Прочная броня. Компьютерное моделирование сплавов – дешево и точно
В военной промышленности, при изготовлении брони машин и бронежилетов применяют сплавы, которые способны выдерживать повышенные ударные динамические воздействия. Разработка брони с помощью новых вычислительных и теоретических моделей популярное и перспективное направление в науке.
Исследовать материал на прочность – это доводить его до разрушения, нагружая циклически. Процесс дорогой и, порой, длительный. Особый успех – это когда находится способ повысить прочность материала, и при этом, уменьшить вес изделия. Не так давно журнал Modeling and Simulation in Material Science and Engineering опубликовал результаты исследований лаборатории армии США DEVCOM. Под руководством Бенджамина Саевского (Benjamin Szajewski) команда военных ученых изучала механизмы упрочнения металлических сплавов.
В результате была создана физическая модель процесса разрушения конструкционного сплава. С ее помощью можно определять заранее, когда наступит разрушение. Такие модели создавались и раньше, но только эта способна связывать микроскопические характеристики сплава, такие как размер и форма, с макроскопического характеристиками материала.
В технических сплавах микроскопические дефекты, которые возникают в процессе легирования, приводят к повышению прочности материала. На микроскопическом уровне разрушение материала происходит в результате коллективного движения кристаллических линейных дефектов, известных как дислокации. Наличиедислокацийсущественно влияет на механические и другие физические свойстваматериала.На том же микроскопическом уровне, с другой стороны, действуют препятствия, блокирующие движение дислокаций.
Под действием напряжения и нагрузки конкуренция между этими двумя механизмами (скольжение дислокации и взаимодействие дислокации с препятствием) определяет предел текучести материала. Препятствия, предотвращающие движение дислокации, увеличивают прочность материала.
«Дислокационно-препятствующие взаимодействия являются эффективным механизмом упрочнения в металлических сплавах»,- говорит Саевский.
В этой исследовательской работе Саевский и его команда стремились к более глубокому количественному пониманию взаимосвязей между физическими характеристиками препятствий (например, размером, формой, упругим несоответствием) и упрочнением в системах металлических сплавов.
Компьютерные модели процессов позволили установить количественную взаимосвязь между физическими характеристиками препятствий (например, размером, формой, упругим несоответствием) и упрочнением в системах металлических сплавов.
ИНТЕРЕСНОЭкспериментальные самолеты СССР – краткий обзор