Anyagkutatás Az atomtól a kész munkadarabig
bécsi műszaki egyetem
Ez egy olyan kihívás, amely számos ipari szektorban ismételten fontos szerepet játszik: olyan fémekre van szükség, amelyek ellenállnak a szélsőséges mechanikai terheléseknek, vagy hosszú ideig ellenállnak a korrozív környezeti hatásoknak - például nagy teherbírású sínek, gördülőcsapágyak vagy csövek az olaj- és gázipar számára . Egy másik fontos téma a súlycsökkentés a kiváló tulajdonságok megőrzése mellett, különös tekintettel a fenntarthatóságra és a költségekre. Az ilyen anyagok kifejlesztése hosszú ideig kísérletekre és hibákra támaszkodott. Vannak azonban módszerek az anyagok tulajdonságainak előrejelzésére a számítógépen.
A Bécsi Műszaki Egyetemen most új keresztény Doppler laboratóriumot hoztak létre, amelyben a kémiai-fizikai jelenségek kölcsönhatását nagyfelbontású elemzési módszerek segítségével jellemzik, modellekbe öntik és pontosan szimulálják a számítógépen az ipar számára jobb anyagok kifejlesztése érdekében. A CD laboratóriumot a szövetségi digitalizálási és üzleti helymeghatározási minisztérium (BMDW), valamint a voestalpine, a Neuman Aluminium és a Stahl Judenburg partnercégek támogatják.
"Ausztria magas minőségi követelményekkel gyárt acélt és alumíniumot, és világszerte exportálja" - mondja dr. Margarete Schramböck, szövetségi digitalizálási és üzleti helyettes miniszter. „Ennek a sikernek az alapja az intenzív tudományos és technológiai alapkutatás, amely szükséges e sikertörténet folytatásához. A CD-laboratóriumok optimális keretet kínálnak ehhez, mert felhasználhatóvá teszik az új ismereteket a vállalatok számára, ezáltal valós innovációt és tartós piaci előnyöket tesznek lehetővé. "
Számítógépes szimuláció próba és hiba helyett
A munkadarab anyagi tulajdonságainak pontos megértéséhez egyszerre különböző léptékben kell nézni - és pontosan ez az, ahol tudományos szempontból rejlik a nagy kihívás: „Ismernie kell a nanométer tartományban lévő mikrostruktúrát, és meg kell értenie, hogy az atomok hogyan hatnak egymással. Ugyanakkor közepesen nagy méretben kell megvizsgálnia az anyagot - előfordulhat, hogy különböző kristályrendű területek vannak. Végül is elemeznie kell a teljes munkadarab viselkedését terhelés alatt, hogy kiszámíthassa a tipikus folyamathőmérsékleteket és erőket. ”- magyarázza Prof. Erwin Povoden-Karadeniz. Ő vezeti a TU Bécsi Anyagtudományi és Technológiai Intézet új CD-laboratóriumát.
Az elmúlt évtizedekben jelentős előrelépések történtek, különösen a fémanyagok terén. "Sok kísérletben megvizsgáltuk, hogy az anyag mechanikai tulajdonságai hogyan kapcsolódnak a mikrostruktúrához, és hogyan befolyásolható ez a mikrostruktúra az ötvözet megfelelő megválasztásával és a gyártási folyamattal" - mondja Povoden-Karadeniz. „Ma azonban láthatjuk, hogy az anyagtudomány ezen a területen egy bizonyos fennsíkot ért el. Új ötletekre van szükségünk a további fejlődéshez. "
Ezek az ötletek pedig új típusú számítógépes szimulációkból származnak: „A számítógépes szimuláción alapuló anyagtervezés egyre fontosabbá válik” - van meggyőződve Povoden-Karadeniz. „Ez csökkenti a szükséges kísérletek számát, és megfelelő számítógépes modellekkel megjósolhatja az anyag viselkedését, mielőtt még előállítanák.” Ez drasztikusan lerövidíti az innovációs ötlettől a termék piaci készenlétéig tartó időt.
Különösen nagy kihívást jelent az anyag elkerülhetetlen szabálytalanságainak megfelelő figyelembevétele. Valódi munkadarabbal nem tökéletes kristály, hanem apró hibák sokaságával és apró anyagszemcsék közötti interfészekkel van dolgod. Csak akkor érhet el hasznos eredményeket, ha azokat megfelelően figyelembe veszi a számítógépes modellben - és éppen ilyen bonyolult feladatokban szakosodott Erwin Povoden-Karadeniz és csapata.