Rozprawy doktorskie WM

Type: Collection of doctoral dissertations of a unit
Title

Collection items (586)


Nowe kompozyty do budowy tłoka silnika adiabatycznego

Krzyżak, Rudolf
Dissertation
2018
Bazą koncepcji jest krystalochemia (nowe podejście). Idea odbijania IR i tworzenia miejsca do deformacji [Krzyżak 2003, 2007] – to nowość. Tłoki są zbudowane z 3 warstw: kompozytu ceramicznego WCY , kompozytu ceramicznego WFp i stopu Al (AK12). WCY zawiera drobne ziarna nowych tlenków Zr (NOZ) w osłonce ze skalenia – K (Ksp) i tlenków (plastyczność) oraz duże ziarna bliskie bytownitowi (odporność na szok, pochłanianie ciepła). Skaleniowy WFp jest częściowo infiltrowany przez „substrat” – AK12. Cztery tłoki są o skomplikowanym składzie. Kompozyty ceramiczne o grubość i 1,6 -2,1cm dały spadek temperatur 500-600°C, będąc twarde i quasi-plastyczne; bez spękań (po 1002 szokach termicznych) oraz bez: spallacji, delaminacji, dylatacji i TGO. Cykliczne szoki termiczne prowadzono w temp. 1950°C/10°C (woda); temperatura miski tłoka 712–818°C, a metalu 200–59°C. Kompozyty (tłoki) są twarde, ale o „zerowej” ścieralności (strata 0,0003 do 0,0006g przez 2,78h testu). Duże naprężenia – to jedynie krystalizacyjne (bezpieczne). NOZ są stabilizowane przez Ksp, Fe₂O₃, SnO₃, Y₂O₃. Ksp jest konieczny do łączenia WCY i WFp. Materiały są łączone prze epitaksję, zakleszczenie i in. Ustanowiono nową metodę syntezy anortoklazu i bytownitu (spiekanie). Z uwagi na znakomite zachowanie tłoków – są one warte produkcji.

Wpływ cząstek nanografitu na proces spiekania i właściwości spiekanej stali AISI 316L

Kozub, Barbara
Dissertation
2019
W niniejszej pracy zbadano wpływ modyfikacji proszku austenitycznej stali nierdzewnej AISI 316L nanoproszkiem grafitu na przebieg procesu prasowania, kinetykę spiekania oraz mechanizm redukcji tlenków. Szczegółowej charakterystyce zostały poddane zjawiska zachodzące podczas procesu spiekania oraz mechanizmy redukcji tlenków. W badaniach zastosowano proszki grafitu różniące się stopniem rozwinięcia powierzchni właściwej BET cząstek. Badaniom poddano mieszanki z dwoma rodzajami nanoproszku o wysokim stopniu rozwinięcia powierzchni właściwej BET (350 i 400 m²/g) oraz – w celach porównawczych – z mikroproszkiem grafitu o słabo rozwiniętej powierzchni właściwej BET (15 m²/g). Zakres badań obejmował również określenie wpływu wielkości udziału tych proszków w mieszankach na wybrane właściwości mechaniczne oraz odporność na korozję spieków. Przeprowadzone badania wykazały, iż wysoki stopień rozwinięcia powierzchni właściwej BET cząstek dodatku nanoproszku grafitu pozwala na znaczne zwiększenie zgęszczalności proszku stali AISI 316L oraz zapewnia poprawę smarowności w trakcie procesu prasowania. Natomiast podczas procesu spiekania dodatek nanoproszku grafitu pełni rolę bardzo dobrego reduktora. Ponadto otrzymane wyniki badań wskazały na wzrost badanych właściwości mechanicznych oraz odporności na korozję spiekanej stali AISI 316L modyfikowanej grafitem, w stosunku do czystej stali.

