РусРусский язык
Российский научный фонд поддержал проект сотрудников кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ

Российский научный фонд поддержал проект сотрудников кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ

28 сентября 2018 г.991

За плечами кафедры ММСП Пермского Политеха множество успехов и побед. Сегодня поговорим о передовой работе ученых, которая была поддержана грантом РНФ. Постараемся рассказать просто о сложном.

Несмотря на все более широкое распространение в различных отраслях промышленности композитов, металлы и сплавы остаются наиболее востребованными материалами, особенно – в ответственных изделиях (например, авиационных двигателях), и едва ли ситуация коренным образом изменится в ближайшие десятилетия. Следует отметить, что при рассмотрении на глубоких (мезо-, микро-, нано-) масштабных уровнях на сплавы также можно смотреть как на наиболее древние композиты со слабоупорядоченной структурой.

От своего природного состояния в виде компонентов различных руд до готовых деталей и конструкций металлы и сплавы проходят чрезвычайно длинную технологическую «цепочку»: плавку, кристаллизацию, обработку давлением, термическую и термомеханическую обработку и т.д. Понятно, что основной целью любой технологии является создание материалов и изделий из них, обеспечивающих надежную эксплуатацию в течение предписанного срока. Иначе говоря, создаваемые материалы должны обладать определенным набором физико-механических свойств: прочностью, долговечностью, корро-зионной стойкостью, теплопроводностью, электропроводностью и т.д. В конечном итоге указанные свойства определяются микроструктурой материалов, создаваемой в ходе технологических процессов. При этом особое значение имеют процессы, стоящие на заключительной части технологической «цепочки»: обработка давлением, термическая и термомеханическая обработка. Повышение эксплуатационных качеств готовой продукции, таким образом, требует разработки новых, совершенствования и оптимизации существующих технологий.

На современном уровне разработка режимов технологических операций немыслима без применения соответствующих математических моделей, сердцевиной которых являются конститутивные модели (или определяющие соот-ношения) для описания поведения материалов. В настоящее время в качестве таковых технологи обычно используют так называемые макрофеноменологические определяющие соотношения, являющиеся по существу аппроксимацией экспериментальных данных, как правило, полученных в простых опытах (например, на одноосное растяжение – сжатие цилиндрических образцов).

Очевидно, что такие определяющие соотношения не являются универсальными, для каждого материала и каждого набора параметров воздействий (температуры, скорости деформации и т.д.) требуется проведение отдельных экспериментов. Кроме того, подобный подход применим только к уже существующим материалам, для создания «материалов под изделие» (так называемых функциональных материалов) такой подход неприменим. Для построения универсальных определяющих соотношений, пригодных для описания поведения целых классов материалов, в том числе – еще не существующих, необходим новый подход, основанный на сочетании законов и соотношений физики твердого тела, физического материаловедения и нелинейной механики деформи-руемого твердого тела. С учетом вышесказанного, при этом требуются конститутивные модели, позволяющие учитывать и описывать эволюцию микроструктуры.

Такие модели появились в последние десятилетия, к сожалению, в основном в исследованиях зарубежных ученых. Из российских исследователей, работающих в рамках данного направления, следует отметить добившийся за-мечательных успехов научный коллектив школы академика РАН В.Е. Панина (Томск). Следует отметить, что чрезвычайная сложность процессов, происходящих при обработке металлов и сплавов на мезо-, микро- и более низких масштабных уровнях, наряду с постоянно возрастающими требованиями к «качеству» конститутивных моделей требуют непрерывной работы по их совершенствованию. Именно созданию класса модифицированных моделей для описания поведения материалов в широких диапазонах воздействий посвящена работа коллектива сотрудников кафедры математического мо-делирования систем и процессов (ММСП) в рамках выполнения проекта по теме «Развитие технологий термомеханической обработки металлов и сплавов: применение многоуровневого моделирования для описания из-менения структуры и прочностных характеристик», поддержанного в 2017 г. Российским научным фондом. Работа ведется в тесном контакте с упомянутым выше коллективом школы В.Е. Панина.

