Eine aktuelle Auszeichnung der US Protection Superior Analysis Tasks Company (DARPA) bringt Forscher des Massachusetts Institute of Expertise (MIT), der Carnegie Mellon College (CMU) und der Lehigh College (Lehigh) unter dem Dach zusammen Programm „Multiobjektives Engineering und Testen von Legierungsstrukturen“ (METALS).. Das Workforce wird neuartige Entwurfswerkzeuge für die gleichzeitige Optimierung von Kind- und Zusammensetzungsgradienten in Multimaterialstrukturen erforschen, die neue Hochdurchsatz-Materialprüftechniken ergänzen, wobei besonderes Augenmerk auf die Schaufelscheibengeometrie (Blisk) gelegt wird, die üblicherweise in Turbomaschinen (einschließlich Strahlmaschinen) zu finden ist und Raketentriebwerke) als beispielhaftes Herausforderungsproblem.
„Dieses Projekt könnte wichtige Auswirkungen auf ein breites Spektrum von Luft- und Raumfahrttechnologien haben. Erkenntnisse aus dieser Arbeit könnten zuverlässigere, wiederverwendbare Raketentriebwerke ermöglichen, die die nächste Technology von Schwerlastträgerraketen antreiben werden“, sagt Zachary Cordero, außerordentlicher Professor von Esther und Harold E. Edgerton am MIT Division of Aeronautics and Astronautics (AeroAstro). ) und der leitende Hauptforscher des Projekts. „Dieses Projekt verbindet klassische Mechanikanalysen mit modernsten generativen KI-Designtechnologien, um die plastischen Reserven von Legierungen mit abgestufter Zusammensetzung zu erschließen und einen sicheren Betrieb unter bisher unzugänglichen Bedingungen zu ermöglichen.“
Unterschiedliche Stellen in Blisks erfordern unterschiedliche thermomechanische Eigenschaften und Leistungen, wie z. B. Kriechfestigkeit, Kurzzeitermüdung, hohe Festigkeit usw. Bei der Produktion in großem Maßstab müssen bei der Konstruktion auch Kosten- und Nachhaltigkeitskennzahlen wie die Beschaffung und das Recycling von Legierungen berücksichtigt werden.
„Derzeit muss man sich bei Commonplace-Herstellungs- und Designverfahren ein einziges magisches Materials, eine einzige Zusammensetzung und Verarbeitungsparameter einfallen lassen, um die „Ein-Teil-Eins-Materials“-Vorgaben zu erfüllen“, sagt Cordero. „Gewünschte Eigenschaften schließen sich oft auch gegenseitig aus, was zu ineffizienten Design-Kompromissen und Kompromissen führt.“
Obwohl ein Ein-Materials-Ansatz für eine einzelne Stelle in einer Komponente optimum sein kann, kann er dazu führen, dass andere Stellen Fehlern ausgesetzt sind oder dass ein kritisches Materials durch ein gesamtes Teil transportiert werden muss, wenn es möglicherweise nur an einer bestimmten Stelle benötigt wird. Mit der rasanten Weiterentwicklung additiver Fertigungsverfahren, die eine voxelbasierte Zusammensetzungs- und Eigenschaftskontrolle ermöglichen, sieht das Workforce jetzt einzigartige Möglichkeiten für eine sprunghafte Leistung bei Strukturbauteilen.
Zu Corderos Mitarbeitern gehören Zoltan Spakovszky, T. Wilson (1953), Professor für Luftfahrt bei AeroAstro; A. John Hart, Professor der Klasse von 1922 und Leiter der Fakultät für Maschinenbau; Faez Ahmed, ABS Profession Improvement Assistant Professor für Maschinenbau am MIT; S. Mohadeseh Taheri-Mousavi, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der CMU; und Natasha Vermaak, außerordentliche Professorin für Maschinenbau und Mechanik an der Lehigh.
Die Experience des Groups umfasst hybride integrierte rechnergestützte Materialtechnik und auf maschinellem Lernen basierendes Materials- und Prozessdesign, Präzisionsinstrumentierung, Messtechnik, Topologieoptimierung, tiefe generative Modellierung, additive Fertigung, Materialcharakterisierung, Thermostrukturanalyse und Turbomaschinen.
„Es ist besonders lohnend, mit den Doktoranden und Postdoktoranden zusammenzuarbeiten, die am METALS-Projekt zusammenarbeiten, von der Entwicklung neuer rechnerischer Ansätze bis hin zum Bau von Prüfständen, die unter extremen Bedingungen arbeiten“, sagt Hart. „Es ist eine wirklich einzigartige Gelegenheit, bahnbrechende Fähigkeiten zu entwickeln, die den Antriebssystemen der Zukunft zugrunde liegen könnten, indem digitale Design- und Fertigungstechnologien genutzt werden.“
Diese Forschung wird von DARPA im Rahmen des Vertrags HR00112420303 finanziert. Die geäußerten Ansichten, Meinungen und/oder Erkenntnisse sind die des Autors und sollten nicht als offizielle Ansichten oder Richtlinien des Verteidigungsministeriums oder der US-Regierung interpretiert werden, und es sollte keine offizielle Billigung daraus abgeleitet werden.