В промышленности сейчас используют различные конструкционные материалы. Ученые Пермского Политеха создали программный комплекс, который поможет сделать их более прочными и стойкими к разрушению. С помощью разработки специалисты смогут получить наиболее эффективную структуру сталей, сплавов, керамических изделий и горных пород. Это позволит оптимизировать создание новых материалов и сократить расходы на их производство.
Ученые выполнили исследование при финансовой поддержке РФФИ.
— Мы создаем «цифровые двойники» конструкционных материалов. С их помощью можно получить детали с необходимыми свойствами, которые будут более прочными, безопасными и стойкими к появлению трещин, чем аналоги. Численные эксперименты позволяют получить более подробные данные, чем реальные испытания, при этом можно сэкономить средства, — рассказывает доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение» Пермского Политеха, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат технических наук Артем Ильиных.
Уникальный программный комплекс позволит моделировать двумерные структуры композитов с «зернистой» структурой. Разработка покажет, как меняется поведение материала в зависимости от внешних воздействий. Программа учитывает различные параметры композитов: размеры зерен, их ориентацию, количество и пористость. «Цифровой двойник» сохранит виртуальную копию материала или конструкции, чтобы специалисты могли использовать их в будущем. Модели можно успешно интегрировать в инженерные программы, например, в ANSYS.
— В основе нашей программы лежит идея «выращивания» зерен структуры из простых геометрических фигур. В частности, наиболее удобной для нас геометрической фигурой стал эллипс. Для создания структур используется большое количество эллипсов разных форм и размеров. Моделируя их рост и обрабатывая результаты выращивания, мы получаем разнообразные зернистые структуры композитов, — поясняет ученый.
По мнению исследователей, разработка заинтересует предприятия, которые разрабатывают и внедряют новые материалы для промышленности, в частности, для машиностроения. Инженеры смогут использовать ее для создания перспективных конструкций из новых композитов.
В отличие от аналогов, пермский программный комплекс позволяет более четко определить структуру материала с нелинейными границами между зернами. По словам ученых, уточненные данные помогут определить наиболее оптимальную структуру композитов. Разработку уже успешно применяют в учебном и научном процессе.
