Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Rzeczywista struktura materii
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFT-1-616-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Wierzbanowski Krzysztof (wierzban@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Wierzbanowski Krzysztof (wierzban@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Student zdobywa podstawowa wiedzę oraz umiejętności w zakresie własności rzeczywistych materiałów. Są one przydatne w dalszym studiowaniu.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o naprężeniach oraz odkształceniach sprężystych i plastycznych materiałów, Student zna i rozumie zasady pomiarów dyfrakcyjnych tekstur krystalograficznych oraz naprężeń wewnętrznych i własnych, ich zastosowania i związek z własnościami materiałów. FT1A_W04, FT1A_W06, FT1A_W01 Egzamin,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student posiada wiedzę o defektach kryształów i polikryształów oraz o mechanizmach rekrystalizacji w materiałach, Student zna charakterystyki procesów technologicznych formowania materiałów (odkształcenie plastyczne, rekrystalizacja). FT1A_W04, FT1A_W06 Egzamin,
Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności
M_U001 Student potrafi prowadzić obliczenia odkształceń i naprężeń używając opisu tensorowego i macierzowego oraz stosować prawa sprężystości i plastyczności kryształów FT1A_U03, FT1A_U01, FT1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
M_U002 Student potrafi posługiwać się różnymi parametrami opisującymi orientację sieci krystalicznej i składowe tekstury. FT1A_U01, FT1A_U04, FT1A_U02 Wykonanie ćwiczeń,
Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
M_U003 Student używa odpowiednich relacji i parametrów charakteryzujących defekty kryształów, odkształcenie plastyczne oraz rekrystalizację w materiałach polikrystalicznych FT1A_U01, FT1A_U02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe FT1A_K02, FT1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FT1A_K02, FT1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Zaangażowanie w pracę zespołu
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę o naprężeniach oraz odkształceniach sprężystych i plastycznych materiałów, Student zna i rozumie zasady pomiarów dyfrakcyjnych tekstur krystalograficznych oraz naprężeń wewnętrznych i własnych, ich zastosowania i związek z własnościami materiałów. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę o defektach kryształów i polikryształów oraz o mechanizmach rekrystalizacji w materiałach, Student zna charakterystyki procesów technologicznych formowania materiałów (odkształcenie plastyczne, rekrystalizacja). + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi prowadzić obliczenia odkształceń i naprężeń używając opisu tensorowego i macierzowego oraz stosować prawa sprężystości i plastyczności kryształów + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi posługiwać się różnymi parametrami opisującymi orientację sieci krystalicznej i składowe tekstury. + + - - - - - - - - -
M_U003 Student używa odpowiednich relacji i parametrów charakteryzujących defekty kryształów, odkształcenie plastyczne oraz rekrystalizację w materiałach polikrystalicznych + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe - + - - - - - - - - -
M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty + + - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Dyfrakcyjne badania materiałów

    Zastosowanie dyfrakcji rentgenowskiej, promieniowania synchrotronowego, neutronów i elektronów do badania własności mechanicznych i charakterystyk materiałów polikrystalicznych.

  2. Tekstura krystalograficzna

    Tekstura, sposoby jej reprezentacji (orientacje idealne, figura biegunowa, funkcja rozkładu orientacji), Dyfrakcyjne pomiary tekstury, Metody wyznaczania trójwymiarowej funkcji rozkładu orientacji ze zmierzonych figur biegunowych, Laboratoryjne i technologiczne zastosowania tekstur.

  3. Tensory naprężenia i odkształcenia

    Własności tensorów, Tensory naprężenia i odkształcenia, Typowe stany naprężeń i odkształceń, Miara dużego odkształcenia, Zastosowania.

  4. Sprężystość ciał stałych

    Potencjał międzyatomowy a sprężystość, Tensory C i S, notacja tensorowa i macierzowa, Wpływ symetrii na postać tensora sprężystości, Stałe sprężyste dla ciała izotropowego i dla kryształów, Energia sprężysta.

  5. Dyfrakcyjne wyznaczanie naprężeń wewnętrznych

    Zasada dyfrakcyjnego wyznaczania naprężeń, Wpływ anizotropii sprężystej – dyfrakcyjne stałe sprężyste, Wpływ symetrii materiału oraz tensora naprężeń, Anizotropia plastyczna – rozdzielenia naprężeń wewnętrznych I i II rzędu przy użyciu modelu odkształcenia polikryształu.

  6. Drgania i defekty punktowe w kryształach

    Fale sprężyste w kryształach: a) podejście ciągłe, b) podejście dyskretne (fonony), Defekty punktowe, równowagowa koncentracja defektów; Centra barwne.

  7. Defekty liniowe i powierzchniowe w kryształach

    Dyslokacje: własności, pole naprężeń, energia, siły działające na dyslokacje, mnożenie się dyslokacji, Defekty powierzchniowe: błędy ułożenia; granice ziaren, bliźniaków i granice międzyfazowe.

