Säker, de är blandade metaforer – men precis som modellering är en nära uppskattning av verkliga processer, så är också verbala förklaringar av sådan nyanserad aritmetik. Trisha Sain, biträdande professor i maskinteknik, utforskar fysik i flera skalor genom att tänka på LEGO-klossarna i hennes vardagsrum, fönstren i skyskrapor och laga en fest.

Innan vi dränerar våra nudlar, låt oss lägga en grund för studiet av kompositmaterial. Kompositer är gjorda av flera material som kombinerar olika mekaniska och kemiska egenskaper, och idealiskt är sådana mikrostrukturkombinationer en win-win för att maximera önskade egenskaper. Men kombinationer skapar mer komplexitet, speciellt när de utsätts för extrema miljöer.

Till exempel, Sains forskning tittar på fiberförstärkta polymerkompositer för det amerikanska flygvapnet. Materialen måste tåla väta, värme, kallt och kanske några blåser. "Dessa material kan hantera sådana extremer, " sa hon. "Problemet är att som alla material, de åldras. Vi studerar den försämringen."

Vilket för oss tillbaka till spagetti. Sain sa att han förstår kompositernas beteende och hur de reagerar på vind, regn, kyla och andra miljöfaktorer är som att reda ut en skål med spaghetti nudlar. Polymerer, som är långa kolkedjor, linda och vrid runt ungefär som kokt pasta. Även om kompositernas specifika kemi och mekaniska egenskaper är välkända, Sain vill veta vad som händer när nudlarna möter sås:hur polymererna interagerar med miljöfaktorer som luft eller värme eller deras frånvaro.

Och, ungefär som att vi inte beställer en rätt med "nudlar-tomater-basilika-och-oregano" på en restaurang, kompositer i den verkliga världen används eller bedöms inte av deras mikrostrukturella ingredienser. För att förstå komposit spagetti, Sain studerar rätten som helhet - testar varje material på flera skalor och skapar prototyper av hela utrustning. För att modellera hur dessa material bryts ned över tiden, hon måste sätta ihop en hel fest av beräkningar - från nudlarna av en polymers kedjor, till plattan på en panel, till buffén av en hel maskin.

"Så, vårt mål är att fånga rätt fysik på varje skala och överföra informationen från en längdskala till en annan på ett konsekvent sätt, " sa Sain. Att göra det kräver en sorts matematisk homogenisering som kallas "on-the-fly"-beräkningar, hon förklarade. "Kan vi fånga dessa egenskaper med ett modelleringsramverk som går smidigt över en skala till en annan? Eftersom det inte bara är en annan längdskala, det är olika fysik, och var och en av dessa fysiska processer kan inträffa på en annan tidsskala."

Ett annat sätt som Sain förklarar hur hennes modeller spänner över flera skalor är att tänka på LEGO-klossar. Blocken passar ihop på specifika sätt, och vissa passar bättre ihop än andra beroende på design.

"Men om du försöker göra en hel campusbyggnad av LEGO, du kommer att få problem, " sa Sain. På större skalor, fysiken och det materiella beteendet förändras. När det gäller modellarkitektur, On-the-fly homogenisering gör det möjligt för modellens beräkningar att växla från fönsterbrädor som passar ihop, att titta på fönstret, för att sedan redogöra för hela väggen med alla dess fönster. Som jämförelse, enklare diskreta modeller måste använda hårda gränser mellan tröskel/fönster/väggberäkningar.

"I grund och botten, vårt mål var inte att snabbt skära av vågen och istället kontinuerligt gå igenom dem, ", sa Sain. "Vi gör ett tillvägagångssätt för statistiska mekaniska system inom polymerlängdsskalan – fönsterlängdskalan – men försöker ändå komma ihåg att de statistiska och mekaniska beskrivningarna av vad vi än beräknar måste vara tillämpliga på de större längderna – väggvågen."

Sådana graciösa glider mellan vågar, oavsett om materialet är nudelaktigt, plast, glasrutor eller fiberarmerad, gör det möjligt för Sain att förutsäga och bedöma sammansatt nedbrytning med mer lätthet och mindre pengar än traditionella experiment.