Collaborative Research: Embedding Material-Informed History through Fractional Calculus State Variable Formulation
合作研究:通过分数阶微积分状态变量公式嵌入材料丰富的历史
基本信息
- 批准号:2345438
- 负责人:
- 金额:$ 31.31万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-06-01 至 2027-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
How a metal has been deformed in the past influences how it will deform and potentially fail in the future. This history of deformation has significant effects on the performance of metals. Current theories to predict performance are highly complex, relying either on intricate approaches or tracking of many descriptors that have no memory path. These prior approaches are impractical for industrial applications. This award supports fundamental research to change this paradigm by developing a new formulation for predicting metallic alloy performance using fractional-order differential equations. In this new formulation, the history of the material is intimately intertwined with the underlying structure of the equations describing the material evolution process. The simplified mathematical description makes it attractive for widespread adoption. This paradigm shift in alloy modeling will improve safety by decreasing uncertainty in life predictions and sustainability as components can stay in service longer with confidence. Importantly, this award also includes outreach activities designed to encourage the participation of neuro-divergent students - students on the autistic spectrum - in STEM. This will be accomplished through involvement in autism-focused schools and education of college faculty to build awareness and greater acceptance for autistic students.Accurate performance (mechanical response and lifetime) predicting capabilities will only be achieved by accounting for hereditary effects. Nonetheless, current models using, e.g., bounding surface theory or a large numbers of internal state variables (ISVs), with first-order ordinary differential equations, fall short in predicting history (hereditary) effects in metals and alloys. The reason is twofold: 1) there is a lack of understanding of the mechanism responsible for hereditary effects, and 2) the mathematical framework used so far for ISV theory employs first-order ordinary differential equations that are point functions and have, therefore, no memory path. This synergistic experimental and modeling approach will fill this knowledge gap by determining at which length scale hereditary deformation manifests and developing a fractional-calculus crystal-plasticity formulation with a material-informed order parameter depending on an activation volume. This fractional calculus formulation naturally incorporates hereditary effects into the structure of the evolution equations rather than directly through ISVs. The fractional-order crystal-plasticity modeling will be combined with state-of-the-art in situ experiments, i.e., high-temperature transmission electron microscopy and high-energy X-ray diffraction microscopy, to unify the mathematics and the physics of plastic deformation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
金属在过去的变形方式会影响它在未来的变形方式和潜在的失效方式。这种变形历史对金属的性能有显著影响。目前预测性能的理论非常复杂,依赖于复杂的方法或跟踪许多没有记忆路径的描述符,这些先前的方法对于工业应用是不切实际的。该奖项支持基础研究,通过开发一种使用分数阶微分方程预测金属合金性能的新配方来改变这种范式。在这个新的公式中,材料的历史与描述材料演化过程的方程的基本结构紧密交织在一起。简化的数学描述使其具有广泛采用的吸引力。合金建模的这种范式转变将通过降低寿命预测和可持续性的不确定性来提高安全性,因为组件可以放心地使用更长时间。重要的是,该奖项还包括旨在鼓励神经发散学生(自闭症谱系的学生)参与STEM的外展活动。这将通过参与以自闭症为重点的学校和大学教师的教育来实现,以建立对自闭症学生的认识和更大的接受度。准确的表现(机械反应和寿命)预测能力只能通过考虑遗传效应来实现。尽管如此,目前的模型使用,例如,边界面理论或大量的内部状态变量(ISV),以及一阶常微分方程,在预测金属和合金中的历史(遗传)效应方面是不足的。原因有两个:1)缺乏对遗传效应机制的理解,2)迄今为止用于ISV理论的数学框架采用一阶常微分方程,这些方程是点函数,因此,这种协同实验和建模方法将填补这一知识空白,确定在哪个长度尺度遗传变形体现和发展一个分数-微积分晶体塑性公式与材料知情的顺序参数取决于激活体积。这种分数阶微积分公式自然地将遗传效应纳入进化方程的结构中,而不是直接通过ISV。分数阶晶体塑性建模将与最先进的原位实验相结合,即,该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Darren Pagan其他文献