Wpływ dodatku TiB₂ na właściwości kompozytów na osnowie miedzi

Dębecka, Helena
Dissertation
2019
W pracy przeprowadzono analizę procesu mielenia i homogenizacji mieszanek proszków na bazie miedzi z dodatkiem dwuborku tytanu. Zaprezentowano wyniki badań właściwości cząstek proszków w zależności od zastosowanych parametrów mielenia i ilości dodatku TiB₂. Badaniom poddano też spieki ze szczególnym uwzględnieniem ich właściwości mogących determinować potencjalne zastosowania wyrobów z opracowywanych materiałów - analizowano gęstość, twardość, mikrotwardość, przewodność elektryczną, odporność na ścieranie oraz wytrzymałość na zginanie. Przeanalizowano wpływ: - ilości dodatku TiB₂: 0,5, 1, 2, 3 lub 5%wg., - sposobu wprowadzenia dodatku: homogenizacja w SpeedMixerze, mieszanie w Turbuli lub mielenie w młynie mono-planetarnym, - czasu procesu mielenia: 4 godziny, 40, 80 lub 160 cykli, - prędkości: 300 lub 500 obr/min, - stosunku masy proszku do masy mielników: 1:5, 1:10 lub 1:20, - rodzaju środka poślizgowego: kwasu stearynowego lub Ethylene Bis Stearamide na właściwości kompozytów na osnowie miedzi. Scharakteryzowano także zjawiska zachodzące podczas procesu spiekania w zależności od sposobu przygotowania mieszanek. Dowiedziono, że na właściwości spieku o stałym składzie chemicznym można wpływać poprzez zmianę parametrów mielenia. Wprowadzenie TiB₂ do miedzi powodowało zmianę gęstości, twardości, wytrzymałości na zginanie oraz przewodności elektrycznej.

Redukcja drgań skrętnych belek przy zastosowaniu elementów piezoelektrycznych

Augustyn, Elżbieta
Dissertation
2018
W pracy omówiona została koncepcja zastosowania elementów piezoelektrycznych do redukcji drgań skrętnych belek. W przypadku belek Bernoulliego-Eulera o przekroju prostokątnym, dla których stosunek wysokości do szerokości przekroju jest większy od 5-10, formy skrętne drgań identyfikowane są w grupie modów o najniższych częstotliwościach rezonansowych (zwykle jako trzeci mod drgań; wcześniejsze formy maja charakter modów giętnych). Elementy piezoelektryczne są od wielu dziesiątek lat wykorzystywane do redukcji drgań giętnych belek. Jeżeli jednak elementy piezoelektryczne zamocowane zostaną do belki symetrycznie w dwóch parach na obydwu powierzchniach zewnętrznych belki w tym samym jej przekroju poprzecznym i w taki sposób, że dwa oddzielne elementy leżące po tej samej stronie belki są aktywowane przyłożonym napięciem o takiej samej wartości i w fazach przeciwnych, a w ramach każdej z par elementy składowe również są aktywowane przyłożonym napięciem o takiej samej wartości w przeciwfazie, to taki układ dwóch par elementów (czterech elementów) wytwarza moment skręcający, który – jako zmienny w czasie – można wykorzystać w celu redukcji drgań skrętnych belki. Zakres przedstawionych w pracy zagadnień obejmuje: ocenę możliwości wystąpienia drgań skrętnych belki w zakresie niskoczęstotliwościowym, analizę drgań belek, własnych i wymuszonych, typu drgań skrętnych, przy różnych typach modeli (teoria prętów cienkościennych, teoria prętów litych o dowolnych przekrojach, teoria prętów o przekrojach kołowych), symulację redukcji drgań przez elementy piezoelektryczne metodą różnic skończonych, symulacje redukcji drgań przez elementy piezoelektryczne metodą elementów skończonych dla różnych położeń par aktywatorów piezoelektrycznych i przykładanych napięć w zakresie jednomodalnym drgań wymuszonych oraz praktyczną realizację redukcji drgań na zbudowanym stanowisku laboratoryjnym, jako weryfikację doświadczalną metody. Rezultaty przeprowadzonych prac obejmujących zarówno analizy teoretyczne, symulacje komputerowe oraz badania doświadczalne pokazały, że możliwa jest redukcja drgań skrętnych belki przy wykorzystaniu elementów piezoelektrycznych. Zaproponowana metoda redukcji drgań jest oryginalna z powodu zastosowanej konfiguracji elementów piezoelektrycznych i ich aktywacji w przeciwfazie.

