Mechanikos inžinerija

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Adaptyvios kompozitinės konstrukcijos yra didelė inžinerijos pažanga, galinti padėti sukurti efektyvesnes, tvaresnes ir saugesnes sistemas įvairiose pramonės šakose. Naudojant išmaniąsias medžiagas, jutiklius ir vykdiklius, šios konstrukcijos gali dinamiškai reaguoti į aplinkos pokyčius, optimizuoti veikimą ir kartu sumažinti energijos sąnaudas bei techninės priežiūros reikalavimus. Šios temos mokslinė problema yra susijusi su tinkamų išmaniųjų medžiagų parinkimu, jų veikimo įvairiomis sąlygomis modeliavimu, jų integravimu į kompozitines struktūras ir ilgalaikio patvarumo, reagavimo ir efektyvumo užtikrinimu realiomis sąlygomis.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pasisemti idėjų iš gamtos, o ypač iš biologinių sistemų, tai perspektyvus būdas sukurti efektyviai funkcionuojančias biomedicinines sistemas, kurios, sąveikaudamos su žmogaus kūnu, gali atlikti stebėjimo bei stimuliavimo užduotis. Šio tyrimo esmė – aktyvios lanksčiai judesius atliekančios sistemos su integruota jutimo funkcija sukūrimas. Numatoma, kad tyrimo tikslas ir uždaviniai bus pasiekti integruojant lankstų mikro hidrauliniu būdu žadinamą elementą ir pjezoelektrinį polimerą. Rezultate turėsime prototipą – lankstų komponentą, galintį atlikti lenkimo judesius ir turintį integruotą jutimo funkciją. Taip pat bus išvystyti teoriniai pagrindai tokio tipo komponentams projektuoti

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Ši tyrimo tema skirta technologijų, sąlygojančių tolesnį hibridinių natūralaus pluošto biokompozitų, skirtų automobilių pramonei, lankstiems jutikliams, pažangiems elektronikos prietaisams, saulės elementams ir kt. kūrimą ir vystymą. Numatoma sukurti natūraliu pluoštu sustiprintą ir bio matricos pagrindu pagaminti hibridinius kompozitus, kuriuose yra biologinio pagrindo nanodalelių. Siekiant pagerinti mechanines savybes, hibridiniai kompozitai gaminami sujungiant du ar daugiau skirtingų natūralių pluoštų, turinčių panašią cheminę sudėtį ir mechanines savybes su ta pačia matricine medžiaga, įvertinant jos mechanines, morfologines, atsparumo drėgmei, chemines ir dinamines savybes. Šio tyrimo rezultatai bus svarbūs naujos kartos ekologiškų hibridinių kompozitų plėtrai.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Viena iš šiuolaikinės metalo gaminių pramonės sričių yra metalo gaminių suvirinimas. Be seniai naudojamų tradicinių suvirinimo būdų: elektros lanko, plazminio dujų srauto, tradicinio taškinio suvirinimo ir daugelio kitų suvirinimų, vis plačiau naudojami nauji, progresyvus virinimo budai: lazerinis, frikcinis suvirinimas. Naudojantis tokiais būdais virinimas gali būti atliekamas tiksliau, našiau, gali būti virinamos medžiagos, kurias tradiciniais būdais suvirinti labai sunku ar net neįmanoma. Svarbiausias suvirinimo rodiklis – siūlės patikimumas. Siūlė turi atitikti eksploatacinius konstrukcinius reikalavimus. Jai įtakos turi metalo sudėtis, suvirinimo būdas ir režimas. Virinant įprastinėmis technologijomis geras suvirinamumas laikomas tuomet, kai gautos siūlės sujungimo stiprumas lygus pagrindinio metalo stiprumui. Tyrimo tikslas – skirtingų medžiagų (dissimilar) ir jų lydinių frikcinio suvirinimo siūle (FSW) proceso eksperimentinis tyrimas ir skaitinis modeliavimas.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Paviršiaus inžinerija atlieka svarbų vaidmenį gerinant fizines, chemines ir funkcines medžiagų savybes, kad būtų patenkinti įvairių pritaikymų poreikiai – nuo pramoninių mašinų iki biologinių implantų. Paviršiaus charakteristikų modifikavimas gali žymiai pagerinti veikimą atšiaurioje aplinkoje, pavyzdžiui, padidinti atsparumą dilimui, apsaugą nuo korozijos ir didesnį biologinį suderinamumą. Šiame tyrime bus nagrinėjami įvairūs paviršiaus modifikavimo būdai, ypatingą dėmesį skiriant dengimo būdams (pvz., terminiam purškimui, PVD, CVD) ir paviršiaus tekstūravimo technikoms (pvz., lazeriniam paviršiaus tekstūravimui, mikroapdirbimui).

