Rv = 4,3 A=25% metoda trzyosiowej kompresji termicznej proces chemiczno-mechaniczny Wykonawcy: dr inż. Janusz Lisiecki, mgr inż. Teresa Błażejewicz, dr hab. inż. Sylwester Kłysz, dr inż. Sławomir Klimaszewski, mgr inż. Piotr Reymer, mgr inż. Gabriel Gmurczyk

Dane do wskaźników realizacji celów projektu UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Referaty Grzegorz Suwała, Łukasz Jankowski, Model-free damage identification of skeletal structures, 5th European Workshop on Structural Health Monitoring, June 29 – July 2, 2010, Sorrento-Naples, Italy. Małgorzata Mróz, Łukasz Jankowski, Jan Holnicki-Szulc, VDM-based identification of localized, damage induced damping, 5th European Workshop on Structural Health Monitoring, June 29 – July 2, 2010, Sorrento-Naples, Italy. Żak A., Ostachowicz W.: An algorithm to model SMA behaviour by the finite element method. IV European Conference on Computational Mechanics, 16-21 maj, Paryż, Francja. Murawski L., Ostachowicz W.: Optimization of marine propulsion system's alignment for aged ships. Proc. 18th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009, 18–21 May 2009, Zielona Góra, Poland, str. 73–74. Krawczuk M., Kudela P., Murawski L., Ostachowicz W., Żak A.: Elastic wave propagation software – Visualization methods, Proc. 18th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009, 18–21 May 2009, Zielona Góra, Poland, str. 255–256. Samborski S., Sadowski T.: Badanie statycznej i dynamicznej odporności na kruche pękanie tworzyw ceramicznych o zróżnicowanej porowatości, V Międzynarodowe Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiałów i Konstrukcji, Augustów, 3-6 czerwca 2009 Bocheński M., Warmiński J., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of nonlinear composite beam vibrations by various control algorithms application. 10th Conference on Dynamical Systems – Theory and Applications, Łódź, 7-10 grudnia 2009, pp. 161-168. Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiński J., Bocheński M., Filipek P.: Tłumienie drgań piezoelektrycznych materiałów kompozytowych. IX Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym "SENE 2009", Łódź, 18-20 XI 2009. Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiński J., Bocheński M.: Characteristics and Implementation of Piezoelectric Structures in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 179. Filipek P., Augustyniak M., Bocheński M.: Control of active piezoelectric beam system applying DSP-based controler in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 180. Jarzyna W., Charlak M., Augustyniak M.: Studies of Piezoelectric Composites Applied to Active Flow Control of the Wind Turbine. International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering, 1-3 October, 2009. Rousse, Bulgaria.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Publikacje Jilin Hou, Łukasz Jankowski, Jinping Ou, A substructure isolation method for local structural health monitoring, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in press, doi: 10.1002/stc.389 Jilin Hou, Łukasz Jankowski, Jinping Ou, Experimental study of the substructure isolation method for local health monitoring, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in review. Grzegorz Suwała, Łukasz Jankowski, A model-free method for identification of mass modifications, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in review. Tomasz G. Zielinski, Michał Rak, Acoustic Absorption of Foams Coated with MR Fluid under the Influence of Magnetic Field, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 21, pp. 125-131, January 2010. Kudela P., Ostachowicz W., Żak A.: Sensor triangulation for damage localisation in composite plates. Key Engineering Materials, 413–414, str. 55–62, 2009. Warmiński J., Bocheński M., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of nonlinear composite beam vibrations by selected control algorithms. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010, doi:10.1016/j.cnsns.2010.04.055 (in print) Warmiński J.: Nonlinear Normal Modes of a Self-Excited System Driven by Parametric and External Excitations. Nonlinear Dynamics, 2010, doi:10.1007/s11071-010-9679-5, (in print).

Dane do wskaźników realizacji celów projektu UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Prace mgr, dr, hab. Prace inżynierskie obronione: Prace magisterskie obronione: Marcin Zawadzki: Kompensacja odkształceń mechanicznych przy pomocy przetworników piezoelektrycznych. Promotor: dr inż. Piotr Filipek Prace inżynierskie planowane Zofia Szmit: Badanie drgań własnych płyt cienkich - metody eksperymentalne i analiza numeryczna MES. Promotor: dr inż. Jarosław Latalski, planowany termin obrony: lipiec 2010 Michalina Szymanek: Badania eksperymentalne drgań własnych warstwowych płyt kompozytowych. Promotor: dr inż. Jarosław Latalski, planowany termin obrony: lipiec 2010 Prace magisterskie planowane Łukasz Sadłowski: Elektroniczny układ zasilania dla piezoelektryków aktywnych. Promotor: dr inż. Piotr Filipek, planowany termin obrony: lipiec 2010 Prace doktorskie Prace habilitacyjne

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO POLITECHNIKA LUBELSKA Przykłady współpracy z przemysłem lotniczym PZL Świdnik SA - Regularnie odbywają się spotkania robocze z pracownikami w celu uzgodnienia kierunków badań. Współpraca dotyczy: technologii wytwarzania kompozytowych struktur lotniczych — zorganizowano m.in. długoterminowe staże przemysłowe, wykonano wstępną partię szerokiej gamy próbek kompozytowych do dalszych badań, konstrukcji śmigłowca — prowadzone są intensywne prace nad zastosowaniem aktywnego trymera do modelu łopaty wirnika nośnego INSTYTUT PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI PAN Aero-Kros Krosno – prowadzona jest współpraca mająca na celu opracowanie systemu wykrywania uszkodzeń w skleinie przy krawędzi natarcia skrzydeł kompozytowych PZL Świdnik SA - system wykrywania uszkodzeń w wirniku ogonowym ADAPTRONICA – we współpracy z małą firmą zajmującą się technikami wykrywania uszkodzeń w materiałach, uzyskano finansowanie projektu o akronimie SWING mającego na celu wdrożenie systemu wykrywania uszkodzeń w kompozytach lotniczych.

Główne wnioski UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Prace postępują zgodnie z założonym planem w podzadaniach: Wykonywanie elementów kompozytowych z SES (ang. Smart embeded systems) Rozwijanie metod wykrywania delaminacji w elementach kompozytowych Rozwijanie technologii związanych z AIA Adaptacyjna Absorpcja Energii Udaru Rozwijanie adaptacyjnych metod tłumienia hałasu Rozwijanie metod aktywnego tłumienia drgań i sterowania przepływem przy użyciu elementów piezoelektrycznych Rozwijanie oprogramowania do modelowania propagacji fal sprężystych w kompozytach z umieszczonymi elementami piezoelektrycznymi Opracowanie metody syntezy materiałów porowatych z ujemnym współczynnikiem Poissona