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Les scientifiques utilisent maintenant des supercalculateurs pour tester le stress

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Avec les demandes croissantes en ressources de notre société alimentée par la technologie, les gens recherchent de plus en plus de moyens de cartographier la composition, les propriétés et le niveau de performance d'un certain nombre de matériaux, certains chercheurs braquant les projecteurs sur le graphène, tandis que d'autres sont prêts à créer nouveaux matériaux innovants de changement de forme.

Une partie de cette équation consiste également à examiner la façon dont les matériaux se comporteront dans une foule de conditions diverses. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs étudie une manière radicale de mesurer les contraintes subies par les matériaux en utilisant des supercalculateurs. Les supercalculateurs Jetstream et Comet ont été employés pour ce travail.

Au niveau atomique, les supercalculateurs ont été chargés de simuler des interactions de force impliquant des cristaux, chacun étant constitué de240,000 les atomes.

Un point de départ pour la recherche

Basant leurs travaux sur le concept de force divisé par surface basé sur la physique, ainsi que sur le concept qu'il y a un aspect symétrique à souligner, le supercalculateur a été développé essentiellement pour tester cette théorie, du niveau matériel au niveau atomique, avec le but "d'examiner les origines théoriques de la symétrie du tenseur de contraintes et d'identifier les hypothèses et les interprétations erronées qui conduisent à sa propriété symétrique."

Réviser les anciennes hypothèses

Les simulations de dynamique moléculaire menées via le supercalculateur ont permis aux chercheurs de remettre en question de nombreuses hypothèses théoriques sur le stress, principalement que la théorie de la symétrie tiendrait dans les tests de stress atomiques viriels et robustes.

«La propriété symétrique communément acceptée d'un tenseur de contraintes en mécanique continue classique est basée sur certaines hypothèses, et elles ne seront pas valides lorsqu'un matériau est résolu à une résolution atomistique.

[L] es formules de contrainte viriale atomique ou de contrainte de Hardy largement utilisées sous-estiment de manière significative la contrainte à proximité d'un concentrateur de contraintes tel qu'un noyau de dislocation, un fond de fissure ou une interface, dans un matériau en déformation », explique Liming Xiong, Iowa State University Aerospace Professeur adjoint en génie et co-auteur de l'article.

Les implications des simulations

La force de cette recherche est qu'elle offre une approche plus globale du stress qui produira des perspectives à la fois (1) micro et (2) échelle macro. Selon l'équipe, un tel niveau de modélisation à plusieurs échelles profitera aux chercheurs d'un large éventail de disciplines scientifiques, en particulier dans la conception du verre et du métal. Le facteur de brouillard, par exemple, pourrait être radicalement différent.

"Multiscale essaie de combler le continuum atomistique. Afin de développer une méthodologie de modélisation multi-échelles, nous devons avoir des définitions cohérentes pour chaque quantité à chaque niveau. Ceci est très important pour l'établissement d'un calcul concomitant atomistique-continuum auto-cohérent outil.

Avec cet outil, nous pouvons prédire les performances des matériaux, les qualités et les comportements de bas en haut. En considérant simplement le matériau comme une collection d'atomes, nous pouvons prédire ses comportements. Le stress n'est qu'un tremplin. Avec cela, nous avons les quantités nécessaires pour combler le continuum », a déclaré Xiong.

Des détails sur l'étude figurent dans un article intitulé "Asymétrie du tenseur de contrainte au niveau atomique dans les matériaux homogènes et inhomogènes", publié le 5 septembre dans le Actes de la Royal Society A journal.


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