Projekta nosaukums: Modelēšanas instrumentu pakotne polimēru kompozītu ilgtermiņa izturības prognozēšanai sinerģiskos vides novecošanās apstākļos (angl. Modelling Toolbox for Predicting Long-Term Performance of Structural Polymer Composites under Synergistic Environmental Ageing Conditions)

Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/606

Projekta sadarbības partneri (ja ir): -

Projekta īstenošanas termiņš: 01.03.2021 - 30.06.2023

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: 104071.24 EUR, LU daļa 5 % – 5203.57 EUR

Projekta mērķis: Projekta mērķis ir modelēšanas instrumentu kopuma izstrāde kompozītmateriālu vides izturības prognozēšanai sinerģiskos vides novecošanās apstākļos. Projekta aktivitātes ietver eksperimentālu programmu - ūdens difūzijas pētījumus, paātrinātu mehānisko testēšanu (ieskaitot statiskās īpašības, nogurumu, viskoelastisko šļūdi jeb "creep") un matemātisko modelēšanu. Pakotnes vispārējā sastāvdaļa būs lietotājam draudzīga un bezmaksas atvērtā koda (open source) modelēšanas programmatūra. Ta sastāvēs no vairākiem moduļiem, kas apsvērs atsevišķu, papildinošu un sinerģisku faktoru ietekmi (uz FRP difūziju un mehānisko izturību), un ta balstīsies uz zināmiem un jauniem (projekta ietvaros izstrādātiem) modeļiem. Projekta izaicinājumi ietvers ūdens satura, temperatūras un mehāniskā sprieguma sinerģistiskās iedarbības fundamentālu mehānismu identificēšanu un rūpīgas un sistemātiskas materiālu raksturošanas pieeju apvienojumā ar sarežģītu novecošanās modeļu sistēmu. Materiālu īpašību pasliktināšanās mehānismi novecošanās dēļ tiks vērtēti strukturēti. Projekta jaunums ir sinerģisku vides novecošanās apstākļu izpēte, balstoties uz fiziskiem un fizikāli ķīmiskiem pamatprincipiem (piemēram, Arrhenius princips, Eyring-Polanyi vienādojums utt.), nevis uz statistiku balstītiem un / vai empīriskiem modeļiem (Weibull sadalījumiem utt.). Praktiskā nozīme ir simulācijas rīku izstrādē, kas ļauj kompozītmateriālu industrijai un zinātniekiem iesaistīt mazāk testēšanas darbu un tādējādi ievērojami samazināt kompozītmateriālu kvalifikācijas izmaksas.
 

Projekta rezultāti:

1. WP1: [Paraugu sagatavošana] (angl. Preparation of Specimens)

M1. Polimēru un FRP paraugi ir sagatavoti un ir gatavi testēšanai WP2 un WP3.
D1.1. Atskaite par polimēru un kompozītu paraugu sagatavošanu un struktūras raksturojumu, kas tiks izmantoti aktivitātēs WP2 un WP3.

2. WP2: [Difūzijas Pētījums] (angl. Diffusion Study)

M2. Difūzijas un maksimālais ūdens saturs (piesātinājuma mitruma saturs), kas iegūts dažādās temperatūrās, mehāniskās spriegumos un sinerģiskās kombinācijās.
D2.1. Difuzivitātes dati kā modeļa ievades dati (aktivitātē WP4), kopā ar īsu aprakstu.
D2.2. Oriģinālzinātniskā publikācija - ūdens difūzijas dažādās temperatūrās, mehāniskā sprieguma un sinerģiskās kombinācijas. Konferences raksts indeksēts SCOPUS vai Web of Science.

3. WP3: [Mehāniskā Testēšana] (angl. Mechanical Testing)

M3. Mehāniskās īpašības, kas iegūtas pie dažādām temperatūrām, mehāniskām spriedzēm un to sinerģiskām kombinācijām.
D3.1. Mehāniskie dati kā modeļa ievades dati aktivitātē WP4, kopā ar īsu aprakstu.
D3.2. Viskoelastīgie šļūdes dati kā modeļa ievades dati aktivitātē WP4, kopā ar īsu aprakstu.
D3.3. Oriģinālā zinātniskā publikācija - polimēru kompozītu mehānisko īpašību degradācija sakarā ar vides novecošanos pie dažādām temperatūrām, mehāniskiem spriegumiem un sinerģiskām kombinācijā. Būs iesniegts Q1 žurnālā, piemēram, Composites Part A.

