Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Materiały i konstrukcie inteligentne
Course of study:
2019/2020
Code:
RAIR-2-106-AM-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Automatic Control and Metrology
Field of study:
Automatics and Robotics
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Sapiński Bogdan (deep@agh.edu.pl)
Module summary

Moduł obejmuje zagadnienia związane z poznaniem własności materiałów inteligentnych (MR, ER, piezo, SMA, i in.) i możliwością ich wykorzystania do budowy urządzeń oraz układów w automatyce i robotyce.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 potrafi pracowac w grupie, wyznaczać etapy i cele pracy grupowej oraz przekazywac wiedzę innym członkom grupy w celu realizacji zadań AIR2A_K01 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 potrafi wyznaczyć charakterystyki statyczne i dynamiczne urządzeń z cieczą magnetoreologiczną oraz elektroreologiczną AIR2A_U04, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U002 potrafi wyznaczyć charakterystyki eksploatacyjne oraz podstawowe parametry piezoelektrycznych elementów wykonawczych i czujników stosowanych w układach sterowania ruchem AIR2A_U04, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U003 potrafi wyznaczać charakterystyki elementów wykonawczych ze stopami z pamięcią kształtu AIR2A_U04, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 ma wiedzę w zakresie klasyfikacji materiałów inteligentnych oraz zastosowania wybranych struktur z materiałami inteligentnymi w konstrukcjach AIR2A_W03, AIR2A_W04 Activity during classes,
Test
M_W002 ma wiedzę w zakresie zastosowania cieczy elektro- i magnetoreologicznych w urządzeniach do sterowania ruchem oraz w układach redukcji drgań z zasilaniem zewnętrznym i z odzyskiem energii AIR2A_W05, AIR2A_W03, AIR2A_W04 Activity during classes,
Test
M_W003 ma wiedzę w zakresie klasyfikacji, własności i modelowania materiałów piezoelektrycznych oraz zastosowania ich w budowie elementów wykonawczych i czujników AIR2A_W03, AIR2A_W04 Activity during classes,
Test
M_W004 ma wiedzę w zakresie działania i budowy elementów wykonawczych z materiałami z termiczną i magnetyczną pamięcią kształtu AIR2A_W03, AIR2A_W04 Activity during classes,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
40 26 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 potrafi pracowac w grupie, wyznaczać etapy i cele pracy grupowej oraz przekazywac wiedzę innym członkom grupy w celu realizacji zadań - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi wyznaczyć charakterystyki statyczne i dynamiczne urządzeń z cieczą magnetoreologiczną oraz elektroreologiczną - - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi wyznaczyć charakterystyki eksploatacyjne oraz podstawowe parametry piezoelektrycznych elementów wykonawczych i czujników stosowanych w układach sterowania ruchem - - + - - - - - - - -
M_U003 potrafi wyznaczać charakterystyki elementów wykonawczych ze stopami z pamięcią kształtu - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 ma wiedzę w zakresie klasyfikacji materiałów inteligentnych oraz zastosowania wybranych struktur z materiałami inteligentnymi w konstrukcjach + - + - - - - - - - -
M_W002 ma wiedzę w zakresie zastosowania cieczy elektro- i magnetoreologicznych w urządzeniach do sterowania ruchem oraz w układach redukcji drgań z zasilaniem zewnętrznym i z odzyskiem energii + - + - - - - - - - -
M_W003 ma wiedzę w zakresie klasyfikacji, własności i modelowania materiałów piezoelektrycznych oraz zastosowania ich w budowie elementów wykonawczych i czujników + - + - - - - - - - -
M_W004 ma wiedzę w zakresie działania i budowy elementów wykonawczych z materiałami z termiczną i magnetyczną pamięcią kształtu + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 60 h
Module ECTS credits 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 40 h
Preparation for classes 10 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 h
Realization of independently performed tasks 5 h
Module content
Lectures (26h):
Wykład