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Aplinkai pavojingų įmonių komponentų struktūrinis vientisumas turi būti užtikrinamas normalios eksploatacijos ir pavojingomis sąlygomis. Prie pavojingų galima priskirti atomines elektrines, šilumines elektrines, cheminės pramonės įmones, naftos pramonės įmones, dujotiekius, termofikacinius tinklus ir kt. Minėtų įmonių metalinėse konstrukcijose ir vamzdynų tinkluose dėl aukštesnės temperatūros, agresyvesnės darbo aplinkos poveikio medžiagoms, gali vykti metalų degradacija ir to pasėkoje būti pažeidžiamas jų vientisumas. Kaip vienas iš pagrindinių degradacijos mechanizmų yra metalų nuovargis, dėl ko gali įvykti konstrukcijų suirimas. Tyrimo tikslas – metalų, naudojamų energetiniuose objektuose, nuovargio ir jo įtakos ciklinėms savybėms tyrimai apkraunant daugiaašiu apkrovimu ir ryšių tarp šių apkrovimo tipų deformavimo ir suirimo charakteristikų nustatymas.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Daugiamedžiaginis (angl. multi-material) 3D spausdinimas yra viena proveržio technologijų, kuri pasaulyje sparčiai tobulinama siekiant ją pritaikyti lengvai individualizuojamų detalių gamyboje panaudojant išskirtinių savybių termoplastines medžiagas. Tokia universali adityvios gamybos technologija sudaro galimybes gaminti racionalios formos daugiafunkcines lengvasvores detales sudarytas tiek iš konstrukcinių, tiek iš aktyvių medžiagų (pvz. elektro-, termo-, magneto-aktyvių sluoksnių sensorinėms funkcijoms realizuoti). Vienas aktualiausių uždavinių – 3D spausdinimo galimybių praplėtimas integruojant papildomas technologines operacijas (pvz. poveikis elektriniu lauku), siekiant pagaminti patvarią detalę su monolitiškai integruotais sensoriniais ir elektrogeneraciniais elementais. Tokios sensorizuotos lengvasvorės detalės reikalingos aukšto patikimumo komponentuose (pvz. aviakonstrukcijose), kuriuose reikalingas konstrukcijų būklės monitoringas (pvz. matuojant deformacijas). Tuo tikslu spausdinimo metu į detalę galima įterpti pjezoelektrinius jutiklius ir/ar mikrogeneratorius (ang. energy harvesters). Tam reikalingos naujos spausdinimui pritaikytos elektroaktyvios kompozitinės medžiagos (pjezoelektrikai ir laidininkai vielos pavidalu). Jų gamybai svarbu taikyti ekologiškesnius ekstruzijos metodus minimizuojant nesaugių priedų (pvz. tirpiklių) naudojimą. Doktorantūros tyrimų tikslas yra realizuoti efektyvų daugiamedžiaginio 3D spausdinimo procesą ir jį pritaikyti patvarių lengvasvorių sensorizuotų konstrukcijų adityviai gamybai. Pagrindiniai uždaviniai: daugiamedžiaginio spausdinimo metodologijos kūrimas, kompozitinės elektroaktyvios vielos ekstruzija ir spausdinamumo tyrimai, atspausdintų bandinių savybių tyrimai, pjezoelektrinių jutiklių projektavimas, spausdinimas ir funkcionalumo bandymai. Ši tematika atliepia Lietuvos sumaniosios specializacijos kryptį „Nauji gamybos procesai, medžiagos ir technologijos“ ir KTU prioritetinę sritį „Technologijos tvariai ateičiai“.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pramoninės techninės priežiūros 4.0/5.0 metodų ir technologijų efektyvumas priklauso nuo gebėjimo integruoti skirtingų mokslo bei technologijų sričių žinias bei pasiūlyti skirtingose įmonėse lengvai adaptuojamus sprendimus. Tyrimo tikslas yra sukurti daugiaparametrį optimizavimo metodą, kuris integruotų techninės diagnostikos, didžiųjų duomenų analitikos bei ekspertines sprendimų paramos priemones ir leistų optimizuoti techninės priežiūros veiklas skirtingose verslo srityse.