4. WP4: [Modelēšansas Programmatūras Izstrāde] (angl. Modelling Software Development)

M4. Izstrādāts modelēšanas rīku komplekts strukturālo polimēru kompozītu ilgtermiņa īpašību un izturības prognozēšanai sinerģiskos vides novecošanās apstākļos.
D4.1. Oriģinālzinātniskā publikācija - kompozītmateriālu novecošanās vides prognozēšanas modeļu pārskats (publicēts Q1 žurnālā, piem. Composite Science and Technology).
D4.2. Oriģinālzinātniskā publikācija - konferences raksts par modelēšanas instrumentu pakotni (publicēts žurnālā, kas indeksēts SCOPUS vai Web of Science datu bāzēs).
D4.3. Oriģinālzinātniskā publikācija par galvenajiem projekta rezultātiem, kas publicēta Q1 žurnālā, piem. Composite Science and Technology.
D4.4. Programmatūra.

5. WP5: [Rezultātu Izplatīšana] (angl. Result Dissemination)

M5. Ziņojuma kopsavilkums par rezultātu izplatīšanas darbībām.
D5.1. Ziņojuma kopsavilkums par rezultātu izplatīšanas darbībām.

Laika posmā no 01.03.2021. līdz 30.06.2021. (pirmais pārskata periods) veiktās darbības:

  • Pārskata periodā pēcdoktorants ir izgājis apmācību LU MMI.
  • Atskaites periodā tika uzsākta un turpinājās paraugu sagatavošana. Tika sasniegts Sasnieguma Punkts (1) Milestone M1. Polimēru un FRP paraugi ir sagatavoti un ir gatavi testēšanai WP2 un WP3. Atskaites perioda laika tika sagatavoti sekojošie paraugi: 22 epoksīda sveķu-stikla šķiedru +45/-45 FRP (kompozītu) paraugi; 80 epoksīda sveķu-stikla šķiedru unidirekcionālie FRP (kompozītu) paraugi; 80 epoksīda sveķu (polimēru) paraugi; 160 cieta poliuretāna (polimēru) paraugi; 160 mīksta poliuretāna (polimēru) paraugi.
  • Atskaites periodā tika uzsākts un turpinājās difūzijas pētījums. Daļēji iegūti ūdens difuzivitātes dati FRP, epoksīda un poliuretāna paraugiem.
  • Atskaites periodā tika uzsākta un turpinājās arī mehāniskā testēšana. Daļēji iegūti mehāniskie dati novecotiem FRP, epoksīda un poliuretāna paraugiem.
  • Atskaites periodā tika uzsākta un turpinājās skaitlisko un analītisko aprēķinu veikšana polimēriem un kompozītiem mijiedarbojoties ar agresīvām vidēm, tai skaitā pakļaujoties vides novecošanai. Tika uzsākta modelēšanas programmatūras izstrāde. Modulārā pieeja (polimēru un kompozītu novecošanas modelēšana) tika ievērojami uzlabota. Secinājumi tika publicēti arī oriģinālā zinātniskā rakstā (IF 5.065) un 2 konferenču rakstos. Tiek veikta ilgtermiņa materiālu īpašību un izturības prognozēšana, izmantojot iegūtus eksperimentālus datus un zinātnisko literatūru. Modulārā pieeja polimēru un kompozītu novecošanas modelēšanai tika stipri uzlabota. Darba rezultāti tika prezentēti 2 zinātniskajās konferencēs un populārzinātniskajā pasākumā un publicēti konferenču krājumos. Tika modelēta jauna tipa kompozītu – jonu šķīdumu kompozītu molekulāra mijiedarbība ūdens šķīdumos (rezultāti tika nopublicēti oriģinālzinātniskājā publikācijā, IF 5.065). Tika modelēta polimēra (HNBR) novecošana agresīvajās vidēs un atrasts jauns molekulārais novecošanas mehānisms šāda tipa polimēriem (oriģinālzinātniskā publikācija – raksts iesniegts un saņēmis minor revision, IF 3.275). Tika izpētīta zinātniskā literatūra par grafēnu – izplatītu pildvielu kompozītmateriālos – un tika pētīti un modelēti grafēna īpašības atkarībā no vides mijiedarbības un defektiem. (oriģinālzinātniskā publikācija – raksts iesniegts, IF 3.361). Tika organizēts starptautisks konsorcijs darbam D4.1. Oriģinālzinātniskā publikācija - kompozītmateriālu novecošanās vides prognozēšanas modeļu pārskats.
  • Tika sagatavota un uzstādīta publicitātes plāksne A3 formātā pēcdoktoranta darba vietā divos eksemplāros (Rīga: Jelgavas iela 3, kabinēts 626.). Abas divas tika novietotaa visiem redzamās vietās - viena uz durvīm (no ārpuses) gaitenī; un otrā uz kabinēta sienas (arī no ārpuses). A3 plāksnēs ir norādīts projekta nr., nosaukums un projekta mērķi. Plāksnes ir publiski pieejamas.
  • Rezultāti prezentēti 2 zinātniskās konferencēs, 3 semināros un 1 populārzinātniskā pasākumā.
  • Informācija par projektu un virzība tiek publicētā LU Postdoc mājaslapa. Izveidota arī projekta mājaslapa (nopirkts domens no NIC.lv) www.house-krauklis.lv - bet mājaslapas izstrāde vēl nav pabeigta.
  • Visa jūnija garumā pēcdoktorants ir bijis virtuālā mobilitātē TUHH (Hamburgā, Vācijā) prof. Bodo Fiedler grupā. Īpašs paldies Denisam Gibhardtam par centīgajiem centieniem veiksmīgas sadarbības izveidē. Arī novecošanas modelēšanas apmācība bija veiksmīga.
  • Visbeidzot, ir noorganizēts starptautisks konsorcijs (Latvija, Igaunija, Norvēģija un Nīderlande), kas aktīvi sadarbojas kopīgā darbā – raksta izstrādāšanā, ko iniciējis un vada pēcdoktorants.

