Dr inż. Jakub Augustyniak z Politechniki Białostockiej prowadzi nieniszczące badania materiałów kompozytowych

Dr inż. Jakub Augustyniak z Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej prowadzi nieniszczące badania materiałów kompozytowych. Ultraszybkie kamery poklatkowe i sieci neuronowe wykorzystane do badań w połączeniu z modelowaniem numerycznym przyniosły naukowcowi trzecie miejsce w sesji plakatowej 62. Sympozjonu „Modelowanie w Mechanice”.

Sukces był możliwy dzięki połączeniu unikalnych potencjałów jakimi dysponują Politechnika Białostocka i Politechnika w Kownie.

– Badania prowadziliśmy przede wszystkim na płytach kompozytowych wytwarzanych na Politechnice Kowieńskiej – mówi dr inż. Jakub Augustyniak z Katedry Automatyzacji Procesów Przemysłowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – Ośrodek ten dysponuje dużym doświadczeniem w technologii wytwarzania kompozytów. Naszym celem było rozwijanie nieniszczących, optycznych metod diagnostyki tego typu materiałów.

Same badania kompozytów odbywały się już w laboratoriach Politechniki Białostockiej. Naukowcy wykorzystali do tego specjalistyczne zaplecze techniczne Wydziału Mechanicznego.

– Badania realizowaliśmy z wykorzystaniem ultraszybkich kamer poklatkowych – opowiada dr Jakub Augustyniak. – Tego typu aparatura umożliwia rejestrację zjawisk, które są niedostrzegalne przy zwykłej obserwacji. Kamera pozwala uchwycić odpowiedź struktury kompozytowej na wymuszenie. W tym przypadku płyta była wzbudzana młotkiem modalnym, co pozwalało wprowadzić ją w drgania i zarejestrować jej dynamiczną odpowiedź.

Ale metoda optyczna w przypadku badań nieniszczących to za mało.

– Sama analiza optyczna to jeszcze za mało, by w pełni stwierdzić, czy w próbce występują defekty i z jakim typem uszkodzenia mamy do czynienia – mówi dr Jakub Augustyniak.

Zgromadzone dane optyczne oraz wyniki modelowania numerycznego (FEM) posłużyły jako fundament do wdrożenia uczenia maszynowego. Naukowcy „nakarmili” algorytmy ogromną liczbą przypadków, aby stworzyć system potrafiący samodzielnie rozpoznawać defekty.

– Im większy zbiór danych i przypadków wykorzystamy w procesie uczenia, tym większa jest zdolność sieci neuronowych do prawidłowego rozpoznawania uszkodzeń – wyjaśnia dr Jakub Augustyniak. – Dotychczasowe wyniki pokazują, że opracowany model pozwala wykrywać uszkodzenia z dużą dokładnością. Choć metoda wymaga jeszcze dalszego doskonalenia, szczególnie w zakresie identyfikacji bardzo drobnych wad, już na obecnym etapie stanowi obiecujące narzędzie diagnostyczne.

Praktyczne wdrożenie tych wyników może przynieść realne oszczędności i poprawę bezpieczeństwa w produkcji. Dzięki badaniom nieniszczącym firmy mogą kontrolować jakość swoich produktów bez ich uszkadzania.

– Opracowane podejście umożliwia szybszą diagnostykę badanych próbek przy ograniczeniu ich liczby, a jednocześnie bez konieczności ich niszczenia – podkreśla dr Jakub Augustyniak. – W praktyce pozwala to oceniać skuteczność technologii wytwarzania kompozytów oraz identyfikować występowanie i lokalizację potencjalnych defektów.

Rozwiązanie to ma ogromny potencjał patentowy.

Nagrodzona praca pt. „Model-Data Hybrid Diagnostics of Composite Plates Under Impact: From Transient FEM to Optical Flow and ML”, przygotowana we współpracy z dr. hab. inż. Dariuszem Mariuszem Perkowskim, prof. PB, z Katedry Mechaniki i Informatyki Stosowanej Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej oraz Tomasem Vaitkunasem i Pauliusem Griškevičiusem z Politechniki Kowieńskiej, dotyczy właśnie nowoczesnych metod diagnostyki materiałów kompozytowych.

W badaniach naukowcy połączyli modelowanie numeryczne (FEM) z analizą obrazu (optical flow) oraz metodami uczenia maszynowego, co umożliwia bardziej precyzyjne wykrywanie uszkodzeń w strukturach kompozytowych poddanych obciążeniom udarowym.

Dr Augustyniak podkreśla, że wyróżnienie na Sympozjonie dowodzi, iż prace prowadzone w Politechnice Białostockiej są doceniane przez szerokie środowisko naukowe.

 – Umiędzynarodowienie badań to realna wartość dla rozwoju naukowego – mówi dr Jakub Augustyniak. Podkreśla przy tym, że o sukcesie plakatu naukowego decydują nie tylko wyniki badań, ale również sposób ich przedstawienia. Jego zdaniem warto zadbać o czytelną, atrakcyjną wizualnie formę, zachowanie dyscypliny czasowej oraz dobre przygotowanie do samej prezentacji.

Autor: Jerzy Doroszkiewicz