Исследователи выясняют оптимальный компромис жесткости композитов

Схема подхода.Кредит: Наука авансы (2024).Doi: 10.1126/sciadv.adk4284

Используя 3D -печать, исследователи из US of A и Massachusetts Институт технологии разработали новый подход для достижения оптимальной комбинации жесткости и выносливости в микроструктурированных композитах.

Исследование было опубликовано в научных достижениях.

Интегрируя физические эксперименты, численное моделирование и машинное обучение для решения обеих задач, их метод обеспечивает план для вычислительного дизайна в областях исследований за пределами твердой механики, такой как химия полимеров, динамика жидкости, метеорология и робототехника.

«Жесткость и прочность часто являются взаимоисключающими», - сказал Ван Шоу, доцент кафедры машиностроения в U of A и соответствующий автор статьи.«Чтобы быть жестким, материал должен быть сильным, чтобы противостоять деформации. Между тем, чтобы быть жестким, он должен быть достаточно плащным - то есть способным деформация без потери жесткости - чтобы переносить длинные трещины и поглощать больше энергии перед разрушением».

Оптимальная комбинация жесткости и жесткости является своего рода святым Граалем в разработке инженерных материалов.В ответ на приложенную силу материалы должны иметь возможность противостоять деформации (жесткости), а также не быстро растрескиваться (вязкость).Другими словами, сгибаться, не сломайся.

Эта производительность особенно важна в макро-материалах, таких как сталь для зданий и мостов.Тем не менее, систематическому обнаружению микроструктурированных композитов с оптимальными компромиссами жесткости-изащитности было затруднено расхождениями между моделированием и реальностью.

Последние достижения в области аддитивного производства и вычислительных методов позволили более эффективно разведовать, что приведет к проектированию с оптимальной комбинацией этих качеств.До сих пор систематическое обнаружение микроструктурированных композитов с оптимальными компромиссами жесткости-катания не было продемонстрировано.

Исследователи использовали трех оценщиков:

Механический тестер работает медленно из-за трудоемкого изготовления образцов и тестирования, но это обеспечивает точные значения производительности истины грунта для конструкции микроструктуры.На противоположном конце спектра предиктор работает чрезвычайно быстро, но дает относительно неточные результаты.Между ними симулятор работает достаточно быстро, учитывая ее умеренную сложность и обеспечивает промежуточную точность.

В этой работе рассматриваются как точность, так и скорость.Что еще более важно, структура исследователей устанавливает новую парадигму для навигации по несоответствиям, часто встречающемуся между теоретическими моделями и практическими результатами.

Больше информации: Beichen Li и др., Вычислительное обнаружение микроструктурированных композитов с оптимальными компромиссами жесткости-благи, научными достижениями (2024).Doi: 10.1126/sciadv.adk4284