Laika posmā no 01.07.2021. līdz 30.09.2021. (otrais pārskata periods) veiktās darbības:

  • Tika organizēta un veiksmīgi izieta LU MMI apmācība par tēmu "Termiskā mehāniskā Analīze & Kvantitatīva Struktūras Īpašību Korelācija".
  • Rezultāti tika prezentēti zinātniskajā seminārā LU MMI.
  • Pēcdoktorantu ievēlēja par pētnieku LU MMI.
  • Atskaites periodā tika iegādāti reaģenti un stikla un bazalta šķiedras (GF un BF) paraugi, sagatavoti un ir gatavi testēšanai – eksperimenti uzsākti.
  • Atskaites periodā turpinājās difūzijas un materiālu novecošanas pētījums un mehāniskā testēšana. Daļēji iegūti ūdens difuzivitātes dati FRP, epoksīda un poliuretāna paraugiem. Daļēji iegūti mehāniskie dati novecotiem FRP, epoksīda un poliuretāna paraugiem. Turpinās modelēšanas programmatūras izstrāde.
  • Kopā ar kolēģiem SINTEF un NTNU tika uzrakstīts žurnāla raksts par hidrogenētas akrilnitrila butadiēna gumijas ilgstošu novecošanu saldajā eļļā. Manuskripts ir nopublicēts un ir pieejams tiešsaistē: Raksts Long-term ISO 23936-2 sweet oil ageing of HNBR. Tika modelēta polimēra (HNBR) novecošana agresīvajās vidēs un atrasts jauns molekulārais novecošanas mehānisms šāda tipa polimēriem. Publikācija saņēmusi Minor Revision un pēc labojumiem tika nopublicēta žurnālā Polymer Testing (Q1 journal, indeksēts Scopus un Web of Science, CiteScore: 5.1; Impact Factor: 3.275) zinātniskais raksts, kurā publicēti projekta WP4 aktivitātes izpildes laikā iegūtie modelēšanas rezultāti. - oriģināls zinātniskais raksts “Long-term ISO 23936-2 Sweet Oil Ageing of HNBR”. Ieguldījums: datu analīze; datormodelēšana; identificēja un aprakstīja materiāla novecošanas mehānismu; manuskripta rakstīšana.
  • Darba rezultāti tika prezentēti zinātniskajā konference II International Conference “Corrosion in the Oil & Gas Industry” — CORROSION Oil&Gas 2021 – divās prezentācijas par (1) modulāro modelēšanu un (2) PU novecošanu.
  • Izstrādāts un organizēts speciāls izdevums (special issue) "Modelling Environmental Ageing & Degradation of Composite Materials" zinātniskajā žurnālā Journal of Composites Science (indeksēts Scopus un WoS) -- sadarbībā ar Chennai Mathematical Institute (Chennai, India) un Siemens Digital Industries Software (Milan, Italy).
  • Izstrādāts un organizēts speciāls izdevums (special issue) "Mathematics of Materials-Environments Interactions" zinātniskajā žurnālā Materials (indeksēts Scopus un WoS) -- sadarbībā ar Chennai Mathematical Institute (Chennai, India) un SINTEF (Oslo, Norway).
  • Tika veiksmīgi pabeigts speciāls izdevums žurnālā Crystals (sadaļa "Hibrīdi un kompozītmateriāli kristāliski materiāli").
  • Visbeidzot, aktīvi turpinās darbs ar noorganizēto starptautisko konsorciju (Latvija, Igaunija, Norvēģija un Nīderlande), kuram tagad pievienojies arī Itālija.