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Mokslinius tyrimus šia tematika gali vykdyti ir ne tik mechanikos inžinerijos magistrai, bet ir mechatronikos, automatikos, elektros ar informatikos inžinerijų magistrai. Siūlomos tematikos idėja: suprojektuoti mechatroninį įtaisą - valdomą peties sąnario treniruoklį. Idėjos tyrimo srityje naujumas ir originalumas yra tas, kad siūlomas sprendimas sukurti ir išbandyti peties sąnario treniruoklį, kuris būtų patogus vartotojui, lengvai adaptyviai valdomas, naudojant elektromiografijos (EMG) modelį. EMG yra diagnostinė procedūra, kuria siekiama įvertinti nervų, raumenų ir juos valdančių nervinių ląstelių (motorinių neuronų) būklę. EMG bus naudojamas įvertinti raumenų elektrinį aktyvumą ant odos paviršiaus, kai raumenys yra atsipalaidavę, ir kai jie įtempiami skirtingu intensyvumu. Aptikus judėjimą iš apdoroto EMG signalo, bus sugeneruotas valdymo signalas, kuris bus perduotas vykdantiems treniruoklio komponentams, kad būtų galima atlikti atitinkamą treniruoklio judesį kartu su peties sąnario judesiu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Šiuo metu pramonėje ir kasdieniniame gyvenime vis svarbesnės tampa sudėtingos geometrinės formos objektai ir įvairios paskirties detalės. Nepaisant to, kad šiuolaikinė kompiuterinė įranga ženkliai palengvina tokių objektų/formų kūrimą projektavimo fazėje, reali tokių objektų gamyba yra labai sudėtinga ir brangi. Taikant įprastus gamybos metodus, pavyzdžiui, štampavimą, naudojami puansonai ir matricos, kurie turi būti pritaikyti konkrečiam ir tik vienos formos objektui. Dėl šios priežasties šiais laikais vis dažniau tiriamas ir naudojamas palaipsninis lakštų, pagrinde metalų, formavimas. Šis apdirbimo metodas leidžia ženkliai sumažinti laiko ir savikainos resursą, kadangi jam nereikia jokių papildomų elementų, tokių kaip puansonas, matrica ir pan. Be kita ko, palaipsninis lakšto formavimas leidžia gaminti ypatingai sudėtingos geometrinės formos objektus/formas, kurias būtų labai sunku, arba net neįmanoma pagaminti tradiciniais metodais. Doktorantūros tyrimų tikslas – sukurti ir ištirti hibridinės adityviosios gamybos technologiją, pagrįstą 3D spausdinimu ir robotizuotu palaipsniniu lakšto formavimu (angl. incremental sheet forming – ISF), skirtą daugiasluoksnėms/funkcinėms konstrukcijoms (pvz.: biosuderinamos, antibakterinės, estetiškai suasmenintos, statiškai disipatyvios, elektrai ar šilumai laidžios ir t. t.), kurios bus projektuojamos taikant dirbtiniu intelektu paremtą projektavimo procesą ir bus skirtos sveikatos (pvz., kaukolės implantuose, asmens apsaugos priemonėse (skyduose ir pan.) ir transporto (pvz., apsauginiuose ar aerodinaminiuose komponentuose ir pan.) technologijų reikmėms.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tyrimais būtų siekiama patobulinti kompozitinių konstrukcijų struktūrinės būklės stebėsenos (SHM) metodikas integruojant skaitmeninio dvynio koncepciją, kurios realiuoju laiku galėtų analizuoti fizinės konstrukcijos mechaninį atsaką ir vertinti konstukcijos būklę. Pagrindinis tikslas - sukurti sistemą, kurioje skaitmeniniai dvyniai kartu su integruotais jutikliais ir duomenų analizės metodais, leistų stebėti ir prognozuoti kompozitinių konstrukcijų būklę. Tyrimų metu būtų kuriamas pasirinktos kompozitinės konstrukcijos baigtinių elementų modelis, kurio validavimas įskaitant medžiagos savybių nustatymą ir medžiagos modelio kalibravimą būtų atliktas laboratorijoje. Sukurtas baigtinių elementų modelis turės tiksliai prognozuoti kompozitinės medžiagos tampriąją elgseną ir pažeidimų įtaką konstukcijos mechaniniam atsakui. Skaitmeninių modelių kalibravimui ir validavimui bus naudojami poslinkių ir deformacijų matavimai, atliekami 3D skaitmeninio vaizdo koreliacijos sistema. Tokie patys matavimai būtų atliekami ir testuojant sukurtą konstrukcijų struktūrinės būklės stebėsenos sistemą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

