Pracownia symulacji komputerowych (P7) ze względu na obszar zastosowania metod numerycznych symulacji zjawisk i procesów podzielona jest na cztery działy:
Dział 1. Modelowanie procesów odlewniczych
W symulacji numerycznej procesów odlewniczych stosowany jest program ProCAST, będący na wyposażeniu Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego. Program ten zapewnia prowadzenie symulacji numerycznej procesów: wypełniania formy ciekłym metalem, krystalizacji kierunkowej oraz objętościowej stopów odlewniczych we wnęce formy odlewniczej w trakcie chłodzenia, a także powstawanie naprężeń w odlewie i formie podczas krystalizacji. Posiada możliwość prognozowania rozmiaru i kształtu ziarn fazy stałej, ich orientacji krystalograficznej oraz wad odlewów. Istnieje również możliwość zastosowania tzw. modelowania odwrotnego dla wyznaczania parametrów termofizycznych materiałów lub warunków brzegowych.
Oprogramowanie ProCAST obejmuje m.in. następujące moduły:
- Moduł MeshCAST - służy do importu opisu geometrii przedstawionej w formatach oprogramowania typu CAD (dostępne formaty: IGES, STEP, VDA, Parasolid - preferowany, Unisurf, ACIS, UNIGRAPHICS, CATIA v4 i v5), do naprawiania błędów importu i automatycznego tworzenia siatek elementów skończonych poszczególnych elementów układu odlewniczego. Zawiera również opcję tworzenia siatek warstwowych odwzorowujących formy skorupowe.
- Moduł Flow Solver - umożliwia symulację przepływu metalu wewnątrz formy odlewniczej metodami komputerowej mechaniki płynów. Symulacja jest realizowana w oparciu o pełny model Navier'a Stokes'a i może być łączona z symulacją pola temperatury z uwzględnieniem przemian fazowych. Możliwa jest również analiza przepływów turbulentnych, ruchu substancji w stanie ciekło-stałym, jak również odlewania odśrodkowego, itp.
- Moduł Thermal Solver - umożliwia symulację procesów przepływu ciepła, z uwzględnieniem przewodzenia, konwekcji, promieniowania oraz efektów cieplnych przemian fazowych. Zagadnienia odlewnicze adresowane przez moduł Thermal Solver to: węzły cieplne, porowatość skurczowa, optymalizacja nagrzewania i chłodzenia formy oraz odlewu.
- Moduł Stress Solver – umożliwia wyznaczenie pól naprężeń w odlewach i formie, związane z rozszerzalnością cieplną i przemianami fazowymi. Obliczenia mogą być łączone z symulacją przepływu fazy ciekłej i wymiany ciepła. Symulacja naprężeń umożliwia prognozowanie: kontaktu termicznego i mechanicznego, naprężeń szczątkowych, zniekształceń i odkształceń, pęknięć, zmęczenia cieplnego.
- Moduł Inverse Modeling - pozwala wyznaczyć wybrane parametry termo-fizyczne materiału (ciepło właściwe, przewodność cieplna, gęstość) lub warunki brzegowe dla danego procesu metodą modelowania odwrotnego.
- Moduł CAFE - oparty na połączeniu metody automatów komórkowych (CA – cellular automata) oraz metody elementów skończonych (FE – finite elements) umożliwia prognozowanie mikrostruktury odlewu, tj. rodzaju, rozmiaru i liczby ziarn. Umożliwia to znaczne ograniczenie, a na pewnym etapie nawet całkowite wyeliminowanie konieczności wykonania kosztownych odlewów doświadczalnych.
Dział 2. Modelowanie procesu odkształcania i pękania stopów metali
Modelowanie mikrostruktury stopów metali, jedno i wielofazowych, oraz jej oddziaływania na procesy odkształcania, inicjacji i rozwoju uszkodzeń prowadzone jest metodą elementów skończonych, za pomocą pakietu obliczeniowego ADINA.
Przedmiotem symulacji numerycznej są m.in. zagadnienia:
- określenia wpływu morfologii mikrostruktury i właściwości składników fazowych stopu na rozkład naprężeń i odkształceń w mikroobszarach,
- określenie warunków i kryteriów inicjacji uszkodzeń z uwzględnieniem oddziaływania mikrostruktury stopu,
- określenie roli konstytuowanej warstwy wierzchniej stopu w procesach odkształcania i niszczenia elementów konstrukcyjnych.
Dział 3. Analiza zjawisk szybkozmiennych
Pracownia posiada oprogramowanie LS-Dyna firmy Livermore Software Technology Corporation, które jest zaprojektowanie do analizy zjawisk szybkozmiennych metodą elementów skończonych. Do obliczeń wykorzystywane są jawne metody całkowania szczególnie przydatne w analizie problemów wysoko nieliniowych i krótko trwających np: wybuchy, zderzenia, obróbka plastyczna etc. Program znajduje zastosowanie m.in. w przemyśle samochodowym, lotnictwie, astronautyce, budownictwie, przemyśle maszynowym i wojskowości.
Dział 4. Dydaktyczna pracownia symulacji komputerowych
W ramach Pracowni Symulacji Uczelnia dysponuje dwiema szybkimi stacjami roboczymi DELL Precision R5500 oraz nowoczesną pracownią wyposażoną w czternaście stanowisk komputerowych. Pracownia wyposażona jest w oprogramowanie do symulacji procesów odlewania elementów monokrystalicznych (program ProCAST) oraz interaktywne oprogramowanie wysokiego poziomu wspierające pracę przy projektowaniu i analizie układów sterowania (MATLAB).