Laika posmā no 01.10.2021. līdz 31.12.2021. (trešais pārskata periods) veiktās darbības:

  • Visa oktobra garumā pēcdoktorants ir fiziski bijis mobilitātē TUHH (Hamburgā, Vācijā) prof. Bodo Fiedler grupā. Epoksīda un GFRP paraugi tika sagatavoti ar RTM aprīkojumu. Veiksmīgi organizēta pieredzes apmaiņa ar prof. Fīdleru un zinātnisko grupu – attīstot turpmāko sadarbību, t.sk. kopīgus zinātniskus rakstus. Veikta 3-point bending (short beam shear) kompozītmateriālu testēšana + veikta novecoto kompozītmateriālu mikroskopiskā analīze.
  • LU lekcija “QSPR”, maģistru kurss -- Tika izstrādāta un pasniegta lekcija “Kvantitatīvās struktūras īpašību korelācijas metodes materiālzinātnē – polimēru īpašību prognozēšana no to ķīmiskās struktūras” maģistrantiem.
  • Izstrādāts un organizēts speciāls izdevums (special issue) "Material Characterization and Molecular Analysis of Polymeric Materials" zinātniskajā žurnālā Materials (indeksēts Scopus un WoS). -- Īpašais izdevums "Materiālu raksturojums un polimēru materiālu molekulārā analīze".
  • SFI DSolve Workshop (Workshop on degradation of plastics used for marine applications) -- Prezentācija MODELLING HYDROTHERMAL AGEING AND DEGRADATION OF POLYMERS tika sniegta seminārā SFI DSolve Workshop — Seminārs par jūrniecībā izmantoto plastmasu degradāciju. Oslo, Norvēģija, 2021. gada 19. novembris.
  • Tika uzrakstīti 2 LZP projektu iesniegumi.
  • Deliverable D1.1. Sample preparation report -- D1.1. Atskaite par polimēru un kompozītu paraugu sagatavošanu un struktūras raksturojumu, kas tiks izmantoti aktivitātēs WP2 un WP3. uzrakstīta paraugu sagatavošanas atskaite. Sagatavoti papildu sPU, epoksīda un GFRP paraugi. Iegūti GF un BF šķiedras.
  • Deliverable D4.1. Oriģinālzinātniskā publikācija - kompozītmateriālu novecošanās vides prognozēšanas modeļu pārskats -- “Modelling of Environmental Ageing of Polymers and Polymer Composites – Modular and Multiscale Methods” tika pieņemta publicēšanai zinātniskajā žurnālā Polymers.
  • Konferenču raksts “Predicting Environmental Ageing of Composites: Modular Approach & Multiscale Modelling” tika nopublicēts zinātniskajā žurnālā / krājumā Materials Proceedings.
  • Deliverable D4.3. Oriģinālzinātniskā publikācija par galvenajiem projekta rezultātiem -- “Modular Paradigm for Composites: Modeling Hydrothermal Degradation of Glass Fibers” tika nopublicēta zinātniskajā žurnālā Fibers.