  8. Odkształcenie plastyczne kryształów i polikryształów

    Plastyczność monokryształu: poślizg, bliźniakowanie, odkształcenie oraz rotacja ziarna i sieci krystalicznej, Modele odkształcenia sprężysto–plastycznego polikryształu.

  9. Odkształcenie plastyczne materiałów izotropowych

    Opis odkształcenia plastycznego dla ośrodka ciągłego: Kryteria płynięcia plastycznego (Treski i Von Misesa), Pojęcie naprężeń efektywnych, Relacje naprężenie-odkształcenie plastyczne (równania Levy-Misesa i Hencky’ego), Typowe wyniki doświadczalne.

  10. Kompozyty

    Kompozyty, ich budowa, własności fizyczne oraz zastosowania.

  11. Rekrystalizacja w metalach i stopach

    Zdrowienie a rekrystalizacja, Zarodkowanie, Rekrystalizacja I i II rzędu, Modyfikacja mikrostruktury i własności materiałów podczas rekrystalizacji, Modelowanie rekrystalizacji

  12. Efekt pamięci kształtu

    Opis efektu, podstawy fizyczne, typowe materiały, Przemiana martenzytyczna, opis mechaniczny i termodynamiczny, Zastosowania.

  13. Zastosowanie algorytmów genetycznych do doboru optymalnej tekstury

    Schemat obliczeniowy algorytmów genetycznych, Reprezentacja tekstury przez zestaw współczynników, Funkcja doskonałości, Przykładowe rezultaty.

  14. Technika wstecznego rozpraszania elektronów (EBSD) w badaiach materiałowych

    Podstawy fizyczne metody wstecznego rozpraszania elektronów (EBSD). Transformacja Hogh’a. Wyznaczanie charakterystyk materiałów.

Ćwiczenia audytoryjne:
Ćwiczenia rachunkowe

- Zastosowanie różnych opisów orientacji sieci kryształu względem układu próbki,
- Obliczania naprężeń i odkształceń przy różnych geometriach deformacji,
- Opis sprężystości ciał krystalicznych.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 119 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 4 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 42 godz
Przygotowanie do zajęć 28 godz
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń audytoryjnych (C ):
OK = 0.5 x E + 0.5 x C

Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych © i egzaminu (E).

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Znajomość podstaw teorii dyfrakcji i krystalografii
• Znajomość podstaw algebry liniowej (operacje na wektorach i macierzach)
• Znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie podstawowym

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

K. Wierzbanowski – Materiały pomocnicze do przedmiotu: Rzeczywista Struktura Materiałów (http://www.ftj.agh.edu.pl/~wierzbanowski/Rsm.htm)
M. Blicharski, „Wstęp do inżynierii materiałowej”, WNT, Warszawa, 2003
A.G. Guy, „Wprowadzenie do nauki o materiałach”, PWN, Warszawa, 1977
K. Przybyłowicz, „Metaloznawstwo teoretyczne”, Akademia Górniczo–Hutnicza, Skrypty uczelniane, Kraków, 1990
R.E. Reed-Hill, „Physical Metallurgy Principles”, Van Nostrand, Princeton, New Jersey, 1964 (i późniejsze)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. K. Piękoś, J. Tarasiuk, K. Wierzbanowski and B. Bacroix, Generalized vertex model of recrystallization – Application to Polycrystalline Copper, Comp. Mat. Sci., 42, 584-594 (2008)
3. K. Wierzbanowski, A. Baczmański et P. Lipinski, Modèle auto-cohérent de la déformation élasto-plastique et ses applications, in: “Rayonnement synchrotron, rayons X et neutrons au service des matériaux”, pp. 380-409, edited by: A. Lodini et T. Baudin, EDP Sciences, Paris, 2012
4. A. Baczmański, K. Wierzbanowski, Mesures des macrocontraintes par diffraction dans les matériaux texturés, in: “Rayonnement synchrotron, rayons X et neutrons au service des matériaux”, pp. 71-98, edited by: A. Lodini et T. Baudin, EDP Sciences, Paris, 2012
5. M. Wronski, K. Wierzbanowski, S. Wronski, B. Bacroix, P. Lipinski, Texture variation in asymmetrically rolled titanium. Study by Finite Element Method with implemented crystalline model, Int. J. Mech. Sci., 87 (2014) 258-267
6. K. Wierzbanowski, M. Wroński, T. Leffers, FCC rolling textures reviewed in the light of quantitative comparisons between simulated and experimental textures, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 39 (2014) 391-422

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczenia audytoryjnych:

Nieobecność na jednych ćwiczeniach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału.
Nieobecność na więcej niż jednych ćwiczeniach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć.
Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa ćwiczenia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, bez możliwości wyrównania zaległości.

Zasady zaliczania ćwiczeń audytoryjnych:

Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczenia.
Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa zajęcia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości poprawkowego zaliczania zajęć. Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do prowadzącego przedmiot (moduł) lub Dziekana.

Warunkiem przystąpienie do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych.

Egzamin przeprowadzany jest zgodnie z Regulaminem Studiów AGH § 16.