К настоящему времени научным коллективом кафедры ММСП разработана общая структура многоуровневой конститутивной модели для описания поведения металлов и сплавов в широком классе технологических процессов термомеханической обработки. Реализация модели осуществляется с использованием созданного на кафедре и регулярно дополняющегося пакета прикладных программ, построенного на модульном принципе. Создана подмодель для анализа процессов интенсивного пластического деформирования (десятки и сотни процентов), основанная на физических упруговязкопластических определяющих соотношениях и предложенном авторе оригинальном способе разложения движения деформируемого тела, позволяющем учитывать симметрийные свойства моно- и поликристаллических материалов. Разработана подмодель для описания процессов термической обработки (отпуск, закалка). Интенсивно ведется работа по созданию трехуровневой подмодели для исследования накопления дефектов (скоплений дислокаций, микротрещин, пор) при изготовлении и эксплуатации изделий из металлов и сплавов. В стадии завершения находится разработка подмодели для описания обработки материалов в режиме структурной сверхпластичности. Результаты исследований регулярно публикуются в рецензируемых изданиях (в том числе – входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus), докладываются на Всероссийских и Международных конференциях.

Как уже отмечено выше, рассматриваемый класс конститутивных моделей практически безграничен с точки зрения включения в него все более «тонких» физических механизмов и их носителей. В силу значительной сложности моделей трудно ожидать, чтобы в ближайшие годы они стали «рабочим инструментом» технологов. Работа по гранту имеет четко выраженный фундаментальный характер. Основными «потребителями» рассматриваемых разработок являются исследователи в области материаловедения, работающие в академических и проектных технологических организациях.


Похожие Новости

Есть новость?
Предложи нам!

Предложить новость

politehperm

📲 Хотите бесплатно повысить квалификацию в сфере IT или даже получить новую профессию? Мы приглашаем вас на курсы от пермского [club178980173|сетевого IT-Университета]! Курсы представляют собой короткие модульные программы по востребованным цифровым технологиям. Вы сможете освоить следующие программы: 1⃣ Открытые геотехнологии для обработки данных дистанционного зондирования Земли Курс посвящен изучению основ и базовых практических приемов работы с открытыми ГИС-приложениями и данными дистанционного зондирования Земли различного пространственного разрешения. Слушатели получат возможность работы с космическими снимками Земли. — Зарегистрироваться можно до 25 октября по ссылке:https://itnetwork.permkrai.ru/FrontRequest/Index/00083 2⃣ Моделирование в Blender 3D для начинающих VR-разработчиков В процессе работы слушатели с нуля смогут создать несколько трехмерных сцен для будущего VR-приложения, анимированные объекты и персонажей в программе Blender 3D. — Регистрация открыта до 23 октября по ссылке: https://itnetwork.permkrai.ru/FrontRequest/Index/00092 3⃣ Разработка приложений в SAP R/3 на языке ABAP Слушатели изучат корпоративные информационные системы, познакомятся с их структурой и стандартами на примере системы SAP R/3. Цель программы — подготовить специалистов, которые смогут решать реальные задачи бизнеса в системе SAP R/3 с помощью собственных приложений на языке ABAP. — Зарегистрироваться вы сможете до 31 октября по ссылке: https://itnetwork.permkrai.ru/FrontRequest/Index/00090 4⃣ Программирование микроконтроллеров STM32 Слушатели курса разберут основное назначение микроконтроллеров, познакомятся с их современными архитектурами и характеристиками, способами взаимодействия микроконтроллеров с внешними устройствами. Успешные выпускники будут востребованы в качестве программистов-разработчиков микроконтроллеров и программистов встроенных систем. — Записаться на обучение можно до 24 октября по ссылке: https://itnetwork.permkrai.ru/FrontRequest/Index/00084 Не упустите возможность! 😇 #новости@politehperm #студенту@politehperm