Badania

Badania naukowe, w początkowym okresie były głównie ukierunkowane na badania teoretyczne i eksperymentalne poroprzepuszczalnych materiałów porowatych, zarówno materiałów naturalnego pochodzenia (mineralne i biologiczne) jak i też materiałów modelowych wykonywanych w laboratorium Mechaniki Środowiska. Szczególny nacisk nałożono na rozwój technik ultradźwiękowych w badaniach materiałów porowatych jak i też na metody elektryczne.  Tak jak początkowym okresie badania naukowe były skierowane na badania materiałów poroprzepuszczalnych, to z chwilą utworzenia Instytutu Mechaniki Środowiska zakres tematyczny się znacznie rozszerzył o kierunek informatyczny. 

Zakres badań naukowych

  • Badania teoretyczne i numeryczne złożonych, wielofazowych materiałów porowatych wrażliwych na zewnętrzne pola poprzez opis materiałów wielofazowych, wielofunkcyjnych, aktywnych na zewnętrzne pola z uwzględnieniem właściwości mikroskopowych faz i charakterystyk strukturalnych materiałów porowatych o kontrolowanej strukturze, naturalnych materiałów porowatych, chemicznie aktywnych podatnych materiałów magnetycznych. W ramach badań teoretycznych rozwijane są matematyczne i numeryczne modele procesów transportu masy, pędu i energii w nasyconych i nienasyconych materiałach porowatych oraz modele struktury przestrzeni porów szkieletu. Prowadzone są także badania nad rozszerzeniem podstaw teoretycznych interpretacji danych eksperymentalnych porozymetrii rtęciowej. Rozwijane są badania teoretyczne i numeryczne łańcuchowych i sieciowych modeli struktury porów oraz możliwości ich wykorzystania do interpretacji danych porozymetrii rtęciowej. W tym celu wykorzystuje się złożone narzędzia badawcze: teorię ośrodków wielofazowych i wieloskładnikowych, symulacje numeryczne quasistatycznych sprzężonych procesów deformacji i przepływu w materiałach porowatych, symulacje procesów dynamicznych, propagacji fal, w funkcji właściwości faz, struktury wewnętrznej materiałów oraz parametrów pól zewnętrznych (pola magnetycznego, elektrycznego, temperatury).
  • Techniki komputerowe w optymalizacji sterowaniu i modelowaniu materiałów i procesów. Rozwijanie numerycznych metod modelowania materiałów i procesów oraz optymalizacji w nieliniowych zagadnieniach mechaniki układów poddawanych zmiennym obciążeniom w biomechanice połączenia kość-implant. Rozwijanie technik komputerowych pozyskiwania informacji w przedsiębiorstwie, metod przeszukiwania multimedialnych baz danych, optymalizacji parametrów jakościowych sieci MAN/WAN oraz zastosowań algebry i logiki rozmytej w przetwarzaniu danych.
  • Metody inteligencji obliczeniowej w modelowaniu zagadnień inżynierskich. Rozwijanie zastosowań nowoczesnych metod inteligencji obliczeniowej. Dotyczy to głównie zastosowań algebry rozmytej w modelowaniu zjawisk i procesów w warunkach niepewności i braku dostatecznej dokładności parametrów charakteryzujących modelowane układy. Jest to nowe wielce obiecujące podejście, odmienne od podejścia stochastycznego, w którym istotną rolę odgrywa rozbudowany aparat teorii procesów stochastycznych i rachunku prawdopodobieństwa. Wykorzystanie algebry rozmytej w miejsce a priori przyjmowanych rozkładów prawdopodobieństwa wielkości fizycznych; Proponuje się przyjęcie pewnych złożeń dotyczących postaci ich niepewności tj. rozmycia. Nie modeluje się niepewności zaistnienia takiej czy innej wielkości fizycznej ale rozmytość (nieokreśloność) wartości danej wielkości fizycznej.
  • Rozwój metod eksperymentalnych: identyfikacja parametrów struktury, charakterystyk transportu oraz własności mechanicznych materiałów porowatych; Rozwój metod diagnostycznych. Rozwijanie nieinwazyjnych akustycznych metod identyfikacji mikro- i makroparametrów struktury przestrzeni porów (porozymetrii ultradźwiękowej) oraz własności mechanicznych materiałów porowatych, wielofunkcyjnych, aktywnych. Rozwijanie ultradźwiękowych metod pomiarowych oraz specjalistycznych stanowisk: reflektometrii ultradźwiękowej, metody widm amplitudowych, spektroskopii fal powierzchniowych.
  • Rozwój podstaw teoretycznych interpretacji danych eksperymentalnych porozymetrii rtęciowej, opracowanie kompleksowej metody oceny stanu materiałów biologicznych i technicznych, których własności materiałowe lub strukturalne ulegają ewolucji pod wpływem obciążeń i czynników zewnętrznych. W tym celu wykorzystuje się złozone narzędzia badawcze, takie jak: Metody eksperymentalne klasycznej porozymetrii, metody optyczne, przepływowe, spektroskopii elektrycznej, metody dynamiczne – zastosowanie spektroskopii ultradźwiękowej do oceny ewolucji właściwości mechanicznych i strukturalnych materiałów: metody fali przechodzącej, rozpraszania wstecznego, fali ciągłej oraz technika mikroskopii ultradźwiękowej. Metody fal powierzchniowych oraz techniki reflektometrii ultradźwiękowej ukierunkowane docelowo na zastosowanie do badań in vivo lub in situ. W przypadku materiałów biologicznych prowadzenie badań in vivo ma np. na celu opracowanie metody kontrolowania procesu gojenia się kości po złamaniu czy oceny jakości jej zrostu. W przypadku materiałów technicznych rozwijane są metody in situ diagnozowania zniszczenia mechanicznego lub środowiskowego konstrukcji. Rozwijane są modele matematyczne i numeryczne zjawisk propagacji fal w materiałach wielofazowych (częściowo lub całkowicie) nasyconych płynem, skoncentrowane na opisie zależności parametrów propagacji fal (prędkości, tłumienia) od stałych materiałowych i parametrów strukturalnych charakteryzujących stan materiału, dokonywana jest analiza wrażliwości charakterystyk falowych oraz opracowywane są efektywne metody optymalizacyjne identyfikacji parametrów materiałowych.

