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Aug 09, 2023

통합 전산 재료 설계 소프트웨어는 복잡한 재료 테스트를 시뮬레이션합니다.

인간이 구름 위와 우주 공간을 비행한 1세기는 재료 공학에 대한 아날로그적 접근 방식이 뒷받침되었습니다. 수년간의 발전은 다음과 같이 꾸준했습니다.

인간이 구름 위와 우주 공간을 비행한 1세기는 재료 공학에 대한 아날로그적 접근 방식이 뒷받침되었습니다. 가능한 것에 대한 우리의 이해를 지속적으로 확장하기 위해 기술이 발전함에 따라 수년 동안 꾸준한 발전이 이루어졌습니다.

이제 재료의 디지털 변혁은 산업을 급격하게 변화시켰고, 그 진화는 오늘날에도 계속되고 있습니다. 시험 비행이 시작되기 훨씬 전에 더 많은 오류를 찾아낼 수 있기 때문에 시행착오 실험은 과거의 일이 되어가고 있습니다.

혁명을 이끄는 도구 중 하나는QuesTek의 ICMD® (통합 전산 재료 설계) 소프트웨어. 항공우주 재료, 제조 및 설계에 미치는 영향은 이미 분명합니다. 새로운 재료의 생성, 테스트 및 인증에 소요되는 기간을 절반으로 단축하여 수년간의 실험과 수백만 달러의 비용을 절감할 수 있습니다.

그러나 ICMD는 또한 기술을 더욱 발전시켜 현재 인간이 할 수 있는 일과 갈 수 있는 한계를 제한하는 기존 문제를 해결하는 데 도움을 줍니다. ICMD는 전산 물리학 기반 모델링과 강력한 툴킷을 사용하여 재료 설계, 가속화된 자격 및 인증, 정보학 및 분석, 시뮬레이션을 지원합니다. 이 접근 방식은 다양한 성능 속성에 대해 재료를 테스트하는 복잡한 시스템을 시뮬레이션합니다.

새로운 재료를 만들거나 기존 재료의 특성을 개선하든 QuesTek의 ICMD 기능에는 네 가지 주요 기둥이 있습니다.

합금 디자인 합금 설계는 업계에 완전히 새로운 소재를 제공합니다. 더 큰 성능을 발휘하기 위해 항공우주 제조업체는 이전에 존재하지 않았던 특성을 가진 재료에 접근할 수 있어야 합니다. ICMD를 사용하면 중요한 비행 구성 요소에 새로운 재료를 설계, 개발, 검증 및 배포할 수 있습니다.

이는 달성하려는 재료의 목표 특성 목록으로 시작됩니다. 예를 들어, 고압 산소에 노출되는 우주 발사체용 연료 펌프 부품 및 하우징의 기존 재료는 내화성이 우수할 수 있습니다. 그러나 강도, 내식성 및 내산화성에 필요한 합금 첨가로 인해 내화성은 감소합니다.

시중에서 판매되는 합금은 강도가 낮고 내화성이 크지 않습니다. ICMD는 목표 달성으로 이어질 수 있는 잠재적인 야금학적 개념을 식별할 수 있습니다.

둘 이상의 검증된 모델 또는 시뮬레이션 코드의 정보를 연결하여 재료의 처리, 미세 구조, 특성 및 성능을 연결하는 통합 전산 재료 공학(ICME)을 통해 유망한 구성이 계산, 프로토타입화, 테스트 및 시연됩니다. 필요한 개선의 올바른 방향으로 나아가고 있습니다.

모델링은 재료를 생산 규모로 확장하는 데에도 적용되며, 이 시점에서 항공우주 제조업체가 인계를 받고 수년간의 테스트와 인증을 거친 후 제품이 비행하게 됩니다.

QuesTek은 다음 프로젝트의 주요 조사관입니다.ARPA-E 프로그램 공동 작업자인 프랫(Pratt)과 휘트니(Whitney), NASA, 미네소타 대학교와 함께. 이 프로그램은 제트 엔진용 차세대 터빈 블레이드 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 항공우주 터빈 블레이드는 니켈 초합금으로 만들어지며 수년 동안 사용되어 왔습니다. 그러나 연료 효율을 높이기 위해 더 뜨겁게 작동할 수 있는 블레이드에 대한 업계의 요구가 있습니다.

목표는 제트 엔진의 작동 온도를 200°C까지 높이는 것입니다. 이 공정에는 니켈 대신 니오븀 기반 소재로 전환하는 작업이 포함됩니다. QuesTek은 ICMD 소프트웨어를 사용하여 터빈 블레이드 중앙과 가장자리의 구성 요소 내에서 맞춤형 특성을 달성하는 일련의 니오븀 합금을 설계하고 있습니다.

또 다른 예에서는Boeing과 QuesTek은 America Makes 프로그램에서 협력했습니다. 한 부분에는 하나의 재료가 있고 다른 부분에는 두 번째 재료가 있는 구성 요소에 대해 서로 다른 두 가지 재료를 함께 3D 프린팅합니다. QuesTek은 성공적인 인쇄를 위한 정확한 구성 그라데이션 개발을 담당했습니다.