Simulación multiescala para la estimación de los campos de esfuerzo y deformación en sistemas policristalinos sometidos a alta temperatura.

Uno de los principales desafios que enfrentan las estructuras disenadas para operacion a alta temperatura, esto es turbinas a gas, reactores, plantas de produccion quimica, tuberias de conduccion de gases calientes a alta presion, es la estimacion de la vida util en los regimenes de deformacion plastica y previa al detrimento del material. A altas temperaturas, el estado de esfuerzos al que esta sometido el material, aun por debajo del limite de cedencia, puede inducir deformaciones permanentes durante servicio. Esta conducta tiempo-dependiente se denomina Creep y es observada en materiales policristalinos tanto ceramicos como metalicos. Las temperaturas a las cuales los sistemas policristalinos comienzan a deformarse por Creep dependen del punto de fusion (TM). Como regla general, se acepta que para metales estas deformaciones ocurren a temperaturas superiores a 0.3TM; para ceramicos a temperaturas superiores de 0.5TM. El principal proceso que contribuye a la de deformacion del material es la difusion asistida por esfuerzos junto con el deslizamiento de las fronteras de grano. Estudios extensivos han sido desarrollados para estudiar los mecanismos de Creep en diferentes regimenes de temperatura y esfuerzos aplicados. A baja condicion de esfuerzos y alta temperatura, el deslizamiento de fronteras de grano mediado por difusion es el mecanismo gobernante, esto es Coble Creep. Ademas, de los resultados experimental con los que cuenta la comunidad academica, modelos analiticos y computacionales han sido propuestos para explicar la fisica detras del proceso de deformacion. Sin embargo, estas aproximaciones se han limitado a describir el proceso en estructuras altamente regulares e idealizadas y los regimenes de esfuerzos, deformaciones y temperaturas en las fronteras de grano de los sistemas policristalinos afectan drasticamente las propiedades mecanicas del material. Adicional a esto, es conocido que la velocidad de deformacion por Coble Cree pis inversamente proporcional con el tamano de grano medio de la estructura policristalina, debido a esto es imperativo estudiar las velocidades de deformacion en las fronteras de graños de estructuras no homogeneas para obtener una idea realista del proceso de deformacion y poder determinar con precision los campos de esfuerzos y deformaciones para una variedad amplia de caracteristicas microestructurales. Siguiendo los trabajos clasicos de Herring, quien establecio que el potencial quimico a escala atomica estaba en terminos del estado de esfuerzos en las fronteras de grano y la curvatura libre superficial, grande progresos han sido desarrollados en el modelamiento de la conducta del material controlada por difusion en estado solido. Progresos similares tambien sido alcanzados en el estudio de la migracion de las fronteras de grano, las cuales han resultado en el desarrollo de modelos macroscopicos de crecimiento. La simulacion multiescala que aca se propone esta basada en un metodo estocastico iterativo de minimizacion de energia libre descrito a traves de una Hamiltoniano para sistemas disipativos, en el cual el sistema es reorganizado y evolucionado gradualmente para reducir la energia del sistema en busca de un minimo global, mas alla de las configuraciones en las que los minimos locales coexisten. Si bien, el gradiente de energia no es completamente suave, por la via de la minimizacion global, el sistema se movera a traves de estados transientes caracterizados por valores de energia mayor que la configuracion previa. Esta aproximacion energetica de minimizacion sera implementada adoptado la version clasica de aceptacion del algoritmo de Metropolis para la termodinamica de Boltzmann- Monte Carlo.