По данным ТАСС, за 2023 год металлопотребление в России выросло на 7,4% и составило около 35 млн тонн. Металлы и сплавы используют во всех сферах машиностроения, в производстве медицинского и нефтегазового оборудования, военной техники, строительной и транспортной индустрии. Чтобы придать нужную форму деталям, повысить их прочность, пластичность и другие характеристики, применяют обработку металлов давлением. Однако нужно задать корректные условия процесса, иначе есть риск снизить качество заготовки. Для этого прогнозируют свойства материала с помощью компьютерного моделирования. Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая описывает внутреннюю структуру изделий с применением нового вычислительного подхода. Он ускорит проведение расчетов. В дальнейшем такая модель может быть полезна при решении различных технологических задач изготовления — штамповки, прокатки, волочения, гибки и других.
Статья опубликована в научном журнале «Вестник ПНИПУ. Механика» № 4 за 2024 год. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации нацпроекта «Наука и университеты» (проект № FSNM-2024-0002).
При обработке металлов давлением существенно перестраивается их структура и, соответственно, меняются свойства. Эффективное математическое описание таких изменений позволит быстрее проектировать изделия с необходимыми характеристиками и снизит риск производства некачественной продукции.
Ученые Пермского Политеха разработали многоуровневую модель для описания процессов, происходящих при обработке металлов давлением. Они предложили новый подход, который позволяет проводить расчеты с меньшим числом повторений алгоритма и ускоряет вычисления.
— Обработка металлов давлением — сложный процесс. Для его описания вместо часто применяемых моделей, которые рассматривают упругие, пластические и вязкие свойства, мы предлагаем эффективную для процессов обработки металлов давлением упругопластическую модель. Она позволяет проводить расчеты с большими временными шагами, благодаря чему можно значительно сократить вычислительные ресурсы при решении прикладных задач, — поясняет Павел Гладких, магистрант 2 курса кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ.
— Однако в такой модели есть проблема с неопределенностью выбора переменных, которая может повлиять на точность расчетов. Предложенный нами вычислительный подход позволил физически корректно ее исключить, что дает возможность в полной мере использовать потенциал таких моделей на практике. Алгоритм протестирован для случая деформирования монокристаллического образца алюминия, — комментирует Петр Трусов, профессор кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха позволит быстро и корректно прогнозировать изменение структуры и свойств металлов при обработке. Это актуально для проектирования функциональных материалов-изделий в более короткие сроки.