Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Mechanics of solid polymers – from experimental characterization techniques to computational modeling
Course of study:
2019/2020
Code:
ZSDA-3-0256-s
Faculty of:
Szkoła Doktorska AGH
Study level:
Third-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Szkoła Doktorska AGH
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Młyniec Andrzej (mlyniec@agh.edu.pl)
Dyscypliny:
Moduł multidyscyplinarny
Module summary

W ramach kursu poruszone zostaną zagadnienia mechaniki materiałów polimerowych, poczynając od metod eksperymentalnych badania materiałów polimerowych poprzez zagadnienia teoretyczne mechaniki materiałów polimerowych, modelowanie komputerowe aż do metod walidacji modeli.

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 Uczestnik kursu potrafi krytycznie ocenić zarówno efekty swojej pracy jak i efekty pracy innych badaczy w zakresie mechaniki materiałów polimerowych SDA3A_K01
Skills: he can
M_U001 Uczestnik kursu potrafi dobrać plan badań eksperymentalnych w celu kalibracji wybranego modelu matriałowego. SDA3A_U06, SDA3A_U01
M_U002 Uczestnik kursu potrafi zaimplementować i przetestować wybrane modele konstytutywne w środowisku python SDA3A_U06, SDA3A_U01 Activity during classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Uczestnik zna właściwości różnych materiałów polimerowych oraz aktualny stan wiedzy z zaskresu badań oraz modelowania ich właściwości SDA3A_W02, SDA3A_W01 Participation in a discussion
M_W002 Uczestnik zna modele konstytutywne używane do opisu zachowania mechanicznego materiałów polimerowych SDA3A_W02, SDA3A_W01 Test results
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
90 30 15 45 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 Uczestnik kursu potrafi krytycznie ocenić zarówno efekty swojej pracy jak i efekty pracy innych badaczy w zakresie mechaniki materiałów polimerowych - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Uczestnik kursu potrafi dobrać plan badań eksperymentalnych w celu kalibracji wybranego modelu matriałowego. - + + - - - - - - - -
M_U002 Uczestnik kursu potrafi zaimplementować i przetestować wybrane modele konstytutywne w środowisku python - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Uczestnik zna właściwości różnych materiałów polimerowych oraz aktualny stan wiedzy z zaskresu badań oraz modelowania ich właściwości + + + - - - - - - - -
M_W002 Uczestnik zna modele konstytutywne używane do opisu zachowania mechanicznego materiałów polimerowych + + + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 120 h
Module ECTS credits 7 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 90 h
Preparation for classes 15 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 h
Module content
Lectures (30h):
  1. Wstęp do mechaniki materiałów polimerowych

    Podział materiałów polimerowych ze względu na budowę i właściwości mechaniczne (tworzywa sztuczne, biomateriały i materiały biologiczne). Stany fizyczne materiałów polimerowych i ich kompozytów

  2. Wstęp do analizy wytrzymałościowej materiałów polimerowych

    Podstawy analiz wytrzymałościowych elementów wykonanych z materiałów polimerowych, dobór modeli konstytutywnych do wybranego problemu
    Planowanie badań eksperymentalnych dopasowanych do zagadnienia badawczego.

  3. Badania eksperymentalne

    Badania eksperymentalne polimerów na potrzeby definicji modeli konstytutywnych oraz ich walidacji.

  4. Podstawy mechaniki materiałów polimerowych

    Podstawy mechaniki ośrodków ciągłych – ze szczególnym uwzględnieniem teorii dużych odkształceń

  5. Modele konstytutywne materiałów polimerowych

    Modele konstytutywne materiałów polimerowych i ich kompozytów : Sprężystość izotropowa oraz anizotropowa , transwersyjna izotropowość, hipersprezystość, lepkosprezystość liniowa, lepkosprezystość nieliniowa, lepkoplastyczność, porosprezystość, modele wielofazowe uwzględniające reakcje chemiczne. Najnowsze trendy w modelowaniu materiałów polimerowych, modele zniszczenia materiałów polimerowych oraz ich kompozytów

  6. Implementacje numeryczne modeli konstytutywnych

    Implementacje numeryczne modeli konstytutywnych. Testowanie modeli przy użyciu języka python.