Laika posmā no 01.01.2022. līdz 31.03.2021. (ceturtais pārskata periods) veiktās darbības:

  • Visa februāra garumā pēcdoktorants ir virtuāli bijis mobilitātē BAM (Berlīne, Vācijā) Dr. Gerhard Kalinka grupā. R-stikla šķiedras paraugi tika novecoti un testēti ar mikromehāniskiem testiem. Veiksmīgi organizēta pieredzes apmaiņa ar Dr. Kalinku un zinātnisko grupu – attīstot turpmāko sadarbību, t.sk. kopīgus zinātniskus rakstus.
  • Tika organizēta un veiksmīgi izieta BAM apmācība par tēmu "Mikromehānisko testu salīdzinājums – priekšrocības un trūkumi".
  • Dr. Krauklis organizējis un lasījis semināru BAMā “Paradigm Toolbox: Modelling Hydrothermal Aging of Composites”.
  • LU lekcija “QSPR”, maģistru kurss – tika uzlabota un pasniegta lekcija “Kvantitatīvās struktūras īpašību korelācijas metodes materiālzinātnē – polimēru īpašību prognozēšana no to ķīmiskās struktūras” fizikas maģistrantiem.
  • Dr. Krauklis piedalījies starptautiskājā 80. LU konferencē ar zinātnisko prezentāciju “Modular Paradigm in the Multiscale Modeling of Material Aging”.  Kopsavilkums tika publicēts konferences tēžu krājumā.
  • Deliverable D3.1. Sample preparation report – D3.1. Mehāniskie dati kā modeļa ievades dati aktivitātē WP4, kopā ar īsu aprakstu. Uzrakstīta paraugu testēšanas atskaite. Mehāniski testēti GF, epoksīda, sPU, hPU un GFRP paraugi.
  • Oriģinālzinātniskā publikācija - kompozītmateriālu novecošanās vides prognozēšanas modeļu pārskats -- “Modelling of Environmental Ageing of Polymers and Polymer Composites—Durability Prediction Methods” tika publicēta zinātniskajā žurnālā Polymers.
  • Oriģinālzinātniskā publikācija - kompozītmateriālu novecošanās vides prognozēšanas modeļu pārskats -- “Modeling and Risk Analysis of Dam-Break Flooding in a Semi-Arid Montane Watershed: A Case Study of the Yabous Dam, Northeastern Algeria” tika publicēta zinātniskajā žurnālā Water.

Laika posmā no 01.04.2022. līdz 30.06.2022. (piektais pārskata periods) veiktās darbības:

  • No 30. maija līdz 3. jūnijam Dr. Krauklis piedalījies starptautiskajā konferencē E-MRS SPRING MEETING 2022 simpozijā P “Apdraudēts kultūras mantojums: tehnoloģiju, materiālu, modelēšanas un digitalizācijas perspektīvas” ar zinātnisko prezentāciju “Dzeltēšanas molekulārais mehānisms: epoksīda un poliuretāna gadījuma izpēte”. Kopsavilkums tika publicēts konferences tēžu krājumā.
  • Deliverable D2.1. Difuzivitātes dati kā modeļa ievades dati (aktivitātē WP4), kopā ar īsu aprakstu. Uzrakstīta paraugu novecošanas un difūzijas atskaite.
  • Deliverable D2.2. - Oriģinālzinātniskā publikācija 9 - novecošanas vides efekta pētījums, eksperimentālais uz kompozītmateriāliem kopā ar ārzemju kolēģiem žurnālā Materials (Q1 journal, indeksēts Scopus un Web of Science, Impact Factor: 3.748, Q1) - oriģināls zinātniskais raksts “Conservation Environments’ Effect on the Compressive Strength Behaviour of Wood–Concrete Composites”. Ieguldījums: līdzautors -- datu analīze; raksturošana; modelēšana; manuskripta rakstīšana; literatūras analīze.
  • Tika sasniegts Sasnieguma Punkts (2) Milestone M2. Difūzijas un maksimālais ūdens saturs (piesātinājuma mitruma saturs), kas iegūts dažādās temperatūrās, mehāniskās spriegumos un sinerģiskās kombinācijās.
  • Deliverable D3.2. Viskoelastīgie šļūdes dati kā modeļa ievades dati aktivitātē WP4, kopā ar īsu aprakstu. Uzrakstīta paraugu testēšanas atskaite.
  • Deliverable D3.3. - Oriģinālzinātniskā publikācija 10 - novecošanas vides efekta pētījums, eksperimentālais uz kompozītmateriāliem kopā ar ārzemju koleģiem repozitorijas žurnālā MDPI Preprints (indeksēts) un iesniegts žurnālā Journal of Composites Science - oriģināls zinātniskais raksts “Influence of Environmental Parameters and Fiber Orientation on Dissolution Kinetics of Glass Fibers in Polymer
  • Composites”. Ieguldījums: pirmais un korespondējošais autors, darba vadītājs -- visi uzdevumi, ieskaitot: datu analīze; raksturošana; modelēšana; manuskripta rakstīšana; literatūras analīze.
  • Sagatavots un iesniegts Projekts Nr. project10131 NAWACOM "Novel Functional Bio-Composites for Sustainable Design of Air Filters with Enhanced Carbon Capture from Underused Natural Resources and Waste". M-ERA.NET Topic 4 Functional Materials.

