Investigadores del Ejército de EE.UU. trabajan en el desarrollo de vehículos blindados más ligeros mediante nuevos modelos computacionales y teóricos.
Según el Dr. Benjamin Szajewski, investigador del Ejército, el objetivo de esta investigación es mejorar la comprensión de los mecanismos de refuerzo en las aleaciones metálicas.
Las aleaciones se emplean en la formación de aplicaciones para tropas y vehículos. Al mejorar la resistencia del material, se necesita menos material para soportar una carga determinada. En las aplicaciones estructurales, menos material equivale a menor peso.
La revista Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering publicó recientemente esta investigación.
En las aleaciones de ingeniería, los defectos microscópicos que se crean en el proceso de aleación contribuyen a la resistencia del material, explica Szajewski. A nivel microscópico, el fallo del material se produce por el movimiento colectivo de los defectos de línea cristalina conocidos como dislocaciones. Por otro lado, en el mismo nivel microscópico, los obstáculos actúan para bloquear el movimiento de las dislocaciones. Bajo tensión y carga, la interacción entre estos dos mecanismos (deslizamiento de dislocaciones e interacciones dislocación-obstáculo) determina el límite elástico del material. Al impedir el movimiento de las dislocaciones, los obstáculos aumentan la resistencia del material.
«Las interacciones dislocación-obstáculo son un mecanismo de refuerzo eficaz en las aleaciones metálicas», afirma Szajewski. «Debido a esta característica deseable, las interacciones dislocación-obstáculo han sido objeto de estudio durante décadas».
Los estudios anteriores, en su conjunto, no están unificados y no se extrapolan bien más allá del ámbito de su estudio individual.
En este caso, Szajewski y su equipo han tratado de mejorar la comprensión cuantitativa de las relaciones entre las características físicas de los obstáculos (por ejemplo, el tamaño, la forma y el desajuste elástico) y el fortalecimiento de los sistemas de aleaciones metálicas.
El alcance de esta investigación ha incluido simulaciones por ordenador y modelización teórica, dijo. Las simulaciones por ordenador se han llevado a cabo empleando una metodología de simulación multiescalar, gran parte de la cual se ha desarrollado en el U.S. Army Combat Capabilities Development Command, conocido como DEVCOM, Army Research Laboratory. Los trabajos de modelización teórica se basan en los conocimientos de los investigadores sobre la mecánica y la estadística de los materiales.
«El resultado es una mejor comprensión de los mecanismos de fortalecimiento de las aleaciones metálicas», dijo Szajewski. «Los principales resultados relacionan la resistencia de las aleaciones con las interacciones colectivas entre los defectos cristalinos microscópicos conocidos como dislocaciones y los defectos adicionales de tipo obstáculo». La modelización física realizada en estos trabajos no depende de parámetros de ajuste y, además, se basa en la comprensión del proceso físico subyacente. Además, los modelos físicos desarrollados unifican muchos de los resultados presentados en trabajos anteriores encontrados en la literatura.»
La importancia de esta investigación se reduce a tres resultados excepcionales:
- El equipo ha obtenido un modelo físico que predice el fallo del material.
- El modelo es novedoso porque relaciona las características microscópicas de los obstáculos, como el tamaño y la forma, con el rendimiento macroscópico del material.
- Los estudios de modelización realizados por el equipo no incluyen parámetros de ajuste y también proporcionan unidad entre los esfuerzos de investigación similares anteriores.
En el futuro, se realizarán más simulaciones y modelos estadísticos teóricos sobre la influencia de las distribuciones espaciales aleatorias de los obstáculos en la resistencia del material.
«Soy optimista en cuanto a que los resultados de esta investigación contribuirán a la comprensión científica de este mecanismo de refuerzo en las aleaciones metálicas», dijo Szajewski. «Dado que las aleaciones metálicas desempeñan un papel desde hace mucho tiempo en numerosas aplicaciones de ingeniería, incluido el blindaje, la mejora de nuestra comprensión de la resistencia del material puede conducir a un mejor desarrollo de las aleaciones metálicas para diversas aplicaciones militares.»
Fte. Army.mil
