100-letnia zagadka rozwiązana za pomocą superkomputerów

Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory rozwiązali zagadkę dotyczącą procesu, sprawiającego, że niektóre metale mogą wzmocnić swoją strukturę w trakcie obróbki mechanicznej, a inne już nie. Kwestia ta pozostawała bez odpowiedzi przez prawie 100 lat. Aby tego dokonać, wykorzystano aż trzy superkomputery.

Od setek lat wiadome jest, jak można hartować niektóre metale w taki sposób, aby dostosować je na własny użytek, lecz do niedawna tajemnicą pozostawało, czemu niektóre materiały takim procesom ulegały, a inne nie. Z tą kwestią mierzyły się zespoły metalurgów fizycznych prawie od wieku, lecz z odpowiedzią przyszły im dopiero superkomputery.

Z ich pomocą, naukowiec z Lawrence Livermore National Laboratory, Wasilija Bulatow, przeprowadził symulacje utwardzania metalu na poziomie atomowym, aby sprawdzić hipotezę o wpływie mechanizmu dyslokacji. Dopiero dzięki temu, można było sprawdzić proces utwardzania metalu w jego trakcie, co przedstawiono na poniższym filmie:

– Zamiast wyprowadzać proces utwardzania z podstawowych mechanizmów zachowania dyslokacyjnego, przeprowadziliśmy symulacje komputerowe na bardzo dużą skalę, sprowadzając proces na jeszcze bardziej podstawowy poziom – ruchu atomów, z których zrobiony jest kryształ – tłumaczy Bulatow. – W naszych symulacjach widzieliśmy dokładnie, jak ruch pojedynczych atomów przekłada się na ruch dyslokacji, które łączą się, by utwardzać metal.

Naukowcy wykazali, że notoryczne i stopniowe utwardzanie metali jest bezpośrednim wynikiem rotacji kryształów pod wpływem jednoosiowego naprężenia. Tym samym specjaliści wykazali, że podstawowe mechanizmy zachowania dyslokacyjnego są takie same na wszystkich etapach hartowania metalu.

Superkomputery ważnym kompanem w naukowców

W dzisiejszych czasach superkomputery odgrywają coraz ważniejszą rolę w rozwoju wszelkich dziedzin naukowych. Badania przeprowadzone przez zespół Bulatowa to nie jedyne, przy których korzysta się z takich maszyn.

Jeszcze niedawno japońska firma Fugaku modelowała wydajność masek chroniących przez rozprzestrzenianiem się koronawirusa właśnie za pomocą superkomputerów. Zespół odpowiedzialny za te badania przeprowadził symulacje, sprawdzające przepuszczalność popularnych materiałów, z których wykonane są maseczki i potwierdził, że najlepszą ochronę zapewniają najpowszechniejsze maski chirurgiczne 3-warstowowe wykonane z włókniny. W badaniu przepuściły one tylko 10% kropelek o średnicy 20 mikronów. Więcej o tym w naszym artykule.

Zdjęcie główne artykułu pochodzi z llnl.gov.

Oferty pracy z