Modelling of damage evolution in multiphase engineering materials

Ryś, Maciej
Dissertation
2018
Austenitic stainless steels show excellent mechanical properties which are maintained at extremely low temperatures and thus these materials are used in many cryogenic applications. Under certain conditions and in some thermodynamic states austenitic stainless steels become unstable, and the phase transformation from austenite to martensite may occur. In the resulting two-phase microstructure each phase exhibits different thermo-mechanical properties. The development of damage, which is responsible for the materiał degradation, is governed by different mechanisms in each phase: in brittle martensitic inclusions the stress state has a crucial influence on damage, while in soft austenitic matrix the damage state is mainly determined by plastic flow. The present dissertation is aimed at developing a complex constitutive and numerical model of a dissipative engineering materiał, consisting of two phases exhibiting different properties. Damage evolution of different type in each phase is accounted for. The constitutive model is developed within the framework of continuum mechanics and thermodynamics of irreversible processes with internal state variables, on the basis of the local state method. As examples of engineering materials possible to describe using the developed model, austenitic stainless steels of types: 304 and 316L, subjected to mechanical loadinq are considered.

Metoda doboru parametrów badania odporności na zużycie ścierne twardych powłok przeciwzużyciowych

Osuch-Słomka, Edyta
Dissertation
2018
Praca dotyczy problematyki badania zużycia ściernego powłok wytwarzanych metodą PVD (ang. Physical Vapour Deposition). Składa się z dwóch części. Pierwsza obejmuje analizę stanu wiedzy, na podstawie której sformułowano cel pracy. W drugiej części pracy opisano urządzenie badawcze T-20 i metodę badań nazywaną ball-cratering. Przedstawiono uzyskane wyniki badań oraz wnioski. Celem pracy był sposób doboru wartości parametrów pracy testowego węzła tarcia w metodzie wycierania kulą w obecności luźnego ścierniwa, w zastosowaniu do wyznaczania odporności na zużywanie ścierne powłok przeciwzużyciowych. Obiektem badań były powłoki PVD: proste, złożone oraz układy hybrydowe typu: warstwa azotowana/powłoka. Powłoki zostały osadzone w Zakładzie Inżynierii Powierzchni ITeE-PIB. Badania zostały przeprowadzone przy użyciu urządzenia T-20 opracowanego i wyprodukowanego w Instytucie Technologii Eksploatacji w Radomiu. Zużycie ścierne skojarzenia kula-tarcza mierzono w obecności zawiesiny ściernej (węgliku krzemu SiC i wody destylowanej). Zakres pracy obejmował opracowanie metody doboru parametrów badań odporności na zużywanie ścierne metodą ball - cratering cienkich powłok przeciwzużyciowych. Podstawowym zadaniem było zaplanowanie eksperymentów metodą Taguchiego. Podejście to umożliwiło ograniczenie liczby eksperymentów badawczych. Zastosowana metoda optymalizacji pozwoliła na wyznaczenie optymalnych parametrów testu, tj. obciążenia, prędkości obrotowej oraz drogi tarcia.

