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救济有助于创建新合金和更安全的汽车
发布于2007年11月29日星期二:56AM
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Application 如果东行10岁的汽车在每小时15英里的15英里下车撞车,以同样的速度为西方旅行,所有因素都是平等的,哪辆车会更好地票价?

乍一看,这似乎是一个熟悉的学童的算术问题,但它实际上是一个高度复杂的物理问题。当然,常识和经验告诉我们新车是更好的赌注。然而,一个真正的科学解释在于分子水平,超出了肉眼的看法 - 但不超出密西西比州州立大学的研究人员的范围 高级车辆系统中心 (骑士)。


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这些研究人员的工作已经帮助向上述问题提供答案,并且还导致了开始重新定义汽车工程和现代材料科学领域的新知识和技术。此外,该研究还有助于改变汽车崩溃是4-34岁的美国人死亡原因的事实。

了解汽车的年龄
CAVE是跨学科研发设施,为汽车行业提供工程,设计和制造创新。在其目标中,它旨在为汽车行业提供研究和技术,将提高汽车性能,降低生产成本和缩短生产时间。在与这些目标保持联系中,该中心正在研究汽车材料并创造多尺度碰撞模拟,以便在设计更好的车辆时为工程师提供新的优势。

“目前,汽车崩溃的研究对待一辆一天大的汽车,与10岁的汽车一样,”Mark Horstemeyer博士,机械工程师博士“,但显然无法真正的汽车准确的。”

完全了解为什么一个新的保险杠可能凹陷,而旧的人可能会破裂,或者为什么一个罩温和地皱巴塞和另一个戏剧性的褶皱,骑士研究人员正在研究分子水平的特定汽车材料。考虑到使用压力和压力,他们的工作究竟如何探索材料 - 主要是金属表现。这些知识将帮助汽车制造商开发更安全,更耐用的车辆。

主要现象骑士研究人员正在看着金属疲劳和骨折。每次车主都填满门口,或者装载和卸载权重 - 是否是SUV中的孩子或拾取器中的砖块 - 车辆中的各种零件都经历了不可见但累积损坏,称为疲劳,影响性能和疲劳耐用性随时间。其他现象骨折是一种重大突破的一次性事件。虽然CAVE对金属疲劳和骨折的研究专注于汽车行业,但它肯定是仅仅是商业汽车制造商的重要性。

Horstemeyer解释说,骑士队的金属疲劳和骨折研究“看起来从商业汽车的碰撞和凹陷,从事军事车辆受到的子弹渗透和矿山爆炸事件的任何影响或吸收能量。”此外,该研究可以很容易地扩展到其他材料 - 如玻璃,塑料,石头,以及其他任何其他东西 - 并且可以有利于众多工程任务,包括建筑和产品设计。

可视化揭示了金属疲劳和骨折的现实 为了解释材料的历史如何影响其行为,CAMS研究人员已经设计了用于金属疲劳和骨折的原子模型的计算技术。虽然在这个特定区域的研究中没有什么新的,但它本身都没有,骑士的工作比以往任何时候都进一步参加。 CAVE的研究人员认为,它们是第一个研究纳米级水平的现象的研究,其中正在研究裂缝作为单纳米的裂缝。

为了了解在他们的实验中,究竟在这个级别发生了什么,骑士研究人员已经开发了他们自己的专业软件,它们用于在各种金属的实验中收集数据。然后将来自该软件的计算送入 救济,来自计算工程国际(CEI)的软件程序,以产生可视化。 Ensight可视化使研究人员有机会观察剪切带和裂缝的形成,好像研究人员正在观看相同的现象,在较大的物体中发生。

“由于我们以小规模探讨了这些机制,因此可视化是我们能够准确地看到和识别恶化机制的关键,”霍尔斯特尔斯博士解释道。 “在这个过程中,可视化是如此有效,因为人眼可以立即识别并区分这些不同的现象,并且exight为我们正在做的事情提供最佳的后处理能力。”

在传达他们的发现方面,可视化也已证明对CAVES研究人员来说是必不可少的。

“有一个可以在轻微规模发生的事情沟通的工具是很重要的 - 无论是为毕业生,本科生,甚至K-12学生都会展示它 - 展示崩溃的材料会发生什么,”Horstemeyer博士说。 “识别那里的事情非常重要。毕竟,他们都有一天或一天​​会驱动汽车。“

通过可视化通过可视化传达他们的发现的能力在解决另一个受众时也至关重要:资金代理人。

“为了获得和维持适当的资金,我们真的要展示我们的资助者为什么我们在这里所做的工作很重要,而可视化是该过程的重要组成部分。”

重新定义材料科学
骑士队的使用可视化以了解材料如何在原子水平上做出反应和行为,这不仅有助于解释汽车崩溃中的内容,而且还有助于改变将在未来的崩溃中发生的事情。

研究人员已经应用了他们了解的关于当前材料的内容,并正在使用计算模拟,帮助开发能够导致更强大和更具弹性汽车的新合金。就此而言,他们的工作可以非常可行地导致新材料用于各种应用 - 不仅仅是汽车 - 为整个材料科学领域提供了研究深远的重要性。

“我们正在筹集下一代材料科学家 - 计算材料科学家,”霍尔斯特斯宣布。虽然这是一个高度的声称,所以研究设施是一种新型材料科学家的来源,骑士已经产生了非常令人信服的证据,备份了声明。研究人员青睐的一个强大的论据是2006年的CORVETTE,它由于计算模拟和骑士研究人员而言,这表现出改善的表现。

2006 Corvette是第一辆轿车,该轿厢配有一个摇篮 - 该结构,该结构支持由与骑士科学家合作的团队开发的新的镁基合金的结构,以应用他们的技术。研究人员使用了计算模拟和救济可视化,找到了优于用于旧摇篮的铝合金的材料。通过研究各种金属的性质和行为 - 例如它们的刚度以及它们如何腐蚀和破坏 - 研究人员发现,镁具有优异的刚度 - 重量比,其能够优于先前使用的合金。

虽然开发新的合金一直是材料科学的重要领域,是什么让骑士的工作如此革命性是其计算方法。到目前为止,开发新合金主要是试验和误差的科学,其中不同的元素组合,直到实现合适的材料。

这种试验和误差方法在许多领域中留下了很多东西,特别是在理解金属部分如何疲劳或裂缝时造成疲劳或骨折。这就是为什么设计新的摇篮以前是一个相当冒险的努力。由旧方法开发的新合金可能首先看起来适合,但实际上可能被证明在几年的使用后选择了较差的选择。

然而,骑士队员能够利用计算模型的可视化来研究新的镁合金,并预测它在颅原型之前的所有情况都会用它。

“材料的计算设计是一个新的领域 - 它真的尚未完成以前没有完成。试验和错误是唯一的方法,但现在我们正在尝试做基于物理的建模来开发新材料。这真的是一个范式转变,文化的变化,“Horstemeyer在合金发育中的工作中的工作。

在这一领域的工作具有巨大的汽车行业潜力,远远超出,但骑士研究人员不会阻止那里。除了使用金属的工作之外,他们还在考虑使用计算方法和可视化,以将其工作范围扩展到新的领域,例如聚合物。这不仅包括汽车中使用的塑料,而且还包括人体。因此,有一天,奴役可视化可能用于展示人类的组织如何应对崩溃,使传统的崩溃假人响应,并帮助科学家回答他们最终寻找的问题:如果东行和西行汽车碰撞,将如何碰撞司机生存了吗?

在裂缝尖端的塑料滑动
在沿轴沿轴沿轴疲劳负载疲劳负载后九个装载循环后的塑料滑动。

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