Top.Mail.Ru
РусРусский язык
Ученые ПНИПУ разработали модель для полного контроля производства и эксплуатации пластмассовых изделий

Ученые ПНИПУ разработали модель для полного контроля производства и эксплуатации пластмассовых изделий

В современном мире из пластмассы сделано буквально все: от посуды, упаковок и запчастей до промышленного оборудования, протезов и строительных элементов. При производстве таких изделий пластик часто подвергают разным нагрузкам (растяжению, сжатию, высоким температурам). Поэтому важно заранее определять, как поведет себя материал. Это позволяет создавать уникальные изделия с памятью формы. До изготовления проводят расчеты их поведения в математических моделях, однако существующие физические соотношения охватывают узкий диапазон характеристик — точность моделирования снижается. Ученые ПНИПУ разработали модель, которая описывает поведение пластмассы в широком спектре температур. Это повысит эффективность изделий и позволит при проектировании проводить виртуальные эксперименты без дорогостоящих натурных испытаний.

Статья опубликована в журнале «Научно-технический вестник Поволжья» №12, 2023 год. Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проект № FSNM- 2023-0006).

Существует несколько способов создания пластиковых изделий. Многие из них основаны на воздействии температур на материал. Например, нагревают полимерные гранулы и заливают в формы для изготовления посуды, приборных панелей и даже деталей LEGO. Иногда используют термопластичные трубки, которые раздувают горячим воздухом внутри формы заготовки. Этот способ популярен для создания бутылок, бочек и топливных баков. При 3D-печати нагревают термопластичную полимерную нить, из которой послойно выращивают промышленные детали для автомобильной и авиаотрасли.

Полимер, из которого создают пластмассовые объекты разных форм и масштабов, обладает эластичностью и способен возвращаться к нужным формам после деформаций и воздействия высоких температур. Такой эффект памяти позволяет контролировать изменение материала при производстве, моделировать нужный вид изделия. Для этого важно собрать полные данные о механическом поведении полимера с помощью различных программ.

Чтобы описать поведение материала важно найти золотую середину между простотой и возможностью определить максимальное количество свойств. Простые математические модели не достаточно точно и качественно решают эту задачу, а ввод в нее дополнительных конструкций для более полного описания полимера делает программу слишком сложной и громоздкой.

Политехники объединили две математических модели — вязкоупругую и гиперупругую, которые по отдельности уже есть в вычислительном программном пакете, и разработали свою.

— Наша цель — создать модель для описания поведения полимера в широком спектре температур, который включает его отвердевшее состояние, гиперупругое и переходное. Это расширит возможности определения поведения материала при различных тепловых нагрузках. Существующие модели для пластиков обычно охватывают какой-то узкий температурный диапазон, а мы хотим учесть весь в одной. Кроме того, модель должна описывать известные эффекты, наблюдаемые на практике. Например, эффект памяти формы, резиноподобное поведение при нагреве выше интервала отвердевания, различие при отклике на растяжение и сжатие, — объясняет научный сотрудник кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Юлия Фасхутдинова.

Для полученной модели необходимо определить новые механические константы (характеристики) так как значения, применяемые ранее, для совмещенной модели не подходят. Ученые провели эксперимент, испытав полимерные образцы до 100% деформаций при различных температурах (120, 140 и 160 градусов Цельсия). Определяли зависимости напряжения материала от растяжения и сжатия.

— В результате для каждого значения температуры мы получили осредненную кривую напряжений, по которой можно рассчитать корректирующий коэффициент для известного нам набора параметров гиперупругой модели, чтобы ее можно было совместить при расчетах с вязкоупругой моделью. Это позволит с высокой точностью моделировать поведение материала на всем протяжении жизненного цикла изделий: от производства до эксплуатации; а также придумывать новые сложные детали и прогнозировать их поведение в работе, — поделилась Юлия Фасхутдинова.

Например, с помощью полученной модели можно рассчитывать давление прижатия полимерной изолирующей муфты. Или определять причину несовершенства геометрии какого-либо изделия при производстве, а численное моделирование поможет подобрать варианты технологических параметров. Сделав выбор в пользу наилучшего, повысится качество детали.

Модель, разработанная учеными Пермского Политеха, эффективно описывает поведение полимерного материала в зависимости от температуры. Благодаря ей упрощается процесс проектирования новых изделий и сертификации уже имеющихся, появляется возможность повысить качество выпускаемой продукции.


29.02.24919

Похожие Новости

Есть новость?
Предложи нам!

Предложить новость

politehperm

Вручаем подарки ко Дню студента! 🎓 Приглашаем политехников раскрыть все необъятные стороны нашего университета и поделиться самыми яркими впечатлениями 📸 Каким Пермский Политех видишь ты? 🔹 мир науки: конференции, лабораторные и эксперименты 🔹 мир образования: моменты учебного процесса или практики 🔹 мир творчества: репетиции и выступления 🔹 мир добрых дел: донорство крови, поездки в приюты, сбор гуманитарной помощи 🔹 мир спорта: эмоции, драйв, командный дух Чтобы стать участником розыгрыша: 1⃣ подпишись на нашу группу и тг-канал https://t.me/politehperm 2⃣ поставь лайк на этот и 3 предыдущих поста 3⃣ отправь в комментариях свои фотографии, отметь, к какому миру они относятся и напиши, что это за событие 25 января с помощью рандомайзера выберем победителей и вручим подарки 🎁 ❗Участвовать могут только студенты Пермского Политеха. #конкурс@politehperm
Методика ученых Пермского Политеха ускорит испытания материалов для аэрокосмической отрасли 🤩 Узнать, что на фото по ссылке https://pstu.ru/news/2025/01/17/16496/ 🚀 В современных условиях полимерные композиционные материалы широко востребованы в авиационной и ракетно-космической промышленности. Отечественные предприятия заинтересованы в том, чтобы с его помощью расширять производство изделий ответственного назначения. 🔗 Но прежде чем массово изготавливать детали из полимерных композитов, необходимо проводить испытания материала, которые занимают технологическое время. Ученые [club60443805|АКФ] разработали методику для определения одного из ключевых параметров, влияющих на качество будущего композитного изделия. Ее применение в 2 раза сокращает время на производственные испытания. #новости@politeperm #ученые@politehperm