Wpływ krótkich włókien na właściwości kompozytów z osnową geopolimerową

Korniejenko, Kinga
Dissertation
2018
W ostatnich latach coraz częściej podkreśla się konieczność przejścia w gospodarce europejskiej na tzw. gospodarkę o obiegu zamkniętym. Coraz większego znaczenia nabiera racjonalna gospodarka zasobami naturalnymi oraz wykorzystanie materiałów odpadowych. Rosnąca świadomość ekologiczna społeczeństwa, w tym świadomość konieczności opierania gospodarki na zrównoważonym rozwoju sprawia, że coraz częściej poruszana jest kwestia wpływu na środowisko w różnych dziedzinach aktywności człowieka. Obecnie jedną z branż mających najistotniejszy wpływ na generowanie zanieczyszczeń jest budownictwo. Podejmowane są obecnie liczne prace dążące do zmniejszania energochłonności rozwiązań dla budownictwa oraz zmniejszenia liczby generowanych odpadów. Są to główne czynniki motywujące do prac badawczych nad nowymi, innowacyjnymi rozwiązaniami materiałowymi. Celem głównym pracy jest otrzymanie nowych kompozytów na osnowie geopolimeru umacnianego włóknami, możliwych do zastosowania jako materiały konstrukcyjne, w szczególności materiały do zastosowań w budownictwie. Celami szczegółowymi pracy są: • ocena możliwości zastosowania poszczególnych włókien jako wypełniacza dla wybranych kompozytów na przygotowanej wcześniej osnowie geopolimerowej, • analiza struktury i właściwości mechanicznych kompozytów na bazie geopolimerów w zależności od ilości wypełniacza, • ocena możliwości zastosowania otrzymanych kompozytów jako materiału konstrukcyjnego przyjaznego dla środowiska, • analiza dotychczas stosowanych materiałów konwencjonalnych na wybrane zastosowania konstrukcyjne i porównanie ich właściwości z otrzymanymi kompozytami. W rozdziale pierwszym i drugim został szczegółowo opisany stan zagadnienia dotyczącego tematu pracy. Przedstawione informacje związane są ze stanem badań nad materiałami geopolimerowymi z różnymi rodzajami wypełnień z włókien, zarówno naturalnych, jak i chemicznych. Opis skoncentrowany jest na wykorzystaniu włókien krótkich, niemniej jednak w celu ukazania całości stanu obecnego odniesienia do wybranych badań w zakresie wzmocnienia kompozytów geopolimerowych włóknami długimi i tkaninami okazały się niezbędne. Analiza została przeprowadzona na bazie artykułów naukowych w szczególności z wykorzystaniem baz tj. ScienceDirect (język angielski), Scopus (język angielski) i Google Scholar (język angielski oraz język polski). W badaniach uwzględniono zarówno materiały aktywowane alkalicznie, jak i polimery nieorganiczne oraz geopolimery. Opis jest uzupełniony badaniami, które były prowadzone w Instytucie Inżynierii Materiałowej Wydziału Mechanicznego Politechniki Krakowskiej w ramach projektu pn. "Development of eco-friendly composite materials based on geopolymer matrix and reinforced with waste fibers" („Rozwój przyjaznych dla środowiska kompozytów geopolimerowych wzmacnianych włóknami odpadowymi"). Projekt jest realizowany w ramach ERANet-LAC: Latin America, Caribbean and European Union, programu finansowanego przez Komisję Europejską w ramach 7 Programu Ramowego w ramach działania Research and Technology Development (FP7), w temacie #02: Waste management, recycling and urban mining (project no. ELAC2015/T02-0721). Na bazie dokonanego przeglądu literatury i określenia stanu obecnego został sformułowany cel pracy oraz jej tezy. Zostają one omówione w rozdziale trzecim. W rozdziałach czwartym i piątym zaprezentowane zostają surowce służące do wytwarzania kompozytów oraz zostaje przedstawiony proces ich syntezy. Rozdział czwarty opisuje rodzaje włókien chemicznych i naturalnych wybrane do badań. Są to włókna szklane, włókna węglowe oraz włókna kokosowe. Dwa pierwsze z nich zostały wybrane ze względu na własności mechaniczne i przewidywane własności mechaniczne kompozytów. Włókna naturalne zostały wybrane z uwagi na możliwość porównania własności włókien chemicznych i naturalnych. Wybrano włókna kokosa ze względu na możliwość wykorzystania wyników badań również w ramach wyżej wymienionego projektu oraz ze względu na ich własności mechaniczne. Rozdziały szósty i siódmy stanowią prezentację przeprowadzonych badań w ramach pracy, w tym badań własności mechanicznych oraz prowadzonych badań pomocniczych tj. obserwacje na skaningowym mikroskopie elektronowym, które pokazują strukturę badanych kompozytów. Pracę zamykają rozdziały ósmy i dziewiąty, w których zostają podsumowane i omówione otrzymane rezultaty w kontekście oceny możliwości zastosowania projektowanych kompozytów jako materiału konstrukcyjnego przyjaznego dla środowiska oraz pokazane zostają przyszłe kierunki badań. W rozdziale ósmym wyniki przeprowadzonych badań zostają omówione w kontekście porównawczym z innymi pracami w zakresie materiałów geopolimerowych oraz własności otrzymanych kompozytów zostają porównane ze standardowymi materiałami wykorzystywanymi w branży budowlanej. W rozdziale dziewiątym pokazane są współczesne wyzwania badawcze związane z materiałami geopolimerowymi zbrojonymi włóknami.

