Ученые Сколтеха улучшили моделирование дефектов в композитах

Ученые Сколтеха улучшили моделирование дефектов в композитах

Учёные из Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха разработали новый способ улучшения моделирования дефектов в композитных материалах. Это позволяет сократить количество тестов и уменьшить затраты на производство.

Учёные усовершенствовали существующую математическую модель, учитывая разнонаправленность и переплетение волокон в композитах. Это значительно влияет на точность моделирования разрушений.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Composites: Part A. Милад Джафарипуриа, аспирант программы «Математика и механика» в Сколтехе, пояснил, что цель исследования — сократить разрыв между расчётами и экспериментальными данными.

Композитные материалы состоят из волокон и полимеров, и в реальности волокна имеют волнистую форму. Ранее в моделях они упрощались до прямой формы, что снижало точность. Теперь же модель учитывает, что волокна могут быть переплетёнными и разнонаправленными, что повышает точность расчётов и оценки прочности материалов.

Результаты исследования помогут доработать созданную ранее модель в Бельгии. Совместно разработанная в 2021 году методика по обнаружению дефектов в композитных материалах, которые широко используются в авиастроении, также будет улучшена. В этой области очень важно своевременно обнаруживать дефекты и устранять их.

Сергей Абаимов, ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха, отметил, что, хотя инженерия научилась справляться с отдельными трещинами (область известна как fracture mechanics), более опасными являются случаи с множеством микродефектов (damage mechanics). Эти микродефекты невозможно увидеть невооружённым глазом, а проверка больших самолётов рентгеном затруднена. Перенасыщенность материала микротрещинами может привести к катастрофе, поэтому важно развивать методы предсказания подобных разрушений.

По словам учёных, изначально модель не учитывала, что волокна не всегда параллельны. Новое исследование и последующие работы помогут сделать модель более реалистичной.

«Мы впервые смогли смоделировать разрушение в волоконном пучке при реалистичной форме волокон. Теперь можно разработать различные практические подходы к обнаружению дефектов», — подчеркнул Сергей Абаимов.

Источник: naked-science.ru

Science XXI