Czworo badaczy z Wydziałów: Architektury, Budownictwa Lądowego i Wodnego oraz Mechanicznego zostało laureatami czwartej w tym roku edycji programu Miniatura. Na swoje projekty otrzymają z Narodowego Centrum Nauki (NCN) ponad 190 tys. zł.

W czwartym etapie konkursu NCN przyznał blisko 4 mln zł dofinansowania 95 osobom z całej Polski. Pieniądze mogą zostać przeznaczone na badania wstępne, pilotażowe, kwerendy, staże naukowe oraz wyjazdy badawcze i konsultacyjne.

Konkurs Miniatura wspiera działania naukowe prowadzące do przygotowania założeń projektu badawczego, który zostanie złożony w konkursach NCN lub innych konkursach ogólnokrajowych i międzynarodowych. Aplikujący mogą otrzymać na swój projekt finansowanie w wysokości od 5 000 do 50 000 zł, ale nie może on trwać dłużej niż 12 miesięcy. Całkowity budżet przeznaczony na tegoroczną edycję konkursu wynosi 20 mln złotych.

W maju dofinansowanie przyznano trzem osobom z PWr, w czerwcu nasi naukowcy otrzymali cztery granty o łącznej wartości niemal 180 tys. zł, a w lipcu NCN dofinansowało dwa projekty z PWr. Tym razem granty trafiły do czterech osób, są to:

Dr inż. Wanda Górniak (Wydział Mechaniczny)

Badaczka z Katedry Inżynierii Pojazdów otrzymała dofinansowanie w wysokości 49 968 zł na projekt „Analiza wpływu dodatkowych elementów fotela zwiększających komfort na kinematykę, biomechanikę i kryteria urazowości”.

Współcześnie branża motoryzacyjna nieustannie ewoluuje pod względem technologicznym, koncentrując się nie tylko na alternatywnych źródłach energii, ale także na zapewnieniu maksymalnego komfortu i bezpieczeństwa dla kierowców i pasażerów. Kolejne innowacje nie tylko stanowią kluczowy element konkurencyjności na rynku, ale także wpływają na oczekiwania i preferencje użytkowników.

Obecnie dostępna jest szeroka gama akcesoriów poprawiających komfort podróżowania, takich jak różnorodne nakładki na zagłówki, podparcie odcinka lędźwiowego kręgosłupa czy podkładki na siedzisko.

– Produkty te zwiększają czynne bezpieczeństwo, poprzez zmniejszenie zmęczenia kierowcy, co obniża ryzyko wypadków. Jednak montowanie tych dodatków może negatywnie wpływać na bezpieczeństwo bierne, ponieważ samochody osobowe nie są projektowane z myślą o ich instalacji – mówi dr inż. Wanda Górniak. – Protokoły testowe, takie jak FMVSS, ECE UN R czy NCAP, wymagają, aby podczas testów zderzeniowych wszystkie dodatkowe funkcje były nieaktywne lub ukryte, co uniemożliwia modyfikacje standardowej struktury fotela – dodaje.

Dostępne dodatki do foteli mogą zmieniać ustawienia manekina w testach zderzeniowych. Nakładka na zagłówek zmieni „backset” (odległość potylicy od zagłówka), zmieniając ryzyko urazu kręgosłupa w odcinku szyjnym. Zmiany w oparciu wpłyną na położenie punktu H, co zmodyfikuje kinematykę ciała. Zmienne ustawienie ud może powodować „submarining” – zablokowanie pasów biodrowym na wysokości odcinka lędźwiowego kręgosłupa.

Dotychczasowe doświadczenia w zakresie testów „out of position” przeprowadzone w Laboratorium Bezpieczeństwa i Dynamiki Pojazdów w kompleksie badawczym GEO-3EM wykazały, że nawet drobne zmiany w ustawieniu manekina testowego czy fotela istotnie wpływają na biomechanikę pasażera, co zwiększa ryzyko urazów podczas wypadków.

