Ferenc Kun
professor, Department of Theoretical Physics, University of Debrecen

Katasztrofális események előjeleinek azonosítása

EU COMPLEXITY-NET project

Terhelt rendszerek katasztrófális eseményei és természeti katasztrófák gyakran a rendszer lassú belso dinamikájának következményeként jönnek létre látszólag minden külso ok nélkül. A projekt keretében a katasztrófát olyan jelenségként vizsgáljuk, amely a rendszer elemeinek különbözo hosszúságskálákon megjeleno komplex kölcsönhatásainak eredményeként jön létre.

Elsosorban a szub-kritikus nyírás által kiváltott károsodás és törés folyamatára koncentrálunk, amely jelenségek széles skálájában játszik fontos szerepet a tribológiától, az anyagok kopásán, hó lavinákon és földcsuszamlásokon át a földrengésekig. A problémát interdiszciplináris perspektívából vizsgáljuk kombinálva a statisztikus fizika, a geológiai és a mérnöki tudományok eszköztárát és megközelítési módszereit. A projekt fo célkituzése a rendszer globális gyorsulását kiváltó epicentrumok természetének azonosítása, a gyorsulási fázis legalább statisztikus értelemben vett elorejelezhetoségének vizsgálata és végül módszerek kidolgozása laboratóriumi tesztek eredményeinek geológiai méretekre történo felskálázásához.

Statistical Physics of Non-Equilibrium Systems

Research University project

Az egyensúlytól távoli rendszerek statisztikus fizikájának keretében három részterületen végzünk kutatómunkát: vizsgáljuk szilárdtestek törését és fragmentációját, a reológiai folyadékok struktúra-képződési folyamatait és a szocio-dinamikai hálózatokban lejátszódó információ-terjedéssel kapcsolatos jelenségeket.

A nagy teherbíró képességű, modern anyagok fejlesztésének alapvető követelménye, hogy megértsük az anyagokban terhelés hatására mikroszkopikus skálán lejátszódó károsodási és törési folyamatokat. A konstans terheléstől a periodikuson át, egészen az extrém dinamikus robbantásig változatos terheléseknek van komoly gyakorlati jelentősége. A projekt keretében realisztikus körülmények között vizsgáljuk heterogén anyagok kúszó és dinamikus törését, valamint a fragmentációs jelenségeket.
A reológiai folyadékok egy elektromágnesesen passzív, viszkózus folyadékból és benne diszpergált nano- illetve mikrométer méretű részecskékből állnak. A részecskék vagy permanens dipólmomentummal rendelkeznek, vagy külső elektromos, illetve mágneses térben indukált momentumra tesznek szert. Rheológiai folyadékok vizsgálata területén a külső térbe helyezett részecskerendszerek strukturális átalakulásainak megértésére koncentrálunk.
A széttörési és aggregációs folyamatok statisztikus fizikai vizsgálata területén szerzett tapasztalatainkat, a kifejlesztett analitikus és szimulációs módszereket szocio-dinamikai rendszerek vizsgálata területén is kamatoztatjuk. Tisztázni akarjuk, hogy az egyedek közötti kommunikáció és a külső információ források versengése hogyan befolyásolja a szocio-dinamikai rendszerekben lejátszódó információ-terjedés folyamatát. Vizsgálatokat tervezünk annak megértésére, hogy milyen körülmények között tudnak újonnan kifejlesztett modern technológiák sikeresek lenni a hagyományos technológiákkal versenyezve.
A kutatómunka elsősorban elméleti jellegű, analitikus számításokra és számítógépes szimulációra épül, de együttműködő partnereink segítségével kísérleteket is végzünk. Az eredmények nagyon fontos részét képezik a kifejlesztett számítógépes szimulációs programok, amelyek realisztikus vizsgálatokat tesznek lehetővé, így felhasználhatóak akár jövőbeni kísérletek, valamit új anyagok tervezésére is.

Statistical Physics of Fracture and Fragmentation Phenomena

OTKA K84157 project

In the framework of the project we are going to investigate various aspects of the damage, fracture and fragmentation of disordered materials. Research efforts are focused in three main directions: we plan to investigate the sub-critical fracture of heterogeneous materials under constant (creep) and cyclic (fatigue) loading; the dynamic fracture process induced by impact loading; furthermore, the fragmentation of bulk materials and shell-like structures.

Studying sub-critical fracture the main goal is to clarify the interplay of stress concentrations, the quenched structural disorder and annealed disorder in the macroscopic time evolution and microscopic process of creep and fatigue failure. In dynamic fracture we focus on the initiation and propagation of a crack generated by impact loading, and we investigate how the brittle and ductile character of fracture affects the jerky advancement of the crack front. In fragmentation we want to understand the velocity distribution; furthermore, the mass-velocity correlation of fragments both for bulk and shell structures. We intend to study the shape of shell fragments, as well as, the fragmentation of materials with plastic behavior and ductile breaking.
Our approach to fracture and fragmentation processes is based on statistical physics and on the theory of phase transitions and critical phenomena. We plan to develop realistic fiber bundle and discrete element models and perform large scale computer simulations complemented by analytic calculations under simplifying assumptions.