Istraživači sa Teksaškog univerziteta A&M koriste tradicionalni proizvodni alat — sečenje metala — i razvijaju pristupačniju metodu za razumevanje ponašanja metala u ekstremnim uslovima.
Sečenje metala — struganje tankog sloja materijala sa površine metala pomoću oštrog noža (za razliku od načina na koji stružemo puter) — možda nije prva stvar koja vam pada na pamet prilikom proučavanja svojstava materijala. Međutim, dr. Dinakar Sagapuram i Hraier Aprahamian, docenti na odseku za industrijsko i sistemsko inženjerstvo Vm Michael Barnes ’64, želeli su da vide da li proces može da predvidi ponašanje materijala u različitim uslovima deformacije. Njihov tim uključivao je Haršita Čavla, studenta doktorskog studija industrijskog i sistemskog inženjerstva i dr Švetaba Jadava, docenta na Indijskom institutu za tehnologiju u Hajderabadu.
„Znanje o tome kako se materijali deformišu i kvare pod teškim mehaničkim uslovima je od vitalnog značaja za proučavanje i razvoj različitih tehnoloških aplikacija, uključujući proizvodne procese, testiranje vozila na udarce i testiranje na udar za aplikacije vezane za odbranu“, rekao je Čavla.
Pošto proces sečenja uključuje lokalno smicanje ili deformisanje metala do ekstremnih nivoa pod visokim brzinama, tim je pretpostavio da bi to moglo da pruži osnovne informacije o čvrstoći materijala, otpornosti na plastičnu deformaciju ili nepovratnoj promeni oblika.
„Istraživanje otvara novu i zanimljivu aplikaciju za sečenje metala kao ‘test svojstava’ koji naučnici materijala i fizičari mogu koristiti da testiraju svoje teorije“, rekao je Sagapuram. „Broj matematičkih teorija plastičnosti metala pod visokim stopama naprezanja daleko nadmašuje eksperimentalne podatke. Dakle, informacije o svojstvima dobijene sečenjem metala mogu da testiraju koje teorije su validne, a koje nisu.“
Tim koristi kameru velike brzine da posmatra kako se metali deformišu i smiču kada naiđu na oštar alat za sečenje, a zatim koristi ove informacije da bi zaključio njihove osnovne informacije o svojstvima. Značajan izazov, međutim, leži u dobijanju intrinzičnih svojstava materijala iz vizuelnih podataka velike brzine. Iako sečenje metala nije oblast ekspertize Aprahamiana, partnerstvo sa Sagapuramom je stvorilo nove ideje i numeričke tehnike.
„Važan aspekt ovog istraživanja je uspostavljanje tehnika matematičke optimizacije koje garantuju globalnu optimalnost, čime se postiže najbolje moguće rešenje“, rekao je Aprahamian. „U suprotnom, možete dobiti rešenja koja izgledaju zadovoljavajuće, ali ne opisuju tačno materijal.“ Zasluge: Tekas A&M Universiti
Prednosti sečenja metala u odnosu na metode ispitivanja koje se danas koriste su u tome što je jednostavno i može proizvesti niz uslova koje je teško postići korišćenjem konvencionalnih testova, ali su važni sa stanovišta različitih inženjerskih aplikacija.
„Uzbuđeni smo zbog mogućnosti da koristimo sečenje kao pogodan metod za određivanje svojstava materijala koja se sada dobijaju samo sa značajnim poteškoćama“, rekao je Sagapuram. „Zato što je to tako jednostavno, u principu, svako ko ima pristup mašinskoj radnji sada može da dobije podatke o materijalu bez sofisticiranih mogućnosti testiranja.“
Tim je nedavno objavio svoj rad u časopisu Proceedings of the Roial Societi A, sa još jednim radom o numeričkim tehnikama u radovima. Grant Nacionalne naučne fondacije podržava istraživanje.
Sagapuram je rekao da je tim nedavno počeo da sarađuje sa Nacionalnom laboratorijom Los Alamosa, uz podršku Nacionalne laboratorije Teksaškog univerziteta A&M, kako bi uporedio svoje podatke sa više utvrđenim platformama za ispitivanje dinamičke čvrstoće materijala koje su dostupne na licu mesta u laboratoriji. Ove studije će doprineti validaciji metode i proveri da li različiti eksperimenti na istom metalu daju konzistentne podatke.
Aprahamian je rekao da njihov rad na razvoju matematičkih tehnika takođe ima potencijalne primene van karakterizacije materijala.
„Moja grupa proširuje neke od ovih algoritama i tehnika na oblast zdravstvene zaštite, gde koristimo globalne alate za optimizaciju da bismo konstruisali robusne strategije skrininga“, rekao je Aprahamian. „Ovo se može koristiti za sprečavanje budućih izbijanja i poboljšanje skrininga za zarazne bolesti među populacijom.“
Čavla je rekao da mu je istraživanje omogućilo da godinama radi na polju koje ga zanima.
„Bilo je zanimljivo proučavati mehaniku procesa rezanja metala koristeći inovativne eksperimentalne tehnike“, rekao je Čavla. „Bilo je fascinantno da se pažljivo posmatra deformacija materijala tokom sečenja, posebno na mikroskopskom nivou pri visokim brzinama kadrova.“