– W kontekście rozwijającej się autonomii pojazdów, coraz ważniejsze staje się opracowanie modeli biomechaniki pasażerów w nietypowych pozycjach, a wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na dodatkowe udogodnienia wewnątrz kabiny pojazdów, pojawiają się również wyzwania związane z zapewnieniem równowagi pomiędzy komfortem a bezpieczeństwem, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa biernego – wyjaśnia dr inż. Wanda Górniak. – W związku z tym i wcześniejszymi wynikami wstępnych badań własnych podjęłam decyzję o rozpoczęciu projektu badawczego w zakresie opracowania modeli kinematyki i biomechaniki manekina w kontekście zmiany pozycji na fotelu spowodowanej instalacją dodatkowych elementów zwiększających komfort – dodaje.

Badania będą przeprowadzone na stanowisku do testów saniowych z użyciem manekina ATD (Anthropomorphic Testing Device) typu Hybrid III 50 cc w Laboratorium Bezpieczeństwa i Dynamiki Pojazdów w kompleksie badawczym GEO-3EM. Testy odbędą się w scenariuszach zderzeń tylnych i czołowych, gdzie analizowany będzie wpływ nakładek na zagłówek, oparcie oraz siedzisko, które mogą wpłynąć na ryzyko „submarining” lub nieprawidłowego działania pasów bezpieczeństwa.

W rezultacie możliwe będzie opracowanie matematycznych modeli opisujących wpływ montowanych dodatków na fotelach na zmianę ryzyka urazowości oraz zrozumienie, w jaki sposób mogą one modyfikować biomechanikę ciała podczas wypadków.

Dr inż. Łukasz Zawiślak (Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego)

Naukowiec z Katedry Budownictwa Ogólnego otrzymał grant w wysokości 49 317 zł na projekt „Wpływ podatności węzłów na bezpieczeństwo elewacji wentylowanych stosowanych w budownictwie pasywnym”.

Jego celem jest zbadanie wpływu podatności konsol na bezpieczeństwo i niezawodność elewacji wentylowanych, które odgrywają kluczową rolę w budownictwie pasywnym i zrównoważonym. Elewacje te, dzięki wykorzystaniu pustki powietrznej, skutecznie zmniejszają przewodnictwo cieplne, co prowadzi do znacznych oszczędności energii, zwłaszcza w kontekście chłodzenia budynków podczas upałów.

– Jednakże obecność konsol, niezbędnych do podtrzymywania podkonstrukcji elewacyjnych, wprowadza wyzwania związane zarówno z przewodnictwem cieplnym, jak i z bezpieczeństwem strukturalnym, szczególnie w przypadku zastosowania materiałów, takich jak kompozyty strukturalne, które choć redukują przewodnictwo cieplne, są niedostatecznie zbadane pod kątem właściwości mechanicznych – wyjaśnia dr inż. Łukasz Zawiślak.

W ramach projektu nasz naukowiec planuje odbycie stażu naukowego, przeprowadzenie zaawansowanych badań eksperymentalnych oraz symulacji numerycznych w Instytucie Techniki Budowlanej w Warszawie. Badania obejmą zarówno tradycyjne konsole stalowe, jak i innowacyjne konsole wykorzystujące kompozyty strukturalne, co umożliwi określenie charakterystyk siła-przemieszczenie oraz ocenę ich wpływu na integralność i trwałość konstrukcji elewacyjnej.

– Wyniki tych badań pozwolą na głębsze zrozumienie mechaniki pracy węzłów montażowych oraz na identyfikację potencjalnych zagrożeń związanych z ich stosowaniem w praktyce inżynierskiej – dodaje dr inż. Łukasz Zawiślak.

Projekt ten jest naturalną kontynuacją wcześniejszych prac naukowych prowadzonych przez Katedrę Budownictwa Ogólnego Politechniki Wrocławskiej, które koncentrowały się na bezpieczeństwie elewacji wentylowanych. Nowe badania poszerzają ten obszar o analizę właściwości mechanicznych węzłów kompozytowo-stalowych, co pozwala na holistyczne podejście do zagadnień związanych z bezpieczeństwem elewacji wentylowanych.

