LSNM Laboratorij za sisteme z naprednimi materiali

Cilji delovanja laboratorija so razvoj nadzornih sistemov za avtomatizacijo procesov z naprednimi materiali, računalniško modeliranje procesov z naprednimi materiali, preučitev nano-tehnologij povezanih s kovinami, razvoj tehnologije za izdelavo nanostrukturnih kompozitov jekla in aluminijevih zlitin, oprema laboratorija za karakterizacijo nanostruktur in izdelava vsebine modula podiplomskega izobraževanja na področju nanomaterialov.

Zaključeni projekti

B.15 Razvoj nadzornih sistemov za avtomatizacijo procesov z naprednimi materiali

Cilji:
Razvoj modularnega sistema za modeliranje različnih industrijskih sistemov na podlagi orodij s področja umetne inteligence. Modeliranje industrijskih procesov z umetnimi nevronskimi mrežami. Rezultati projekta so usmerjeni k razvoju orodij za izboljšano produktivnost in varnost procesov ter kvaliteto izdelkov. Poglavitni cilji, ki smo jim pri tem sledili, so:

Razvoj modeliranja z umetnimi nevronskimi mrežami, ki omogoča pravilno nastavitev procesnih parametrov za nov proizvod. Z modeli je možno v realnem času odgovoriti na vprašanja, kot so: Katere spremenljivke najbolj vplivajo na končne lastnosti izdelka? Ali so te spremenljivke pravilno nastavljene? Kako deterministične in kako stohastične spremembe procesnih parametrov vplivajo na končne lastnosti izdelka?

Slika 1: Strategija modeliranja procesov

 

Dejavnosti:

  1. Razvoj modelov na podlagi umetne inteligence.
  2. Razvoj uporabniških vmesnikov za sklapljanje fizikalnih modelov in modelov na podlagi umetne inteligence.
  3. Analiza procesov s pomočjo modelov na podlagi umetne inteligence.
    1. parametrične analize
    2. analiza vpliva procesnih parametrov
    3. ocena napak modela
  4. Razvoj postopkov za optimiranje procesa.
  5. Interakcija z industrijskimi podjetji pri zagotavljanju kvalitetnih podatkov in procesnih parametrov
  6. Zagotavljanje okolja za razvoj softvera, administracija strežnikov.

Rezultati:

  1. Model procesa ulivanja jekla na podlagi umetnih nevronskih mrež s podatki generiranimi s simulatorjem.
  2. Model procesne verige izdelave jekla na podlagi umetnih nevronskih mrež z industrijskimi podatki iz podjetja Štore Steel.
  3. Softver za izdelavo, analizo in uporabo modelov na podlagi umetnih nevronskih mrež.

Slika 2: delovna postaja HPDL380G7

 

B.16 Računalniško modeliranje procesov z naprednimi materiali

Cilji:
Razvoj modulernega sistema za modeliranje različnih industrijskih sistemov na podlagi fizikalnega modeliranja. Poudarek na sklopitvi elektromagnetnih polj in transportnih pojavov. Nova pred konkurenčna znanja, uporabna v širokem spektru industrijskih sistemov. Demonstracija na primeru kontinuirnega ulivanja.

Dejavnosti:

  1. Razvoj enačb za turbulentno strjevanje večkomponentnih zlitin na podlagi volumskega in časovnega povprečevanja. Enovit fizikalni model uporaben za različne industrijske postopke ulivanja, varjenja, pretaljevanja, za različne spektre zlitin.
  2. Rešitev Maxwellovih enačb za intenziteto toka in Poissonove enačbe za električni potencial.
  3. Sklopitev elektromagnetnih enačb z enačbami za turbulentni tok s strjevanjem.
  4. Testni izračuni toka pod vplivom elektromagnetnega polja v odprtih in zaprtih sistemih.
  5. Izračuni sistemov s kemijskimi reakcijami
  6. Demonstracija modularnega sistema na izračunu vpliva elektromagnetnega polja na primeru kontinuirnega ulivanja (geometrije in položaja polja), izhodni podatki: temperaturno polje, hitrostno polje, koncentracijsko polje, turbuletna kinetična energija, turbulentna dissipacija, Lorenzova sila, Joulovo gretje.
  7. Občutljivostna analiza parametrov elektromagnetnega polja na strjevanje pri kontinuirnem ulivanju.

