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IBM Y LLNL MUESTRAN PRONÓSTICOS AVANZADOS DE RESISTENCIA DEL MATERIAL

Hola de nuevo. Te escribe Simón Sánchez y esta vez vamos a hablar sobre IBM Y LLNL MUESTRAN PRONÓSTICOS AVANZADOS DE RESISTENCIA DEL MATERIAL

NOTICIAS DE CIENCIA E INGENIERÍA

San José, CA – Un equipo de científicos de IBM y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han demostrado un gran avance en la simulación de la resistencia de los materiales utilizando computadoras.

Usando una de las supercomputadoras más poderosas del mundo como microscopio computacional, los científicos pueden mirar en profundidad los materiales simulados para revelar cómo se rompen, así como qué los hace fuertes o débiles, rígidos o flexibles. Calcular la resistencia de los nuevos materiales es un problema crítico en la creación de estructuras tan pequeñas como microprocesadores, o tan grandes como edificios o aviones, que resistirán las fuerzas a las que se enfrentan en el mundo real.

Los hallazgos de los científicos también son un paso importante hacia el uso de supercomputadoras para diseñar nuevos materiales con propiedades personalizadas, como resistencia, dureza y tenacidad.

«La fractura repentina e inesperada de un material puede tener consecuencias devastadoras, como durante un terremoto o la falla de la estructura de un avión», dijo Farid F. Abraham, investigador del Centro de Investigación Almaden de IBM en San José, California. que guió el esfuerzo del grupo. «Las supercomputadoras actuales y nuestro software innovador nos permiten comprender sus propiedades y cómo se deforman y rompen mucho mejor».

En los cálculos informáticos más extensos de su tipo hasta la fecha, los científicos han utilizado la supercomputadora ACSI White, que fue construida el año pasado por IBM para LLNL, para crear y luego deformar cubos simulados de hasta mil millones de átomos. Técnicas creativas de visualización por computadora han revelado el funcionamiento interno de la respuesta de los átomos al estrés: imágenes y videos asombrosos que muestran grietas que se mueven a velocidades supersónicas asombrosas, así como la maraña de defectos que se expanden profundamente dentro del cubo y que pueden endurecerse. un material resistente y flexible hasta el punto de quebrarse.

«La gestión de datos fue un proyecto de investigación en sí mismo», dijo el físico de LLNL Tomás Díaz de la Rubia. «Ver y navegar enormes conjuntos de datos como estos es un hito en el proyecto de la Iniciativa de Computación Estratégica Acelerada (ASCI) que hemos logrado».

Los detalles y resultados de los experimentos de simulación por computadora se publican en dos artículos técnicos y en la ilustración de portada de la edición Online del martes (30 de abril) de las prestigiosas Proceedings of the National Academy of Sciences. Puede ver vídeos e imágenes fijas impresionantes de la simulación por ordenador en: http://www.research.ibm.com/resources/news/20020429_fracture_simulation.shtml

El primer artículo describe una simulación de 20 millones de átomos que muestra cómo las fracturas frágiles pueden viajar mucho más rápido de lo que la teoría predijo anteriormente. Este hallazgo debería ser importante para ayudar a los científicos a comprender una amplia gama de fracturas, desde terremotos en la superficie hasta la falla repentina de compuestos reforzados con fibra, como los que se usan en los aviones. El segundo artículo cuenta una simulación de mil millones de átomos de «endurecimiento», el proceso por el cual la deformación fortalece un material pero puede debilitarlo si se exagera. Doblar un clip de papel hacia adelante y hacia atrás es un ejemplo de endurecimiento por trabajo: el metal es inicialmente bastante flexible, pero pronto se endurece y se rompe donde se ha sometido a tensiones repetidas. El endurecimiento por trabajo también fortalece los materiales durante el forjado, una importante técnica de fabricación ampliamente utilizada por las piezas de automóvil críticas para los palos de golf.

En cada una de las simulaciones, que tomaron hasta 10 días de cálculos ininterrumpidos, la supercomputadora calculó las fuerzas entre cada uno de los átomos y sus vecinos y sus posiciones cuando se separaron los bordes de un cubo o átomos irregulares. En la simulación de fractura frágil, se formó una grieta en la muesca y viajó rápidamente a través del material a medida que la tensión se concentraba en la punta de la fractura y rompía los enlaces químicos que mantenían unidos los átomos vecinos. Los científicos de IBM / LLNL encontraron que cuando al material se le da la propiedad de volverse más rígido, no más débil, como se señala, como es el caso de algunos polímeros y cauchos, la punta de la grieta puede viajar a través del material en forma supersónica (es decir, más más rápido que la velocidad del sonido en ese material). Este comportamiento se ha considerado imposible durante mucho tiempo. Pero en los últimos años, se han observado directamente, o sospechado, velocidades de fractura supersónicas, tanto en experimentos de laboratorio como en dos devastadores terremotos de 1999 en Turquía. La simulación de IBM / LLNL proporciona una base teórica sólida para estas afirmaciones y dará como resultado mejores herramientas para comprender y predecir el comportamiento de los terremotos y para diseñar nuevos materiales que puedan soportar fracturas frágiles.

En el cálculo del endurecimiento por trabajo, el material simulado se hizo para que fuera resistente, no frágil. Esto significaba que los átomos responderían inicialmente al estrés deslizándose unos sobre otros en lugar de simplemente separarse. Los átomos desplazados crean líneas de desalineación en la estructura periódica del material que se denominan dislocaciones. En un metal blando bajo tensión, tales dislocaciones simplemente atraviesan el material cuando se produce la deformación. Pero en un material más fuerte o más complejo, chocan varias dislocaciones, lo que detiene el movimiento atómico adicional en cada intersección. A medida que continúa la deformación, estas dislocaciones bloqueadas se acumulan, aumentando inicialmente la resistencia del material porque puede soportar una fuerza mayor. Pero si la tensión continúa, la densidad de las dislocaciones bloqueadas puede volverse tan grande que el material se vuelve quebradizo y se rompe.

Además de Abraham y Díaz de la Rubia, co-

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