Un premio reciente de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA) reúne a investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad Carnegie Mellon (CMU) y la Universidad Lehigh (Lehigh) en el marco del Proyecto de Ingeniería Multiobjetivo y Pruebas de Estructuras de Aleaciones (METALES). ) programa. El equipo investigará nuevas herramientas de diseño para la optimización simultánea de la forma y los gradientes de composición en estructuras de múltiples materiales que complementen nuevas técnicas de prueba de materiales de alto rendimiento, prestando especial atención a la geometría del disco de palas (blisk) que se encuentra comúnmente en las turbomáquinas (incluidos los aviones a reacción). y motores de cohetes) como un problema de desafío ejemplar.
“Este proyecto podría tener implicaciones importantes en una amplia gama de tecnologías aeroespaciales. Los conocimientos de este trabajo pueden permitir motores de cohetes más confiables y reutilizables que impulsarán la próxima generación de vehículos de lanzamiento de carga pesada”, dice Zachary Cordero, profesor asociado Esther y Harold E. Edgerton en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro ) y el investigador principal principal del proyecto. «Este proyecto combina análisis de mecánica clásica con tecnologías de diseño de IA generativa de vanguardia para desbloquear la reserva plástica de aleaciones clasificadas por composición, lo que permite una operación segura en condiciones que antes eran inaccesibles».
Diferentes ubicaciones en blisks requieren diferentes propiedades termomecánicas y rendimiento, como resistencia a la fluencia, fatiga de ciclo bajo, alta resistencia, etc. La producción a gran escala también requiere la consideración de métricas de costos y sostenibilidad, como el abastecimiento y el reciclaje de aleaciones en el diseño.
“Actualmente, con los procedimientos estándar de fabricación y diseño, uno debe encontrar un único material mágico, composición y parámetros de procesamiento para cumplir con las limitaciones de ‘un material de una parte’”, dice Cordero. «Las propiedades deseadas también suelen ser mutuamente excluyentes, lo que genera compromisos y compensaciones de diseño ineficientes».
Aunque un enfoque de un solo material puede ser óptimo para una ubicación singular de un componente, puede dejar otras ubicaciones expuestas a fallas o puede requerir que un material crítico se transporte a lo largo de toda una pieza cuando tal vez solo sea necesario en una ubicación específica. Con el rápido avance de los procesos de fabricación aditiva que permiten el control de propiedades y composición basado en vóxeles, el equipo ve que ahora son posibles oportunidades únicas para lograr un rendimiento superior en componentes estructurales.
Los colaboradores de Cordero incluyen a Zoltan Spakovszky, profesor T. Wilson (1953) de Aeronáutica en AeroAstro; A. John Hart, profesor de la promoción de 1922 y jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica; Faez Ahmed, profesor asistente de desarrollo profesional de ABS de ingeniería mecánica en el MIT; S. Mohadeseh Taheri-Mousavi, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en CMU; y Natasha Vermaak, profesora asociada de ingeniería mecánica y mecánica en Lehigh.
La experiencia del equipo abarca ingeniería de materiales computacional integrada híbrida y diseño de procesos y materiales basado en aprendizaje automático, instrumentación de precisión, metrología, optimización de topología, modelado generativo profundo, fabricación aditiva, caracterización de materiales, análisis termoestructural y turbomaquinaria.
«Es especialmente gratificante trabajar con los estudiantes de posgrado y los investigadores postdoctorales que colaboran en el proyecto METALS, que abarca desde el desarrollo de nuevos enfoques computacionales hasta la construcción de bancos de pruebas que funcionan en condiciones extremas», afirma Hart. «Es una oportunidad verdaderamente única para desarrollar capacidades innovadoras que podrían ser la base de los sistemas de propulsión del futuro, aprovechando el diseño digital y las tecnologías de fabricación».
Esta investigación está financiada por DARPA bajo el contrato HR00112420303. Los puntos de vista, opiniones y/o hallazgos expresados son los del autor y no deben interpretarse como representantes de los puntos de vista o políticas oficiales del Departamento de Defensa o del gobierno de los EE. UU. y no se debe inferir ningún respaldo oficial.
