Увеличенное изображение материалов при их растяжении или сжатии: новый инструмент неразрушающе характеризует конструкционные материалы с беспрецедентной детализацией в процессе их деформации.

Потенциальные выгоды побудили команду исследователей из Исследовательской лаборатории ВВС, Advanced Photon Source, Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, Университета Карнеги-Меллона и PulseRay работать вместе, чтобы преследовать общую цель — характеризовать конструкционные материалы с беспрецедентной детальностью.В статье в Review of Scientific Instruments от AIP Publishing группа описывает, как они создали систему для сжатия и растяжения материала, в то же время вращая и бомбардируя его синхротронным рентгеновским излучением высокой энергии.

Рентгеновские лучи фиксируют информацию о том, как материал реагирует на механическое воздействие.«Это потребовало разработки системы нагружения, чтобы обеспечить точное вращение образца при одновременном и независимом приложении осевой нагрузки на растяжение или сжатие», — пояснил Пол А. Шейд, ведущий автор и инженер-исследователь материалов исследовательской лаборатории ВВС в Райт-Паттерсоне. База ВВС США.Их подход включал в себя «разработку и проверку микромеханических моделей, чтобы помочь нам понять источники отказов в материалах, чтобы мы могли производить аэрокосмические компоненты, которые легче и более устойчивы к повреждениям, а также получить более полное представление о возможностях их срока службы», — сказал Шейд. добавлен.

Основное значение нового инструмента команды заключается в том, что «вставка силовой рамы RAMS позволяет прикладывать осевые нагрузки при непрерывном вращении образца, что означает, что мы можем интегрировать методы дифракционной микроскопии высоких энергий в ближнем и дальнем поле и микротомографию с механические испытания на месте ", — сказал Шейд. «Это позволяет нам неразрушающим образом характеризовать микроструктуру и микромеханическое состояние деформируемого материала, обеспечивая критически важные данные проверки для моделей прогнозирования характеристик, чувствительных к микроструктуре».Сообщество материалов заинтересовано в использовании инструмента команды как части интегрированного подхода к инженерии вычислительных материалов для проектирования структурных компонентов, что может помочь оптимизировать свойства материалов и уменьшить неопределенность для данных приложений.

Измерения, которые позволяет использовать этот инструмент, могут быть использованы для разработки новых материалов для газотурбинных двигателей, деталей автомобилей и промышленного оборудования, и это лишь некоторые области применения.«Важным аспектом является разработка надежных моделей материалов, эффективность которых была подтверждена в соответствующем масштабе», — сказал Шейд.

Следующим шагом для команды станет сотрудничество с исследователями из Корнельского синхронного источника высоких энергий (CHESS), Корнельского университета и Advanced Photon Source (APS) в Аргоннской национальной лаборатории для разработки автономных нагрузочных рамок RAMS. «Эти инструменты будут доступны для сообщества, занимающегося синхротронным рентгеновским излучением высоких энергий, и, фактически, они уже используются многими исследователями и учреждениями», — отметил Шейд.В настоящее время команда работает с CHESS и APS над разработкой возможностей для работы при повышенных температурах и многоосных нагрузок.

Вставка силовой рамы RAMS также вдохновила на разработку конструкции вакуумной печи с натяжением для исследования облученных материалов в APS, которая была разработана совместно с Отделом ядерной инженерии Аргоннской национальной лаборатории.«Мы планируем разместить наборы данных, которые мы собираем в ходе этих экспериментов, для использования другими членами сообщества — особенно для тестирования новых моделей материалов», — сказал Шейд. «Таким образом, мы поможем сообществу разрабатывать модели материалов, чувствительных к микроструктуре, и обеспечить валидацию, необходимую для вывода материалов на новый уровень производительности».


Новости со всего мира