Odkrivanje makroskopskih modelov kompleksnih tekočin z uporabo poenostavitvenih metod
Razvoj pametnih odzivnih materialov, kot so magnetoreološke tekočine, tekoči kristali, hidrogeli in zlitine s spominom oblike, je gonilna sila svetovnega tehnološkega napredka. Teoretično modeliranje nam omogoča napovedovanje obnašanja materiala pod različnimi zunanjimi dražljaji brez dejanskega izvajanja dragih poskusov. Z uporabo makroskopske dinamike, ki je pristop, ki temelji na simetriji, je mogoče izpeljati konsistentne makroskopske enačbe. Vendar pa ti modeli uvajajo številne neznane fenomenološke parametre, ki jih je treba eksperimentalno izmeriti. Poleg tega v to teorijo mikroskopskih podrobnosti ni mogoče vključiti. Po drugi strani lahko mikroskopske simulacije vključijo te podrobnosti, vendar so računsko predrage za inženirske aplikacije.
Metode strojnega učenja postajajo vse bolj priljubljene kot sredstvo za odkrivanje reduciranega modela neposredno iz podatkov. Večina teh metod se uporablja za preproste nizkodimenzionalne nelinearne dinamične sisteme. Namen tega projekta je odkriti makroskopske zakone neposredno iz simulacijskih podatkov mikroskopske dinamike. Na tem področju so te metode še povsem neraziskane. Kot primer kompleksnega materiala bomo preučevali magnetoreološke tekočine, ki so sestavljene iz mikronskih magnetnih delcev, suspendiranih v tekočini. Magnetoreološke tekočine imajo velik tržni delež v avtomobilski industriji in se uporabljajo kot aktivni blažilniki, sklopke ali zavore. V zunanjem polju nastanejo stolpci delcev, ki povzročijo ogromno povečanje efektivne viskoznosti ter obstoj statične in dinamične napetosti tečenja. V projektu bomo najprej implementirali model magnetoreoloških tekočin na podlagi disipativne delčne dinamike in izvedli nekaj neravnovesnih numeričnih eksperimentov. Iz podatkov teh simulacij bomo izluščili makroskopski model in morebitne povezave med makroskopskimi parametri in mikroskopskimi detajli magnetnega sistema.
Faze projekta
Projekt je razdeljen na 3 delovne pakete (DP):
V DP1 bo z uporabo disipativne dinamike delcev (DPD) izdelan mezoskopski model mikronskih delcev, suspendiranih v preprostem tekočem topilu. Osnovne lastnosti topila, kot sta viskoznost in strižni modul, bodo izmerjene za pridobitev referenčnih vrednosti za naslednje DP-je.
V DP2 bomo združili mezoskopsko metodo, izdelano v DP1, z dinamiko magnetne prostostne stopnje, ki bo dodana vsakemu magnetnemu delcu. Tukaj bo dodana magnetna dipolna interakcija med magnetnimi delci. Upoštevali bomo tudi različne modele za magnetno občutljivost delcev. Izvajali bomo neravnovesne simulacijske eksperimente, tj. strižne in tlačne tokove ter preučevali oblikovanje vzorcev MRT pod zunanjimi polji.
V DP3 bomo najprej grobozrnili mikroskopska stanja neravnovesnih simulacij, izvedenih v DP2, v makroskopska polja gostote, hitrosti in magnetizacije ter po možnosti koncentracije magnetnih delcev. Nastavili bomo algoritem redčevalne regresije za ekstrahiranje osnovnih makroskopskih enačb modela magnetoreološke tekočine.
Sestava projektne skupine
Obdobje trajanja projekta
1.10.2023-30.9.2026
Financiranje
Projekt financira ARIS.