Emne - Atomistisk modellering av brudd i materialer - TMM4162
Atomistisk modellering av brudd i materialer
Om
Om emnet
Faglig innhold
Bakgrunn: Når man anvender eller utvikler nye materialer har det alltid vært viktig å forstå hvorfor materialer får brudd. Med nanoteknologien er vi nå kommet til en fase der vi utvikle strukturer og teknologier ut fra kunnskap om enkeltatomer, og atomistisk modelering og beregning får derfor stor betydning for ingeniørens design prosess.
I de senere årene har de kvantemekaniske beregningene blitt mer tilgjenglige for ingeniører fordi effektive beregningsprosedyrer er utviklet og fordi datamaskinkapasiteten har økt voldsomt. Dette gjør at gapet mellom kontinuums mekanikk og first principle beregninger har avtatt, og det er nå mulig å gjennomføre beregninger av brudd i materialer med tilstrekkelig store materialvolum (millioner av atomer) til at typiske deformasjonsmekanismer kan bli ivaretatt.
Emnet omfatter atomistisk basert multi-skala modellering av brudd i materialer, med en detaljert presentasjon av beregningsmetoder og teori. Fokus er brudd-mekanismer relatert til bruddmekaniske teorier for metaller og keramer, fra et bunnen-opp perspektiv. Også andre materialegenskaper (elastiske, plastiske) og materialgrupper (nano-materialer, bio-materialer) vil bli behandlet.
Emnet inkluderer basic molecular dynamics, nano-mekanisk testing, atomistiske analyse metoder, grunnleggende bruddmekanikk, deformasjonsmekanismer (sprøtt brudd, dislokasjons-mekanikk, dynamisk brudd), modellering av nano-materialer (carbon nanotubes, nanowires) og modellering av protein-baserte bio-materialer.
Emnet inkluderer praktiske beregningsoppgaver/prosjekt som går parallelt med forelesningene. Studentene vil lære å koble de atomistisk baserte multi-skala modellene med ingeniørmessige modeller og kontinuumsteori.
Læringsutbytte
Emnet skal gi en ingeniørmessig presentasjon av atomistisk modellering og beregning av brudd i materialer.
Studentene skal lære å utvikle, sette opp, kjøre og analysere atomistiske beregninger, og kritisk kunne vurdere resultatene.
Læringsformer og aktiviteter
Forelesninger og prosjektoppgaver med atomistiske beregninger. Undervisningen gis på engelsk dersom studenter som ikke behersker norsk tar emnet. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen.
Anbefalte forkunnskaper
Generell bakgrunn fra studieprogram fra NT og IVT fakultet. Interesse for materialteknologi og beregningsmekanikk.
Kursmateriell
Primær pensum-bok: Buehler, M J "Atomistic Modeling of Materials Failure", Springer, 2008.
Journal papers og hands-out power point fra hver forelesning, Prosjektbeskrivelser og dataprogram
Fagområder
- Materialteknologi
- Mekanikk - Faststoffmekanikk