Дослідження матеріалів Від атома до готової заготовки
технічний університет Відня
Це виклик, який неодноразово відіграє важливу роль у багатьох галузях промисловості: вам потрібні металеві матеріали, які витримують екстремальні механічні навантаження або стійкі до корозійних впливів навколишнього середовища протягом тривалого періоду часу - наприклад, важкі рейки, роликові підшипники або труби для нафтової та газової промисловості . Ще однією важливою темою є зниження ваги при збереженні чудових властивостей, особливо щодо стійкості та витрат. Тривалий час розробка таких матеріалів спиралася на спроби та помилки. Однак зараз існують методи прогнозування властивостей матеріалів на комп’ютері.
Зараз у Віденському технологічному університеті створена нова лабораторія Крістіана Доплера, в якій взаємодія хіміко-фізичних явищ характеризується за допомогою методів аналізу з високою роздільною здатністю, відлитих у моделях та точно змодельованих на комп'ютері з метою розробки кращих матеріалів для промисловості. Лабораторія компакт-дисків підтримується Федеральним міністерством оцифровки та розміщення бізнесу (BMDW) та компаніями-партнерами voestalpine, Neuman Aluminium та Stahl Judenburg.
"Австрія виробляє сталь та алюміній з високими вимогами до якості та експортує їх у всьому світі", - говорить д-р. Маргарете Шрамбьок, федеральний міністр з оцифрування та розміщення бізнесу. «Основою цього успіху є інтенсивні фундаментальні наукові та технологічні дослідження, необхідні для продовження цієї історії успіху. Лабораторії компакт-дисків пропонують оптимальні рамки для цього, оскільки вони роблять нові знання придатними для компаній і таким чином забезпечують справжні інновації та стійкі ринкові переваги ".
Комп’ютерне моделювання замість методів спроб і помилок
Для того, щоб точно зрозуміти властивості матеріалу заготовки, ви повинні розглядати її одночасно в різних масштабах - і саме тут полягає велика проблема з наукової точки зору: «Ви повинні знати мікроструктуру в нанометровому діапазоні і розуміти, як атоми взаємодіють між собою. У той же час, вам доведеться досліджувати матеріал у середньому масштабі - можуть бути ділянки з різним порядком кристалів. Зрештою, вам доведеться проаналізувати поведінку всієї заготовки під навантаженням, щоб розрахувати вплив типових температур та сил процесу », - пояснює професор Ервін Поводен-Караденіз. Він очолює нову лабораторію компакт-дисків в Інституті матеріалознавства і техніки ТУ Відень.
За останні кілька десятиліть було досягнуто значних успіхів, особливо в галузі металевих матеріалів. "У багатьох експериментах ми досліджували, як механічні властивості матеріалу пов'язані з мікроструктурою і як на цю мікроструктуру можна впливати шляхом відповідного вибору сплаву та процесу виготовлення", - говорить Поводен-Караденіз. “Однак сьогодні ми можемо побачити, що матеріалознавство досягло певного плато в цій галузі. Нам потрібні нові ідеї для подальшого прогресу ".
І ці ідеї походять від нових типів комп’ютерного моделювання: «Дизайн матеріалів на основі комп’ютерного моделювання стає все більш важливим», - впевнено говорить Поводен-Караденіз. «Це зменшує кількість необхідних експериментів, і за допомогою правильних моделей розрахунку ви можете передбачити поведінку матеріалу ще до його виготовлення». Це різко скорочує час, що проходить від ідеї інновації до продукту, готового до ринку.
Завдання правильного врахування невідворотних порушень у матеріалі є особливо складною. Зі справжньою заготовкою ви маєте справу не з ідеальним кристалом, а з безліччю дрібних несправностей та з інтерфейсами між крихітними зернинками матеріалу. Ви можете отримати корисні результати, лише якщо правильно їх врахувати в комп'ютерній моделі - а Ервін Поводен-Караденіз та його команда спеціалізуються саме на таких складних завданнях.