Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Marii Nienartowicz

(1)

Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, budynek A22 tel. 42 631 22 25, fax 42 631 24 89, www.abm.p.lodz.pl

Łódź, 21.04.2015 r.

1 2

Prof. zw. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz

3 Kierownik Katedry Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki

4 Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej

5 ul. Stefanowskiego 1/15

6 90-924 Łódź

7 8

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Marii Nienartowicz

9

pt. „Modelowanie i analiza MES właściwości dynamicznych materiałów

10

kompozytowych termicznie optymalnych”

11 12 13

Podstawę do opracowania niniejszej recenzji stanowi pismo Dziekana Wydziału Budowy

14 Maszyn i Zarządzania Politechniki Poznańskiej, prof. dr. inż. inż. Olafa Ciszaka,

15 z dnia 31 marca 2015 r.

16 1. Omówienie pracy

17 Przedmiotem pracy jest modelowanie i analiza właściwości dynamicznych kompozytu

18 optymalnego termicznie przy zastosowaniu modeli 1D i 2D o różnych kształtach i różnych

19 warunkach brzegowych. Procesowi optymalizacji poddano średnią wartość temperatury

20 i energii termicznej oraz średnią wartość energii odkształcenia. Analizy numerycznej

21 dokonano wykorzystując program COMSOL Multiphysics poprzez połączenie algorytmu

22 Neldera-Meada (model 1D) i metody optymalizacyjnej SNOPT (model 2D) z metodą

23 elementów skończonych.

24 Recenzowana rozprawa obejmuje streszczenie w języku polski i angielskim, 10. rozdziałów,

25 literaturę oraz załącznik i liczy 175 stron.

26 Rozdział 1. wprowadza w problematykę pracy. Dokonano w nim przeglądu literatury oraz

27 scharakteryzowano motywację, cel i tezę pracy. W rozdziale 2. dokonano przeglądu

28 materiałów kompozytowych z ukierunkowaniem na przykłady nowoczesnych kompozytów

29 o specjalnych własnościach termicznych. W rozdziale 3. opisano metody optymalizacyjne,

30 a w szczególności metodę sympleksu Neldera-Meada oraz metodę SNOPT. Rozdział 4.

31 wyprowadza czytelnika w problematykę optymalizacji topologii i zagadnienia odwrotnego

32 oraz oszacowano w nim wpływ wyboru siatki elementów skończonych oraz metody

33 regularyzacji na wyniki procesu optymalizacyjnego. Teoretyczne podstawy modelowania

34 właściwości termicznych i dynamicznych w materiałach kompozytowych zostały opisane

35 w rozdziale 5 w oparciu o równanie Fouriera, warunki brzegowe, całkowitą energię

36

(2)

Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, budynek A22 tel. 42 631 22 25, fax 42 631 24 89, www.abm.p.lodz.pl

termiczną, związki konstytutywne, częstości własne i postacie drgań własnych. Wyniki

1 numeryczne uzyskanych obliczeń Autorka prezentuje w rozdziale 6 i dotyczą one

2 wyznaczania parametrów termicznych dla 1D odcinka o jednostkowej długości oraz modelu

3 2D osiowo-symetrycznego wykonanego z materiału FGM. Wyniki obliczeń dotyczących

4 optymalizacji średniej wartości temperatury, średniej wartości modułu gradientu

5 temperatury i średniej wartości energii termicznej w modelu 2D kompozytu przedstawiono

6 w rozdziale 7. Z kolei w rozdziale 8 Autorka przedstawia uzyskane wyniki dotyczące

7 minimalizacji energii termicznej i mechanicznej w płytach typu „sandwich”, przy czym

8 otrzymane wyniki zostały porównane z wynikami uzyskanymi dla laminatów. W rozdziale 9

9 dokonano analizy właściwości dynamicznych struktur termicznie optymalnych w oparciu

10 o dwa etapy. Najpierw wykonano optymalizację struktury 2D i uzyskano płytę

11 kompozytową „termicznie optymalną” , a następnie przeprowadzono analizę właściwości

12 dynamicznych otrzymanej płyty. Ostatni rozdział stanowi podsumowanie uzyskanych

13 wyników i prezentuje wnioski z przeprowadzonych badań.

14 15

2. Ocena rozprawy

16 W mechanice i budowie maszyn oraz wielu zastosowaniach inżynierskich konstrukcje

17 budowlane i maszynowe zawierają jako podstawowe elementy konstrukcyjne belki, płyty

18 i powłoki, które poddane są oddziaływaniu wymuszeń mechanicznych jak i termicznych.

19 W celu podniesienia nośności konstrukcji i utrzymania jej wysokiej niezawodności pracy

20 nawet w ekstremalnych warunkach dynamicznych i w polu temperaturowym poszukuje się

21 nowych rozwiązań inżynierskich ze względu na dobór materiału elementów konstrukcji

22 oraz ich właściwości geometryczne i topologiczne. Rozprawa doktorska mgr. inż. Marii

23 Nienartowicz wychodzi naprzeciw tym oczekiwaniom inżynierskim jak i posiada nowe

24 elementy poznawcze naukowe, co w efekcie pozwoliło Jej na realizację jasno postawionych

25 i ambitnych trzech głównych celów pracy doktorskiej: (i) wykazanie przez symulacje

26 numeryczne, że zaproponowane przez Autorkę kompozyty mają lepsze charakterystyki

27 od powszechnie dotąd stosowanych laminatów; (ii) opracowanie metod analizy

28 numerycznej kompozytów optymalnych termicznie; (iii) zaprojektowanie struktury płyty

29 warstwowej z warstwą środkową wykonaną z kompozytu dwufazowego, która pozwala

30 utrzymać minimalną termiczną energię wewnętrzną przy zadanych warunkach brzegowych.