Darren Pagan的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Darren Pagan', 18)}}的其他基金
Collaborative Research: Learning Microstructure- and Temperature-Dependencies of Grain Boundary Plastic Deformation Localization via Multi-modal In situ Characterization
合作研究:通过多模态原位表征学习晶界塑性变形局部化的微观结构和温度依赖性
- 批准号:
2234891 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Continuing Grant
相似国自然基金
面向应用需求软硬件协同设计数据系统关键问题研究
- 批准号:n/a
- 批准年份:2023
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
多酸嵌入簇基金属-有机框架光催化二氧化碳-亚硝酸根共还原制尿素多活性位协同机制研究
- 批准号:22301058
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
同分异构有机配体调控高核稀土嵌入锑钨氧酸盐纳米簇的设计合成及其作为活性药物载体的协同抗肿瘤作用研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
衡阳市高新技术企业价值网区块链嵌入、协同创新模式与协同创新绩效研究 —— 以新一代信息技术企业为例
- 批准号:2021JJ50072
- 批准年份:2021
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
技术—社会协同视角下的智慧城市“地方嵌入”研究——以广州电子政务平台为例
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
社会网络嵌入视域下电商扶贫多元主体协同治理模式及优化路径研究
- 批准号:72064008
- 批准年份:2020
- 资助金额:26 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
基于项链式CNT/Fe3O4复合结构材料的锂嵌入脱出过程对其微波吸收性能的协同效应研究
- 批准号:
- 批准年份:2020
- 资助金额:58 万元
- 项目类别:面上项目
产业集聚、全球价值链嵌入与企业减排:中国污染防治的内外协同机制研究
- 批准号:71903102
- 批准年份:2019
- 资助金额:19.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
多异质嵌入式系统的建模、仿真与验证研究
- 批准号:61972385
- 批准年份:2019
- 资助金额:60.0 万元
- 项目类别:面上项目
“互联网+”嵌入企业协同创新生态系统研究:新范式与创新行为
- 批准号:71732008
- 批准年份:2017
- 资助金额:240.0 万元
- 项目类别:重点项目
相似海外基金
Collaborative Research: Embedding Material-Informed History through Fractional Calculus State Variable Formulation
合作研究:通过分数阶微积分状态变量公式嵌入材料丰富的历史
- 批准号:
2345437 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: IMPLEMENTATION: EVOLVED - Embedding a Vision to Operationalize, Lift up, and Value Equity and Diversity in the Consortium of Aquatic Science Societies
合作研究:实施:演进 - 在水生科学协会联盟中嵌入实施、提升和重视公平和多样性的愿景
- 批准号:
2233790 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: IMPLEMENTATION: EVOLVED - Embedding a Vision to Operationalize, Lift up, and Value Equity and Diversity in the Consortium of Aquatic Science Societies
合作研究:实施:演进 - 在水生科学协会联盟中嵌入实施、提升和重视公平和多样性的愿景
- 批准号:
2233788 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: IMPLEMENTATION: EVOLVED - Embedding a Vision to Operationalize, Lift up, and Value Equity and Diversity in the Consortium of Aquatic Science Societies
合作研究:实施:演进 - 在水生科学协会联盟中嵌入实施、提升和重视公平和多样性的愿景
- 批准号:
2233787 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: IMPLEMENTATION: EVOLVED - Embedding a Vision to Operationalize, Lift up, and Value Equity and Diversity in the Consortium of Aquatic Science Societies
合作研究:实施:演进 - 在水生科学协会联盟中嵌入实施、提升和重视公平和多样性的愿景
- 批准号:
2233789 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: FW-HTF-R: Embedding Preferences in Adaptable Artificial Intelligence Decision Support for Transplant Healthcare to Reduce Kidney Discard
合作研究:FW-HTF-R:在移植医疗保健的适应性人工智能决策支持中嵌入偏好,以减少肾脏废弃
- 批准号:
2222801 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: RI: Small: Modeling and Learning Ethical Principles for Embedding into Group Decision Support Systems
协作研究:RI:小型:建模和学习嵌入群体决策支持系统的道德原则
- 批准号:
2007994 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: RI: Small: Modeling and Learning Ethical Principles for Embedding into Group Decision Support Systems
协作研究:RI:小型:建模和学习嵌入群体决策支持系统的道德原则
- 批准号:
2007955 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: RI: Small: Modeling and Learning Ethical Principles for Embedding into Group Decision Support Systems
协作研究:RI:小型:建模和学习嵌入群体决策支持系统的道德原则
- 批准号:
2008011 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Standard Grant
III: Medium: Collaborative Research: An Extensible Heterogeneous Network Embedding Framework with Application Specific Adaptation
III:媒介:协作研究:具有特定应用适应能力的可扩展异构网络嵌入框架
- 批准号:
2152038 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 31.31万 - 项目类别:
Continuing Grant