Исследователи из Школы инженерии Тринити-колледжа в Дублине создали мощную машину, которая позволяет нам наблюдать за тем, что происходит, когда крошечные частицы, гораздо меньшие, чем песчинка, сталкиваются с поверхностью на чрезвычайно высоких скоростях. Это единственная подобная машина в Европе, на разработку и создание которой ушло более двух лет.
Машина для ускорения и наблюдения частиц с помощью лазерной абляции (LAPAO)
Машина LAPAO, созданная исследовательской группой Science & Technology in Advanced Manufacturing (STAM), использует лазер для разгона частиц размером от 10 до 60 микрон до скоростей до 1 км в секунду, что примерно в три раза быстрее пули. Специальная камера, делающая миллиард снимков в секунду, фиксирует поведение этих частиц при столкновении с поверхностью: прилипают ли они, отскакивают или разрушаются?
Ответы на этот ключевой вопрос важны, поскольку они помогут инженерам понять, как создавать более качественные материалы и покрытия — такие, которые используются в деталях самолётов, медицинских имплантатах или даже защитных слоях для машин. Процесс, который они совершенствуют, называется «холодным напылением», способом «печати» или ремонта металлических деталей без необходимости их плавления.
До сих пор они могли лишь строить догадки на основе компьютерных моделей. С помощью этой машины они наконец-то могут увидеть, что происходит на самом деле, — и это меняет правила игры для проектирования и производства современных материалов.
Лео Девлин, кандидат наук в Школе инженерии Тринити-колледжа, и ключевой член команды STAM, сказал:
«Благодаря нашей машине мы теперь можем получить параметры материалов для микрочастиц, подвергающихся сверхвысокой скорости пластической деформации, что является тем, что моделировщики пытались предсказать в течение очень долгого времени. Однако из-за ограничений программного обеспечения они не могли предсказать поведение частиц с достаточно высокой степенью точности».
Суперкомпьютерное моделирование проясняет эволюцию турбулентных пограничных слоёв при умеренных числах Рейнольдса
Учёные из Института аэродинамики и газовой динамики (IAG) Университета Штутгарта создали новый набор данных, который улучшит разработку моделей турбулентности. С помощью суперкомпьютера Hawk в Центре высокопроизводительных вычислений Штутгарта (HLRS) исследователи в лаборатории доктора Кристофа Венцеля провели крупномасштабное прямое численное моделирование пространственно эволюционирующего турбулентного пограничного слоя.
Используя более 100 миллионов процессорных часов на Hawk, симуляция уникальна тем, что фиксирует начало канонического, полностью развитого турбулентного состояния в одной вычислительной области. Исследование также с беспрецедентной ясностью определило точку перегиба, в которой внешняя область турбулентного пограничного слоя начинает поддерживать самоподобную структуру по мере приближения к высоким числам Рейнольдса. Результаты опубликованы в новом документе в Journal of Fluid Mechanics.
Джейсон Аппельбаум, кандидат наук в лаборатории Венцеля и лидер этого исследования, сказал:
«Цель нашей команды — понять неизведанные режимы параметров в турбулентных пограничных слоях. Проведя крупномасштабное моделирование, которое полностью разрешает всё развитие турбулентности от раннего до развитого состояния, мы создали первый надёжный набор данных с полным разрешением для изучения того, как возникают эффекты с высокими числами Рейнольдса».
Новая методика микроскопии позволяет получить детальные изображения сложных биологических тканей
До сегодняшнего дня кожу, мозг и все ткани человеческого тела было трудно наблюдать в деталях с помощью оптического микроскопа, поскольку контрасту изображения мешала высокая плотность их структур. Исследовательская группа лаборатории молекулярной микроскопии и спектроскопии в Итальянском технологическом институте (IIT) в Генуе разработала новый метод, который позволяет учёным видеть и фотографировать биологические образцы во всей их сложности, получая чёткие и детализированные изображения. Новая методика стала доступна научному сообществу в режиме «открытой науки», что является преимуществом в области биомедицины, поскольку позволяет наблюдать активные клетки даже при наличии заболеваний, а также понимать, как лекарства взаимодействуют с живыми тканями.
Работа была опубликована недавно в журнале Nature Photonics и является частью исследований, проводимых группой Джузеппе Вичидомини, главного исследователя лаборатории молекулярной микроскопии и спектроскопии, в рамках проекта Brighteyes.
advanced materials.”,”Leo Devlin, Ph.D. Candidate in Trinity’s School of Engineering, and a key member of the STAM team, said, \”Thanks to our machine we can now obtain material parameters for micro-particles undergoing ultra-high strain rate plastic deformation, which is something that modelers have been attempting to predict for a very long time. Due to software limitations, however, they have not been able to predict particle behavior with a high enough degree of accuracy.”,”\”With this machine we can visualize real material interactions for a wide range of particle and substrate materials in minutes, which will aid us in understanding and optimizing the cold spray process for specific materials. To date, the machine has been used to find the critical velocity for a range of materials such as aluminum, Ti64 and high entropy alloy, which are used in the electrical and automotive industries as coatings which can lead to lightweight parts with more desirable material properties such as high wear and corrosion resistance.\””,”Over the past few years, cold spray technology has evolved into advanced variants such as laser-assisted and electromagnetism-assisted cold spray, to improve the microstructure and performance of deposited materials.”,”Cold spray tech enables the formation of coatings, typically metallic, over a substrate material. The technique is highly useful as it does not require engineers to reach the melting temperature of materials to combine the coatings and substrates. Plastic deformation is key in this process; each tiny particle deforms on impact and triggers a complex bonding process that results in substrate adhesion and in particle-particle adhesion after a first deposition layer is formed.”,”\”Today, beyond its traditional use in the aerospace industry, cold spray is also being applied in the nuclear, automotive, and broader manufacturing sectors, added Prof. Shuo Yin, from the STAM team in Trinity.”,”\”In addition, this new machine can also be used to simulate other high-velocity microscale impact events, such as debris impacts on satellites in space, which is a growing problem with ever-increasing junk material orbiting Earth along with very important—and expensive—equipment.\””,”\”That’s one of the most exciting elements of this news—the machine’s abilities will help researchers with a wide variety of interests learn more about particle behaviors relevant to their nice area of focus. As such the application and impact potential is huge.\””,”Prof. Rocco Lupoi, from the STAM team in Trinity, said, \”Any particle impact can now be studied using any real shape, and we are already using this technology in a project called MadeCold, which is developing a new type of cold spray based upon electrostatic acceleration of single particles. LAPAO is now providing clear indications about the precise velocity needed for bonding and giving us key information about the relationship between particle material and morphology.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tTrinity College Dublin\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник