כך תיאר פרופ’ סילבסטר פינו מיוניברסיטי קולג’ בלונדון את המחקרים שלו, המסתייעים בסימולציות תלת ממדיות במהלך כנס Science in the age of Experience שעורכת חברת דאסו סיסטמס בבוסטון
סימולציה תתווה את הדרך לייצור חומרים מרוכבים בעלי תכונות לפי הזמנה. כך תיאר פרופ’ סילבסטר פינו מיוניברסיטי קולג’ בלונדון את המחקרים שלו, המסתייעים בסימולציות תלת ממדיות במהלך כנס Science in the age of Experience שעורכת חברת דאסו סיסטמס בבוסטון.
סילבסטר פינו הוא פרופסור למכניקה, חומרים מרוכבים והנדסה וחבר המועצה למחקרים במדעי הפיזיקה ביוניברסיטי קולג’ לונדון. בהרצאתו הוא בחן דרכים שונות לשימוש בתוכנת ABAQUS כפלטפורמה נוחה להטמעת שיטות נומריות חדשות לתכנון מבני. המטרה – בניית חומרים מרוכבים שהתכונות שלהם מתאימות לדרישת המתכננים, ובעיקר בעלות חוזק מקסימאלי ומשקל מינימאלי, כאשר הסימולציה עוזרת לבחור את התמהיל הנכון.
כמו רבים מהדוברים בכנס, התייחס פרופ’ פינו לצורך לבנות מודל רב ממדי של החומר בכל סדרי הגודל משום שהתנהגות החומר ברמה הקוונטית וברמה המיקרוסקופית משפיעות על תכונותיו ברמת המערכת השלמה.
פרופ’ פינו בוחן חומרים מרוכבים הבנויים משכבת חומר חזק העוטף ככריך סיבים מחוזקים. דוגמה לכך הייתה כנף רוטור של מסוק, שהיום בנוייה מחומרים כאלה, ושאמורה להחזיק מעמד בפני פגיעה בציפורים ובשלל החומרים האחרים שעשויים להימצא בגובה נמוך. הוא חילק את לארבעה שלבים – הרמה המיקרוסקופית, וההשפעה שלה על הרמה המאקרוסקופית ובכל השלבים באמצע.
מה שקובע את תכונות הסיב בין היתר הוא סידור השכבות של הסיבים וחיבורם למטריצה, כאשר החיבור של השכבות אחת לשניה נעשה כך שהסיבים בכל שכבה נוטים בזווית שונה. ולבסוף הוא גם בוחן כיצד החומר הגדול מתנהג.
הכיווניות של הסיבים בכל שכבה של החומר המרוכב מאפשרת לפרופ’ פינו לבנות חומרים עמידים יותר כנגד לחצים שגורמים לסדקים. הוא פיתח מודל שמחקה את התנהגות התפשטות הסדקים בתוך החומר המרוכב. הוא יצר משוואה שמאפשרת לגוף לפצל את עצמו כשהוא מגיע למצבים הנגזרים מהתכונות הרצויות ומאפשר לקבל סדק בסימולציה מבלי לכפות מראש את מקום הימצאו. כאן נעשה משחק עם מספר מצומצם של משוואות, שמאפשרות להקטין את עוצמת המיחשוב הדרושה כדי לפתור בעיה שהיא למעשה בעיה רציפה ואינסופית.
במקביל לסימולציה הוא ביצע גם ניסויים אמיתיים בחומרים מרוכבים ובחן בין היתר כיצד מתנהג החומר מול כוחות כגון משיכה, קיפול, גזירה וכדומה. הוא יכול לקחת את העיבור (Strain) ולחשב ממנו לחצים ועל ידי המרכיב שיצר הוא גורם לפיצולים הללו והוא יכול למדל את הסדקים גם במרחב הגיאוגרפי וגם על ציר הזמן.
כיווניות הסיב מאפשרת לפרופ’ פינו לבצע אופטימיזציה לכמות השכבות, למשקל השכבות, לצפיפותן, להרכב החומרים, ועוד וכך ליצור חומר בעל תכונות רצויות לפי תמהיל של התכונות הללו. הוא יכול לייצר כנף אופיטימלית לצרכי המשתמש – יותר משקל או פחות משקל, יכולת לנוע בסביבה מלאה גופים כגון חול אבק, ציפורים, עצים ועוד.
עם זאת, פרופ’ פינו הדגיש כי הדרך ליישום בעולם האמיתי עדיין רחוקה, אך מי שמייצר חומרים כאלה יוכל להוכיח את נחיצותם ויעילותם.
תודות לד”ר גיל שרון מחברת DfR SOLUTION ממרילנד על עזרתו בהסבר פופולארי של הרצאתו של פינו.
