Этап №1

Основные результаты проекта

Модернизация крупной уникальной научной установки «Комплекс испытательного и диагностического оборудования для исследования свойств конструкционных и функциональных материалов при сложных термомеханических воздействиях» обеспечивает реализацию Программы развития Пермского НОЦ «Рациональное недропользование» в части решения задач по обеспечению безопасности недропользования, реализации научных и научно-технических проектов, увеличению открытости и востребованности услуг УНУ для внешних пользователей, выполнения комплексных междисциплинарных исследований на уровне лучших мировых аналогов по основным направлениям развития НОЦ, в частности:

— обеспечение прочности и ресурса материалов и безопасности машин, и изделий в сложных, в том числе экстремальных условиях работы, на основе решения фундаментальных задач физики и механики деформирования и разрушения, и моделирования поведения материалов различной структуры (металлы, полимеры, композиты, горные породы);

— решение технологических задач горной механики, включающих обеспечение прочности, устойчивости и безопасности подземных выработок и моделирования процессов гидроразрыва нефтенесущих пластов на основе получения комплексных данных о физико-механических свойствах соответствующих горных пород;

— контроль и обеспечение прочности оборудования и сооружений в сфере недропользования с использованием технологий мониторинга состояния конструкций с использованием SMART-материалов, в частности с применением оптоволоконных технологий.

В рамках выполнения проекта осуществляются мероприятия по модернизации УНУ. Проведен анализ возможных технических решений в части расширения диапазонов и режимов нагружения, а также температурного воздействия. Выполнены процедуры по оценке, подготовке и заключению договоров на поставку оборудования. Подготовлены помещения для установки закупаемого оборудования, организуются рабочие места для исследователей.

Технические требования к оборудованию, закупаемому в рамках выполнения проекта по модернизации УНУ.

1) Сервогидравлическая испытательная система MTS Landmark (изготовитель: MTS Systems Corporation, USA) должна обеспечивать диапазон максимальных нагрузок ± 100 кН, должна обеспечивать проведение испытаний на квазистатическое нагружение, а также много- и малоцикловую усталость и трещиностойкость. Для этого испытательная машина должна быть снабжена специализированным программным обеспечением. Система должна позволять проводить испытания с использованием высокотемпературных экстензометров. Погрешность регистрации перемещений и нагрузок не должна превышать 1 % от измеряемой величины. Должна быть обеспечена возможность полного контроля формы цикла нагружения путем настройки PID параметров управляющего сигнала и регистрации всех параметров испытаний. Система должна позволять использовать в процессе испытаний систему для ультразвукового контроля дефектов материала образцов с применением многофункционального ультразвукового дефектоскопа на фазированных решетках TD FOCUS-SCAN RX (изготовитель: Tehnology Design, UK).

2) Ультразвуковой дефектоскоп на фазированных решетках TD FOCUS-SCAN RX (изготовитель: Tehnology Design, UK) должен обеспечивать обнаружение и контроль как исходных технологических, так и эксплуатационных дефектов, возникающих в процессе механического нагружения образцов из различных материалов (металлы, композиты, горные породы) и полунатурных элементов конструкций. Дефектоскоп должен быть укомплектован фазированной решеткой частотой 5МГц, 64 элемента с шагом 1,0 мм. Дефектоскоп должен поддерживать различные методы контроля: фазированные решетки (PA), TOFD, эхо-импульсный (P/E), коррозионное картографирование, распознавание зоны сварного шва, общее обнаружение дефектов, поддержка 2D матричных датчиков, раздельно-совмещенные линейные датчики. Дефектоскоп должен быть укомплектован специализированным программным обеспечение для работы методами полноматричного захвата и общей фокусировки, фазированных решетках/эхо-импульсный, TOFD, автоматическое сканирование (AUT), большой диапазон, TD Super-View, ESBeam Tool.