Rezultati:

  • Večfizikalno, večnivojsko in večnamensko modeliranje sistemov. Računalniško modeliranje temelji na vodilnih inovativnih brezmrežnih računskih postopkih.
  • Razvit  fizikalni model za proizvodnjo ogljikovih nanomaterialov.
  • Razvit model magnetohidrodinamskih tokov.
  • Razvit učinkoviti model za izračun kemijskih reakcij.
  • Razvili smo prototip programske opreme za kinetiko kemičnih reakcij. Interno razvita programska oprema se bo uporabljala za izračun količine proizvedenih nanomaterialov.
  • Pripravili smo podroben načrt za razvoj simulacijske platforme.

Raziskovalna oprema
Glavna raziskovalna oprema je delovna postaja HPDL380G7, ki se uporablja za zapletene simulacije (fizikalne modele, modele na podlagi umetne inteligence, optimizacijsko okolje), in strežnik HPZ400, ki se uporablja kot strežnik za omrežne in splošne storitve (kot je na primer Subversion software repository host).

 

B.17    Vpeljava ogljikovih nanomaterialov v industrijsko proizvodnjo

B.17.1     Jekla

Cilji:

  • Razvoj novih jekel na podlagi dodajanja različnih nanodelcev.
  • Razvoj laboratorijskih in industrijskih sistemov za dodajanje nanodelcev.
  • Karakterizacija tako dobljenih materialov.
  • Skupno vlaganje v razvoj z industrijskimi partnerji.

Dejavnosti:
Zbrali in preučili smo literaturo, povezano z uporabo nanostrukturnih materialov v industrijski proizvodnji, ter znanstveno in tehnološko literaturo in patente v zvezi z uporabo nanostrukturnih ogljikovih materialov v jeklu.

Rezultati:
načrt za preskuse in vire, potrebne za izvedbo predkonkurenčne analize uporabe ogljikovih nanomaterialov v vzmetnem jeklu za izboljšanje mehanskih lastnosti in posledično življenjske dobe listnatih vzmeti. Sestavljeno poročilo o uporabi nanostrukturnih ogljikovih materialov v jeklu.

Analizirana dva nanostrukturna materiala ruskih partnerjev z namenom vpeljave v širšo industrijsko proizvodnjo. Za analizo smo pripravili naslednja dva materiala

   

Slika 3: Mikroskopska slika (SEM) dveh nanostrukturnih materialov (levo: trdni karbid dodanimi fulereni, desno: jeklo z dodanimi ogljikovimi nanocevkami).

 

V laboratorijski peči izdelali več poskusnih z dodatki različnih nanodelcev (fulereni, nanocevke...). Preizkusili smo več načinov umeščanja nanodelcev v talino. Opravili smo meritve mehanskih lastnosti referenčnih šarž in šarž z dodatki nanodelcev. Meritve mehanskih lastnosti in rezultati metalografskih preiskav potrjujejo, da nam je laboratorijsko uspelo izdelati nanostrukturirano jeklo.

Slika 4: SEM posnetek mikrostrukture nanostrukturiranega vzmetnega jekla.

 

B.17.2     Aluminijeve zlitine

Cilji:

  • Razvoj novih aluminijevih zlitin na podlagi dodajanja različnih nanodelcev.
  • Razvoj laboratorijskih in industrijskih sistemov za dodajanje nanodelcev.
  • Karakterizacija tako dobljenih materialov.
  • Skupno vlaganje v razvoj z industrijskimi partnerji.

Dejavnosti:

  • Usposobiti talilno vzorčno peč za izvajanje preizkusov
  • Izvedba prvega preizkusa z vnosom SiC v aluminijevo talino
  • Izvedba prvega preizkusa z vnosom AL2O3 v aluminijevo talino
  • Izvedba prvega preizkusa z vnosom ogljikovega prahu v aluminijevo talino
  • Izvedba prvih laboratorijskih preizkusov z dodajanjem SiC, Al2O3 in grafita v aluminijevo talino
  • Izvedba prvih laboratorijskih preizkusov z dodajanjem fulerenov v aluminijevo talino

Rezultati:

  • Nova predkonkurenčna znanja.
  • Vključitev v mednarodne raziskave na tem področju.

