Новое исследование ученых Сколтеха поможет улучшить моделирование дефектов в композитах

Группа ученых Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха получила результаты, которые помогут улучшить моделирование дефектов в композиционных материалах и тем самым снизить количество требуемых тестов и расход материалов. Авторы усовершенствовали ранее созданную модель с учетом разнонаправленности и переплетения армирующих волокон, сообщает пресс-служба Сколтеха.

Волокна идеально ровной и неровной форм

«Композитные материалы изучают уже много десятков лет, однако несмотря на прогресс, до сих пор остается большой разрыв между расчетами и экспериментальными данными. Нашей целью было сократить этот разрыв. Композитные материалы состоят из двух компонентов — волокон и полимеров. В реальности волокна имеют волнистую форму, но в моделировании разрушения волоконного пучка им всегда придавали прямую форму для упрощения вычислений. Нам удалось учесть в модели, что волокна не обязательно расположены параллельно друг другу: они могут быть разнонаправленными, могут переплетаться. Все это влияет на точность расчетов и оценку прочности материалов», — рассказал один из авторов исследования, аспирант программы «Математика и механика» Милад Джафарипуриа.

Результаты помогут доработать созданную в Бельгии модель и совместно разработанную в 2021 году методику обнаружения дефектов в композиционных материалах. Такие материалы широко используются, например, в авиастроении. В этой области особенно важно вовремя найти дефект и принять меры по его устранению.

«Инженерия научилась бороться с отдельными трещинами — эта область в зарубежной науке известна как fracture mechanics. Дефекты обнаруживают во время регулярных инспекций, их вырезают из обшивки самолета, а на это место вставляют заплатку. Но есть более опасные случаи — так называемая damage mechanics, когда в материале появляется огромное количество микродефектов, которые нельзя увидеть невооруженным глазом, а отправлять огромные воздушные суда на рентген невозможно. Поскольку материал может быть перенасыщен такими трещинами, это может привести к катастрофе: трещину никто не видит, самолет продолжает летать, а потом как гром среди ясного неба один из элементов конструкции разваливается. Против таких ситуаций тоже принимаются меры безопасности по дублированию выполняемых элементами конструкции функций, но вопрос предсказания подобных типов разрушения по-прежнему остается открытым», — рассказал ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха Сергей Абаимов.

Изначально модель не учитывала ряд аспектов, в том числе то, что не все волокна параллельны друг другу.

«Новое и последующие исследования помогут сделать эту модель более реалистичной. Наше достижение в том, что мы впервые смогли промоделировать разрушение в волоконном пучке при реалистичной форме волокон, а когда есть модель, можно выработать различные практические подходы к решению проблемы обнаружения дефектов», — пояснил Сергей Абаимов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Composites.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.