Le logiciel intégré de conception informatique des matériaux simule des tests de matériaux complexes

Le premier siècle de vols humains – au-dessus des nuages ​​et dans l’espace – s’est appuyé sur une approche largement analogique de l’ingénierie des matériaux. Les progrès au fil des années ont été constants à mesure que la technologie progressait pour élargir continuellement notre compréhension de ce qui était possible.

Aujourd’hui, la transformation numérique des matériaux a radicalement changé l’industrie, et l’évolution se poursuit aujourd’hui. L’expérimentation par essais et erreurs appartient désormais au passé, car davantage d’erreurs peuvent être détectées bien avant qu’un vol d’essai puisse avoir lieu.

L'un des outils à la tête de la révolution estICMD® de QuesTek (Integrated Computational Materials Design). Son impact sur les matériaux, la fabrication et la conception aérospatiale est déjà évident. Les délais de création, de test et de certification de nouveaux matériaux peuvent être réduits de moitié, supprimant ainsi des années d'expérimentation et des millions de dollars de l'équation.

Mais l’ICMD contribue également à pousser la technologie plus loin, en résolvant les problèmes existants qui limitent actuellement les limites de ce que les humains peuvent faire et où nous pouvons aller. ICMD utilise une modélisation basée sur la physique computationnelle et des boîtes à outils puissantes pour permettre la conception de matériaux, la qualification et la certification accélérées, l'informatique, l'analyse et la simulation. Cette approche simule des systèmes complexes de test de matériaux pour différents attributs de performance.

Qu'il s'agisse de créer de nouveaux matériaux ou d'améliorer les propriétés de matériaux existants, les capacités ICMD de QuesTek reposent sur quatre piliers principaux.

Conception en alliage La conception en alliage apporte des matériaux totalement nouveaux à l’industrie. Pour obtenir de meilleures performances, les fabricants de l'aérospatiale doivent accéder à des matériaux dotés de propriétés qui n'existaient pas auparavant. En utilisant ICMD, ils peuvent concevoir, développer, qualifier et déployer de nouveaux matériaux dans des composants de vol critiques.

Cela commence par une liste de propriétés cibles du matériau qu’ils souhaitent atteindre. Par exemple, les matériaux existants pour les composants de pompes à carburant et les boîtiers des lanceurs spatiaux soumis à de l'oxygène à haute pression peuvent avoir une bonne résistance à la brûlure. Mais cette résistance à la brûlure diminue avec les ajouts d’alliages nécessaires à la résistance, à la corrosion et à l’oxydation.

Les alliages disponibles dans le commerce sont moins résistants et n'ont pas de résistance significative à la brûlure. L'ICMD peut identifier des concepts métallurgiques potentiels qui pourraient conduire à atteindre cet objectif.

Grâce à l'ingénierie informatique intégrée des matériaux (ICME) – qui consiste à relier le traitement, la microstructure, les propriétés et les performances d'un matériau en reliant les informations de deux ou plusieurs modèles ou codes de simulation validés – des compositions prometteuses sont calculées, prototypées, testées et démontrées comme étant aller dans la bonne direction vers l’amélioration nécessaire.

La modélisation est également appliquée à la mise à l'échelle du matériau jusqu'à l'échelle de production, moment auquel le constructeur aérospatial prend le relais et, après plusieurs années de tests et de qualification, le produit prend son envol.

QuesTek est le chercheur principal du projet pour unProgramme ARPA-E avec les collaborateurs Pratt et Whitney, la NASA et l'Université du Minnesota. Le programme se concentre sur le développement de matériaux de nouvelle génération pour les aubes de turbine destinées aux moteurs à réaction. Les aubes des turbines aérospatiales sont fabriquées à partir de superalliages de nickel, et ce depuis de nombreuses années. Mais l'industrie a besoin d'une lame qui pourrait fonctionner plus chaudement pour la rendre plus économe en carburant.

L’objectif est d’augmenter la température de fonctionnement d’un moteur à réaction de 200°C. Le processus comprend le passage à un matériau à base de niobium au lieu du nickel. QuesTek utilise son logiciel ICMD pour concevoir une série d'alliages de niobium qui obtiennent des propriétés personnalisées au sein du composant au centre et au bord de l'aube de turbine.

Dans un autre exemple,Boeing et QuesTek ont ​​collaboré dans un programme America Makes pour imprimer en 3D deux matériaux très différents ensemble pour un composant avec un matériau sur une partie et un deuxième matériau sur une autre partie. QuesTek a été chargé de développer les dégradés de composition précis pour une impression réussie.