Wprowadzenie do materiałów inteligentnych. Podział, własności, mechanizmy działania, zastosowania.
Budowa, własności, tryby pracy cieczymagnetoreologicznych (MR) i elektroreologicznych (ER). Podstawy projektowania i rozwiązania konstrukcyjneurządzeń MR/ER. Sterowanie urządzeń MR/ER. Modelowanie, badanie i zastosowanie urządzeń MR/ER.Układy redukcji drgań z tłumikami MR i z funkcją odzysku energii. Elastomery MR.
Materiały piezoelektryczne: podstawowe grupy, równania konstytutywne, stałe materiałowe, własności, zastosowania. Budowa i zasada działaniaaktuatorów piezoelektrycznych.Budowa i zasada działania układów piezoelektrycznych do odzyskiwania energii.
Materiały z termiczną pamięcią kształtu (SMA). Zjawiska jedno- i dwukierunkowego efektu pamięci kształtu oraz pseudosprężystości. Modele konstytutywne, tangesoidalny, Preisacha. Budowa i zastosowanie elementów wykonawczych z materiałami SMA . Materiały magnetyczną pamięcią kształtu (MSMA).

Laboratory classes (14h):
Ćwiczenia laboratoryjne

Badania obwodu sterującego tłumików MR.
Wyznaczaniecharakterystyk liniowych tłumikówz cieczą MR działającą w trybie zaworowym i ściskania.
Wyznaczanie charakterystyk obrotowego tłumika MR.
Semiaktywny układ redukcji drgań z tłumikiem MR i funkcją odzysku energii.
Wyznaczanie charakterystyk harvesterapiezoelektrycznego.
Wyznaczanie charakterystyk aktuatorapiezoelektrycznego o konstrukcji belkowej.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunki zaliczenia:

- znajomość treści przedstawionych w ramach wykładów,
- obecność na ćwiczeniach laboratoryjnych, opracowanie sprawozdania i uzyskanie oceny pozytywnej
z każdego ćwiczenia,
- pozytywna ocena z kolokwium obejmującego wykład i ćwiczenia laboratoryjne.

Przewidziane są 2 terminy poprawkowe kolokwium.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych: obecność na ćwiczeniach, zaliczenie sprawozdań, pozytywna ocena z kolokwiów obejmujących treści ćwiczeń.

Ocena końcowa: średnia arytmetyczna oceny z ćwiczeń laboratoryjnych i oceny z kolokwium obejmującego treść wykładów.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Dopuszczalna jest 1 nieobecność na ćwiczeniach laboratoryjnych (zwolnienie lekarskie).

Forma wyrównania zaległości powstała wskutek nieobecności zostanie ustalona indywidualnie przez prowadzącego zajęcia.

Prerequisites and additional requirements:

Wymagana jest wiedza z fizyki, (w szczególności mechaniki oraz elektrotechniki) i teorii sterowania.

Recommended literature and teaching resources:

