Cercetarea materialelor De la atom la piesa de prelucrat finită
Universitatea tehnică din Viena
Este o provocare care joacă în mod repetat un rol important în multe sectoare industriale: aveți nevoie de materiale metalice care să reziste la sarcini mecanice extreme sau care să reziste mult timp la influențele corozive ale mediului - de exemplu șine grele, rulmenți cu role sau țevi pentru industria petrolului și gazelor . Un alt subiect important este reducerea greutății, menținând în același timp proprietăți excelente, în special în ceea ce privește durabilitatea și costurile. Mult timp, dezvoltarea unor astfel de materiale s-a bazat pe încercări și erori. Cu toate acestea, există acum metode pentru prezicerea proprietăților materialelor de pe computer.
Un nou laborator Christian Doppler a fost înființat acum la Universitatea de Tehnologie din Viena, în care interacțiunea fenomenelor chimico-fizice este caracterizată folosind metode de analiză de înaltă rezoluție, turnate în modele și simulate cu precizie pe computer pentru a dezvolta materiale mai bune pentru industrie. Laboratorul CD este susținut de Ministerul Federal pentru Digitizare și Localizare a Afacerilor (BMDW) și de companiile partenere voestalpine, Neuman Aluminium și Stahl Judenburg.
„Austria produce oțel și aluminiu cu cerințe de înaltă calitate și le exportă în întreaga lume”, spune Dr. Margarete Schramböck, ministrul federal pentru digitalizare și locația afacerii. „Baza acestui succes este cercetarea științifică și tehnologică intensivă de bază, care este necesară pentru continuarea acestei povești de succes. Laboratoarele CD oferă un cadru ideal pentru aceasta, deoarece fac noi cunoștințe utilizabile pentru companii și astfel permit o inovație reală și avantaje de piață durabile. "
Simulare computerizată în loc de încercare și eroare
Pentru a înțelege exact proprietățile materiale ale unei piese de prelucrat, trebuie să o priviți la diferite scări în același timp - și tocmai aici se află marea provocare din punct de vedere științific: „Trebuie să cunoașteți microstructura din gama nanometrilor și să înțelegeți cum interacționează atomii unul cu celălalt. În același timp, trebuie să examinați materialul pe o scară de dimensiuni medii - pot exista zone cu ordine de cristal diferite. La urma urmei, trebuie să analizați comportamentul întregii piese sub sarcină pentru a calcula efectele temperaturilor și forțelor tipice ale procesului ”, explică prof. Erwin Povoden-Karadeniz. Conduce noul laborator de CD-uri la Institutul pentru Știința și Tehnologia Materialelor de la Universitatea de Tehnologie din Viena.
Au fost mari progrese în ultimele decenii, în special în ceea ce privește materialele metalice. „În multe experimente, am investigat modul în care proprietățile mecanice ale materialului sunt legate de microstructură și modul în care această microstructură poate fi influențată prin alegerea adecvată a aliajului și procesul de fabricație”, spune Povoden-Karadeniz. „Cu toate acestea, putem vedea astăzi că știința materialelor a ajuns la un anumit platou în această zonă. Avem nevoie de idei noi pentru progrese ulterioare. "
Și aceste idei provin de la noi tipuri de simulări pe computer: „Proiectarea materialelor bazate pe simulare computerizată devine din ce în ce mai importantă”, este convins Povoden-Karadeniz. „Acest lucru reduce numărul de experimente necesare și, cu modelele de calcul potrivite, puteți prevedea comportamentul materialului chiar înainte ca acesta să fie fabricat.” Acest lucru scurtează drastic timpul necesar de la ideea de inovație până când un produs este pregătit pentru piață.
Sarcina de a lua în considerare corect neregulile inevitabile din material este deosebit de dificilă. Cu o piesă reală, nu aveți de-a face cu un cristal perfect, ci cu o multitudine de mici defecte și cu interfețe între mici boabe de material. Puteți obține rezultate utile numai dacă le luați în considerare corect în modelul computerului - și tocmai în sarcini atât de complicate, Erwin Povoden-Karadeniz și echipa sa s-au specializat.