Wybrane zagadnienia dynamiki układów niezachowawczych

Roman Bogacz, Kurt Frischmuth

W książce omówiono układy dynamiczne, jakimi w szczególności są konstrukcje mechaniczne, szeroko stosowane w praktyce inżynierskiej. Fundamentalnie ważną cechą takich układów jest ich stabilność, często przez inżynierów nazywana statecznością, ujęta jako odporność na zaburzenia stanów równowagi.   Za pierwowzór układów dynamicznych można uznać modele punktów materialnych w polu sił potencjalnych, na przykład opisujące układy ciał niebieskich. Są to zagadnienia o skończonej liczbie stopni swobody. W tej książce natomiast rozpatrywane są układy ciągłe, reprezentujące ciała odkształcalne. Stąd wynika, że należy rozpatrywać funkcje zmiennej przestrzennej, a mianowicie przemieszczenie i prędkość, które razem definiują stan układu i podlegają ewolucji czasowej.   W celu badania ruchu ośrodka ciągłego formułuje się równania ruchu wraz z warunkami początkowymi i brzegowymi, które razem determinują przyszłą trajektorię każdej cząsteczki rozpatrywanego medium. W tym opracowaniu skupimy się na szczególnej klasie zagadnień, a mianowicie na zginaniu belek sprężystych, opisanych teorią Jacoba Bernoulliego, Leonarda Eulera i Daniela Jacobiego.   Równanie Bernoulliego-Eulera, oparte na hipotezie nieodkształconych włókien prostopadłych do linii środkowej belki, dotyczy również prętów i kolumn, o ile są one smukłe, a przekrój jest stały lub umiarkowanie zmienny. W przypadku osiowo ściskanej kolumny już sam L. Euler opisał zjawisko utraty stateczności rozwiązania zerowego, podając analityczne wzory zarówno na siłę krytyczną, jak i na postać przemieszczeń powodujących ugięcie i ewentualnie zniszczenie kolumny.   Okazuje się, że istotny wpływ na wartość siły krytycznej, jak i na postać utraty stabilności, mają warunki brzegowe oraz obciążenia poprzeczne, zależne od przemieszczenia. Takimi obciążeniami są głównie siły spowodowane odkształceniem podłoża, na przykład Winklerowskiego, lub podpór, w tym sprężystych oraz tłumiących, lepkosprężystych. Warunki brzegowe to zwykle utwierdzenie kolumny na dolnym końcu kolumny, podczas gdy górny koniec może być swobodny.   Ciekawsze według autorów są takie warunki jak warunek Becka czy Reuta, które należą do obciążeń siłą śledzącą. W takich przypadkach, w odróżnieniu od obciążeń siłą nieśledzącą, kierunek, moduł lub cząsteczka, do której przykładana jest siła, są zmienne. Na przykład przy kolumnie Becka na górny koniec kolumny działa oprócz siły osiowej, ściskającej o zadanym module, siła poprzeczna, taka, że siła wypadkowa ma zawsze kierunek styczny do linii środkowej kolumny na jej końcu.   W przypadku układów z siłami śledzącymi analiza statyczna, bez uwzględnienia sił bezwładności, nie umożliwia uzyskania poprawnych wyników. Podejście takie w przypadku konserwatywnego obciążenia, to jest warunków brzegowych Eulera, jest dopuszczalne. Istnieje wtedy, przy krytycznej wartości siły, ścieżka stanów równowagi odchodząca od rozwiązania zerowego do dowolnie dużych wychyleń.   Taki scenariusz utraty stabilności nosi nazwę dywergentnej utraty stateczności. Początkowo mylnie sądzono, że skoro takiej opcji nie ma przy warunkach Becka, to kolumna Becka nie ma skończonej siły krytycznej. Okazuje się jednak, że scenariusz jest inny, a siła krytyczna, chociaż kilkakrotnie wyższa od siły Eulera, ma wartość skończoną. Kolumna Becka przy podkrytycznym poziomie obciążenia, lekko wytrącona ze stanu równowagi zerowego, będzie drgać, przy czym amplitudy każdej formy własnej pozostaną na zawsze takie same jak bezpośrednio po pobudzeniu.   Po przekroczeniu poziomu krytycznego co najmniej jedna z form własnych będzie miała rosnącą w czasie amplitudę. Taki sposób utraty stabilności, prowadzący do zniszczenia konstrukcji, nazywamy flutterem.   W książce wykazano, że nie tylko wyżej opisane objawy związane z utratą stabilności różnią układy z siłami śledzącymi od takich z obciążeniami konserwatywnymi. Ważny jest również fakt, że w opisie matematycznym występują operatory niesamosprzężone, a po dyskretyzacji powstają macierze niesymetryczne, gdy analizujemy siły śledzące.   Kontynuując rozważania omówiono podstawowe cechy układów dynamicznych, przytaczając w celu ilustracji wiele popularnych, a także mniej znanych przykładów. Omówiono wstępnie równania i zjawiska, pokazując wykresy – bez wchodzenia na tym etapie w szczegóły metod analizy i w sposoby uzyskiwania wyników. Następnie zajęto się modelowaniem belek i kolumn, wyprowadzając równanie Bernoulliego-Eulera oraz omawiając pewne uogólnienia. Szczególną uwagę skupiono na takich elementach, jak podłoża i podpory, zarówno sprężyste jak i tłumiące, oraz na warunkach brzegowych, w tym Eulera, Reuta i Leipholtza.   Bardzo ważny rozdział poświęcono omówieniu aparatu analitycznego i numerycznego. Metody rozwiązania równań algebraicznych, różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych wprowadzono, by je przedyskutować na wstępnych przykładach, a narzędzia dopasowano do potrzeb tej książki.   W kolejnym rozdziale rozpatrzono krzywe charakterystyczne układów opisujących modele poprzednio wprowadzone. Zastosowano przedstawione metody analityczne i numeryczne, uzyskując w ten sposób ważne wyniki dotyczące obiektów badań. Zwrócono przy tym uwagę na wrażliwość wyników na zmiany danych. Celem ostatecznym jest poprawa właściwości badanych konstrukcji w sensie optymalizacji ich parametrów, takich jak cechy materiałowe czy eometryczne.   Maksymalizacja siły krytycznej poprzez dobór kształtu przy niezmiennych kosztach materiału lub minimalizacja kosztów kolumny przy zachowaniu wymaganego poziomu siły krytycznej, to dwa zadania programowania nieliniowego w tym kontekście. Początkowe badania oparto na analizie modalnej, następnie omówiono zastosowania i weryfikację doświadczalną. Podano także wyniki uzyskane z wykorzystaniem symulacji dynamicznej. Numeryczne rozwiązanie zagadnień początkowych dotyczących zdyskretyzowanych równań ruchu możliwe jest nawet w wielu przypadkach, w których dotychczas prezentowane metody zawodzą. W szczególności wpływy nieliniowości oraz czynników losowych mogą być ujęte ilościowo poprzez zastosowanie technik symulacji dynamicznej.   Autorzy, prowadząc wykłady na studiach doktoranckich Politechnik Warszawskiej, Krakowskiej i Koszalińskiej, mają nadzieję, że niniejsza książka będzie pomocna młodym badaczom kierunków mechanicznych. Liczymy na stabilne warunki oraz dalszy dynamiczny rozwój wyłożonej teorii i jej implementacji w sztuce inżynierskiej.

