Moje zainteresowania naukowe przed uzyskaniem stopnia doktora nauk technicznych koncentrowały się na zastosowaniu metody elementów skończonych (MES) w analizie układów masowo-sprężystych. Już podczas studiów magisterskich zdobyłem zaawansowane umiejętności modelowania MES, które wykorzystałem w pracy magisterskiej, analizując połączenia śrubowe na ścinanie. Obliczenia uwzględniały zjawiska sprężysto-plastyczne oraz nieliniowości strukturalne. Przed rozpoczęciem rozprawy doktorskiej miałem okazję rozwijać te umiejętności w licznych projektach, takich jak:
• zastosowanie logiki rozmytej do doboru parametrów modelu materiałowego dla cienkich warstw podatnych tj. kleju w spoinie,
• reologiczne właściwości połączeń klejonych na zakładkę,
• analiza połączeń klejonych w warunkach zmiennej historii obciążenia,
• kinematyczne sprzężenia stopni swobody modelu MES połączenia klejonego,
• nieliniowości modeli materiałowych w cienkich warstwach podatnych z nieciągłością materiału,
• wpływ (i) funkcji kształtu elementów skończonych, (ii) uproszczeń modelu MES oraz (iii) kształtu wypływki klejowej na wyniki obliczeń rozkładu naprężeń w połączeniach klejonych na zakładkę,
• rozwiązywanie nieliniowych układów równań metodą odkształceń początkowych w MES,
• propozycję modelowania MES defektów w spoinie klejowej.
W latach 2004–2006 realizowałem obliczenia MES dla Zakładu Produkcyjno-Usługowego Międzyrzecz, m.in. optymalizując układy kompensacji odkształceń termicznych rurociągów, co pozwoliło na ich znaczące skrócenie (nawet do 80%) i obniżenie kosztów. Rozprawa doktorska pt. „Modelowanie konstrukcyjnych połączeń klejonych na zakładkę” była zwieńczeniem moich prac badawczych. W jej ramach analizowałem m.in.:
• zastosowanie logiki rozmytej do doboru parametrów modelu materiałowego dla cienkich warstw podatnych tj. kleju w spoinie,
• reologiczne właściwości połączeń klejonych na zakładkę,
• analiza połączeń klejonych w warunkach zmiennej historii obciążenia,
• kinematyczne sprzężenia stopni swobody modelu MES połączenia klejonego,
• nieliniowości modeli materiałowych w cienkich warstwach podatnych z nieciągłością materiału,
• wpływ (i) funkcji kształtu elementów skończonych, (ii) uproszczeń modelu MES oraz (iii) kształtu wypływki klejowej na wyniki obliczeń rozkładu naprężeń w połączeniach klejonych na zakładkę,
• rozwiązywanie nieliniowych układów równań metodą odkształceń początkowych w MES,
• propozycję modelowania MES defektów w spoinie klejowej.

Po uzyskaniu w 2006 r. stopnia doktora nauk technicznych dopracowałem podstawy teoretyczne rozważanego w nim nieliniowego modelu reologicznego dla cienkiej warstwy kleju w spoinie. Jego cechą charakterystyczną było uzmiennienie wartości współczynników w zależności od poziomu naprężenia panującego w materiale. Takie ujęcie problemu pozwoliło w zadowalający sposób scharakteryzować, jednym modelem, zachowanie materiału polimerowego w szerokim zakresie naprężeń (od zachowań odpowiadających modelowi Hooke’a do lepkiego płynięcia Newtonowskiego). Model ten został opublikowany w prestiżowym czasopiśmie (z listy filadelfijskiej). Oprogramowałem go w środowisku Fortran i dołączyłem do biblioteki materiałowej w komercyjnym systemie MES.
Obszar moich zainteresowań badawczych znacznie się poszerzył po uzyskaniu stopnia doktora. Z pewnością przyczyniło się do tego objęcie roli organizatora i lidera odpowiedzialnego za metrologię wielkości geometrycznych na Wydziale Mechanicznym PS (obecnie ZUT) w ramach moich obowiązków dydaktycznych. W moich rozważaniach naukowych pojawiły się zagadnienia teorii niepewności pomiarów współrzędnościowej techniki pomiarowej oraz zagadnienia właściwe realizacji badań obrabiarek. W ramach tych badań zajmowałem się zagadnieniami oceny dokładności geometrycznej i właściwości dynamicznych napędów posuwu, a także obliczeniami projektowymi modelowaniem i pomiarami błędów pozycjonowania zespołów posuwowych, pomiarami drgań oraz kwestiami korygowania błędów maszyn pomiarowych i obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC). Metodykę wielowariantowego obliczania MES układów nośnych szeregowych struktur kinematycznych zastosowałem do optymalizacji, ze względu na kryterium sztywności, układu nośnego obróbkowego centrum frezarskiego.
Uczestniczyłem i jestem obecnie zaangażowany w wielu projektach badawczych i rozwojowych. Projekty te są ściśle związane z tematyką moich zainteresowań naukowych z zakresu budowy i eksploatacji obrabiarek skrawających, obliczeń MES układów masowo-dysypacyjno-sprężystych oraz metrologii wielkości geometrycznych.
