Micromechanische simulatie van ijzerhoudende materialen

Groep: DyNaMat

Promotor: Prof. Bartel Van Waeyenberge, Prof. Luc Dupré

Begeleiding: Ben Van de Wiele, Arne Vansteenkiste

Contactpersoon: Ben.VandeWiele@UGent.be

Aantal studenten: 1 of 2

Kernwoorden: magnetische domeinmuren, roosterimperfecties, roosterfouten

Probleemstelling: Deze thesis is gericht naar studenten die geïnteresseerd zijn in vooruitstrevend multidisciplinair onderzoek.

De mechanische eigenschappen van ijzerhoudende materialen worden veelvuldig uitgebuit in allerlei toepassingen zoals constructie, transport, nutsvoorzieningen, enz. In deze materialen worden eigenschappen als sterkte, brosheid, plastische vervorming,... sterk bepaald door de niet-perfecte roosterstructuur. Meer nog, tijdens het gebruik van het materiaal, kan de microscopische roosterstructuur zodanig veranderen dat de mechanische eigenschappen sterk verslechteren. Dit kan leiden tot het falen van het werkstuk en slachtoffers veroorzaken. Onderstaande figuur toont bijvoorbeeld een treincrash na het falen van een wiel. Door de cyclische belasting zijn er micro-scheurtjes ontstaan in de band van het wiel. Eén ervan is uitgegroeid tot een macroscopische scheur en heeft de totale structuur doen breken. Het vroegtijdig opsporen van bijvoorbeeld microscopische scheurtjes is dus primordiaal!

Een mogelijke goedkope niet-destructieve techniek hiervoor is het gebruik van magnetische metingen. Inderdaad, ook de magnetische eigenschappen van het materiaal zijn afhankelijk van de microstructuur. Veranderingen in de microstructuur zullen dus ook leiden tot veranderingen in de magnetische eigenschappen. Magnetische metingen kunnen dus in principe een dreigend falen voorspellen. Hiervoor is echter een grondige kennis van de relaties tussen de microstructuur en de magnetische eigenschappen noodzakelijk. Binnen de onderzoeksgroep EELAB is een model ontwikkeld dat, uitgaande van de microstructuur, de magnetische eigenschappen bepaalt. Om de relaties microstructuur/magnetische eigenschappen te kunnen onderzoeken heeft dit model echter nood aan realistische (eventueel dynamische) modellen van de microstructuur, compleet met korrels, dislocaties, scheurtjes, enzovoort.

Doelstelling: Afhankelijk van de interesse van de student kan de thesis eerder theoretisch of praktisch (m.b.v. simulaties) uitgewerkt worden. Een korte literatuurstudie zal inzicht verschaffen in het gestelde probleem. De roosterimperfecties veroorzaken spanningen in het materiaal die bepaald dienen te worden. Eerst zullen we eenvoudige, geïsoleerde materiaalimperfecties behandelen en later meer complexe interagerende roosterfouten. Telkens zal de invloed op de mobiliteit van magnetische domeinmuren bepaald worden. In een laatste fase zullen we ook de invloed van de magnetische processen op de roosterfouten onderzoeken.

Opmerkingen: Dit werk kadert binnen een recent opgestarte samenwerking tussen de onderzoek van EELAB en de vakgroep Vastestofwetenschappen van de faculteit wetenschappen. In deze samenwerking beogen we de ontwikkeling van een multi-niveau magnetisch materiaalmodel dat de macroscopisch opgemeten magnetische eigenschappen verbindt met de atomaire (rooster)structuur van het materiaal.

Locatie: Technicum, thuis

Thesis figuur DyNaMat

Crash tegen brugpeiler van Duitse hogesnelheidstrein veroorzaakt door wielbreuk.