Металлические стекла - сплавы, лишенные кристаллической структуры, обычно присутствующей в металлах, - представляют собой интересную исследовательскую цель для дразнящих применений, включая искусственные суставы и другие медицинские имплантаты. Однако трудности, связанные с прогнозированием количества энергии, выделяемой этими материалами при разрушении, замедляют разработку продуктов на основе металлического стекла.
Недавно пара исследователей из Политехнического института Ренсселера в Трое, штат Нью-Йорк, разработала новый способ моделирования на атомном уровне поведения металлических стекол при их разрушении. Этот новый метод моделирования может улучшить компьютерный дизайн материалов и помочь исследователям определить свойства металлических стекол. Дуэт сообщает о своих выводах в Journal of Applied Physics от AIP Publishing.
«Однако до сих пор не существовало жизнеспособного способа измерения качества, известного как «энергия разрушения», одного из наиболее важных свойств разрушения материалов при моделировании на атомном уровне», - сказал Юньфэн Ши, автор на бумаге.
Энергия разрушения - фундаментальное свойство любого материала. Он описывает общую энергию, высвобождаемую на единицу площади вновь созданными поверхностями разрушения в твердом теле. «Знание этого значения важно для понимания того, как материал будет вести себя в экстремальных условиях, и может лучше предсказать, как любой материал выйдет из строя», - сказал Бинхуи Дэн, другой автор статьи.
В принципе, любой сплав можно превратить в металлическое стекло, контролируя производственные условия, такие как скорость охлаждения. Чтобы выбрать подходящий материал для конкретного применения, исследователям необходимо знать, как каждый сплав будет вести себя под нагрузкой.
Чтобы понять, как разные сплавы ведут себя в разных условиях, исследователи использовали вычислительный инструмент, называемый молекулярной динамикой. Этот метод компьютерного моделирования учитывает силу, положение и скорость каждого атома в виртуальной системе.
Кроме того, расчеты для модели постоянно обновляются информацией о том, как трещины распространяются по образцу. Этот тип эвристического компьютерного обучения может лучше всего аппроксимировать реальные условия, учитывая случайные изменения, такие как трещины в материале.
Их модель учитывает сложное взаимодействие между потерей накопленной упругой энергии из-за извержения трещины и тем, насколько вновь созданная площадь поверхности трещины компенсирует эту потерю энергии.
«Компьютерный дизайн материалов сыграл значительную роль в производстве, и в будущем ему суждено сыграть гораздо большую роль», - сказал Ши.