Каждая напечатанная деталь — это лотерейный билет. Вместо денег разыгрывается срок службы: сколько раз можно нагрузить деталь, прежде чем в ней появится трещина. Номер билета задают случайные зёрна и поры внутри металла. Раньше инженеры брали одно число с большим запасом, а теперь умеют видеть все возможные исходы.
Учёные напечатали кубики из стали и рассмотрели их под микроскопом и рентгеном. Каждый кубик разбили на 64 части и для каждой посчитали, как легко там появится трещина. Самая сложная проверка одной части занимала почти 18 часов, поэтому все расчёты шли больше 240 дней.
Из всех посчитанных чисел получилось распределение вероятностей. Большинство деталей живут около 29 300 циклов, но некоторые дотягивают до 31 400. Если использовать это распределение при планировании осмотров, можно эксплуатировать деталь на 4200 циклов дольше, чем при старом способе с запасом. Такой подход пригодится в авиации, энергетике и медицинских имплантатах, где важно знать не только средний срок, но и разброс возможных исходов.
Лотерейный билет напечатанной детали теперь можно прочитать заранее, а не ждать, когда он выпадет. Это помогает решать, когда осматривать деталь и когда её заменять, не полагаясь на грубые запасы.
Симуляция кристаллической пластичности для одного субкуба занимала почти 18 часов на 28-ядерном процессоре, тогда как упругий расчёт укладывался в 355 секунд, а графовый поиск пути трещины — в 91 секунду. Для 64 субкубов и пяти случаев суммарное время только пластичности превысило 240 дней машинного времени.
В романе Кима Стэнли Робинсона «Аврора» межзвёздный корабль страдает от усталостных трещин в напечатанных конструкциях, которые невозможно предсказать заранее. Данная работа предлагает именно тот инструмент, которого не хватало героям: распределение вероятностей усталостной долговечности, позволяющее планировать ремонты до того, как трещина станет критической.