Wpływ parametrów konstrukcyjnych na trajektorię ruchu podwodnego robota mobilnego z napędem falowym

Malec, Marcin
Dissertation
2018
W pracy opisano aktualny stan wiedzy w zakresie biomimetycznych podwodnych robotów mobilnych. Szczególną uwagę poświęcono konstrukcjom naśladującym kinematykę ryb. Omówiono zagadnienia z zakresu budowy i działania systemu napędowego płetwy ogonowej, płetw bocznych oraz systemu zanurzania. Opisano kolejne etapy rozwoju pojazdu zdalnie sterowanego CyberRyba. Scharakteryzowano budowę autonomicznej konstrukcji ABPP nr 1 Śledzik zbudowanej przez zespół Politechniki Krakowskiej. Opisano podzespoły ABPP nr 1 z omówieniem ich funkcjonalności. Zasadniczą część pracy stanowią badania obu ww. pojazdów. Zrealizowano eksperymenty z zakresu wpływu parametrów konstrukcyjnych systemu napędowego płetwy ogonowej oraz systemu napędowego płetw bocznych na generowaną siłę naporu. Na podstawie badań określono parametry geometryczne elastycznego zakończenia płetw. Dla wybranych wariantów elastycznego zakończenia płetw przeprowadzono badania wybranych parametrów trajektorii ruchu pojazdu. Analiza uzyskanych wyników umożliwiła wyznaczenie optymalnych, w sensie Pareto rozwiązań, biorąc pod uwagę maksymalizację prędkości pojazdu i minimalizację oscylacji korpusu robotów. Na potrzeby wsparcia systemu wysokopoziomowego sterowania ABPP nr 1 opracowano algorytm wyznaczania średniej wartości prędkości liniowej i promienia cyrkulacji dla dowolnie wybranych wariantów sterowania z rozpatrywanego zakresu. Ponadto, dokonano analizy parametrów ruchu CR5 i ABPP nr 1 ze wskazaniem wad, zalet i ograniczeń poszczególnych systemów napędowych biomimetycznych pojazdów podwodnych.

Wpływ dodatku tufu na własności kompozytów polimerowych

Żmudka, Sabina
Dissertation
2019
Przedmiotem badań niniejszej rozprawy doktorskiej była ocena możliwości zastosowania nowego napełniacza mineralnego tuf do wytworzenia nowej generacji kompozytów polimerowych na osnowie termoplastów takich jak: poliamid 6 - Tarnamid T-27, polipropylen - Moplen HP 500 oraz polietylen PEHD - Hostalen GC 7260 z zawartością wagową proszku tuf w ilości 10, 15 i 25%. Celem pracy była ocena wpływu ilościowego i jakościowego napełniacza mineralnego tuf na korzystne zmiany wybranych właściwości badanych kompozytów. W toku pracy wykonano charakterystykę zastosowanego napełniacza, pochodzenia wulkanicznego - tuf. Przeprowadzono badania podstawowych właściwości fizyko-mechanicznych, zaproponowano adaptację metody Lehra do tworzyw polimerowych w celu oceny trwałości zmęczeniowej kompozytów polimerowych z napełniaczem mineralnym oraz wykonano i omówiono analizę mikrostruktury takich materiałów kompozytowych. Poprzez odpowiedni dobór wielkości cząstek napełniacza oraz preparację jego porowatej powierzchni uzyskano nowy materiał kompozytowy o dobrych właściwościach wytrzymałościowych, zwiększonej odporności termicznej oraz zwiększonej odporności na zużycia mechaniczne. Dodatek tufu do badanych kompozytów spowodował znaczny wzrost modułu sprężystości, co umożliwia wytworzenie wyrobów o większej sztywności. Polimery napełniane proszkiem tuf charakteryzują się również wzrostem wytrzymałości i niewielkim spadkiem odkształceń przy zerwaniu, co w przypadku kompozytów napełnianych minerałami jest zjawiskiem znanym. Wstępnie, dokonano analizy pozytywnego wpływu dodatku takiego napełniacza na polepszenie własności mechanicznych badanych kompozytów wskazano również możliwość wytworzenia takich kompozytów oraz potencjalne ich zastosowanie.