  7. Kalibracja modeli materiałowych

    Kalibracja parametrów modeli materiałowych na potrzeby analiz wytrzymałościowych

  8. Trwałość materiałów polimerowych i ich kompozytów

    Wpływ warunków eksploatacji na właściwości fizyczne materiałów polimerowych oraz ich kompozytów

Auditorium classes (15h):
  1. Wstęp do mechaniki ośrodków ciągłych

    Podstawowe pojęcia z zakresu mechaniki materiałów. m.in.:
    - Definicje odkształcen i naprężeń
    - Gradient deformacji
    - Tensory naprężenia

  2. Modele materiałowe

    Teoria oraz studium przypadków:
    -Sprężystość,
    -Hipersprężystośc,
    -Lepkosprężystość
    -Plastyczność
    -Lepkoplastyczność
    -Wyznaczanie parametrów materiałowych z danych eksperymentalnych

Laboratory classes (45h):
  1. Badania wytrzymałościowe materiałów polimerowych – wpływ prędkości deformacji

    Zajęcia laboratoryjne – eksperymentalne lub modelowe z zakresu właściwości lepkosprężystych materiałów polimerowych

  2. Podstawy modelowania materiałów

    - Wprowadzenie do środowiska python w zakresie niezbędnym do zrozumienia dalszych ćwiczeń laboratoryjnych.
    - Podstawy implementacji numerycznych modeli konstytutywnych materiałów polimerowych

  3. Modele konstytutywne materiałów cd.

    Implementacje numeryczne modeli konstytutywnych
    - modele hipersprężyste m.in. Yeoh, Treloar, 8-chain, Mooney-Rivlin, , Anisotropic 8-chain itd
    - modele plastyczne
    - modele lepko-plastyczne m.in. Three Network Model, B-B model

  4. Walidacja i weryfikacja modeli

    Walidacja vs weryfikacja modeli konstytutywnych
    Kalibracja modeli materiałowych

  5. Dobór modeli do zagadnienia badawczego – wykorzystanie oprogramowania MES

    Wybór odpowiedniego modelu do wybranego problemu

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.
  • Auditorium classes: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie zajęć tablicowych wzbogaconych o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: Zajęcia składają się z dwóch modułów: część eksperymentalna podczas której przeprowadzone zostaną badania próbek materiałów polimeorowych oraz zajęcia komputerowe przy wykorzystaniu języka Python w środowisku JupiterLab.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie sprawozdań
Zaliczenie ćwiczeń na podstawie kolokwium zaliczeniowego. Możliwe zaliczenie na podstawie wyników prowadzonych badań w ramach pracy doktorskiej

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – 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.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – 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 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.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest średnią z ocen uzyskanych z ćwiczeń oraz zajęć laboratoryjnych

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

Odrabianie zaległości możliwe w trakcie ostatnich zajęć w semestrze.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw wytrzymałości materiałów.

Recommended literature and teaching resources:

Żuchowska D., Polimery Konstrukcyjne, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995
Ward I. M., Sweeney J., An introduction to the mechanical properties of solid polymers, Willey 2005
Tsai S. W., Strength and Life of Composites, CDG Stanford University 2008
Muc A., Projektowanie kompozytowych zbiorników cisnieniowych, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 1999
Ochelski S., Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2004
Kwon Y.W., Allen D.H. Talreja R., Multiscale Modelling and Simulation of Composite Materials and Structures, Springer 2010
Boczkowska A., Kompozyty, Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politecniki Warszawskiej 2005
Wilczyński A. P.: Polimerowe kompozyty włókniste. Warszawa, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 1996

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

- The influence of the laminate thickness, stacking sequence and thermal aging on the static and dynamic behavior of carbon/epoxy composites / A. MŁYNIEC, J. KORTA, R. KUDELSKI, T. UHL // Composite Structures ; ISSN 0263-8223. — 2014 vol. 118, s. 208–216.

- Structurally based constitutive model of epoxy adhesives incorporating the influence of post-curing and thermolysis / A. MŁYNIEC, J. KORTA, T. UHL // Composites. Part B, Engineering ; ISSN 1359-8368. — 2016 vol. 86, s. 160–167.

- Molecular-based nonlinear viscoelastic chemomechanical model incorporating thermal denaturation kinetics of collagen fibrous biomaterials / A. MŁYNIEC, K. A. Tomaszewski, E. M. Spiesz, T. UHL // Polymer Degradation and Stability ; ISSN 0141-3910. — 2015 vol. 119, s. 87–95.

- Interfascicular matrix-mediated transverse deformation and sliding of discontinuous tendon subcomponents control the viscoelasticity and failure of tendons / R. Obuchowicz, M. EKIERT, P. KOHUT, K. HOLAK, L. AMBROZIŃSKI, K. A. Tomaszewski, T. UHL, A. MŁYNIEC // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials ; ISSN 1751-6161. — 2019 vol. 97, s. 238–246

Additional information:

n/a