Mantenerse alerta: los investigadores recurren a una herramienta de uso diario para estudiar cómo se comportan los materiales

Jul 29, 2023

Investigadores de la Universidad Texas A&M están tomando una herramienta de fabricación tradicional (el corte de metales) y desarrollando un método más accesible para comprender el comportamiento de los metales en condiciones extremas.

El corte de metales (raspar una fina capa de material de la superficie de un metal con un cuchillo afilado (similar a cómo raspamos la mantequilla)) puede no ser lo primero que nos viene a la mente al estudiar las propiedades de los materiales. Sin embargo, los Dres. Dinakar Sagapuram y Hrayer Aprahamian, profesores asistentes en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas de Wm Michael Barnes '64, querían ver si el proceso podía predecir el comportamiento del material bajo diversas condiciones de deformación. Su equipo incluía a Harshit Chawla, estudiante de doctorado en ingeniería industrial y de sistemas, y al Dr. Shwetabh Yadav, profesor asistente en el Instituto Indio de Tecnología de Hyderabad.

"El conocimiento de cómo los materiales se deforman y fallan en condiciones mecánicas duras es vital para estudiar y desarrollar diversas aplicaciones tecnológicas, incluidos procesos de fabricación, pruebas de choque de vehículos y pruebas de impacto para aplicaciones relacionadas con la defensa", dijo Chawla.

Debido a que el proceso de corte implica cortar o deformar localmente el metal a niveles extremos a altas velocidades, el equipo planteó la hipótesis de que podría proporcionar información fundamental sobre la resistencia del material, la resistencia a la deformación plástica o el cambio de forma irreversible.

"La investigación abre una aplicación nueva e interesante para el corte de metales como 'prueba de propiedades' que los científicos y físicos de materiales pueden utilizar para probar sus teorías", dijo Sagapuram. “El número de teorías matemáticas sobre la plasticidad del metal bajo altas tasas de deformación supera con creces los datos experimentales. Por lo tanto, la información de propiedades obtenida mediante el corte de metales puede probar qué teorías son válidas y cuáles no”.

El equipo utiliza una cámara de alta velocidad para observar cómo los metales se deforman y cortan cuando se encuentran con una herramienta de corte afilada y luego utilizan esta información para deducir la información básica de sus propiedades. Sin embargo, un desafío importante radica en la obtención de propiedades intrínsecas del material a partir de datos visuales de imágenes de alta velocidad. Si bien el corte de metales no es el área de especialización de Aprahamian, la asociación con Sagapuram ha generado nuevas ideas y técnicas numéricas.

"Un aspecto importante de esta investigación es establecer técnicas de optimización matemática que garanticen la optimización global, logrando así la mejor solución posible", dijo Aprahamian. "De lo contrario, es posible que se obtengan soluciones que parezcan satisfactorias, pero que no describan con precisión el material".

Las ventajas del corte de metales sobre los métodos de prueba utilizados hoy en día son que es simple y puede producir una variedad de condiciones que son difíciles de lograr usando pruebas convencionales pero que son importantes desde el punto de vista de diversas aplicaciones de ingeniería.

"Estamos entusiasmados con la perspectiva de utilizar el corte como un método conveniente para determinar las propiedades de los materiales que ahora se obtienen sólo con considerable dificultad", dijo Sagapuram. "Como es tan simple, en principio, cualquier persona con acceso a un taller mecánico puede ahora obtener datos de materiales sin capacidades de prueba sofisticadas".

El equipo publicó recientemente su trabajo en la revista Proceedings of the Royal Society A, con otro artículo sobre las técnicas numéricas en proceso. Una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias apoya la investigación.

Sagapuram dijo que el equipo comenzó recientemente a colaborar con el Laboratorio Nacional de Los Álamos, con el apoyo de la Oficina de Laboratorios Nacionales del Sistema Universitario Texas A&M, para comparar sus datos con las plataformas de prueba de resistencia dinámica de materiales más establecidas disponibles en el laboratorio. Estos estudios contribuirán a validar el método y verificar si diferentes experimentos con el mismo metal proporcionan datos consistentes.

Aprahamian dijo que su trabajo para desarrollar técnicas matemáticas también tiene aplicaciones potenciales fuera de la caracterización de materiales.

"Mi grupo está extendiendo algunos de estos algoritmos y técnicas al campo de la atención médica, donde utilizamos herramientas de optimización global para construir estrategias de detección sólidas", dijo Aprahamian. "Esto puede utilizarse para prevenir futuros brotes y mejorar la detección de enfermedades infecciosas entre la población".

Chawla dijo que la investigación le ha permitido trabajar en un campo que le interesa desde hace años.

"Fue interesante estudiar la mecánica del proceso de corte de metales utilizando técnicas experimentales innovadoras", dijo Chawla. "Fue fascinante poder observar de cerca la deformación del material durante el corte, especialmente a nivel microscópico a altas velocidades de cuadro".

Contacto con los medios:Alyson Chapman, [email protected]

Las vibraciones de los parlantes y los datos de los sensores de movimiento en los teléfonos inteligentes más nuevos podrían comprometer la seguridad de la información de las personas que llaman.

El Dr. Michael Demkowicz predijo la autocuración del metal; este verano se observó, sorprendiendo a los científicos de todo el mundo.

La nueva técnica de "criopreservación" abre un camino para la recolección de muestras durante todo el año, fundamental para gestionar las amenazas a nuestros océanos.

Kraus, un estudiante de negocios, dice que él y su equipo están trabajando para encontrar formas de garantizar que los Aggies obtengan la ayuda y los recursos que necesitan.

Los servicios de transporte tienen su guía para llegar al campus y a Aggieland los días de partido de fútbol.

Dos expertos de la Facultad de Artes y Ciencias debaten los peligros del abuso de drogas, la adicción y la actual epidemia de opioides.

Suscríbase al boletín informativo Texas A&M Today para conocer las últimas noticias e historias cada semana.