美国空军与国家实验室、大学和工业合作，通过创建新的工程范式来提高飞机的安全性和燃油效率，确保其保持在全球安全的前沿。
涡轮盘。由空军研究实验室提供。
亚博网站下载空军研究实验室的材料研究工程师与国家实验室合作，建立缺陷模型，并在颗粒级研究材料，努力开发和推进军事人员使用的系统设计，包括飞机。
传统上，工程师采用一种均质化结构物理特性的方式来进行组件设计。通过优化这一过程，在组件的寿命方面取得了重大成就。现在，工程师们正在深入研究将这种材料的子结构融入设计过程中。亚博网站下载
为了满足对微观结构数据的战略需求，一个由不同的科学家和工程师组成的团队开发了一种新的能力，可以在三维空间中无损地绘制材料的子结构和颗粒级应力。该团队由来自AFRL、美国能源部阿贡国家实验室的高级光子源、能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室、卡内基梅隆大学和PulseRay的研究人员组成。
该团队首次在机械测试中集成了三种高能同步x射线技术:
- 利用远场高能衍射显微镜(HEDM)量化每个晶粒的平均弹性应变和应力张量;
- 利用近场HEDM绘制晶粒形状和晶粒间的局部晶体取向;而且,
- 利用微造影术跟踪空洞和裂纹的形成和扩展。
这些独一无二的数据集提供了对变形的洞察，并形成了建模工具开发和验证的基本基础。目前，该性能已应用于镍和钛合金。
金属材料，比如那些亚博网站下载在飞机上发现的材料，具有方向性。通过改变材料的加工条件，设计师可以定制微观结构，为预期的应力和温度环境提供优化的性能。特定地点设计已经进入了航空工业和空军机队，但由于需要大量的测试项目，目前仅限于少数部件。这种方法对于渐进式的改变很有效，但限制了革命性新材料的开发，比如用于发动机涡轮盘的材料，因为它需要在几十年的时间里投入数百万美元。亚博网站下载
随着这些新的微结构建模工具的开发和验证，这些工具可以预测材料的行为，包括可变性和不确定性，通过释放材料使用能力、安全性和燃料效率的真正潜力，工程设计可以发生革命性的变化。亚博网站下载受这些技术进步影响的材料的规模经济有可能节省数十亿美元亚博网站下载。
“访问这个数据——无损——在传统的形变场测试提供了一个独特的机会去此前悬而未决的问题并打开新的领域的研究,”Jay Schuren表示,项目的主要研究者和空军研究实验室材料研究工程师。亚博网站下载
APS为该小组提供了该国唯一的x射线束线，用于原子分辨率下埋藏界面的非破坏性原位结构研究。HEXD光束线利用了APS的高能x射线的穿透能力和它们的高亮度，这使科学家能够检查小区域。这种组合非常适合测量应变来研究极端操作条件下的应力，如热-机械变形。通过使用这些独特的工具来查明设计和加工过程中的材料缺陷，科学家可以获得创造高性能新材料所需的知识。亚博网站下载
“这类研究表明，政府、行业和学术界可以如何携手提高国家安全，进一步提高能源效率，”乔恩·阿尔默(Jon Almer)说。他是阿贡x射线科学部的物理学家，也是该研究小组的成员。亚博老虎机网登录
这项研究的资金由国防部和大学资助。APS的使用是由能源部资助的。
阿贡国家实验室寻求解决紧迫的国家科学和技术问题。亚博老虎机网登录阿贡是美国第一个国家实验室，在几乎所有科学学科中进行前沿的基础和应用科学研究。阿贡的研究人员与数百家公司、大学、联邦、州和市政机构的研究人员密切合作，帮助他们解决自己的具体问题，提高美国的科学领导地位，并为更好的未来做好准备。拥有来自60多个国家的员工，阿贡由美国能源部科学办公室芝加哥阿贡有限责任公司管理。亚博老虎机网登录
阿贡国家实验室的先进光子源是由美国能源部科学办公室支持的五个国家同步辐射光源之一，用于开展应用和基础研究，以理解、预测和最终控制电子、原子和分子水平上的物质和能量，亚博老虎机网登录为新能源技术提供基础，并支持美国能源部在能源、环境和国家安全方面的任务。如欲了解更多有关科学室使用x光设备的资料，请浏览科学室网站。亚博老虎机网登录
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)发明了一种工具，将原始的实验测量数据转化为材料响应的物理方面及其在载荷下的演化，这有助于调整未来的实验以及获得的整体见解。这项工作建立在LLNL在计算材料和高性能计算方面的优势之上。亚博网站下载从这些实验方法中获得的见解对许多国家安全领域产生了广泛的影响。LLNL的工作得到了实验室指导研究与发展计划的部分支持。
成立于1952年的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(www.llnl.gov)通过创新的科学、工程和技术，为我们国家最重要的国家安全挑战提供解决方案。亚博老虎机网登录劳伦斯利弗莫尔国家实验室由劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司管理，隶属于美国能源部的国家核安全管理局。
来源:http://www.anl.gov/