В Институте Вейерштрасса недавно была запущена европейская докторская программа MIMESIS (Математика и материаловедение для производства стали). Эта программа позволяет молодым исследователям — в сотрудничестве с торговыми и промышленными кругами — разрабатывать новые методы производства и обработки стали. Профессор Дитмар Хомберг, руководитель проекта в Институте Вейерштрасса, сказал: «В этом проекте мы объединяем дисциплины математики и материаловедения из нескольких разных стран, а также науку и промышленность.
Квалификации, которые наши молодые исследователи получают в контексте этой программы пользуются большим спросом на рынке труда ».Профессор Портер из Центра перспективных исследований сталей Университета Оулу добавляет: «Эта программа предлагает студентам с математическим образованием уникальную возможность узнать и применить свои навыки в инженерных вопросах, имеющих практическое значение для промышленности.
Точно так же с помощью программы студенты, имеющие опыт работы в области материаловедения или металлургии и интересующиеся математикой и моделированием, могут развить навыки, которые пригодятся им как в промышленности, так и в академических кругах ».Физическими свойствами стали можно точно управлять с помощью фазовых превращений. Особо твердый материал получают, сначала нагревая его, а затем подвергая быстрому охлаждению.
Этот метод может быть использован, например, при изготовлении зубчатого колеса, при этом внутренняя часть изделия должна оставаться более мягкой, чем внешняя, в интересах долговечности. Индукционный нагрев материала подвергает его воздействию различных частот потока одновременно: высокая частота проникает только через кончик зуба, средняя частота — через корень зуба. Значительное количество параметров играют роль одновременно.
Чтобы иметь возможность контролировать этот процесс технически, ученые должны уметь запускать компьютерное моделирование. Чтобы понять этот процесс, область математики служит целям оптимизации, в то время как материаловедение дает представление о факторах, действующих внутри стали.
Моделирование фазовых превращений также будет важной частью трех других тем, которые будут рассмотрены в программе. Одна из проблем заключается в возможности предсказать, образовалась ли вредная фаза в нержавеющей стали во время ее производства или во время изготовления деталей из нержавеющей стали. Если она образуется, нержавеющая сталь перестает быть нержавеющей — она становится подверженной коррозии. Другой связан с возможностью предсказать детальную внутреннюю структуру самой прочной микроструктуры стали — мартенсита — чтобы сделать ее очень прочной и прочной.
Еще один проект будет связан с моделированием фазовых превращений и индукционного нагрева для производства стальных труб, которые в то же время являются чрезвычайно износостойкими и прочными.Производство стали в некотором роде сродни кулинарии в больших масштабах: ингредиенты для производства стали — твердые легирующие элементы — смешиваются с расплавленным чугуном в ковше путем нагнетания газа в расплав снизу. Поскольку это очень сложный процесс и невозможно отобрать пробу смеси, чтобы проверить, был ли достигнут желаемый гомогенный химический состав, исследователи проекта будут использовать математические методы для моделирования потоковых процессов, происходящих в литейном ковше.Способ перемешивания смеси также влияет на конечный результат и, следовательно, также требует оптимального контроля.
В процессе перемешивания в слое шлака, который присутствует на поверхности расплавленной смеси, образуется отверстие. Размер этого отверстия позволяет математикам рассчитать скорость потока.
Также можно собирать информацию о потоке, измеряя вибрации снаружи литейного ковша. Используя эти методы, математики могут решать обратные задачи.Программа докторантуры MIMESIS, с финансированием исследований в размере 2,1 миллиона евро, поощряет мобильность на различных уровнях: в рамках программы поддержки Европейской промышленной докторантуры в рамках действий Марии Склодовской-Кюри в ЕС участвующие партнерские организации набирают стипендиатов, которые прожили максимум один год из последних трех в стране, в которой находится партнер. Младшие исследователи проводят как минимум половину времени, которое они вкладывают в свою докторскую степень, с отраслевым партнером, тем самым поощряя межотраслевую мобильность.
Наконец, проект имеет четкую междисциплинарную структуру: каждая четвертая вакансия в программе предназначена для получения докторской степени по математике или материаловедению. Финский университет Оулу является научным партнером WIAS, а компании в Норвегии, Швеции и Финляндии — отраслевыми партнерами. «Такие интенсивные промышленные контакты, конечно, выгодны для всего нашего института», — подчеркнул Хомберг.
Он добавил: «Выбирая аббревиатуру для проекта, мы хотели подчеркнуть взаимосвязь между математическими моделями и их применением к реальным проблемам: MIMESIS — это отсылка к репрезентативному изображению реальности».