خواص ترمومکانیکی دسته جدیدی از مواد کشف شد
گروهی از پژوهشگران به سرپرستی کارل متیوس، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک محاسباتی از گروه هوا فضای دانشگاه نوتردام، در مقاله جدیدی چگونگی شرح آماری دقیق مواد ریز ذره ناهمگن را توصیف کردند که این مواد ریز ذره در نظریه‌های میکرومکانیک آماری استفاده می‌شوند و ویژگی‌های ترمومکانیکی کلی را کنترل می‌کنند. این توصیف آماری دقیق با استفاده از یک طرح درون‌یابی/ انتگرال‌گیری انطباقی در بزرگترین ابر‌رایانه‌های موازی محاسبه شد. تعیین کمیت مورفولوژی سیستم‌های چندجسمی کاربردهای بسیاری در زمینه‌های علمی متفاوت با انواع مقیاس‌های طولی از تنظیمات مولکولی تا مواد مرکب ساختاری و اجرام آسمانی دارد.
متیوس می‌گوید: «از قرن‌ها پیش، ذهن‌های بزرگی مانند کپلر، ماکسول و اینیشتین خصوصیات آماری سیستم های چندجسمی و مفهوم ساختارهای کوچک مقیاس را درانتقال ماکروسکوپی و ویژگی‌های مکانیکی مورد بررسی قرار می‌دادند. برای اولین بار، ما توانستیم ویژگی‌های بسته جامدات افلاطونی دانه‌ای (کریستالی) را پیش‌بینی کنیم و اثر کلی شکل آنها بر رفتار حرارتی مکانیکی‌شان کشف کنیم. بر اساس کار ما، از این پس می‌توان دسته بزرگی از مواد با درخود داری اختیاری را به راحتی مورد مطالعه قرار داد. در هندسه اقلیدسی، یک جسم افلاطونی، یک چندوجهی منتظم و محدب با وجه‌هایی به‌صورت چندضلعی منتظم هم‌نهشت است که تعداد یکسانی از وجه‌ها در هر رأس با یکدیگر برخورد می‌کنند.»
سیستم‌های چندجسمی شاخه‌ای از دینامیک است که به مطالعه نیرو و شتاب در سیستم‌های صلب یا انعطاف‌پذیر که توسط اتصالاتی همچون پین، لولا، مفصل کشویی، مفصل همه‌کاره و … به همدیگر وصل شده‌اند می‌پردازد. مطالعه این علم برای طراحی و تحلیل مکانیزم‌ها ضروری است.
این تحقیق بخشی از استراتژی مدل سازی چند مقیاسی و داده محور(مبتنی بر تصویر) گروه متیوس است، که در آن محاسبات توسط داده‌های تجربی میکرو ساختاری انجام می‌شوند.
متیوس می‌گوید: «در این تحقیق، من مواد ناهمگن و چند منظوره را در محیط‌های بی‌کران با ابزارهای محاسباتی و تجربی مورد مطالعه قرار دادم. این مواد در زندگی روزمره ما ضروری هستند و در مهندسی زیستی، خودروسازی، صنایع هوافضا، سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) و کاربردهای دیگر استفاده می‌شوند. مواد چند منظوره ناهمگن چندین نقش محوری، از جمله پشتیبانی ساختاری، قابلیت خود ترمیمی، تولید برق و ذخیره‌سازی، کاهش استرس و فیلترینگ زیستی دارند.»
ماده ناهمگن ماده‌ای است که بیش از یک فاز داشته باشد و فازهای چنین ماده‌ای حدود مرزی مشخصی دارند، به آسانی قابل تشخیص هستند، ترکیب ثابتی ندارند، مخلوط هستند و هر فاز، خواص مخصوص به خود را دارا است.
« بر توابع به ظاهر ساده و ظریف این مواد مجموعه‌ای ازعلوم فیزیک، مکانیک و شیمی حکم‌فرما هستند که درک ما را از روابط بین ویژگی‌های آماری-ریزساختاری مورد محک قرار می‌دهند. اگر اطلاعات آماری مرتبه بالاتر در تجزیه و تحلیل چند مقیاسی این مواد لحاظ شوند می‌توان آنها را بهتر درک کرد. هدف من پیشبرد درک کامل مکانیک و علم مواد از طریق توسعه روابط بین ویژگی‌های آماری-ریزساختاری است که می تواند به توسعه مواد جدید کمک کند.»
متیوس اشاره می‌کند که گام بعدی در مسیر این تحقیق، درک تاثیر سطح مشترک مواد و ناهمسانگردی (رفتار وابسته به جهت مواد) آنها است. اگر خصوصیتی به جهت‌گیری آن در فضا بستگی داشته باشد، آن خصوصیت ناهمسانگرد (انیزوتروپ) است.
متیوس در نهایت می‌گوید: « گسترش این مدل‌ها و در نظر گرفتن ویژگی‌های سطح مشترک و رفتار آنها یک چالش بزرگ است. همچنین بسیاری از مواد، ناهمسانگرد هستند و تعیین کمیت ناهمسانگردی مرتبه بالاتر آنها هنوز یک سوال بی‌پاسخ باقی مانده است. علاوه بر این، ارتباط دادن این تحقیق با تکنیک‌های توصیف مبتنی بر تصویر، مانند توموگرافی میکرو رایانه‌ای که به یک روش متداول برای به دست آوردن وصف میکروسکوپی واقعی جهت تجزیه و تحلیل سیستم‌های مواد واقعی تبدیل شده است، گام بعدی ما خواهد بود.
No tags for this post.
