Los científicos de materiales están ocupados desarrollando materiales avanzados, mientras también trabajan para exprimir cada bit de rendimiento de los materiales existentes. Esto es particularmente cierto en la industria aeroespacial, donde las pequeñas ventajas en peso o tolerancia a temperaturas extremas se traducen rápidamente en enormes beneficios de rendimiento.
Los posibles beneficios motivaron a un equipo de investigadores del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, la Fuente Avanzada de Fotones, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, la Universidad Carnegie Mellon y PulseRay para trabajar juntos para alcanzar su objetivo compartido de caracterizar materiales estructurales con detalles sin precedentes.
En un papel en Revisión de instrumentos científicos , de AIP Publishing, el grupo describe cómo crearon un sistema para exprimir y estirar un material mientras al mismo tiempo lo rotan y bombardean con rayos X sincrotrón de alta energía. Los rayos X capturan información sobre cómo responde el materiala la tensión mecánica.
"Esto requirió desarrollar un sistema de carga para permitir la rotación precisa de una muestra mientras se aplica de forma simultánea e independiente la carga axial de tracción o compresión", explicó Paul A. Shade, autor principal e ingeniero de investigación de materiales para el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en Wright-Patterson Air Force Base.
Su enfoque incluía "desarrollar y validar modelos micromecánicos para ayudarnos a comprender las fuentes de falla en los materiales para que podamos producir componentes aeroespaciales que sean más livianos y más tolerantes a los daños, al mismo tiempo que obtienen una comprensión más completa de su capacidad de vida útil,"Sombra añadida.
El significado principal de la nueva herramienta del equipo es que "el inserto del marco de carga RAMS permite aplicar cargas axiales mientras la muestra gira continuamente, lo que significa que podemos integrar métodos de microscopía de difracción de alta energía de campo cercano y campo lejano y microtomografíacon pruebas mecánicas in situ ", dijo Shade." Esto nos permite caracterizar de manera no destructiva la microestructura y el estado micromecánico de un material deformante, proporcionando datos de validación críticos para modelos de predicción de rendimiento sensibles a la microestructura ".
La comunidad de materiales está interesada en usar la herramienta del equipo como parte de un enfoque integrado de ingeniería de materiales computacionales para diseñar componentes estructurales, lo que podría ayudar a optimizar las propiedades de los materiales y reducir la incertidumbre para las aplicaciones dadas. Las mediciones que permite esta herramienta pueden utilizarse paradesarrollar nuevos materiales para motores de turbina, piezas de automóviles y maquinaria industrial, por nombrar solo algunas aplicaciones.
"Un aspecto importante es desarrollar modelos de materiales confiables cuyo rendimiento ha sido validado en la escala de longitud apropiada", dijo Shade.
El siguiente paso para el equipo será asociarse con investigadores de la Fuente Síncrona de Alta Energía de Cornell CHESS, la Universidad de Cornell y la Fuente Avanzada de Fotones APS en el Laboratorio Nacional de Argonne para desarrollar marcos de carga RAMS independientes ". Estos instrumentos seránpuesto a disposición de la comunidad de rayos X de sincrotrón de alta energía y, de hecho, ya han sido utilizados por muchos investigadores e instituciones ", señaló Shade.
El equipo está trabajando actualmente con CHESS y APS para desarrollar capacidades de carga elevada y temperatura multiaxial. El inserto del marco de carga RAMS también ha inspirado el desarrollo de un diseño de horno de vacío de tensión para estudiar materiales irradiados en APS que se desarrolló enconcierto con la División de Ingeniería Nuclear en el Laboratorio Nacional de Argonne.
"Planeamos alojar los conjuntos de datos que recopilamos de estos experimentos para que otros en la comunidad los usen, especialmente para probar nuevos modelos de materiales", dijo Shade. "De esta manera, ayudaremos a impulsar a la comunidad a desarrollar microestructura-modelos de materiales sensibles y proporcionan la validación necesaria para impulsar los materiales al siguiente nivel de rendimiento "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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