Beräkningsmodellering av plasticitet i tekniska material
- Diarienummer
- SM22-0041
- Projektledare
- Li, Xiaoqing
- Start- och slutdatum
- 230101-241231
- Beviljat belopp
- 956 823 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Traditionella ansträngningar för att utveckla nya legeringar med hjälp av tillgängliga parametrar innebär mödosamma och dyra försök och misstag. Mitt teoretiska tillvägagångssätt för att designa legeringars mekaniska egenskaper bygger på beräknade materialparametrar, ger insikt i deformationsprocesser och avslöjar olika fenomen utan tvetydigheter. Mina senaste framsteg inom atomistisk modellering av sådana materialparametrar och min expertis med det multifysiksimuleringsverktyget DAMASK skapar unika möjligheter att förutsäga industriellt relevanta mekaniska egenskaper. Möjligheten att utnyttja kraften i kombinationen av DAMASK och atomistisk modellering för industriell produktutveckling är en ny teknologi som vi vill utforska i detta projekt. Utgående från detta kommer jag att presentera och implementera mina teoretiska utvecklingar för forskare och ingenjörer på Alleima AB. Forskningsbesöket är främst inriktat på långvariga frågeställningar som rör kristallplasticitet i stål. Mina aktiviteter kommer att inledas med ett demonstrationsskede via seminarier och handledning följt av gemensamma verifieringsinsatser och tillämpningar. De teoretiska förutsägelserna kommer att ställas mot observationer för verkliga material. Detta program förväntas resultera i ökade akademiska och praktiska kunskaper om de faktorer som styr stålens plastiska beteende, vilket kommer att påskynda utvecklingen av nya stålsorter som är bäst anpassade till användningsbehoven.
Populärvetenskaplig beskrivning
Alla material består av ett enormt antal atomkärnor och elektroner. Atomkärnor och elektroner interagerar med varandra på ett mycket komplext sätt via så kallade Coulombkrafter. Man kan säga att rörelsen av elektronerna håller atomerna samman som ett klister. Ofta arrangerar sig atomkärnorna på ett enkelt och regelbundet mönster som kallas gitter. Idag finns det approximativa metoder baserade på täthetsfunktionalteori (Nobelpriset i kemi 1998) som är tillräckligt noggranna för att beskriva växelverkan mellan atomkärnor och elektroner, och således materialets egenskaper. De fundamentala ekvationerna som är centrala för täthetsfunktionalteorin löses med hjälp av kraftfulla datorer. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom vår metodutveckling är nu alla nödvändiga parametrar för att beskriva plastiska beteende hos komplexa legeringar tillgängliga. Således öppnar det dörren för att simulera industriellt relevanta mekaniska egenskaper i en komplex legering med hjälp av ett multifysiksimuleringsverktyg. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom energi, fysik, miljöteknologi och kemi. De nyligen introducerade TWIP-stålen kombinerar hög hållfasthet med extremt hög formbarhet. I många avseenden överträffar TWIP-stål de Transformation Induced Plasticity (TRIP) stålen, som har funnits på marknaden i flera år. TWIP-legeringarna är potentiella kandidater för strukturella tillämpningar, till exempel som bilkaross och ram, eftersom de kan absorbera större mängder energi samtidigt som de behåller sin stabilitet och styrka. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom Alleima AB utveckla nya TWIP-stål med hög hållfasthet och extremt hög formbarhet. Detta är baserat på att förutsäga och förstå mekanismer för plasticitet i TWIP-stålen. Projektet omfattar demonstrations, verifierings, och tillämpningsstegen.