 

B.18    Razvoj in karakterizacija nanostrukturnih materialov

Cilji:
Razvita nova tehnologija vnosa in homogenizacije nanodelcev v aluminij. Nova tehnologija temelji na vpihavanju tekočega prekurzorja in in-situ kristalizacije nanodelcev, ki učinkovito zavirajo rast zrn. Pričakovati je bilo, da bo velikost zrn ostala na podmikronskem nivoju, kar bo omogočilo, da bodo mehanske lastnosti takšnega kompozita dosegale nivo do sedaj najboljših znanih Al zlitin ali jih celo presegle. Do sedaj razvite zlitine tega razreda so izredno drage, saj vsebujejo elemente, kot je npr. Sc.. Proizvodnja našega produkta je bistveno cenejša, kar omogoča masovno uporabo takšnih kompozitov (avtomobilska, letalska industrija, gradbeništvo...)

Podiplomski program:
V začetni fazi smo pregledali zgradbo in vsebino primerljivih podiplomskih programov z vsega sveta in iz Slovenije, prav tako pa smo pregledali tudi slovenske predpise, ki se nanašajo na izvajanje podiplomskih programov. Po opravljeni analizi večjega števila programov s področja nanoznanosti smo za primerjavo izbrali tri programe: 1) program Mednarodne podiplomske šole Jožefa Štefana v Ljubljani, 2) program Köbenhavnske podiplomske šole za nanoznanost in nanotehnologijo Univerze v Köbenhavnu ter 3) program Univerze v Kaliforniji, Berkeley.

  

Slika 5: Nabavljena raziskovalna oprema (levo: fluorescenčni spektrometer, desno: rentgenski refraktometer)

 

Objave

2010

  • Grešovnik, R. Vertnik, B.Šarler; Integrated Optimization Platform, December 2010
  • Grešovnik; Software Development in the Laboratory, December 2010
  • K. Mramor, N. Grlj, B. Šarler; Modelling of Fullerene Production by the Electric Arc-discharge Method, 2010
  • B. Senčič; Introduction of Fullerenes in Industrial Steel Production, 2010

   
2011

  • R. Grapulin; Nanodelci d.o.o. poslovni načrt za potencialno podjetje, december 2012
  • Grešovnik; Environment for Solving Inverse and Optimization Problems, February 2011
  • Grešovnik;  Primerjalna analiza izbire platforme za numerični model proizvodne celice, februar 2011
  • K. Mramor, B. Šarler; Numerical Modelling of Fullerene Production by Electric Arc-Discharge Method, April 2011
  • K. Mramor, B. Šarler; A Meshless Method Based on Computational Model of Fullerene Production by the Electric Arc-discharge Method, 2011
  • K. Mramor, B. Šarler; Brezmrežna metoda osnovana na računalniškem modelu proizvodnje fulerenov v plazemski celici, 2011
  • Grešovnik; Plan dela- optimizacija s kompleksnim odzivom za potrebe projekta CO BIK, Maj 2011
  • Grešovnik; Use of Neural Networks for Approximation of Response Function, June 2011
  • B. Šarler, Z. Pajcur; Delo v Laboratoriju v letih 2010/2011, 2011
  • Grešovnik; Definition of Data Formats for Optimization Software, June 2011
  • K. Mramor, B. Šarler; Modelling of Fullerene Production Cell, October 2011
  • K. Mramor; Chemical Kinetics Model Analysis, 2011
  • G. Kosec, B. Šarler; H-Adaptive Local Radial Basis Function Collocation Meshless Method, 2011
  • T. Kodelja, R. Vertnik, B. Šarler, I. Grešovnik; Application of Artificial Neural Networks in Design of Steel Production
  • B. Senčič; Poročilo o opravljenih raziskavah v okviru projekta Vpeljava ogljikovih nanomaterialov v industrijsko proizvodnjo, november 2011
  • B. Senčič; Vpeljava ogljikovih nanomaterialov v industrijsko proizvodnjo – plan aktivnosti v letu 2011, 2011
  • Univerza v Novi Gorici; Slovensko-italianska konferenca: O materialih in tehnologijah za trajnostni razvoj, 2011
  • M. Valant, M. Zdovc, V. Miliouchenko; Razvoj merilnih sistemov za merjenje električne upornosti in kapacitivnosti polprevodne keramike pri temperaturah od 10K do 900 K – kalibracija sistema, junij 2011
  • D. Lisjak; Nanotehnologija in nanomateriali v Sloveniji, november 2011
  • D. Lisjak: Elaborat podiplomski študij Materiali in nanotehnologije, 2011

