미육군 연구원들은 새로운 계산 및 이론적 모델로 병사들을 위한 경량 장갑차의 개발에 기여했다.
육군 연구원 벤자민 스자예프스키 박사에 따르면, 이 연구의 목적은 금속 합금의 강화 메커니즘에 대한 이해를 향상시키는 것이라고 밝히고 있다.
합금은 병사 및 차량 용도의 형성에 사용된다. 재료 강도를 개선함으로써 주어진 하중을 견디는 데 필요한 재료의 양을 줄일 수 있습니다. 구조 용도의 경우 재료의 양이 적으면 무게가 가벼워진다.
최근 재료 과학 및 엔지니어링 분야의 모델링 및 시뮬레이션 저널에 이 연구가 실렸다.
스자예프스키는 공학적 합금에서 합금 과정에서 생긴 미세한 결함이 재료 강도에 기여한다고 말했다. 미시적 수준에서 재료파손은 전위로 알려진 결정선 결함의 집합적 움직임을 통해 발생한다. 반면에, 동일한 미시적 수준에서 장애물은 전위의 움직임을 차단하는 역할을 한다. 응력과 하중에서, 이 두 메커니즘 사이의 경쟁(전위 활동과 전위-장애물 상호작용)은 재료 산출 강도를 설정합니다. 전위운동을 방지함으로써 장애물은 재료의 강도를 증가시킨다.
스자예프스키 박사는 "전위-장애물 상호작용은 금속 합금에서 효과적인 강화 메커니즘입니다,"라고 말했다. "이 바람직한 특성 때문에, 전위-장애물 상호작용은 수십 년 동안 연구의 초점이 되어 왔습니다."
이전의 노력은 전체적으로 통일되지 않았으며 개별 연구의 범위를 훨씬 뛰어넘는 추정을 하지 않았다.
이러한 연구 노력의 일환으로, 스자예프스키와 연구팀은 장애물의 물리적 특징(예: 크기, 모양, 탄성 불일치)과 금속 합금 시스템 내 강화 사이의 관계에 대한 향상된 정량적 이해를 추구했다.
"이 연구의 범위는 컴퓨터 시뮬레이션과 이론적 모델링 노력을 포함했다"고 그는 말했다. 컴퓨터 시뮬레이션은 멀티스케일 시뮬레이션 방법을 사용하여 수행되었으며, 그 중 상당 부분은 육군 연구소의 DEVCOM으로 알려진 미 육군 전투 능력 개발 사령부에서 개발되었다. 이론적 모델링 노력은 역학 및 재료 통계학에 대한 연구자의 이해에 기초한다.
"이러한 노력의 결과는 금속 합금의 강화 메커니즘에 대한 이해의 향상입니다,"라고 스자예프스키는 말했다. "주요 결과는 전위라고 알려진 미세한 결정 결함과 추가적인 장애물형 결함 사이의 집단 상호작용에 합금 강도를 관련시킨다. 이러한 연구에서 수행되는 물리적 모델링은 적합한 매개 변수에 의존하지 않으며 기본 물리적 프로세스에 대한 이해에 기초한다. 또한 개발된 물리적 모델은 문헌에서 발견된 초기 연구에서 제시된 많은 결과를 통합합니다."
경량잡감의 연구의 중요성은 다음과 같은 세 가지 고유한 결과로 귀결된다고 밝히고 있다.
• 팀은 재료 고장을 예측하는 물리적 모델을 도출했다.
• 이 모델은 크기와 모양과 같은 미세한 장애물 특징을 거시적인 재료 성능과 연관시킨다는 점에서 새로운 것이다.
• 팀의 모델링 노력은 적합 변수를 포함하지 않으며 이전과 유사한 연구 노력 간의 통일성을 제공한다.
앞으로, 장애물의 무작위 공간 분포가 재료 강도에 미치는 영향에 대한 추가적인 시뮬레이션과 이론적 통계 모델링에 노력을 투자하고 있다.
스자예프스키는 "이번 연구 결과가 금속 합금의 강화 메커니즘에 대한 과학적인 이해에 기여할 것으로 낙관한다"고 말했다. "금속 합금은 갑옷을 비롯한 수많은 엔지니어링 응용 분야에서 오랜 역할을 하기 때문에 재료 강도에 대한 이해를 개선하면 다양한 솔저 및 차량 응용 분야에서 금속 합금 개발이 개선될 수 있습니다."
미육군은 보병과 장갑차를 위한 경량이면서 강력한 방어력을 가진 장갑을 지속적으로 개발하고 있음을 알 수 있다.
[디펜스투데이]