– Realizacja projektu stworzy solidne podstawy do dalszych badań, które będą się koncentrować na analizie zmęczenia materiału, trwałości oraz procesów starzeniowych konsol pasywnych. Ponadto, planowane są prace nad opracowaniem nowych metodologii obliczeniowych i projektowych dla podkonstrukcji elewacyjnych z zastosowaniem kompozytów strukturalnych, co pozwoli na rozwinięcie nowoczesnych standardów w tej dziedzinie – zapowiada naukowiec z W2.

Dr inż. Piotr Gruber (Wydział Mechaniczny)

Na projekt „Zagospodarowanie odpadu z laserowego spiekania polimerów poprzez sferoidyzację z domieszkowaniem” badaczowi z Katedry Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji przyznano dofinansowanie w wysokości 48 950 zł.

Metoda laserowego przetapiania polimerów (ang. Laser-Based Powder Bed Fusion of Polymers, PBF-LB/P) to technika wytwarzania przyrostowego, używająca proszku tworzywa sztucznego, która ma potencjał, aby w przyszłości stać się pełnoprawnym zamiennikiem konwencjonalnych metod produkcji.

Materiał wsadowy dla tej techniki to proszek o określonych cechach. Konieczność jego przygotowania podnosi koszt materiału wsadowego do procesu PBF-LB/P o nawet kilkadziesiąt razy w porównaniu do granulatu stosowanego we wtrysku. W czasie wytwarzania, proszek wypełnia całą komorę procesową, a typowy udział wytworzonych elementów do nieprzetopionego proszku, to najczęściej od 10% do 20%. Proszek ze względu na utrzymywanie w wysokiej temperaturze ulega degradacji. Jest to jedna z najistotniejszych wad metody PBF-LB/P. W konsekwencji większość załadowanego do procesu materiału zostaje odpadem, niemożliwym do bezpośredniego wykorzystania w kolejnym procesie.

– Celem projektu jest określenie, czy metoda sferoidyzacji proszków polimerowych ma potencjał aby stać się metodą recyklingu. Badania będą przeprowadzone na przykładzie odpadu proszku poliamidu 12 (PA12), który zostanie poddany sferoidyzacji. Recykling materiału jest istotny z punktu widzenia obniżenia kosztów wytwarzania jak i zmniejszenia obciążenia środowiskowego poprzez zagospodarowanie odpadu, który w praktyce przemysłowej ulega akumulacji – tłumaczy dr inż. Piotr Gruber.

Materiał po sferoidyzacji zostanie następnie przebadany w kontekście cech technologicznych i właściwości próbek wytwarzanych z tak otrzymanego proszku. Dodatkowo w ramach procesu sferoidyzacji planowane jest domieszkowanie materiału wsadowego nanonapełniaczem na bazie  węgla, który pozwoli na poprawę absorpcyjności promieniowania laserowego z zakresu 800 – 1100 nm, które jest wykorzystywane w systemach PBF-LB/P klasy dekstop, rozszerzając tym samym ich stosowalność na większą liczbę systemów PBF-LB/P.

– Ograniczenie skutków degradacji wysokowartościowego odpadu z PBF-LB/P jest istotne zarówno z punktu widzenia ekonomiczności procesu jak i obciążenia środowiskowego. Natomiast przygotowywanie materiałów kompozytowych przeznaczonych dla metod PBF-LB/P, jest jednym z szeroko analizowanych obszarów badawczych – podkreśla naukowiec.

W  zależności od zastosowanego dodatku bądź napełniacza, kompozyty będą charakteryzować się unikalnym zestawem cech, ukierunkowując ich właściwości funkcjonalne. Względem swojej matrycy, mogą cechować się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną lub odpornością termiczną, przewodnością elektryczną bądź cieplną, biokompatybilnością, niepalnością, pojemnością cieplną czy korzystniejszą mikrostrukturą. Tym samym zwiększając stosowalność i przydatność samej metody wytwarzania.