   
2012

  • R. Grapulin; Nadzor nad naslednjo generacijo nanotehnologije, marec 2012
  • Grešovnik; Delo opravljeno v LSNM do konca 2011, 2012
  • T.Kodelja; Thermo Mechanical Modeling of Continuous Casting with Artificial Neural Network, 2012
  • Seja strokovnega sveta CO BIK, januar 2012
  • K. Mramor; Ogljikovi nanomateriali; februar 2012
  • T. Kodelja, I. Grešovnik; Contacts with Fullerene Manufacturers, February 2012
  • Grešovnik; Organization of Code Development for Collaboration with Commercial Partners, February 2012
  • Grešovnik; Programmer’s Guidelines for Development of Software within COBIK & Laboratory for Multiphase Processes, March 2012
  • Grešovnik; Coordination of Software Development in COBIK and Laboratory for Multiphase Processes, June 2012
  • Grešovnik, T. Kodelja, R: Vertnik, B. Šarler;  A software Framework for Optimization of Process Parameters in Material Production, 2012
  • G. Kosec, B. Šarler; Local Meshless Solution Procedure for Highly Nonlinear Flows, April 2012
  • R. Vertnik, B. Šarler,; Application of Local Radial Basis Function Collocation Method to Three Dimensional Natural Convection Problems, April 2012
  • B. Šarler, R. Vertnik, K. Mramor; A Numerical Benchmark Test for Continuous Casting of Steel, MCWASP, 2012
  • B. Šarler; Numerical Simulation of Materials and Processes Based on Physical Models and Artificial Inteligence, May 2012
  • K. Mramor, R. Vertnik, B. Šarler, Simulation of Natural Convection Under the Influence of Magnetic Field by Explicit Local Radial Basis Function Collocation Method, ICCES MM 2012, Budva, Montenegro, September 2-6, 2012
  • Grešovnik, T. Kodelja, R. Vertnik, B. Šarler: Application of Artificial Neural Networks to Improve Steel Production Process. Bruzzone, A. G.; Hamza, M. H. Proceed-ings of the 15th International Conference on Artificial Intelligence and Soft Computing, Napoli, Italy, 2012 pp. 249-255.
  • S.N. Atluri, I. Vušanović, B. Šarler (Eds.), ICCES MM'12 Budva, Montenegro September 2-6,2012
  • Tadej Kodelja, Igor Grešovnik, Robert Vertnik, Božidar Šarler, Topmost Steel Production Design by Using Artificial Neural Network Through Process Modeling. Abstract, Conference on Materials and Technology, October 2012, Portorož, Slovenia.
  • Grešovnik, T. Kodelja, R. Vertnik; B. Senčič, M. Kovačič, B. Šarler, Application of Artificial Neural Network in Design of Steel Production Path. Accepted for publication in Computers, Materials & Continua, 2012.
  • B. Šarler, R. Vertnik, A.Z. Lorbiecka, I. Vušanović, B. Senčič; A Multiscale Slice Model for Continuous Casting of Steel. Materials Science and Engineering, 2012.
  • Kverh, V. Strnad; Raziskovalna naloga - Izboljšanje obdelovalnosti na zlitini 6262A – AC62 – referenčna sarža 142527 (palice v stanju T1, T2, T10 in T109), januar 2012
  • Poročilo o opravljenih raziskavah v okviru projekta Uporaba ogljikovih nanomaterialov v vzmetnem jeklu, januar 2012
  • M. Zdovc, M. Valant, A. Ceket, M. Kosovel; Development of high thermally conductive concrete, April 2012
  • Mirela Dragomir, Iztok Arčon, Sandra Gardonio, Matjaž Valant: Phase relations and optoelectronic characteristics in the NdVO4-BiVO4 system, Submitted to Acta Materialia, 2012.
  • Mirela Dragomir, Chandramathy Surendran Praveen and Matjaž Valant: Stability of BiVO3 perovskite: theoretical and experimental investigation. Submitted to Journal of the American Ceramic Society, 2012.
  • Darja Lisjak: SEM + EDXS analiza kompozitnih vzorcev, poročilo, 2012.

kontakt: info@cobik.si, 05 8500893


Vodja laboratorija:

Namestnik vodje laboratorija:

Predstavitveni video

COBIK LSNM

Fotogalerija

LSNM

več »