3) Сервогидравлическая испытательная система Biss Nano с частотой нагружения до 100 Гц и диапазоном максимальных нагрузок ± 25 кН. Погрешность регистрации перемещений и нагрузок не должна превышать 1 % от измеряемой величины. Должна быть обеспечена возможность полного контроля формы цикла нагружения путем настройки PID параметров управляющего сигнала и регистрации всех параметров испытаний при заданных частотах нагружения. Частота нагружения зависит от характеристик образца и амплитудных значений нагрузок и перемещений. Система должна быть снабжена комплектом захватных приспособлений для работы с образцами различных структурно неоднородных материалов (металлы, композиты, горные породы). Испытательная система должна обеспечивать возможность проводить испытания при различных температурах с переходом через нулевое значение нагрузки. Система должна позволять проводить испытания с использованием высокотемпературных экстензометров. Должно быть реализована возможность прямого измерения длины трещины методом регистрации падения потенциала постоянного тока. Система должна быть снабжена маслостанцией с необходимым давлением и пропускной способностью рабочей жидкости.

4) Комплект оборудования и программного обеспечения для модернизации бесконтактной видеосистемы регистрации и анализа полей перемещений и деформаций Vic3D Correlated Solutions для возможности управления процессом испытаний по данным видеосистемы в режиме реального времени и специализированной подготовки поверхности образцов. Программное обеспечение должно полноценно функционировать с существующим оборудованием (камеры, блок согласования, системный блок для подключения камер) и обеспечить расширение возможностей по синхронизации процесса испытания. Приспособления и методика специализированной подготовки поверхности образцов должны обеспечить высокое качество покраски образцов малых размеров и образцов структурно неоднородных материалов, и повысить качество (снизить погрешность, повысить повторяемость) регистрируемых данных.

Анализ текущей оснащенности УНУ и закупаемого в рамках модернизации оборудования и вспомогательных средств диагностики позволяет сделать вывод о соответствии УНУ испытательным лаборатория мирового уровня.

Проведена работа по привлечению организаций-пользователей научным оборудованием, в том числе – иностранных. Определены направления исследований, заключены договора на выполнение услуг, а также соглашения о сотрудничестве и соглашения о консорциумах.

Разработаны и внедрены мероприятия по повышению открытости, доступности и востребованности УНУ. Актуализирован сайт и представленная на нем информация об УНУ.

Подготовлены, направлены в редакции и опубликованы статьи в журналах, индексируемых в международных базах данных Web of science и Scopus. Разработана и апробирована методика проведения испытаний.

Сотрудники лаборатории прошли курсы повышения квалификации по изучению особенностей оборудования, входящего в состав УНУ, а также прослушали серию онлайн вебинаров, связанных с работой и поиску информации и научных статей в международной базе данных Web of Science с целью увеличения публикационной активности авторов.

Комплекс проведенных мероприятий, полученные результаты, а также достигнутые значения показателей результативности использования гранта соответствуют плану-графику исполнения обязательств, техническому заданию и заявленным значениям показателей результата(ов) предоставления гранта соответственно в полном объеме.

Назначение и область применения результатов проекта

Модернизация существующего уникального научного оборудования позволяет значительно расширить круг решаемых задач, повысить эффективность использования действующей УНУ.

Получение фундаментальных данных о механическом поведении и разрушении структурно неоднородных конструкционных материалов создает основы для совершенствования методик прочностного анализа элементов машин, трубопроводного транспорта, газотурбинных перекачивающих установок, нефтегазового промыслового оборудования с целью обеспечения надежности и безопасности их использования.

Данные о поведении геологических материалов используются для расчетов устойчивости пород в окрестности горных выработок, а также прогнозировании условий гидроразрыва нефтенесущих пластов.

Экспериментальная отработка внедрения оптоволоконных технологий создает условия для эффективного мониторинга конструкций и сооружений в процессе эксплуатации.

Ожидаемые результаты востребованы для решения широкого круга задач при проектировании машин и оборудования, совершенствовании технологий и техники планирования, добычи, переработки и транспортировки.

Ожидаемые результаты проекта востребованы большим числом потребителей, отраслевых институтов и технологических компаний, принимающих непосредственное участие в обеспечении Программы деятельности НОЦ.

В ходе выполнения проекта достигнуты договоренности о сотрудничестве с организациями научного и промышленного секторов экономики. Заключены договора на выполнение работ с использованием оборудования УНУ, в том числе с иностранными организациями. Определены направления совместных исследований, намечены планы работ с организациями-участниками консорциумов и соглашений о сотрудничестве.

Полученные результаты открывают новые возможности для комплексных исследований конструкционных и функциональных материалов, определяют направления исследований, закладывают основу для написания статьей, диссертаций, получения охраноспособных результатов интеллектуальной деятельности.