31 Rozprawa Kandydatki stanowi przyczynek do analizy optymalnych konstrukcji kompozytów,

32 które wymagają dużej uwagi przy projektowaniu przy zachowaniu konieczności spełnienia

33 wymogów dotyczących bezpieczeństwa i niezawodności pracy konstrukcji, a ponadto

34 zaproponowany wybór opcji analizy opartej na symulacjach numerycznych zmniejsza

35 kosztowność przeprowadzenia takich badań w porównaniu do badań eksperymentalnych

36 laboratoryjnych.

37 Uważam, że podjęta przez Doktorantkę tematyka stanowi ważne zagadnienie zarówno

38 z punktu widzenia inżynierskiego jak i poznawczego.

39

(3)

Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, budynek A22 tel. 42 631 22 25, fax 42 631 24 89, www.abm.p.lodz.pl

Mgr inż. Maria Nienartowicz posiada ogólną wiedzę teoretyczną w zakresie mechaniki

1 ośrodków ciągłych, materiałów kompozytowych, metod optymalizacyjnych, termodynamiki

2 oraz modelowania własności termicznych i dynamicznych w materiałach kompozytowych

3 oraz potrafi wykorzystać możliwości jakie tworzą współczesne techniki obliczeniowe.

4 Autorka samodzielnie rozwiązała oryginalnie sformułowany problem naukowy w ramach

5 wcześniej postawionych jasnych celów pracy. Układ rozprawy jest logiczny, poprawny

6 i czytelny. Uważam, że Doktorantka wykazała się umiejętnością samodzielnego

7 prowadzenia pracy naukowej.

8 9

3. Uwagi krytyczne i spostrzeżenia

10 Podczas czytania rozprawy nasunęły mi się następujące uwagi i spostrzeżenia:

11 (i) Pierwsze 10 linijek „Streszczenia” (str. 4) ma charakter ogólny, a spodziewałbym się

12 raczej, że tutaj powinno być ujęte streszczenie uzyskanych wyników własnych

13 w rozprawie;

14 (ii) Na str. 4 6 pojawia się określenie „optymalnego termicznie”, które powinno być

15 zdefiniowane;

16 (iii) Praca jest zbyt obszerna i jej układ nie jest dobrze opracowany. Wyniki prac własnych

17 Autorki pojawiają się dopiero w rozdziałach 6-9. Wcześniejsze rozdziały, stanowiące

18 ok. 50% całości pracy powinny zostać znacznie skrócone z odwołaniami do literatury

19 monograficznej czy podręcznikowej dotyczącej tych klasycznych zagadnień;

20 (iv) Na str. 26 ⁶ błędnie podano nazwisko pierwszego autora, a ponadto na tym tle

21 pojawia się uwaga ogólna, że powszechnie używany zwrot w całej rozprawie

22 polegający na wymienianiu jedynie nazwiska pierwszego autora prac wspólnych

23 i używania wyrazu dodatkowego „współautora” nie wnosi spodziewanej informacji,

24 która można byłoby otrzymać przez wymienienie nazwiska drugiego współautora;

25 (v) Nie powinny być podawane rysunki zaczerpnięte z innych źródeł jak np. rys. 2.2.4

26 czy rys. 2.2.5, które są bardzo złożone i pozbawiane komentarza w treści pracy.

27 (vi) Dlaczego pominięto tłumienie (str. 80 ⁴ )?

28 (vii) Proszę o wyprowadzenie równania (5.2.2.10) w oparciu o wcześniejsze równania,

29 jak również równań (5.2.3.1).

30 (viii) Czy rzeczywiście różnice pomiędzy oczekiwanym i otrzymanym rozkładem

31 temperatury są tak duże jak na rys. 6.1.2.1?

32 (ix) Czym uzasadnione jest stosowanie numeracji 5. cyfrowej rysunków?

33 (x) W pracy nie znalazłem pogłębionych analiz w postaci różnego rodzaju wykresów

34 pozwalających na walidację przeprowadzonych obliczeń numerycznych ze względu

35 na wybór siatki oraz optymalnej metody obliczeniowej ze względu na szybkość

36 obliczeń.

37

38

39

(4)

Katedra Automatyki, Biomechaniki i Mechatroniki 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15, budynek A22 tel. 42 631 22 25, fax 42 631 24 89, www.abm.p.lodz.pl

1 4. Wniosek końcowy

2 3

Uważam, ze rozprawa doktorska mgr inż. Marii Nienartowicz pt. „Modelowanie i analiza

4 MES właściwości dynamicznych materiałów kompozytowych termicznie optymalnych”

5 odpowiada warunkom stawianym w art. 13 ust. 1 ustawy z dnia 14 marca 2003 r.

6 o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki

7 (DZ.U. z 2003 r. nr 65, poz. 595 ze zm. Dz. U. z 2005 r. nr 164, poz. 1365 i Dz. U. z 2011 r.

8 nr 84, poz. 455) w dziedzinie nauk technicznych i dyscyplinie Mechanika. Na tej podstawie

9 stawiam wniosek o przyjęcie i dopuszczenie pracy mgr inż. M. Nienartowicz do obrony

10 publicznej.

11

12