Proyectos
SIMULACIÓN MULTIESCALA PARA LA ESTIMACIÓN DE LOS CAMPOS DE ESFUERZO Y DEFORMACIÓN EN SISTEMAS POLICRISTALINOS SOMETIDOS A ALTA TEMPERATURA
Resumen
Uno de los principales desafíos que enfrentan las estructuras diseñadas para operación a alta temperatura, esto es turbinas a gas, reactores, plantas de producción química, tuberías de conducción de gases calientes a alta presión, es la estimación de la vida útil en los regímenes de deformación plástica y previa al detrimento del material. A altas temperaturas, el estado de esfuerzos al que está sometido el material, aún por debajo del límite de cedencia, puede inducir deformaciones permanentes durante servicio. Esta conducta tiempo-dependiente se denomina Creep y es observada en materiales policristalinos tanto cerámicos como metálicos. Las temperaturas a las cuales los sistemas policristalinos comienzan a deformarse por Creep dependen del punto de fusión (TM). Como regla general, se acepta que para metales estas deformaciones ocurren a temperaturas superiores a 0.3TM; para cerámicos a temperaturas superiores de 0.5TM. El principal proceso que contribuye a la de deformación del material es la difusión asistida por esfuerzos junto con el deslizamiento de las fronteras de grano. Estudios extensivos han sido desarrollados para estudiar los mecanismos de Creep en diferentes regímenes de temperatura y esfuerzos aplicados. A baja condición de esfuerzos y alta temperatura, el deslizamiento de fronteras de grano mediado por difusión es el mecanismo gobernante, esto es Coble Creep. Además, de los resultados experimental con los que cuenta la comunidad académica, modelos analíticos y computacionales han sido propuestos para explicar la física detrás del proceso de deformación. Sin embargo, estas aproximaciones se han limitado a describir el proceso en estructuras altamente regulares e idealizadas y los regímenes de esfuerzos, deformaciones y temperaturas en las fronteras de grano de los sistemas policristalinos afectan drásticamente las propiedades mecánicas del material. Adicional a esto, es conocido que la velocidad de deformación por Coble Cree pis inversamente proporcional con el tamaño de grano medio de la estructura policristalina, debido a esto es imperativo estudiar las velocidades de deformación en las fronteras de granos de estructuras no homogéneas para obtener una idea realista del proceso de deformación y poder determinar con precisión los campos de esfuerzos y deformaciones para una variedad amplia de características microestructurales. Siguiendo los trabajos clásicos de Herring, quien estableció que el potencial químico a escala atómica estaba en términos del estado de esfuerzos en las fronteras de grano y la curvatura libre superficial, grande progresos han sido desarrollados en el modelamiento de la conducta del material controlada por difusión en estado sólido. Progresos similares también sido alcanzados en el estudio de la migración de las fronteras de grano, las cuales han resultado en el desarrollo de modelos macroscópicos de crecimiento. La simulación multiescala que acá se propone está basada en un método estocástico iterativo de minimización de energía libre descrito a través de una Hamiltoniano para sistemas disipativos, en el cual el sistema es reorganizado y evolucionado gradualmente para reducir la energía del sistema en busca de un mínimo global, más allá de las configuraciones en las que los mínimos locales coexisten. Si bien, el gradiente de energía no es completamente suave, por la vía de la minimización global, el sistema se moverá a través de estados transientes caracterizados por valores de energía mayor que la configuración previa. Esta aproximación energética de minimización será implementada adoptado la versión clásica de aceptación del algoritmo de Metropolis para la termodinámica de Boltzmann- Monte Carlo.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, CREACIÓN E INNOVACIÓN DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2016-2018
Modalidad:Modalidad Única
Responsable