材料科学和计算能力的进步导致了高价值制造的材料和系统的多尺度建模和基于模拟的设计。
集成计算材料工程(ICME)是一个新兴的多学科领域，旨在建立材料微观结构、制造路线和性能之间的因果关系。它试图集成在时间和空间长度尺度范围内定义的模型，以准确地表示材料结构及其对属性的影响，从而为制造和性能提供基于物理的方法。这种方法的好处是通过减少制造试验和组件级别的测试来提高组件的性能，天富注册网址并减少将组件引入市场的成本和时间尺度。后者在运输(尤其是航空航天)和能源(例如核工程)等工业部门相当重要。伯明翰大学的制造和材料模拟研究伙伴关系正在开发将这种新模式应用于工业生产所需的工具。
集成计算材料工程:我们的愿景
我们的愿景是通过集成计算机建模、先进的实验和新颖的制造技术，为工业提供有效的软件设计和制造解决方案。综合计算材料工程方法通过对材料微观结构、机械性能和制造进行建模，并结合实验，使设计、开发、生产和使用的组件材料行为的有效分析成为可能。它提供了巨大的经济潜力;而集成计算材料工程的成功实施将彻底改变元件的设计和制造方式。
集成计算材料工程的独特之处在于它不依赖于特定的生产技术，而是可以应用于整个制造部门。这通过减少投入市场的时间和提高零部件性能，推动了创新，提高了制造业的竞争力。
这一愿景是通过基础和应用研究实现的，旨在建立微观结构和性能之间的因果关系，以减少现象学，并允许特定位置的性能预测。已经开发了一个框架来实现计算工具，这些计算工具跨越多个长度尺度，覆盖整个制造周期，以优化工艺路线，并为产品设计和组件装配提供经过验证的基于物理的方法。
目前正在开发和实施各种工具，以提高效率、缩短交货周期、减少材料投入、缩短操作时间、提高尺寸精度和提高性能，以解决下列挑战:
•快速插入材料和技术;
•近净形制造;
•接近零缺陷的制造;和
•具体地点的属性。
工业的好处
整合计算材料工程的初步开发将在航空航天领域展开，英国在航空航天行业收入中占有17%的全球市场份额，使其成为欧洲最大的市场，在全球范围内仅次于美国。2012年，该行业的营业额约为200亿英镑(24.3亿欧元)，因此，综合计算材料工程的财务影响可能仅对英国而言就意义重大。对建模的好处进行的研究清楚地表明，可以实现显著的投资回报。
集成计算材料工程在工业上的成功实施将彻底改变组件的设计和制造方式，从而带来巨大的经济收益。天富注册网址综合计算材料工程的优点的一个例子是在航空航天工业的实施中看到的，它已显示出重大的商业利益，导致:
•减少铸造废料，每年节省高达500万美元(440万欧元);
•热等静压(HIP)开发所需的成形试验减少了90%;和
•缩短新产品上市的开发时间和重新设计的努力。
解决快速技术插入和过程设计优化的挑战的工具是成本和组件性能预测的基础。此外，在设计优化中加入材料可变性，可以改进组件性能和寿命的风险分析。与构件寿命相关的收益很难量化，但已有研究表明，应用特定位置的寿命可以使关键构件的寿命加倍。
