Modelowanie komputerowe w projektowaniu materiałów

Obszar badań obejmuje projektowanie nowoczesnych materiałów inżynierskich ze szczególnym uwzględnieniem technik modelowania komputerowego struktury, właściwości i procesów materiałowych.

Głównym obszarem zainteresowań są materiały stosowane w węglanowych ogniwach paliwowych (MCFC), materiały piankowe o otwartej porowatości stosowane jako filtry i materiały wymienników ciepła, a także nanometale, kompozyty dyspersyjne oraz materiały półprzewodnikowe. Stosowanymi metodami badawczymi z zakresu modelowania numerycznego są: dynamika molekularna, DFT, metoda elementów skończonych, metoda objętości skończonych, metoda Monte Carlo. Techniki charakteryzacji stosowane w prowadzonych badaniach to skaningowa mikroskopia elektronowa, tomografia komputerowa, badania mechaniczne (statyczne próby ściskania/rozciągania), mikroskopia sił atomowych. Istotnym obszarem działalności naukowej jest analiza obrazów i ilościowy opis struktury materiałów na podstawie wyników badań otrzymanych za pomocą wymienionych metod charakteryzacji.
 

Tematyki badawcze

  • Materiały nanokrystaliczne –wpływ wielkości ziarna na właściwości mechaniczne i stabilność termiczną;
  • Granice międzykrystaliczne i międzyfazowe – określenie wpływu granic ziaren i granic międzyfazowych na właściwości mechaniczne, chemiczne i termiczne materiałów, w tym: nanometali, kompozytów z dodatkiem grafenu, materiałów reaktorów termojądrowych;
  • Materiały półprzewodnikowe grupy IV - obliczenia właściwości elektronowych, strukturalnych i termodynamicznych defektów i domieszek; modelowanie procesów wytwarzania półprzewodników z zastosowaniem technik PVT i CVD.
  • Materiały węglanowych ogniw paliwowych – projektowanie i modelowanie wpływu struktury elementów węglanowych ogniw paliwowych na ich właściwości;
  • Kompozyty na osnowie miedzi i srebra z dodatkiem grafenu – przewodność termiczna granic międzyfazowych metal-grafen, wpływ zawartości i rozmieszczenia grafenu w osnowie na przewodność cieplną kompozytów metal-grafen;
  • Kompozyty konstrukcyjne – projektowanie numeryczne wielkogabarytowych konstrukcji nośnych z uwzględnieniem wewnętrznej struktury materiału;
  • Materiały porowate – modelowanie wpływu struktury na właściwości materiałów o porowatości otwartej z uwzględnieniem zastosowania na materiały filtrów, elektrod ogniw paliwowych, wymienników ciepła i absorberów energii zderzenia;
  • Skały łupkowe – modelowanie właściwości i procesów przepływu cieczy i gazów;
  • Procesy odzysku ciepła ze spalin samochodowych – obliczenia przepływu gazów i transportu ciepła;
  • Procesy interakcji fali elektromagnetycznych i mechanicznych z materiałami.

Oferta badawcza

  • Projektowanie i wytwarzanie materiałów dla ogniw paliwowych
  • Projektowanie materiałów o otwartej porowatości
  • Numeryczne analizy właściwości wytrzymałościowych
  • Numeryczne analizy właściwości przepływowych
  • Numeryczne analizy właściwości cieplnych
  • Symulacje właściwości i procesów materiałowych w skali atomowej
  • Analiza obrazów i opis ilościowy
     

Infrastruktura badawcza i oprogramowanie

  • klaster komputerowy – 360 rdzeni AMD Opteron 64-bit,
  • 6 × stacja robocza 8-16 rdzenia Intel 64-bit,
  • oprogramowanie ANSYS/Fluent,
  • oprogramowanie Abaqus,
  • oprogramowanie LAMMPS,
  • oprogramowanie VASP,
  • oprogramowanie MicroMeter.
     

Projekty

Współpraca krajowa

  • Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa
  • Instytut Energetyki, Warszawa
  • Instytutu Podstawowych Problemów Techniki, Polska Akademia Nauk, Warszawa
  • Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM), Uniwersytet Warszawski
  • Instytut Fizyki Eksperymentalnej, Wydział Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Wrocławski
  • Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
  • Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
     

Współpraca międzynarodowa

  • Dresden Center for Nanoanalysis (DCN), Center for Advancing Electronics Dresden, Technische Universitat, Niemcy | prof. Ehrenfried Zschech
  • Institute of Stochastics, Ulm University, Niemcy | prof. Volker Schmidt
  • Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics, Niemcy | prof. Peter Dolt
  • Department of Engineering, University of Perugia, Włochy | prof. Linda Barelli
  • Theory and Modelling Department, Culham Centre for Fusion Energy (CCFE), Wielka Brytania | prof. Duc Nguyen-Manh
  • Department of Materials Science and Engineering, National Cheng Kung University, Taiwan | prof. Kuan-Zong Fung
  • School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, Singapur | prof. Siew Hwa Chan
  • Department of Chemical and Biological Engineering, Hanbat National University, Korea Południowa | prof. Choong-Gon Lee
  • Singapur, Institute of High Performance Computing, ASTAR | dr. Tan Teck Leong
  • Department of Mechanical and Industrial Engineering, Concordia University, Kanada | prof. Ali Dolatabadi
  • University of Averio, Portugalia | prof. Fernando Marques
  • University of Oslo, Norwegia | prof. Truls Norby
  • SINTEF, Norwegia | dr. Wen Xing
  • Department of Mechanical Engineering, University of Cape Peninsula, RPA | prof. Graeme Oliver
     

Kontakt

prof. dr  hab. inż. Tomasz Wejrzanowski
tomasz.wejrzanowski@pw.edu.pl
22 234 87 42
Zakład Projektowania Materiałów