Model komputerowy przewiduje, jak pękanie szkła metalicznego uwalnia energię na poziomie atomowym

Anonim

Metaliczne szkła - stopy pozbawione krystalicznej struktury normalnie występującej w metalach - są ekscytującym celem badawczym dla kuszących aplikacji, w tym sztucznych stawów i innych medycznych urządzeń implantologicznych. Jednak trudności związane z przewidywaniem, ile energii te materiały uwalniają, gdy pękają, spowalnia rozwój produktów opartych na metalach szklanych.

Niedawno para naukowców z Rensselaer Polytechnic Institute w Troy w stanie Nowy Jork opracowała nowy sposób symulowania na poziomie atomowym, jak zachowują się metalowe okulary podczas ich pękania. Ta nowa technika modelowania może poprawić projektowanie materiałów wspomaganych komputerowo i pomóc naukowcom w określeniu właściwości szkieł metalicznych. Duet zgłasza swoje odkrycia w Journal of Applied Physics.

"Do tej pory nie istniał żaden możliwy sposób pomiaru jakości znanej jako" energia pękania ", jedna z najważniejszych właściwości pęknięć materiałów, w symulacjach na poziomie atomowym - powiedział Yunfeng Shi, autor artykułu.

Energia złamania jest podstawową własnością dowolnego materiału. Opisuje całkowitą energię uwolnioną na jednostkę powierzchni nowo utworzonych powierzchni pęknięć w bryle. "Znajomość tej wartości jest ważna dla zrozumienia, w jaki sposób materiał będzie się zachowywał w ekstremalnych warunkach i może lepiej przewidzieć, jak dowolny materiał się nie powiedzie", powiedział Binghui Deng, inny autor na papierze.

Zasadniczo dowolny stop można przekształcić w metaliczne szkło, kontrolując warunki wytwarzania, takie jak szybkość chłodzenia. Aby wybrać odpowiedni materiał do konkretnego zastosowania, naukowcy muszą wiedzieć, jak każdy stop będzie działał pod wpływem stresu.

Aby zrozumieć, jak różne stopy zachowują się w różnych warunkach, naukowcy wykorzystali narzędzie obliczeniowe o nazwie dynamika molekularna. Ta metoda modelowania komputerowego uwzględnia siłę, położenie i prędkość każdego atomu w systemie wirtualnym.

Ponadto, obliczenia dla modelu są stale aktualizowane z informacją o tym, jak złamania rozchodzą się w próbce. Ten rodzaj heurystycznej nauki komputerowej może najlepiej przybliżać rzeczywiste warunki, uwzględniając przypadkowe zmiany, takie jak pęknięcia w materiale.

Ich model uwzględnia złożoną zależność między utratą zgromadzonej energii sprężystej od pęknięcia wybrzuszenia, a tym, jak nowo utworzona powierzchnia pęknięcia kompensuje tę utratę energii.

"Projektowanie materiałów wspomaganych komputerowo odegrało znaczącą rolę w produkcji i jest przeznaczone do odgrywania o wiele większej roli w przyszłości" - powiedział Shi.

menu
menu