科学家开发改变游戏规则的计算机建模程序,以简化新材料发现和设计过程

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员与行业合作伙伴Sentient Science携手,通过开发人工智能,大大简化了基于计算机的建模框架下的新材料的发现和设计过程。

科学家开发出改变游戏规则的计算机建模程序,以简化新材料发现和设计过程

该研究获得能源部技术商业化基金的15万美元,由Sentient Science支配,允许美国能源部科学用户设施,阿贡的纳米级材料中心(CNM)的科学家可以与Sentient Science的科学家们通过创建一个软件程序来提高材料建模的效率,该程序称为“桥接长度/时间尺度的原子模拟工具包”( BLAST)。

BLAST可以用来加速发现和从航空到风力涡轮机的应用程序设计的新材料,生成实时3 D分析和可视化,允许对材料介观尺度一个更为全面的认识。

能源部基础能源科学纳米级科学研究中心计划的一部分,CNM的理论与建模小组负责人Subramanian Sankaranarayanan 表示,该项目始于5年前,最初是由阿贡实验室主导的研究和开发计划,该计划允许创建模型本身。“我们的想法是,我们想描述最开始在原子尺度上材料的特性,” Sankaranarayanan说,“这是重要的,因为我们想了解材料是如何随着时间的推移,无论是笔记本电脑的电池材料、施工材料、建造船舶,风力涡轮机所用的材料。当它们的性能下降时,我们想了解这种情况的发生时间和原因,以便我们可以通过设计其他材料来改进它。”

Sentient Science对金属、氧化物和合金等硬质材料有研究,其研究人员全面了解钢合金的结构、工艺和性能之间的关系。在一个示例中,他们希望了解和预测风力涡轮机齿轮箱中的轴承过早失效,风力涡轮机轴承的大多数故障可归因于源自原子尺度的微观结构变化。

Sentient Science的首席科学家Harpal Singh表示:“要获得整个产品生命周期中材料和组件行为的数字表示,关键是对加工、微结构和材料特性之间的关系进行准确的定量描述。”

Sentient Science对该工具感兴趣,因为它可以集成到Sentient Science的DigitalClone技术套件中。Sentient的DigitalClone 是一种计算建模工具,使用高性能计算来模拟不同的增材制造和常规制造部件的微观结构及其行为,计算由不同施加载荷条件引起的内应力,积累导致裂纹成核和扩展的内部损伤并研究性能和生活分析。Sentient Science将利用该技术对多组分合金材料的特性进行建模,作为DigitalClone软件的输入,该软件可预测风能、航空航天和铁路行业中复杂机械系统的预期寿命。Argonne的多尺度制造设计工具的添加将补充Sentient的DigitalClone。Harpal Singh说,这项技术是业界首创的技术,可通过操纵加工条件以及同时优化可靠性和可检查性,为用户提供评估材料设计的能力。

拥有所需材料知识的研发专家可以使用BLAST软件开发最佳模型,从而使他们能够执行详细的动力学计算并得出感兴趣的特性。

除CNM之外,位于阿贡的美国能源部其他两个用户设施-高级光子源(APS)和阿贡领导力计算设施(ALCF)-将产生大量数据,该团队将使用这些数据来优化其软件。APS的超亮X射线束将揭示目标材料的分子和原子结构。ALCF的超级计算机,CNM和阿贡的实验室计算资源中心的其他高性能计算资源可以生成高度精确但计算量大的量子计算,从而提供有关目标系统纳米级相互作用的类似见解。

上一篇:

下一篇:


标签