Projekty realizowane przez pracowników IMIS w UKW

  • Mechanika przepuszczalnych materiałów o złożonej strukturze porów wypełnionych płynem, Grant zespołowy Nr 300 14 91 01 (do września 1994 r.) – kier. prof. J. Kubik
  • Dynamika nasyconych ośrodków porowatych. Wyznaczanie porowatości, krętości i przepuszczalności struktury porów na podstawie propagacji fal w zanurzeniu Grant zespołowy Nr 7T 07A 02 909  (1995 – 1997) – kier. prof. J. Kubik
  • Termomechaniczny opis i doświadczalne badania zjawisk dyssypacji i rozpraszania energii fal w nasyconych materiałach porowatych. Grant zespołowy Nr  7T 07A 05 115   (1998 – 2000) – kier. prof. J. Kubik
  • Propagacja fal w płynie wypełniającym anizotropową przestrzeń porów materiałów przepuszczalnych. Badanie parametrów struktury metodą konduktometryczną i akustyczną. Grant zespołowy Nr  7T 07A 050 18  (97 000 zl.)    (2000 – 2002) – kier.  dr M. Cieszko
  • Porozymetria ultradźwiękowa. Identyfikacja mikro- i makro- parametrów struktury materiałów porowatych w oparciu o analizę sygnałów i metody optymalizacyjne. Grant zespołowy Nr  5T 07A 006 22  (223 800 zł.)  III. 2002 – VI. 2004   - kier. prof. J. Kubik
  • Identyfikacja parametrów struktury kości gąbczastych metodą ultradźwiękową. Model komórkowy dla fal krótkich. Grant promotorski Nr 5T07A 041 22  (46 150 zł.)   III. 2002 – IV. 2003 – kier. prof. J. Kubik
  • Algorytmizacja działań na liczbach rozmytych i jej zastosowanie. Grant promotorski Nr  4 T11C  038  25  –  kier. prof.. W. Kosiński Główny wykonawca – mgr Piotr Prokopowicz
  • Przeszukiwanie multimedialnych baz danych ze szczególnym uwzględnieniem strumienia audio. Grant promotorski Nr  3 T11C 040 26 - kier. prof.. W. Kosiński. Główny wykonawca – mgr Krzysztof Tyburek
  • Rozpraszanie fal w nasyconych ośrodkach porowatych. Modelowanie i badania eksperymentalne.Grant zespołowy Nr 4T 07A 038 29  XI. 2005 – IV. 2007 – kier. prof. J. Kubik
  • Skaningowy system ultradźwiękowy do identyfikacji struktur porowatych, Grant inwestycyjny 141-FNiTP-68-2005, 2005-2006 – kier. Prof. J. Kubik
  • Badanie degradacji materiałów metodami ultradźwiękowym, Grant Urzędu Marszałkowskiego Województwa Kujawsko-Pomorskiego, konkurs ofert nr 13/2007 – kier. dr hab. M. Kaczmarek.
  • Nieinwazyjna diagnostyka penetracji degradacji materiałów konstrukcyjnych. Opracowanie prototypowego zestawu do oceny mechanicznej i strukturalnej integralności betonów w pomiarach z powierzchni,Grant badawczo-rozwojowy R04 009 02, 2007-2010,  kier. prof. Józef Kubik.
  • Modelowanie i badania eksperymentalne kapilarnego transportu cieczy w nienasyconych materiałach porowatych, Grant badawczy własny N N501 325 335, 2008-2011, kier. dr hab. inż. M. Cieszko prof. nadzw..
  • Model pełzania fałdu skórnego z obrzękiem limfatycznym - wykorzystanie danych z fałdomierza i elastografii,Grant badawczy NCN  UMO-2011/01/B/ST8/07283, 27. 03. 2012 – 26. 03. 2014, kier. dr hab. inż. M. Kaczmarek prof. nadzw..
  • Propagacja fal ultradźwiękowych w kościach gąbczastych. Identyfikacja mechanizmów tłumienia i dyspersji fal oraz wpływu makroskopowej niejednorodności ośrodka na parametry falowe, Grant badawczy NCN  UMO-2011/01/B/ST7/04498, 7. 12. 2011 – 6. 02. 2014, kier. dr inż. M. Pakuła.

