Descrizione del progetto
I pionieristici modelli di metalli multiscala apriranno la strada a nuove applicazioni
Negli ultimi 50 anni, i polimeri e i compositi hanno gradualmente sostituito i metalli in svariate applicazioni, in gran parte grazie al loro peso leggero rispetto alla forza. Tuttavia, possono anche evidenziare falle raramente evidenziate nei metalli. La progettazione di metalli più leggeri e più resistenti che sfruttano la combinazione unica di resistenza e deformabilità (plasticità) dei polimeri richiede una dettagliata caratterizzazione della dinamica strutturale. Gli ingegneri devono essere in grado di comprendere e prevedere il comportamento del metallo in relazione a tutte le scale di struttura, dai difetti (dislocazioni) responsabili della plasticità all’interno dei piccoli granelli di cristallo che compongono il metallo solido, fino al componente finale. Il progetto PMP, finanziato dall’UE, sta sfruttando il suo pionieristico microscopio a raggi X duri per studi 3D ad alta risoluzione che per la prima volta porteranno a complessi modelli fisici multiscala della plasticità del metallo sotto sforzo. I modelli colmeranno un’importante lacuna e apriranno la via a nuove applicazioni.
Obiettivo
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.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
- scienze agricoleagricoltura, silvicoltura e pescaagricolturacereali e semi oleosi
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2800 Kongens Lyngby
Danimarca