1. Materiały wykładowe z przedmiotu.
2. Bajkowski J.: Ciecze i tłumiki magnetoreologiczne; właściwości, budowa, badania, modelowanie i zastosowania, Wydawnictwo Kominikacji i Łącznośći, Warszawa, 2012.
3. Ławniczak A., Milecki A.: Ciecze elektroreologiczne i magnetoreologiczne oraz ichzastosowania w technice. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1999.4. Leo D. J.: Engineering Analysis of Smart Materials and Systems. John Wiley&Sons, Inc., 2007.5. Seung-Bok Ch., Younh-Min H.: Piezoelectricactuators. Control applications of smart materials.
CRC Press, 2010.
6. Lagoudas D. C.: Shapememoryalloys. Modeling and Engneering Applications. Springer, 2008.7. Janocha H.: Adaptronics and smart materials: Basics, Materials, Design and Applications.Second, Revised Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007.
8. Abramowich H.: IntelligentMateials and Structures. De Gruyter, 2016.9. Sapiński B.: MagnetorheologicalDampers in Vibration Control. AGH University of Science andTechnology Press, Cracow. 2006.
10. Gołdasz J., Sapiński B.: Insightinto MR ShockAbsorbers, Springer, 2015.11. Priya S., Inman D. J.: EnergyHarvesting Technologies. Springer, 2009.
12. Kaleta J.: Materiały Magnetyczne SART; Budowa, Wytwarzanie, badanie, Właściwości i Zastosowanie. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2013.
13. Preumont A.: Vibration Control of Active Structures, AnIntroduction. KluwerAcademicPublishers, 1999.
14. Pawlak A. M.:Sensors and Actuators in Mechatronics,; design and Application,CRC Taylor & Francis, 2007.
15. Ziółkowski A.: Pseudosprężystość stopów z pamięcią kształtu – badania doświadczalne i opis teoretyczny. Warszawa, IPPT PAN. 1996.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Sapiński B., Experimentalstudy of a self-powered and sensing MR damper-basedvibrationcontrol system, Smart Materials and Structures, 2011, 20 105007.
Laalej H., Lang Z. Q., Sapiński B., Martynowicz P., MR damperbasedimplementation of nonlineardamping for a pitchplane suspension system,Smart Materials and Structures, 2012, 21, 045006.
Gołdasz J., Sapiński B., Nondimensionalcharacterization of flow-modemagnetorheological/electrorheological fluid dampers, Journal of IntelligentMaterial Systems and Structures, 2012, 23(14), 1545-1562.
Ho C., Lang Z. Q., Sapiński B., Billings S. A., Vibrationisolationusingnonlineardampingimplemented by a feedback-controlled MR damper, Smart Materials and Structures, 2013, 22, 105010.
Sapiński B., Krupa S., Efficiencyimprovement in a vibrationpower generator for linear MR damper: numericalstudy, Smart Materials and Structutres, 2013, 22 045011.
Sapiński B, Szczęch M., CFD model of a magnetorheological fluid in squeezemode,Acta Mechanica et Automatica, 2013, 7, 1898-4088.
Sapiński B., Energyharvesting MR lineardamper: prototyping and testing, Smart Materials and Structures 2014, 23 035021.
Sapiński B., Gołdasz J., Development and performance evaluation of an MR squeeze-modedamper, art Materials and Structures, 2015, 24 115007.
Romaszko M., Sapiński B., Sioma A., Forcedvibrationsanalysis of a cantileverbeamusing the visionmethod, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2015, 53(1), 243–254.
Gołdasz J., Sapiński B.,Insightintomagnetorheologicalshockabsorbers, Springer,2015.
Sapiński B., Rosół ., Węgrzynowski M., Investigation of anenergyharvestingMrdamper i a vibrationcontrol system, Smart Materials and Structures 2016, 25 125017.
Sapiński B., Experimentalinvestigation of anenergyharvestingrotary generator-MR damper system, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2016, 54(3), 679–690.
Horak W, Sapiński B., Szczęch M., Analysis of force in MR fluidsduringoscillatorycompressionsqueeze, Acta Mechanica et Automatica, 2017, 11(1), 64-68.
Sapiński B., Rosół M., Jastrzębski Ł., Gołdasz J., Outlook on the dynamicbehavior of a magnetorheologicalsqueeze-modedamperprototype, Journal of IntelligentMaterial Systems
and Structures, 2017, 28(20) 3025–3038.
Sapiński B., Snamina J., Automotive vehicleenginemountbased on an MR squeeze-modedamper: modeling and simulation, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2017, 55, 377-388.
Horak W, Sapiński B., Szczęch M., Analysis of force in MR fluidsduringoscillatorycompressionsqueeze, Acta Mechanica et Automatica, 2017, 11(1), 64-68.
Sapiński B., Węgrzynowski M., Nabielec J., Magnetorheologicaldamper–basedpositioning system with powergeneration, Journal of IntelligentMaterial Systems and Structures, 2018, 29(6) 1236–1254.
Grzybek D., Micek P., Piezoelectricbeam generator based on MFC as a self-poweredvibration sensor, Sensors and Actuators. A, Physical, 2017, vol. 267, 417–423.
Sapiński B., Rosół M., Jastrzębski Ł., Charakterystyki semiaktywnego układu redukcji drgań z odzyskiem energii,Pomiary, Automatyka, Kontrola, 2011, vol. 57, nr 5, 502-506.
Jastrzębski Ł., Sapiński B., Electrical interface for a self-powered vibration reduction system, ActaMechanica et Automatica, 2016, vol. 10, nr 3, s. 165-172,.
Jastrzębski Ł., Sapiński B., Experimental Investigation of an Automotive Magnetorheological Shock Absorber, ActaMechanica et Automatica, 2017, vol. 11, nr 4, 253-259.
Jastrzębski Ł., Sapiński B., Magnetorheological Self-Powered Vibration Reduction System with Current Cut-Off: Experimental Investigation, Acta Mechanica et Automatica, 2018, vol. 12,nNr 2, 96-100.

Additional information:

None