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Aug 09, 2023

Il software di progettazione computazionale integrata dei materiali simula test sui materiali complessi

Il primo secolo di esseri umani in volo – sia sopra le nuvole che nello spazio – è stato supportato da un approccio in gran parte analogico all’ingegneria dei materiali. Il progresso nel corso degli anni è stato costante

Il primo secolo di esseri umani in volo – sia sopra le nuvole che nello spazio – è stato supportato da un approccio in gran parte analogico all’ingegneria dei materiali. Il progresso nel corso degli anni è stato costante man mano che la tecnologia avanzava per ampliare continuamente la nostra comprensione di ciò che era possibile.

Ora, la trasformazione digitale dei materiali ha cambiato drasticamente il settore e l’evoluzione continua ancora oggi. La sperimentazione per tentativi ed errori sta diventando una cosa del passato, poiché è possibile individuare più errori molto prima che possa aver luogo qualsiasi volo di prova.

Uno degli strumenti che guidano la rivoluzione èICMD® di QuesTek (Progettazione Computazionale Integrata dei Materiali). Il suo impatto sui materiali, sulla produzione e sulla progettazione aerospaziale è già evidente. I tempi per la creazione, il test e la certificazione di nuovi materiali possono essere dimezzati, eliminando anni di sperimentazione e milioni di dollari dall’equazione.

Ma l’ICMD aiuta anche a spingere la tecnologia oltre, risolvendo i problemi esistenti che attualmente limitano i limiti di ciò che gli esseri umani possono fare e dove possono arrivare. L'ICMD utilizza modelli computazionali basati sulla fisica e potenti toolkit per consentire la progettazione dei materiali, qualificazione e certificazione accelerate, informatica, analisi e simulazione. Questo approccio simula sistemi complessi di test sui materiali per diversi attributi prestazionali.

Sia che si tratti di creare nuovi materiali o di migliorare le proprietà di quelli esistenti, ci sono quattro pilastri principali delle capacità ICMD di QuesTek.

Design in lega La progettazione delle leghe introduce materiali completamente nuovi nell’industria. Per ottenere prestazioni migliori, i produttori aerospaziali hanno bisogno di accedere a materiali con proprietà che prima non esistevano. Utilizzando l'ICMD, possono progettare, sviluppare, qualificare e utilizzare nuovi materiali in componenti di volo critici.

Si inizia con un elenco delle proprietà target del materiale che si desidera ottenere. Ad esempio, i materiali esistenti per i componenti delle pompe di carburante e gli alloggiamenti per i veicoli di lancio nello spazio sottoposti a ossigeno ad alta pressione possono avere una buona resistenza alle bruciature. Ma la resistenza alla combustione diminuisce con le aggiunte di lega necessarie per resistenza, resistenza alla corrosione e resistenza all'ossidazione.

Le leghe disponibili in commercio hanno una resistenza inferiore e non hanno una significativa resistenza alla combustione. L'ICMD può identificare potenziali concetti metallurgici che potrebbero portare al raggiungimento dell'obiettivo.

Attraverso l'ingegneria computazionale integrata dei materiali (ICME), che consiste nel collegare la lavorazione, la microstruttura, le proprietà e le prestazioni di un materiale collegando le informazioni provenienti da due o più modelli convalidati o codici di simulazione, le composizioni promettenti vengono calcolate, prototipate, testate e dimostrate essere andando nella giusta direzione del miglioramento necessario.

La modellazione viene applicata anche per portare il materiale su scala di produzione, a quel punto subentra il produttore aerospaziale e, dopo diversi anni di test e qualificazioni, il prodotto prende il volo.

QuesTek è il ricercatore principale del progetto per anARPA-E program con i collaboratori Pratt e Whitney, la NASA e l'Università del Minnesota. Il programma è incentrato sullo sviluppo di materiali per pale di turbine di prossima generazione per motori a reazione. Le pale delle turbine aerospaziali sono realizzate in superleghe di nichel e lo sono da molti anni. Ma c’è bisogno nel settore di una lama che possa raggiungere temperature più elevate per renderla più efficiente in termini di consumo di carburante.

L'obiettivo è aumentare la temperatura operativa di un motore a reazione di 200°C. Il processo prevede il passaggio a un materiale a base di niobio invece che di nichel. QuesTek sta utilizzando il suo software ICMD per progettare una serie di leghe di niobio che raggiungono proprietà su misura all'interno del componente al centro e sul bordo della pala della turbina.

In un altro esempio,Boeing e QuesTek hanno collaborato al programma America Makes stampare in 3D due materiali molto diversi insieme per un componente con un materiale su una porzione e un secondo materiale su un'altra porzione. QuesTek è stato incaricato di sviluppare i gradienti di composizione precisi per una stampa di successo.