Nieustalone stany bocznego znoszenia ogumienia. Badania eksperymentalne i modelowe

Witold Luty

Publikacja powstała na bazie badań eksperymentalnych Autora, uzupełnionych opisem analitycznym. W opracowaniu omówiono nieustalone stany bocznego znoszenia ogumienia oraz zagadnienia dotyczące modelowania współpracy koła ogumionego z podłożem w nieustalonym stanie bocznego znoszenia. Pracę wieńczy ocena wpływu nieustalonych stanów bocznego znoszenia ogumienia na dynamikę poprzeczną pojazdu.

Mechanika aerozoli

Arkadiusz Moskal

W monografii zaprezentowano kompleks zagadnień dotyczących mechaniki układów koloidalnych, w których fazę ciągłą stanowi powietrze, a fazę rozproszoną cząstki ciała stałego lub krople cieczy, czyli aerozoli. Występują one w różnych zagadnieniach technicznych, a do najważniejszych zalicza się filtrację powietrza i aerozoloterapię. W obydwu przypadkach zrozumienie praw mechaniki układów aerozolowych jest kluczowe na drodze do optymalizacji wspomnianych procesów i dlatego autor poświęcił im szczególnie dużo miejsca. 

Podstawy zarządzania jakością

Katarzyna Szczepańska

Książka przedstawia teoretyczne podstawy zarządzania jakością w ujęciu zarządzania operacyjnego. Przedstawia zagadnienia teorii jakości, systemów jakości, ekonomiki jakości oraz metod wspomagających zarządzanie jakością i jego doskonalenie. Odbiorcami książki są nie tylko studenci uczelni wyższych, ale także słuchacze studiów podyplomowych i doktoranci zainteresowani problematyką współczesnego zarządzania jakością.

