Ssylka

Возможно ли предсказать прочность материала без сложных вычислений?

Современная промышленность остро нуждается в новых сверхпрочных материалах, способных выдерживать экстремальные нагрузки и сохранять свои свойства в различных условиях. Разработка таких материалов — сложный процесс, требующий не только понимания их структуры, но и точного предсказания механических свойств, таких как твердость. Твердость, определяющая устойчивость материала к деформациям и повреждениям, измеряется путем вдавливания в него индентора, и является критически важным показателем. Новые модели твердости могут стать ключом к созданию более прочных и долговечных изделий.
Возможно ли предсказать прочность материала без сложных вычислений?
Изображение носит иллюстративный характер

Традиционные методы, использующие химические связи, ионизацию, электроотрицательность и модули упругости, часто оказываются недостаточно точными и сложными в применении. Ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) представили новый, физически интуитивный подход к этой задаче. Исследовательская группа, в составе которой аспирант Фаридун Джалолов и профессор Александр Квашнин, разработала модель, способную предсказывать твердость материала, основываясь на всего двух параметрах: модуле сдвига и производной модуля объемного сжатия по давлению.

Модуль сдвига характеризует сопротивление материала деформациям сдвига, а производная модуля объемного сжатия по давлению отражает влияние температуры на твердость. Оба эти параметра могут быть получены как путем простых расчетов, так и экспериментально, что делает новую модель очень удобной для практического использования. В отличие от существующих методов, модель учитывает пространственную зависимость (анизотропию) твердости, обусловленную модулем сдвига, а также влияние температуры, благодаря производной модуля объемного сжатия по давлению. Модель оказалась точной не только для обычных твердых, но и для сверхтвердых материалов.

Эффективность новой модели подтверждена экспериментальными данными и результатами моделирования с применением машинного обучения. Для проверки точности модели исследователи использовали такие материалы, как диборид рения (ReB2) и карбид бора (B4C), известные своей высокой твердостью. Результаты, полученные с помощью новой модели, полностью совпали с экспериментальными измерениями, что подтверждает ее высокую точность и надежность.

Работа, озаглавленная «Физически интуитивная анизотропная модель твердости» ("Physically intuitive anisotropic model of hardness"), была опубликована в 2024 году в журнале Physical Review Materials (DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.8.123601) и размещена в архиве препринтов arXiv (DOI: 10.48550/arxiv.2412.). Это исследование открывает новые перспективы для быстрой и точной оценки твердости новых материалов, что является важным шагом на пути создания более прочных и долговечных изделий в различных отраслях промышленности.

Этот прорыв в области материаловедения дает возможность не только ускорить разработку новых материалов, но и снизить затраты на их тестирование. Ученые надеются, что их разработка станет важным инструментом для инженеров и материаловедов по всему миру. Новая модель твердости от Сколтеха – это формула и новый взгляд на свойства материалов, делающий их предсказуемыми и управляемыми.


Новое на сайте

16950Физический движок в голове: как мозг разделяет твердые предметы и текучие вещества 16948Почему символ американской свободы был приговорен к уничтожению? 16947Рукотворное убежище для исчезающих амфибий 16946Какую тайну хранит жестокая жизнь и загадочная смерть сестер каменного века? 16945Скрывает ли Плутон экваториальный пояс из гигантских ледяных клинков? 16944Взгляд на зарю вселенной телескопом Джеймса Уэбба 16943От сада чудес до протеина из атмосферы 16942Кратковременный сон наяву: научное объяснение пустоты в мыслях 16941Спутники Starlink создают непреднамеренную угрозу для радиоастрономии 16940Аутентификационная чума: бэкдор Plague год оставался невидимым 16939Фиолетовый страж тайских лесов: редкий краб-принцесса явился миру 16938Хроники мангровых лесов: победители фотоконкурса 2025 года 16937Танцевали ли планеты солнечной системы идеальный вальс? 16936Ай-ай: причудливый лемур, проклятый своим пальцем