Laika posmā no 01.07.2022. līdz 30.09.2022. (sestais pārskata periods MP6) veiktās darbības:

  • Tika pabeigti mehāniskās testēšanas eksperimenti.
  • Atskaites periodā turpinājās skaitlisko un analītisko aprēķinu veikšana. Tika būtiski uzlabota modelēšanas programmatūras izstrāde.
  • Nopublicēts raksts: Oriģināl zinātniskā publikācija 10 - novecošanas vides efekta pētījums, eksperimentālais uz kompozītmateriāliem kopā ar ārzemju kolēģiem žurnālā Journal of Composites Science - oriģināls zinātniskais raksts “Influence of Environmental Parameters and Fiber Orientation on Dissolution Kinetics of Glass Fibers in Polymer Composites”. Ieguldījums: pirmais un korespondējošais autors, darba vadītājs -- visi uzdevumi, ieskaitot: datu analīze; raksturošana; modelēšana; manuskripta rakstīšana; literatūras analīze.
  • Iesniegts raksts: Deliverable D3.3. - Oriģināl zinātniskā publikācija 11 - novecošanas vides efekta pētījums, eksperimentālais uz kompozītmateriāliem kopā ar ārzemju kolēģiem Q1 žurnālā Polymer Testing (Q1 journal, indeksēts Scopus un Web of Science, CiteScore: 5.1; Impact Factor: 3.275) - oriģināls zinātniskais raksts “Time, temperature and water aging failure envelope of amine-epoxy”. Ieguldījums: pirmais (divi pirmie autori) autors, darba vadītājs: datu analīze; raksturošana; modelēšana; manuskripta rakstīšana; literatūras analīze.
  • Tika sasniegts Sasnieguma Punkts (3) Milestone M3: mechanical properties obtained at various temperatures, mechanical stresses and synergystic combinations.
  • Dr. Krauklis piedalījās CMDWC2022 zinātniskajā konferencē 5.-7. jūlijā, prezentējot projekta rezultātus – mutiskā prezentācija Modelling Hydrolytic Degradation of the Composites Interphase in a Modular Manner.
  • Dr. Krauklis piedalījās Baltic Polymer Symposium 2022 zinātniskajā konferencē Tallinnā 21.-23. septembrī, prezentējot savus rezultātus -- mutiskā prezentācija Modular Paradigm for Composites: Modelling Hydrolytic Degradation of the Interphase. Kā arī pēcdoktorants ir piedalījies networking darbībās, veidojot jaunus kontaktus ar vairākām zinātniskām grupām. Pēcdoktorants ir lasījis arī semināru TalTech.
  • Pēcdoktorants ir lasījis Semināru 6 TalTech skaitliskās ķīmijas zinātniskajā grupā. 20. septembrī Modular Approach Modelling.
  • Popularzinātniskā konference Zinātnieku nakts 2022 – prezentējis posteri par projekta sasniegumiem. Modelling Toolbox for Predicting Long-Term Performance of Structural Polymer Composites under Synergistic Environmental Ageing Conditions.
Last changed