3D spausdinimui pritaikytų funkcinių biopolimerinių kompozitinių medžiagų kūrimas taikant ekologiškesnius gamybos procesus yra svarbus plėtojant įvairias tvarias technologijas tokiose proveržio kryptyse kaip „žalios“ ir bioskaidžios mechatronikos/elektronikos sistemos. Taip siekiama mažinti plastiko ir elektronikos atliekų apimtis, minimizuoti jų žalingą poveikį ekosistemoms. Kompozitinių medžiagų adityvioji gamyba pasaulyje taikoma vis plačiau ir apima vis daugiau rinkos segmentų. Todėl atsiranda poreikis kurti spausdinamas, bioskaidžias išskirtinių savybių kompozitines medžiagas pasitelkiant biopolimerus su ekologiškais funkciniais užpildais, taip suteikiant joms naudingų savybių (pvz. elektrinis laidumas, pjezoelektriškumas). Tokios funkcinės/sumanios medžiagos atveria plačias galimybes realizuoti sveikatai ir aplinkai saugias daugiafunkcines konstrukcijas, įrenginių komponentus ir kt. Paminėtinos tokios taikymo sritys kaip biologiškai suyrantys vienkartiniai jutikliai, sensoriniai plataus vartojimo kompostuojami gaminiai, besirezorbuojantys implantai/biokarkasai ir kt. Siekiant realizuoti ekologiškesnės gamybos procesą perspektyvu taikyti ekstruzijos metodus ir minimizuoti tirpiklių naudojimą, taip sudarant palankesnes sąlygas gaminti chemiškai švaresnes ir saugesnes termoplastines medžiagas. Todėl šių doktorantūros tyrimų tikslas yra sukurti ekstruduojamą biopolimerinę kompozitinę funkcinę medžiagą ir ištirti jos pritaikomumą spausdinant ekologiškus daugiafunkcinius komponentus (pvz. bioskaidžias sensorines konstrukcijas). Tyrimai bus vykdomi KTU Mechatronikos institute ir apims termoplastinės vielos gamybą ir jos 3D spausdinimo tyrimus, atspausdintų bandinių savybių tyrimus, ekologiško daugiafunkcinio komponento projektavimą, modeliavimą, prototipavimą bei funkcionalumo bandymus. Ši tematika atliepia Lietuvos sumaniosios specializacijos kryptį „Nauji gamybos procesai, medžiagos ir technologijos“ ir KTU prioritetinę sritį „Technologijos tvariai ateičiai“.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Adityvi gamyba (AG) dar žinoma kaip 3D spausdinimas yra skaitmeninės gamybos procesas skirtas sudėtingos geometrijos gaminių gamybai. Didėjantis susidomėjimas AG yra susijęs su pagrindiniais technologijų privalumais: atliekų mažinimu, dizaino lankstumu, gaminių pristatymo laiko trumpėjimu ir geresniu proceso našumu. Kitas svarbus dalykas yra tai, kad medžiagų įvairovė taip pat nuolat didėja ir atveria naujas pritaikymo galimybes. Adityvios gamybos technologijose plačiai naudojamos medžiagos, pradedant polimerais, metalais, keramika ir kompozitais, tačiau reikėtų atsižvelgti ir į tvarumo aspektą, ypač kalbant apie kompozitus. Šiame tyrime pagrindinis dėmesys bus skiriamas AG proceso, skirto natūraliais pluoštais sustiprintų kompozitų gamybai, kūrimui. Pagrindinis natūralių pluoštų privalumas yra ekologiškumas dėl naudojamų medžiagų atsinaujinimo ir biologinio skaidumo. Natūralių pluoštų ir biopolimerų derinys leis pagaminti konstrukcijas, kurių mechaninis veikimas ir elgesys yra nuspėjami. Be to, natūralių kompozitų adityvi gamyba padės sumažinti proceso poveikį aplinkai ir sumažinti CO2 lygį.