Udział pracowników Instytut Mechaniki Środowiska i Informatyki Stosowanej w badaniach poza UKW

  • Badanie absorpcji, dyspersji i anizotropii fal sprężystych oraz własności magnetycznych ferrocieczy i ferrożeli w plu magnetycznycm. Zastosowanie spektroskopii ultradźwiękowej i modeli klastrowego, Grant zespołowy Nr 8T07B02720 – kier. Prof. M. Łabowski realizowany w Zespole Instytutu Akustyki Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu; Wykonawcy ze strony IMSIS: dr hab. inż. Mariusz Kaczmarek, dr inż. Michał Pakuła.
  • Badanie ferrocieczy i ferrożeli o polu magnetycznym metodami spektroskopii ultradźwiękowej, magnetyzacji elektrycznej, Grant zespołowy Nr 4T07B04130 – kier. Prof. M. Łabowski, realizowany w Zespole Instytutu Akustyki Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu; Wykonawcy ze strony IMSIS: dr hab. inż. Mariusz Kaczmarek, dr inż. Michał Pakuła.
  • Identyfikacja parametrów hydrogeologicznych z zastosowaniem numerycznej symulacji krzywej przejścia oraz metod optymalizacyjnych, Granty zespołowy, kier. Prof. M. Marciniak, realizowany w Zespole Zakładu Hydrologii i Gospodarki Wodnej Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu; Wykonawcy ze strony IMSIS: dr hab. inż. Mariusz Kaczmarek, mgr inż. Katarzyna Kazimierska-Drobny.
  • System do wyznaczania optymalnej temperatury hartowania izotermicznego z wykorzystaniem metody emisji akustycznej, Grant badawczo-rozwojowy R15 01002, kier. Dr inż. Krzysztof Rożniatowski, realizowany na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej; Wykonawcy ze strony IMSIS dr iż. Radosław Drelich i dr inż. Michał Pakuła.
  • Opracowanie informatycznego systemu wspomagania decyzji do zarządzania, sterowania operacyjnego i planowania miejskiego systemu wodno-ściekowego Projekt rozwojowy R11 001 01, kier. dr hab. inż. Jan Studziński,  realizowany  w Zespole IBS PAN w Warszawie, 2006-2009,  Wykonawca ze strony IMSIS dr inż. Izabela Rojek
  • Badania i rozwój rozdrabniania materiałów biologicznych, polimerowych i włóknistych w kierunku zmniejszenia energochłonności procesów recyklingu Projekt Rozwojowy nr NR08-0029-10/, realizacja na UTP w Bydgoszczy w latach 2010-2013 - Wydział Inżynierii Mechanicznej, kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Józef Flizikowski. Główny wykonawca w projekcie: dr Marek Macko
  • Analiza emisji akustycznej pracy serca do celów wczesnej diagnostyki współpraca z Kliniką Kardiologii Szpitala Uniwersyteckiego nr2 im dr Jana Biziela w Bydgoszczy. Etap: Przygotowanie wniosku do Komisji Bioetyki.

 

 

Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Instytut Mechaniki i Informatyki Stosowanej,

ul. Kopernika 1, 85-074 Bydgoszcz tel. 52 32 57 611, 52 32 57 612