Исследование опубликовано в журнале «Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника», №73, 2023. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Ученые ПНИПУ исследовали пространственно-армированный композит, он отличается от других видов композитов характером ориентации нитей наполнителя. Для определения значений параметров данного материала политехники провели томографические исследования структуры образцов и проанализировали их микрошлифы (образцы со специально обработанной поверхностью для выявления микроструктуры). Полученные данные легли в основу таблицы с геометрическими параметрами композита (к таковым относятся, например, расстояние между центрами нитей основы, площадь поперечного сечения прошивочной нити и т.д.). Ученые определили среднее значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации каждого из параметров. На основе полученных данных создали геометрическую модель фрагмента композита и разработали специальный алгоритм моделирования. С помощью этой модели построили уже реальный фрагмент композита.
В процессе прогнозирования характеристик материала ученые использовали метод локального приближения, т.е. рассчитывали характеристики композита на его фрагменте, содержащем одну характерную ячейку элемента структуры в центре и окруженную одним ближайшим слоем таких же ячеек.
Результаты, полученные политехниками, оказались точнее на 4-9% результатов расчета композита без учета реальных параметров структуры. Диапазон разброса характеристик не превысил 1,3%. Это значит, что даже если прогнозировать лишь одну из нескольких характеристик, то, вероятно, остальные характеристики, которые можно сравнить с экспериментальными значениями, будут отличаться практически настолько же (до 1,3%), насколько отличается первое вычисленное значение.
– подводит итог Павел Писарев, кандидат технических наук, и.о. заведующего кафедрой «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ.Использование геометрической модели пространственно-армированного композита с учетом реальной структуры в совокупности с численным методом локального приближения позволяет получать более точные характеристики свойств материала,

Разработанный учеными Пермского Политеха метод позволяет добиться более точного прогнозирования упругих свойств композитных материалов. Это поможет упростить и ускорить изготовление деталей с необходимыми свойствами, снизить расходы на их производство в авиа- и ракетостроении.
На основе разработанных моделей возможно проведение дальнейших исследований. Например, изучение влияния разброса геометрических параметров материала на его механические характеристики, прогнозирование нелинейного деформирования и оценка прочности композитов при сложном нагружении.
Опубликованный материал и фото предоставлены пресс-служба ПНИПУ