1
Modelagem computacionalModelagem computacional
multiescala aplicada à ciênciamultiescala aplicada à ciência
dos materiai...
2
Ciência dos materiais:Ciência dos materiais:
Novos materiais vs. materiais clássicosNovos materiais vs. materiais clássi...
3
Ciência dos mteriais:Ciência dos mteriais:
Novos materiais vs. materiais clássicosNovos materiais vs. materiais clássico...
4
Metais e suas ligas:Metais e suas ligas:
ImportânciaImportância
Onipresentes → utilização se
confunde com a história da
...
5
Modelagem computacional de materiais:Modelagem computacional de materiais:
O problema do tamanhoO problema do tamanho
6
Modelagem computacional de materiais:Modelagem computacional de materiais:
O problema adicional do tempoO problema adici...
7
Modelagem computacional multiescala:Modelagem computacional multiescala:
Aplicação à ciência dos materiaisAplicação à ci...
8
Modelagem computacional multiescala:Modelagem computacional multiescala:
InterdisciplinaridadeInterdisciplinaridade
+=
+...
9
Alguns resultados...Alguns resultados...
1) Atmosferas de Cottrell
2) Crescimento de grãos nanométricos
10
Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell:
Teoria do envelhecimento estáticoTeoria do envelhecimento estático
Sir A...
11
Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell:
Monte CarloMonte Carlo
Discordância tipo “hélice”
Vários teores de carbo...
12
Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell:
Dinâmica molecular (protocolo de simulação)Dinâmica molecular (protocolo...
13
Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell:
Efeito do carbono na movimentação da discordânciaEfeito do carbono na mo...
14
Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell:
Conclusões e próximas investidasConclusões e próximas investidas
Conclus...
15
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
O problema e a possível soluçãoO problema e a poss...
16
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Monte CarloMonte Carlo
10% dos átomos de Ni substi...
17
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Monte CarloMonte Carlo
Quando MC converge
Aleatóri...
18
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Monte CarloMonte Carlo
Exemplo → Ni-W
Dos resultad...
19
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Dinâmica molecularDinâmica molecular
DM → 5 ns, 10...
20
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Dinâmica molecularDinâmica molecular
MD → 5 ns, 10...
21
Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos:
Conclusões e próximas investidasConclusões e próxi...
22
Projetos em curso:Projetos em curso:
Plasticidade em materiais nanocristalinosPlasticidade em materiais nanocristalinos...
23
Projetos em curso:Projetos em curso:
Segregação em contornos de faseSegregação em contornos de fase
Difusão do carbono ...
24
Obrigado pela atenção!
Por hoje é só :-)
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

“Modelagem Computacional Multiescala aplicada a Ciência dos Materiais”. Roberto Veiga – EP/USP.

302 visualizações

Publicada em

“Modelagem Computacional Multiescala aplicada a Ciência dos Materiais”, presented at http://3whpc.lcca.usp.br

Publicada em: Tecnologia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
302
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
7
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

“Modelagem Computacional Multiescala aplicada a Ciência dos Materiais”. Roberto Veiga – EP/USP.

