Projektbeschreibung
Bahnbrechende multiskalige Modelle von Metallen zur Erschließung neuer Anwendungen
Im Laufe der letzten 50 Jahre haben Polymere und Verbundwerkstoffe allmählich Metalle in zahlreichen Anwendungen ersetzt, vor allem aufgrund ihres geringen Gewichts gemessen an ihrer Stärke. Allerdings können dabei auch Formen von Materialversagen auftreten, die bei Metallen selten ist. Die Entwicklung leichterer und stärkerer Metalle, die sich die einzigartige Kombination von Beständigkeit und Verformbarkeit (Plastizität) von Polymeren zunutze machen, erfordert eine detaillierte Charakterisierung der strukturellen Dynamiken. Die Ingenieurinnen und Ingenieure müssen imstande sein, das Verhalten des Metalls in sämtlichen Maßstäben der Struktur vorherzusagen – von den Defekten (Verlagerungen), die für die Plastizität der kleinen Kristallkörner verantwortlich sind und aus denen sich das feste Metall zusammensetzt, bis hin zum fertigen Bauteil. Das EU-finanzierte Projekt PMP nutzt das bahnbrechende Hartröntgenmikroskop für hochauflösende 3D-Untersuchungen, die zu völlig neuartigen, komplexen, multiskaligen physikalischen Modellen der Metallplastizität unter Belastungen führen werden. Die Modelle werden eine wichtige Lücke in der Forschung schließen und neuen Anwendungen den Weg ebnen.
Ziel
The societal need to conserve materials and energy calls for lighter and stronger metal components. The advantage of metals is their unique combination of plasticity (i.e. formability) and strength, which is governed by their complex structure. This structure is organized hierarchically on several length scales. In contrast to functional materials and polymers, this complexity has led to the common theoretical framework being not physics, but an engineering science: metallurgy. As a result, phenomenological models prevail.
The big obstacle to understand the underlying physics is the lack of visualization of the dynamics of the structure. From 2012 to 2019 I have developed a hard x-ray microscope for high-resolution 3D studies. Uniquely, this now allows us to zoom into the material and map grains and dislocations. This will enable 3D movies on all relevant length scales. No competing group will have anything similar within the next 5 years.
PMP will exploit this to unravel the physics of plasticity. For the first time, we can directly see the processes involved: the creation of dislocations, their self-organization, and subsequent creation of ever more complex patterns. At the same time, we can deduce the local stress. This will provide answers to longstanding core questions of metal science.
Current multiscale models of plasticity are not capable of predicting realistic patterns. The new data will guide theory and allow for direct comparison of models and experiment at all scales. PMP will develop a physics-based multiscale model of plasticity that for the first time can predict which patterns evolve when and where in the metal, and as a result greatly improve predictions of the macroscopic plasticity and strength.
If successful, we have created the instrumental and modelling foundation for a new paradigm in structural materials. This will support the ultimate vision of materials and process design in computer models rather than trial and error in the lab.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- AgrarwissenschaftenLandwirtschaft, Forstwirtschaft und FischereiLandwirtschaftGetreide und Ölsaaten
- NaturwissenschaftenChemiewissenschaftenPolymerwissenschaft
- NaturwissenschaftenNaturwissenschaftenOptikMikroskopie
- Technik und TechnologieWerkstofftechnikMetallurgie
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2019-ADG
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