Zarządzanie innowacjami a cykle gospodarcze. Wyzwania, relacje, metody

Stanisław Marciniak, Wojciech Wiszniewski, Eryk Głodziński

W opracowaniu zaprezentowano wyniki badań na temat różnych aspektów innowacji oraz faz ich rozwoju, które są prowadzone w Zakładzie Badań i Rozwoju Produkcji Instytutu Organizacji Systemów Produkcyjnych Politechniki Warszawskiej. Problematyka ta analizowana jest interdyscyplinarnie, szczególnie z punktów widzenia: inżynierskiego, ekonomicznego i społecznego. Zamierzeniem Autorów jest zaprezentowanie rozszerzonego spojrzenia na innowacje w kontekście zmieniającego się otoczenia makroekonomicznego. Przyjęto tezę, że nowoczesne podejście do tworzenia i komercjalizacji innowacji musi uwzględniać zmiany wynikające z uwarunkowań faz cyklu koniunkturalnego. Narzędzia wspierające rozwój innowacji powinny wspomagać przezwyciężenie kryzysu, w którym organizacja znalazła się w wyniku oddziaływania otoczenia zewnętrznego i stymulować jej rozwój w warunkach koniunktury gospodarczej.

Aspekty bezpieczeństwa narodowego Rzeczypospolitej Polskiej

Marian Kowalewski

Monografia dotyczy podstawowych aspektów bezpieczeństwa. Zaprezentowano w niej bezpieczeństwo jako naukę, a problemy bezpieczeństwa narodowego w odniesieniu do teorii stosunków międzynarodowych. Szczegółowo omówiono warunki bezpieczeństwa narodowego i jego kryteria, zagrożenia bezpieczeństwa narodowego naszego kraju oraz system strategii rozwoju Rzeczypospolitej Polskiej do 2030 roku.

Model dojrzałości zarządzania ryzykiem w publicznym zarządzaniu kryzysowym

Justyna Smagowicz

Monografia stanowi podsumowanie prac przeprowadzonych przez autorkę w zakresie możliwości badania dojrzałości jednostek administracji publicznej na poziomie gminnym do prowadzenia działalności związanej z zarządzaniem ryzykiem. Efektem tych prac jest autorski model dojrzałości zarządzania ryzykiem w publicznym zarządzaniu kryzysowym, mający zastosowanie do jednostek samorządu terytorialnego.   Istnieją różne modele dojrzałości stosowane w obszarze zarządzania ryzykiem i ciągłością działania kierowane do organizacji biznesowych, brakowało natomiast modelu możliwego do zastosowania w administracji publicznej. Opracowany model dojrzałości zarządzania ryzykiem w obszarze publicznego zarządzania kryzysowego może stanowić pomoc dla jednostek samorządu terytorialnego w ocenie posiadanych kompetencji czy obecnie stosowanych praktyk, a następnie w określeniu kierunków doskonalenia działalności danej jednostki.   Prezentowana monografia została podzielona na cztery rozdziały. Pierwsza część (rozdziały 1 i 2) opiera się na analizie literaturowej, prowadzącej do zdefiniowania istoty publicznego zarządzania kryzysowego i wyzwań stojących przed tym obszarem w najbliższych latach. Stwierdzono, że rozwiązaniem, które usprawni funkcjonowanie systemu zarządzania kryzysowego, jest opracowanie modelu dojrzałości. W związku z tym, analizie poddano również modele dojrzałości stosowane w innych obszarach zarządzania (w organizacjach biznesowych i w administracji publicznej).   W rozdziale pierwszym zdefiniowano istotę publicznego zarządzania kryzysowego. Dokonano przeglądu literatury w celu usystematyzowania pojęcia zarządzanie kryzysowe oraz, ściśle powiązanego z nim, procesu zarządzania ryzykiem – wprowadzonego wraz z rozwojem podejścia procesowego w administracji publicznej. Analizie poddano również kluczowe akty prawne i metodyki stosowane w obszarze zarządzania ryzykiem, a w szczególności w zarządzaniu kryzysowym, co pozwoliło na określenie obecnych rozwiązań stosowanych w zakresie zarządzania kryzysowego w Polsce i na świecie. Zdefiniowano tym samym stan obecny i kluczowe potrzeby jednostek samorządu terytorialnego. Rozdział drugi poświęcono tematyce modeli dojrzałości, dokonując przeglądu definicji stosowanych w literaturze przedmiotu oraz badając strukturę różnych modeli dojrzałości. Dokonano przeglądu modeli dojrzałości z ośmiu obszarów zarządzania takich, jak: zarządzanie strategiczne, zarządzanie procesowe, zarządzanie produkcją, zarządzanie wytwarzaniem oprogramowania, zarządzanie projektami, zarządzanie jakością, zarządzanie ryzykiem i ciągłością działania oraz zarządzanie administracją publiczną. Zidentyfikowane modele dojrzałości poddano analizie porównawczej w trzech perspektywach: struktura modelu, sposób dokonywania oceny oraz wykorzystane koncepcje i metody zarządzania. Pozwoliło to na opracowanie wytycznych do budowy modelu dojrzałości zarządzania ryzykiem w publicznym zarządzaniu kryzysowym.   Druga część pracy (rozdziały 3 i 4) obejmuje działania praktyczne, polegające na opracowaniu autorskiego rozwiązania dla jednostek administracji publicznej na szczeblu gminnym – modelu dojrzałości zarządzania ryzykiem w obszarze zarządzania kryzysowego – oraz jego weryfikacji. W rozdziale trzecim przedstawiono szczegółową charakterystykę autorskiego modelu dojrzałości zarządzania ryzykiem w obszarze zarządzania kryzysowego przeznaczonego dla jednostek administracji publicznej na szczeblu gminnym. W opisie modelu skoncentrowano się na czterech kluczowych elementach składających się na model: obszary procesowe, cele, poziomy dojrzałości oraz repozytorium dobrych praktyk. Przedstawiono również kompleksową budowę modelu dojrzałości wraz z opisem sposobu dokonywania oceny dojrzałości jednostek samorządu terytorialnego. W rozdziale czwartym przedstawiono wnioski wynikające z weryfikacji autorskiego modelu dojrzałości. Badanie przeprowadzono w wybranych gminach województwa mazowieckiego i wielkopolskiego, uwzględniając wszystkie rodzaje gmin (gminę miejską, miejsko-wiejską i wiejską) zgodnie z obowiązującym podziałem terytorialnym w Polsce. Rezultaty uzyskane w ramach przeprowadzonej oceny dojrzałości jednostek umożliwiły wyciągnięcie wniosków dotyczących opracowanego modelu zostały przedstawione w niniejszej publikacji.   Monografia została zakończona wnioskami sformułowanymi na podstawie przeprowadzonych badań i uzyskanych w ich ramach wyników. Wskazano również możliwe kierunki doskonalenia modelu i dalszych badań.