Współpracowałem w tworzeniu koncepcji, obliczeniach projektowych, montażu prototypu, pomiarach charakterystyk geometrycznych oraz ocenie dokładności pozycjonowania zespołów napędowych mikroobrabiarki (frezarki) sterowanej w trzech osiach. Stosując jednorodne przekształcenia macierzowe wyznaczyłem analitycznie dla omawianej maszyny rozkład błędu przestrzennego pozycjonowania (ang. Volumetric error - VE) pary technologicznej narzędzie-przedmiot obrabiany (N-PO). Obliczenia wykonałem dla różnych struktur geometryczno-ruchowych (SG-R) poszukując optymalnej konfiguracji układu nośnego ze względu na błędy kinematyczne zespołów posuwowych. Mierzyłem interferometrem laserowym błędy pozycjonowania poszczególnych osi mikroobrabiarki. Interesującym problemem praktycznym, ze względu na mały zakres przesuwu zespołów wykonawczych (mniej od 50mm), było minimalizowanie błędu kosinusa podczas wykonywania przedmiotowych pomiarów. Zagadnienie to, wraz z budżetowaniem niepewności pomiaru błędu pozycjonowania osi obrabiarek (mierzonego interferometrem laserowym), zgodnie z ISO 230-2, rozwijałem w dalszej mojej działalności naukowej. Efektem rozważania tego problemu było napisanie wraz z kierownikiem akredytowanego Laboratorium Badań Hydrauliki Siłowej i Obrabiarek CBKO z Pruszkowa mgr. inż. Robertem Jastrzębskim publikacji zawierającej opracowanie wyników międzylaboratoryjnych badań porównawczych. Zawierała ona także dyskusję o wadach i zaletach proponowanego przez normę ISO 230-2:2006 podejścia do szacowania niepewności oceny wskaźników charakteryzujących dokładność obrabiarek. Publikację tą uważam za jedną z najwartościowszych jakie napisałem.
W latach 2006÷2009, w gronie współpracowników ITM PS, brałem aktywny udział w projektowaniu, budowie prototypu oraz badań odbiorczych precyzyjnego trójosiowego centrum frezarskiego średniej wielkości. Na etapie prac projektowych MES obliczałem rozkłady w wielu punktach przestrzeni obróbczej wskaźnika sztywności pary technologicznej N-PO oraz wskaźnika granicznej nośności podzespołów tocznych połączeń prowadnicowych a także prognozowałem wpływy zmian wymiarów prowadnic, parametrów mechanizmów śrubowo-tocznych i stałych połączeń śrubowych na właściwości mechaniczne studialnej konstrukcji układu nośnego. Efektem tych działań było opracowanie w ITM PS wielu programów komputerowych i metod wspomagających wielowariantowe analizowanie układów nośnych szeregowych struktur kinematycznych zawierających toczne połączenia prowadnicowe. W tym okresie zainteresowałem się również modelowaniem i matematyczną korekcją błędów obrabiarek. Na prototypowej frezarce, z „otwartym” układem sterowania, zbudowanej w ramach realizacji projektu po raz pierwszy zweryfikowałem skuteczność moich algorytmów kompensacji błędów kinematycznych obrabiarki.
Moje głębokie zaangażowanie w prace z zakresu modelowania i oceny dokładności obrabiarek CNC było wynikiem zarówno osobistych zainteresowań, jak i potrzebą realizacji zadań objętych programami kierowanych przeze mnie projektów badawczych:
• „Badania i korygowanie wpływu właściwości geometrycznych obrabiarki skrawającej na dokładność kształtowania przedmiotów obrabianych” finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz
• „Rozwój metod kalibracji obrabiarek sterowanych numerycznie” finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w Krakowie.
Prace te pozwoliły mi istotnie rozwinąć metody badawcze opisane w monografii (będącej podstawą do wszczęcia mojego przewodu habilitacyjnego) i zrealizować wiele nowych badań doświadczalnych. Monografia pt. „Modelowanie i eksperymentalna ocena dokładności przestrzennego pozycjonowania zespołów posuwowych obrabiarek sterowanych numerycznie” podsumowuje dotychczasowy zakres moich zainteresowań naukowych. Poświęcona jest badaniom i ocenie dokładności pozycjonowania zespołów posuwowych precyzyjnych trójosiowych obrabiarek CNC średniej wielkości. W moim przekonaniu oryginalnymi elementami ujętymi w tej monografii są:
• zastosowanie MES do wyznaczania rozkładu wektorowego pola błędu przestrzennego pozycjonowania pary technologicznej narzędzie-przedmiot obrabiany (N-PO) w przestrzeni roboczej obrabiarki,
• opracowanie sposobu identyfikacji istotnych parametrów modelu matematycznej korekcji błędów obrabiarki,
• wykazanie ograniczeń modeli, opartych na koncepcji geometrycznej transformacji ruchu bryły idealnie sztywnej, stosowanych do wyznaczania błędu przestrzennego pozycjonowania N-PO obrabiarek z ruchomymi elementami układu nośnego,
• opracowanie efektywnego sposobu eksperymentalnej identyfikacji odkształcalnych elementów korpusowych obrabiarki z użyciem poziomnic elektronicznych,
• opracowanie sposobu wizualizacji rozkładu błędu przestrzennego pozycjonowania N-PO i jego niepewności w całej przestrzeni roboczej obrabiarki.
Jeden z głównych elementów monografii, którym jest zaproponowany sposób modelowania MES szeregowych struktur kinematycznych (takich jak obrabiarki i/lub maszyny pomiarowe) z uwzględnieniem:
• błędów geometrycznych połączeń ruchowych,
• odkształcalności struktur bryłowych,
• nieliniowości typu fizycznego i geometrycznego struktur kontaktowych oraz,
• błędów pozycjonowania osi zespołów posuwowych,
wraz z weryfikacją doświadczalną, zdobył uznanie recenzentów jednego z najwyżej cenionych czasopism w branży inżynierii precyzyjnej - Majda P.: Modelling of geometric errors of linear guideway and their influence on joint kinematic error in machine tools, Precision Engineering, 36, pp. 369–378, 2012.

Aktualnie trwa.