  1. 1. 1 Modelagem computacionalModelagem computacional multiescala aplicada à ciênciamultiescala aplicada à ciência dos materiaisdos materiais Roberto Gomes de Aguiar Veiga rgaveiga@usp.br Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica da Universidade de São Paulo São Paulo, 2015
  2. 2. 2 Ciência dos materiais:Ciência dos materiais: Novos materiais vs. materiais clássicosNovos materiais vs. materiais clássicos Novos materiais Boa parte surgida nas últimas três décadas Nanotubos de carbono Grafeno Isolantes topológicos Estruturas auto-organizadas Propriedades diferenciadas → aplicações promissoras → spintrônica, supercondutividade, armazenamento de hidrogênio, computação quântica, etc Como tudo que é novo e promissor → Todo mundo quer trabalhar nisso!
  3. 3. 3 Ciência dos mteriais:Ciência dos mteriais: Novos materiais vs. materiais clássicosNovos materiais vs. materiais clássicos Materiais clássicos Materiais conhecidos há muito tempo (alguns desde a Pré- História!) Metais e suas ligas Cerâmicos Polímeros Compósitos Largamente utilizados em aplicações do dia a dia → importância econômica difícil de ser mensurada Há muito tempo estudados, teórica e experimentalmente... ... mas ainda com muitas questões em aberto!
  4. 4. 4 Metais e suas ligas:Metais e suas ligas: ImportânciaImportância Onipresentes → utilização se confunde com a história da civilização Propriedades mecânicas variadas → diferentes aplicações Dúcteis Maleáveis Duros Resistentes Aspectos econômicos → mineração, indústria de transformação (e.g., siderurgia), indústria de bens de consumo (e.g., automobilística) → bilhões de dólares e milhões de empregos
  5. 5. 5 Modelagem computacional de materiais:Modelagem computacional de materiais: O problema do tamanhoO problema do tamanho
  6. 6. 6 Modelagem computacional de materiais:Modelagem computacional de materiais: O problema adicional do tempoO problema adicional do tempo Transferência de próton em meio aquoso Difusão no estado sólido Dobramento de proteínas Propagação de uma trinca numa liga metálica
  7. 7. 7 Modelagem computacional multiescala:Modelagem computacional multiescala: Aplicação à ciência dos materiaisAplicação à ciência dos materiais Métodos de nível mais baixo → informações para métodos de níveis mais altos... ou vice-versa “Pontes” entre as diferentes escalas → não necessariamente trivial Métodos apropriados para a escala de tempo e espaço
  8. 8. 8 Modelagem computacional multiescala:Modelagem computacional multiescala: InterdisciplinaridadeInterdisciplinaridade += + + ...
  9. 9. 9 Alguns resultados...Alguns resultados... 1) Atmosferas de Cottrell 2) Crescimento de grãos nanométricos
  10. 10. 10 Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell: Teoria do envelhecimento estáticoTeoria do envelhecimento estático Sir Alan Cottrell (1919-2012) Interação entre defeitos pontuais e discordâncias → segregação nas discordâncias → atmosferas e Cottrell 1949, com Bilby → Modelo atômico para descrever o endurecimento do ferro à medida que o tempo passa Ancoramento da discordância → Efeito macroscópico → Limite máximo de escoamento e instabilidades plásticas (bandas de Luders)
  11. 11. 11 Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell: Monte CarloMonte Carlo Discordância tipo “hélice” Vários teores de carbono → de 20 a 500 ppm Metropolis Monte Carlo → formação das atmosferas de Cottell T = 300 K Configuração inicial → átomos de carbono distribuídos aleatoriamente Resultado → segregação ao redor da discordância Coordenadas para simulações de dinâmica molecular 20 ppm 140 ppm 500 ppm
  12. 12. 12 Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell: Dinâmica molecular (protocolo de simulação)Dinâmica molecular (protocolo de simulação) Fixo σyz Código → LAMMPS Tempo de simulação → 6 ns T=300 K Cisalhamento → átomos na superfície superior movendo-se com velocidade constante na direção do vetor de Burgers σyz (t) → Ftop /Atop Taxa de deformação → 107 /s
  13. 13. 13 Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell: Efeito do carbono na movimentação da discordânciaEfeito do carbono na movimentação da discordância
  14. 14. 14 Atmosferas de Cottrell:Atmosferas de Cottrell: Conclusões e próximas investidasConclusões e próximas investidas Conclusões: Com simulações atomísticas acoplando MC e DM, é possível “testar” o modelo consagrado de Cottrell para o envelhecimento estático dos aços O que vem a seguir: Considerar outros tipos de soluto (H, He, Ni já está em curso) Efeito de nanoprecipitados (e.g., de cobre ou cromo) Estudar também uma discordância “cunha”
  15. 15. 15 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: O problema e a possível soluçãoO problema e a possível solução Materiais nanocristalinos → Muitos átomos em contornos de grãos (sítios de alta energia) → “Driving force” para crescimento rápido de grãos mesmo a baixa temperatura Estabilização da estrutura nanocristalina usando elementos de liga Exemplo: Evidência experimentar para um sistema Ni-W nanocristalino estável [Acta Materialia 55, 371 (2007)]
  16. 16. 16 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Monte CarloMonte Carlo 10% dos átomos de Ni substituídos aleatoriamente por átomos de elementos de liga (W, Ti, Co, Al, Pd e Mo) T=350 K Sítios bulk → cfc Sítios CG → não-cfc
  17. 17. 17 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Monte CarloMonte Carlo Quando MC converge Aleatório Segregado Exemplo → Ni-W
  18. 18. 18 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Monte CarloMonte Carlo Exemplo → Ni-W Dos resultados convergidos do MC → configurações iniciais para simulações de dinâmica molecular Ni W
  19. 19. 19 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Dinâmica molecularDinâmica molecular DM → 5 ns, 1000K Inicial Final Níquel puro
  20. 20. 20 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Dinâmica molecularDinâmica molecular MD → 5 ns, 1000K Inicial Final Ni-W
  21. 21. 21 Crescimento de grãos nanométricos:Crescimento de grãos nanométricos: Conclusões e próximas investidasConclusões e próximas investidas Conclusões: Co tem pouco efeito na estabilidade do Ni nanocristalino Al, Pd, Ta e Ti aparentemente retardam o crescimento dos grãos no Ni nanocristalino W e Mo aparentemente estabilizam o Ni nanocristalino O que vem a seguir: Simulações mais longas (até a casa dos 100 ns) Testar outros materiais nanocristalinos (e.g., Cu, Fe, Al, etc)
  22. 22. 22 Projetos em curso:Projetos em curso: Plasticidade em materiais nanocristalinosPlasticidade em materiais nanocristalinos 1 2 3 4 1 3 4 3 4 3 4 σ σ “Experimentos” computacionais interessantes para estudar a deformação plástica em materiais nanocristalinos → ferramentas já implementadas no LAMMPS Interesses: movimentação de discordâncias deslizamento de grãos nucleação e propagação de trincas (fratura dúctil e frágil, efeito da segregação de elementos de liga)
  23. 23. 23 Projetos em curso:Projetos em curso: Segregação em contornos de faseSegregação em contornos de fase Difusão do carbono na ferrita e na austenita → Monte Carlo cinético Partição do carbono entre as duas fases Segregação do carbono → acúmulo no contorno de fase Efeito do carbono (em solução sólida e segregado) no movimento da interface → dinâmica molecular Ferrita Austenita
  24. 24. 24 Obrigado pela atenção! Por hoje é só :-)

×