Um prêmio recente da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) reúne pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade Carnegie Mellon (CMU) e da Universidade Lehigh (Lehigh) sob o Programa Multiobjetivo de Engenharia e Ensaios de Estruturas de Ligas (METAIS). A equipe irá pesquisar novas ferramentas de projeto para a otimização simultânea de gradientes de forma e composição em estruturas multimateriais que complementem novas técnicas de teste de materiais de alto rendimento, com atenção especial dada à geometria do disco laminado (blisk) comumente encontrada em turbomáquinas (incluindo jato e motores de foguete) como um problema de desafio exemplar.
“Este projeto pode ter implicações importantes em uma ampla gama de tecnologias aeroespaciais. Os insights deste trabalho podem permitir motores de foguete mais confiáveis e reutilizáveis que impulsionarão a próxima geração de veículos de lançamento de carga pesada”, diz Zachary Cordero, professor associado de Esther e Harold E. Edgerton no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT (AeroAstro ) e o investigador principal principal do projeto. “Este projeto combina análises de mecânica clássica com tecnologias de ponta de design generativo de IA para desbloquear a reserva plástica de ligas com composição graduada, permitindo uma operação segura em condições anteriormente inacessíveis.”
Diferentes locais em blisks exigem diferentes propriedades termomecânicas e desempenho, como resistência à fluência, fadiga de baixo ciclo, alta resistência, and so forth. A produção em larga escala também exige consideração de métricas de custo e sustentabilidade, como fornecimento e reciclagem de ligas no projeto.
“Atualmente, com procedimentos padrão de fabricação e design, é necessário criar um único materials mágico, composição e parâmetros de processamento para atender às restrições de ‘uma parte, um materials’”, diz Cordero. “As propriedades desejadas também costumam ser mutuamente exclusivas, gerando compensações e compromissos de design ineficientes.”
Embora uma abordagem de um materials possa ser excellent para um native único em um componente, ela pode deixar outros locais expostos a falhas ou pode exigir que um materials crítico seja transportado por toda uma peça, quando ele só pode ser necessário em um native específico. Com o rápido avanço dos processos de fabricação aditiva que permitem a composição baseada em voxel e o controle de propriedades, a equipe vê que agora são possíveis oportunidades únicas para um desempenho inovador em componentes estruturais.
Os colaboradores de Cordero incluem Zoltan Spakovszky, T. Wilson (1953) Professor de Aeronáutica na AeroAstro; A. John Hart, professor da turma de 1922 e chefe do Departamento de Engenharia Mecânica; Faez Ahmed, professor assistente de desenvolvimento de carreira da ABS de engenharia mecânica no MIT; S. Mohadeseh Taheri-Mousavi, professor assistente de ciência e engenharia de materiais na CMU; e Natasha Vermaak, professora associada de engenharia mecânica e mecânica em Lehigh.
A experiência da equipe abrange engenharia híbrida integrada de materiais computacionais e design de materiais e processos baseados em aprendizado de máquina, instrumentação de precisão, metrologia, otimização de topologia, modelagem generativa profunda, fabricação aditiva, caracterização de materiais, análise termoestrutural e turbomáquinas.
“É especialmente gratificante trabalhar com os estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado que colaboram no projeto METALS, desde o desenvolvimento de novas abordagens computacionais até a construção de plataformas de teste que operam sob condições extremas”, diz Hart. “É uma oportunidade verdadeiramente única para construir capacidades inovadoras que possam fundamentar os sistemas de propulsão do futuro, aproveitando o design digital e as tecnologias de fabricação.”
Esta pesquisa é financiada pela DARPA sob o contrato HR00112420303. Os pontos de vista, opiniões e/ou conclusões expressas são de responsabilidade do autor e não devem ser interpretados como representando os pontos de vista ou políticas oficiais do Departamento de Defesa ou do governo dos EUA e nenhum endosso oficial deve ser inferido.