Reakcja przeniesienia wodoru. "Zielona" metoda syntezy alkoholi i aldehydów

Prezentowana monografia zawiera opis wyników badań reakcji katalitycznego przeniesienia wodoru i jej wykorzystania do syntezy alkoholi, przeprowadzonych przez autora w latach 1982–2019. Badania te miały na celu poznanie możliwości tej reakcji i zakresu jej stosowalności, a znaczna ich część wyników nie była jeszcze opublikowana.   Zakres prezentowanych badań dotyczył m.in.: reaktywności wybranych grup ketonów w reakcji przeniesienia wodoru od alkoholi jako donorów w obecności jednego katalizatora – tlenku magnezu; powiązania reaktywności tych związków z budową ich cząsteczek i warunkami reakcji, wynikających ze sposobu jej prowadzenia; określenia wpływu budowy donora wodoru i warunków reakcji na przebieg redukcji wytypowanego akceptora wodoru; weryfikacji postulowanych w literaturze źródeł aktywności tlenku magnezu w reakcji przeniesienia wodoru oraz niektórych obszarów badawczych ściśle związanych z reakcją przeniesienia wodoru od alkoholi do związków karbonylowych.   Działania badawcze autora dotyczące syntezy alkoholi II-rzędowych (głównie), jak i I-rzędowych oraz w niewielkim stopniu aldehydów, miały na celu określenie zakresu stosowalności reakcji katalitycznego przeniesienia wodoru jako potencjalnej, alternatywnej metody w syntezie alkoholi ze związków karbonylowych jako substratów. O przydatności zaprezentowanej metody syntezy decyduje m.in.: uzyskiwana wartość wydajności produktu, szeroko rozumiana selektywność reakcji, dostępność substratów i katalizatora, warunki syntezy, jej koszt i czasochłonność oraz bezpieczeństwo w trakcie jej realizacji. Zaproponowana metoda redukcji grupy karbonylowej w reakcji przeniesienia wodoru pozostaje w zgodzie ze współczesnym poglądem na technologię chemiczną i minimalizację jej oddziaływania na środowisko naturalne, dlatego autor zdecydował o umieszczeniu w tytule monografii przymiotnika zielony jako cechy metody.