O projektu
Projekt Metamateriály pro extrémně tepelně namáhané strojní součásti (akronym METEX) se orientuje na mechanické metamateriály vhodné pro energeticky náročné aplikace při vysokých teplotách. Konkrétní aplikace jsou motivovány potřebami slévárenského průmyslu a potřebami nových materiálů pro aplikace v energetice, včetně budoucích materiálů pro jaderné reaktory čtvrté generace. Výzkumný záměr projektu, tedy vývoj mnohoškálové metodiky návrhu mechanických metamateriálů pro extrémně tepelně namáhané součásti, je i v kontextu světové vědy jedinečný. Zároveň je postaven na unikátních expertízách jednotlivých členů konsorcia a navazuje na jejich dlouhodobé výzkumné strategie.
Hlavním výzkumným cílem výzkumného záměru projektu je aplikačně orientovaný vývoj mnohoškálové metodiky návrhu mechanických metamateriálů pro extrémně tepelně namáhané součásti. Taková metodika je i v mezinárodním měřítku jedinečná jak z pohledu základního výzkumu, tak i aplikovatelnosti výsledků ve strojírenském a energetickém průmyslu. Mnohoškálovost přístupu a nutnost pečlivě validovat každý krok návrhové metodiky motivuje dělení výzkumného cíle na čtyři výzkumné aktivity (VA). V rámci snahy o maximalizaci obousměrného transferu znalostí mezi všemi členy konsorcia, a tedy i mezi akademickým sektorem a průmyslem, jsou činnosti projektu děleny do VA na základě tematické podobnosti, přičemž každá VA se zabývá všemi měřítky mnohoškálového přístupu.
Výzkumná aktivita 1 – Modelování a simulace
Hlavním cílem je umožnit efektivní mnohaškálový návrh metamateriálu pomocí modelovacích a simulačních technik na úrovni současného stavu poznání. Zároveň bude cíleno na posunutí tohoto stavu poznání v relevantních oblastech.
Výzkumné cíle VA1 jsou:
- Výzkum a vývoj simulací pro návrh metamateriálů
- Vývoj fenomenologických materiálových modelů a numerických simulací pro základní metody mezioperačního a povrchového zpracování metamateriálů
- Aplikace metod strojového učení a umělé inteligence
Výzkumná aktivita 2 – Vývoj postupů přípravy
Hlavním cílem je vyvinout metodiku zahrnující technologii výroby a přípravy a zpracování materiálu odolného zvýšené zátěži, a to jak mechanické, tak vysokoteplotní. Vyvinutá metodika bude reflektovat individuální požadavky na materiál, který je zatěžován extrémními mechanickými a teplotními podmínkami. Výzkumná aktivita 2 navazuje na poznatky VA1, které přímo implementuje a zároveň připravuje podmínky pro vyvíjené metodiky v rámci VA3.
Výzkumné cíle VA2 jsou:
- Výroba a optimalizace slitiny
- Mezioperační zpracování
- Povrchové zpracování
Výzkumná aktivita 3 – Vývoj metodik pro charakterizaci metamateriálů
Výzkumné cíle VA3 jsou:
- Charakterizace metamateriálů a jejich povrchů z hlediska mikrostruktury
- Charakterizace metamateriálů a jejich povrchů na úrovni mechaniky kontinua
- Charakterizace dílců zhotovených z metamateriálů z hlediska jejich použtí
Výzkumná aktivita 4 – Aplikace a testování
Projekt jako takový cílí na rozvoj aplikace metamateriálu v průmyslovém měřítku. Metamateriály
představují funkční materiály s možností detailního mnohoškálovatelného návrhu a mimořádnými vlastnostmi. Mimořádnost výsledných vlastností metamateriálu plyne zejména z možnosti navrhnout jej přímo pro konkrétní aplikaci. Aby bylo možné využít jejich průmyslový potenciál, je nutné disponovat efektivní metodikou aplikačně řízeného návrhu metamateriálu a jeho uvedení na trh.
Výzkumné cíle VA4 jsou:
- Testování, korekce a validace tiskových parametrů v závislosti na vstupních materiálech a požadavcích na aplikaci dílu
- Aplikace a testování vzorků vyrobených aditivními technologiemi a použití povrchových úprav u vnitřních tištěných struktur
- Aplikace a testování dalších praktických využití poznatků z výzkumu metamateriálů a jejich povrchových úprav