Dr inż. arch. Zuzanna Napieralska (Wydział Architektury)

Badaczce z Katedry Projektowania Architektoniczno-Konstrukcyjnego przyznano grant w wysokości 43 627 zł na projekt „Zdefiniowanie kryteriów wyboru budynków do nadbudowy na cele mieszkaniowe dla polskich miast, w oparciu o europejskie badania – konsultacje naukowe”.

Niedobór mieszkań oraz formy pozyskania nowych lokali mieszkalnych w miastach są dziś aktualnymi problemami społecznymi w Polsce i Europie. Szybki i rozległy rozwój osiedli mieszkaniowych, który trwa nieprzerwanie na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci, skutkuje efektem „rozlewania się miast” i powstawania monofunkcyjnych, rozległych przedmieść.

– Zjawiska te są wyzwaniem dla współczesnych urbanistów i tematem badań nad sposobami ich ograniczenia m.in. poprzez alternatywne formy pozyskiwania powierzchni do zabudowy mieszkaniowej. Przykładem takich działań są badania nad potencjałem jaki dają pionowe rozbudowy (nadbudowy) budynków, głównie mieszkalnych – mówi dr inż. arch. Zuzanna Napieralska. – Nadbudowy dają możliwość dogęszczenia istniejącej zabudowy tam, gdzie jest to możliwe i potrzebne, wykorzystując istniejącą infrastrukturę usługową czy sieciową – dodaje.

Celem badania jest opracowanie zestawu kryteriów wyboru budynków do możliwej nadbudowy w polskich miastach. Musi on uwzględniać polskie akty prawne i normy oraz specyfikę własnościową budynków wielorodzinnych w kraju. W oparciu o wyłonione kryteria, badaniu zostanie poddany potencjał ilościowy oraz lokalizacja dodatkowych lokali mieszkalnych usytuowanych w nadbudowach dla wybranych obszarów Wrocławia.

– Wstępne badania dowiodły już, że tworzenie dodatkowych zasobów mieszkaniowych przez nadbudowy pozwala na wykorzystanie istniejącej infrastruktury, ograniczenie zjawiska „city sprawl”, wsparcie gospodarki cyrkularnej przez modernizację, rozbudowę czy adaptację budynków oraz służy poprawie efektywności energetycznej budynku – podkreśla dr inż. arch. Zuzanna Napieralska. – Badania wykazały też, że największy potencjał do nadbudowy mają budynki mieszkalne wzniesione w latach 70., 80. i 90. XX w.  M.in. ze względu na powtarzalny system konstrukcyjny, prostopadłościenną formę budynku, dobry stan techniczny budynku i dobrą lokalizację w strukturze miasta – zaznacza.

W ramach projektu nasza badaczka przeprowadzi konsultacje naukowe z europejskimi naukowcami, którzy również dostrzegają potencjał jaki dają pionowe rozbudowy. Wybrała trzy ośrodki badawcze, w których prowadzone są podobne badania: Liege Universite w Belgii, Technische Universität Darmstadt w Niemczech oraz University of Sheffield w Wielkiej Brytanii.

– Docelowo, w ramach kolejnych projektów badawczych, chciałabym opracować raport potencjału ilościowego nadbudów budynków mieszkalnych na cele mieszkaniowe dla polskich miast oraz mapę potencjału ilościowego nadbudów z oznaczeniem na mapie miasta, lokalizacji budynków typowanych do nadbudowy w oparciu o System Identyfikacji Przestrzennej (SIP) miasta – wyjaśnia dr inż. arch. Zuzanna Napieralska.

Mapy SIP zawierają bowiem informacje i dane dotyczące istniejącej zabudowy czy planów zagospodarowania przestrzennego danego obszaru administracyjnego. Dla Wrocławia dostępne w Systemie Informacji Przestrzennej są na przykład mapy decyzji architektonicznych, mapy potencjału solarnego, mapa osiedli Wrocławia i inne.

Pełna lista laureatów i laureatek jest dostępna na stronie NCN.

mic