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Aug 09, 2023

Software integrado de design de materiais computacionais simula testes de materiais complexos

O primeiro século de voos humanos – tanto acima das nuvens como no espaço exterior – foi apoiado por uma abordagem amplamente analógica à engenharia de materiais. O progresso ao longo dos anos foi constante à medida que

O primeiro século de voos humanos – tanto acima das nuvens como no espaço exterior – foi apoiado por uma abordagem amplamente analógica à engenharia de materiais. O progresso ao longo dos anos foi constante à medida que a tecnologia avançava para ampliar continuamente a nossa compreensão do que era possível.

Agora, uma transformação digital de materiais mudou drasticamente a indústria e a evolução continua até hoje. A experimentação por tentativa e erro está se tornando uma coisa do passado, já que mais erros podem ser descobertos muito antes de qualquer voo de teste ser realizado.

Uma das ferramentas que lideram a revolução éICMD® da QuesTek (Projeto Integrado de Materiais Computacionais). Seu impacto nos materiais, fabricação e design aeroespacial já é evidente. Os prazos para a criação, teste e certificação de novos materiais podem ser reduzidos pela metade, eliminando anos de experimentação e milhões de dólares da equação.

Mas o ICMD também ajuda a impulsionar a tecnologia, resolvendo problemas existentes que atualmente restringem os limites do que os humanos podem fazer e para onde podem ir. O ICMD usa modelagem baseada em física computacional e kits de ferramentas poderosos para permitir design de materiais, qualificação e certificação aceleradas, informática e análise e simulação. Esta abordagem simula sistemas complexos de teste de materiais para diferentes atributos de desempenho.

Seja criando novos materiais ou melhorando as propriedades dos existentes, existem quatro pilares principais nas capacidades de ICMD da QuesTek.

Projeto de liga O design da liga traz materiais completamente novos para a indústria. Para obter maior desempenho, os fabricantes aeroespaciais precisam de acesso a materiais com propriedades que não existiam antes. Ao usar o ICMD, eles podem projetar, desenvolver, qualificar e implantar novos materiais em componentes críticos de voo.

Começa com uma lista de propriedades alvo do material que pretendem alcançar. Por exemplo, os materiais existentes para componentes de bombas de combustível e carcaças para veículos lançadores espaciais submetidos a oxigênio de alta pressão podem ter boa resistência à queima. Mas essa resistência à queima diminui com as adições de liga necessárias para resistência, resistência à corrosão e resistência à oxidação.

As ligas disponíveis comercialmente têm menor resistência e não apresentam resistência significativa à queima. O ICMD pode identificar conceitos metalúrgicos potenciais que possam levar ao alcance da meta.

Através da engenharia computacional integrada de materiais (ICME) – que é a ligação do processamento, microestrutura, propriedades e desempenho de um material, unindo informações de dois ou mais modelos validados ou códigos de simulação – composições promissoras são calculadas, prototipadas, testadas e demonstradas como sendo caminhando na direção correta da melhoria necessária.

A modelagem também é aplicada para ampliar o material até a escala de produção, momento em que o fabricante aeroespacial assume o controle e, após vários anos de testes e qualificação, o produto decola.

QuesTek é o investigador principal do projeto para umPrograma ARPA-E com os colaboradores Pratt e Whitney, NASA e Universidade de Minnesota. O programa está focado no desenvolvimento de materiais de pás de turbina de próxima geração para motores a jato. As pás das turbinas aeroespaciais são feitas de superligas de níquel e já o são há muitos anos. Mas há uma necessidade da indústria de uma lâmina que possa aquecer mais para torná-la mais eficiente em termos de combustível.

O objetivo é aumentar a temperatura operacional de um motor a jato em 200°C. O processo inclui a mudança para um material à base de nióbio em vez de níquel. A QuesTek está usando seu software ICMD para projetar uma série de ligas de nióbio que alcançam propriedades personalizadas dentro do componente no centro e na borda da pá da turbina.

Em outro exemplo,Boeing e QuesTek colaboraram em um programa America Makes imprimir em 3D dois materiais muito diferentes juntos para um componente com um material em uma parte e um segundo material em outra parte. A QuesTek foi encarregada de desenvolver gradientes de composição precisos para uma impressão bem-sucedida.