예리함 유지: 연구원들은 재료가 어떻게 작용하는지 연구하기 위해 일상적인 상점 도구를 사용합니다.

Jul 29, 2023

텍사스 A&M 대학의 연구원들은 전통적인 제조 도구인 금속 절단을 사용하여 극한 조건에서 금속의 거동을 이해하기 위한 보다 접근하기 쉬운 방법을 개발하고 있습니다.

날카로운 칼을 사용하여 금속 표면에서 재료의 얇은 층을 긁어내는 금속 절단(우리가 버터를 긁는 방법과 다르지 않음)은 재료 특성을 연구할 때 가장 먼저 떠오르는 것이 아닐 수도 있습니다. 그러나 박사님. Wm Michael Barnes '64 산업 및 시스템 공학과의 조교수인 Dinakar Sagapuram과 Hrayer Aprahamian은 이 공정이 다양한 변형 조건에서 재료 거동을 예측할 수 있는지 확인하고 싶었습니다. 그들의 팀에는 산업 및 시스템 공학 박사 과정 학생인 Harshit Chawla와 인도 하이데라바드 기술 연구소(Indian Institute of Technology Hyderabad)의 조교수인 Dr. Shwetabh Yadav가 포함되었습니다.

Chawla는 "가혹한 기계적 조건에서 재료가 어떻게 변형되고 실패하는지에 대한 지식은 제조 공정, 차량 충돌 테스트, 국방 관련 응용 분야에 대한 충격 테스트를 비롯한 다양한 기술 응용 분야를 연구하고 개발하는 데 필수적입니다."라고 말했습니다.

절단 공정에는 금속을 높은 속도로 국부적으로 전단하거나 변형시키는 작업이 포함되기 때문에 팀은 재료의 강도, 소성 변형에 대한 저항성 또는 되돌릴 수 없는 형상 변화에 대한 기본적인 정보를 제공할 수 있다고 가정했습니다.

Sagapuram은 “이 연구는 재료 과학자와 물리학자가 자신의 이론을 테스트하는 데 사용할 수 있는 '특성 테스트'로서 금속 절단에 대한 새롭고 흥미로운 응용 프로그램을 열어줍니다. “높은 변형률 하에서 금속 가소성에 대한 수학적 이론의 수는 실험 데이터를 훨씬 능가합니다. 따라서 금속 절단을 사용하여 얻은 특성 정보는 어떤 이론이 타당하고 어떤 이론이 유효하지 않은지 테스트할 수 있습니다.”

팀은 고속 카메라를 사용하여 날카로운 절단 도구를 만났을 때 금속이 어떻게 변형되고 절단되는지 관찰한 다음 이 정보를 사용하여 기본 특성 정보를 추론합니다. 그러나 중요한 과제는 시각적 고속 이미징 데이터에서 고유한 재료 특성을 얻는 데 있습니다. 금속 절단은 Aprahamian의 전문 분야는 아니지만 Sagapuram과의 파트너십을 통해 새로운 아이디어와 수치 기법이 탄생했습니다.

"이 연구의 중요한 측면은 전역 최적성을 보장하는 수학적 최적화 기술을 확립하여 최상의 솔루션을 달성하는 것입니다."라고 Aprahamian은 말했습니다. "그렇지 않으면 만족스러워 보이는 솔루션을 얻을 수도 있지만 재료를 정확하게 설명하지 못할 수도 있습니다."

오늘날 사용되는 테스트 방법에 비해 금속 절단의 장점은 간단하고 기존 테스트로는 달성하기 어렵지만 다양한 엔지니어링 응용 분야의 관점에서 중요한 다양한 조건을 생성할 수 있다는 것입니다.

Sagapuram은 “현재 상당한 어려움을 겪고 있는 재료 특성을 결정하기 위한 편리한 방법으로 절단을 사용할 수 있다는 점에 매우 기대하고 있습니다.”라고 말했습니다. "원칙적으로 매우 간단하기 때문에 이제 기계 공장에 접근할 수 있는 사람은 누구나 정교한 테스트 기능 없이도 재료 데이터를 얻을 수 있습니다."

이 팀은 최근 Proceedings of the Royal Society A 저널에 연구 결과를 발표했으며 작업의 수치 기법에 대한 또 다른 논문을 발표했습니다. 국립과학재단(National Science Foundation)의 보조금이 이 연구를 지원합니다.

Sagapuram은 팀이 최근 Texas A&M University System National Laboratories Office의 지원을 받는 Los Alamos National Laboratory와 협력하여 실험실 현장에서 사용할 수 있는 보다 확립된 재료 동적 강도 테스트 플랫폼과 데이터를 교차 비교하기 시작했다고 말했습니다. 이러한 연구는 방법을 검증하고 동일한 금속에 대한 다양한 실험이 일관된 데이터를 제공하는지 확인하는 데 기여할 것입니다.

Aprahamian은 수학적 기술을 개발하기 위한 그들의 작업이 재료 특성화 외에도 잠재적인 응용 가능성을 가지고 있다고 말했습니다.