В Перми научились прогнозировать свойства композитных материалов

Выкладка сухого углеволокна лонжерона консоли крыла МС-21. Фото © ООО «АэроКомпозит»

При создании авиационной и космической техники используются материалы с «усиленной» структурой – пространственно-армированные композиты. Регулируя схему плетения, количество и тип волокон, можно получать изделия с различными характеристиками, например, повышать их прочность и упругость. В настоящее время программные решения создают идеализированные модели, которые не учитывают влияния реальных факторов.

Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм, программный комплекс и компьютерные геометрические модели, которые позволят «предсказывать» реальное состояние будущего материала. Это позволит усовершенствовать качество деталей самолетов и ракет.

Современные технологии позволяют «плести» сложные каркасы изделий и заранее прогнозировать их свойства, не проводя дорогостоящие эксперименты, а пропиткой нитей смолой можно получать необходимые детали без высоких затрат на изготовление. Такие изделия применяют в создании конструкций самолетов и ракет, которые выдерживают высокие нагрузки.
 
«Проведение физических экспериментов для определения новых свойств материалов – дорогостоящее и трудозатратное мероприятие. Более экономичным способом являются имитационные эксперименты, но они не обеспечивают необходимой достоверности оценки. Известные программные комплексы моделируют идеализированную структуру материала. Но в процессе изготовления геометрические параметры каркасов будущих композитов могут меняться из-за неравномерной деформации нитей. Мы предложили создать алгоритм, который позволит учитывать эти изменения, чтобы оценивать свойства материалов более точно», – рассказывает один из разработчиков, и.о. заведующего кафедрой «Механика композиционных материалов и конструкций» аэрокосмического факультета Пермского Политеха, кандидат технических наук Павел Писарев.

Исследователи разработали алгоритм для решения задач микромеханики пространственно-армированных композитов. С его помощью можно прогнозировать упругость материалов, учитывая технологические отклонения при изготовлении. Ученые Пермского Политеха также провели эксперимент, чтобы подтвердить эффективность алгоритма. Для этого они изготовили композит, пропитав полимером текстильный армирующий каркас под давлением в жесткой форме. Разработчики смоделировали характеристики структуры его заготовки с помощью нового алгоритма и существующей программы TexGen. Затем они провели томографический анализ материала.

«Одним из показателей эффективности разработки является определение объемной доли нитей в каркасе материала. Отличие значений между томографическим анализом и моделью, созданной нашим алгоритмом, составило всего 3,1%. Это показывает высокую точность его работы. Разница данных в случае использования программы TexGen оказалась 15,8%. Кроме того, с помощью алгоритма удалось точно определить способность материала сопротивляться растяжению, сжатию или деформации при сдвиге», – пояснил Павел Писарев.

В планах ученых – добавить в алгоритм новые функции, которые позволят оценивать прочность материалов при сложных нагрузках и прогнозировать их разрушение.


Отвратительно!ПлохоНи о чёмХорошоОтлично! (5 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...