Пермские ученые улучшили производство емкостей для хранения опасных веществ
Композитные материалы — это важный инструмент в авиации, энергетике и химической промышленности. Они прочные, легкие и незаменимы там, где важны надежность конструкции и минимизация веса — например, при изготовлении емкостей для хранения сжиженных газов, опасных химикатов и горючего топлива. Ученые из Пермского Политеха разработали новый подход для расчетов композитных оболочек, который учитывает разные факторы: влияние температуры, нагрузки и взаимодействие материалов. Это позволяет предсказать возможность появления дефектов и повышать надежность изделий.
Статья опубликована в журнале «Прикладная математика и вопросы управления». Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.
В химической, нефтегазовой, аэрокосмической промышленности очень важно безопасно хранить используемые вещества: кислоты и щелочи разъедают даже металл, горючее топливо взрывоопасно и требует идеальной герметичности, а сжиженные газы (как водород или метан) должны храниться под высоким давлением — любая трещина в емкости грозит утечкой и взрывом.
Раньше для этого использовали стальные резервуары, но они тяжелые, ржавеют и могут лопнуть. Сегодня на смену им приходят композитные оболочки. Это полые конструкции из нескольких слоев специальных материалов – полимерных смол, армированных волокнами (углеродными, стеклянными и так далее). Они сверхпрочные, легкие и не ржавеют даже от агрессивных химикатов, что делает их идеальными для хранения и транспортировки жидкостей и газов под высоким давлением.
Изготавливать такие оболочки сложно. Один из самых перспективных методов — так называемая непрерывная мокрая намотка, когда стекло- или углеволокно пропитывают смолой, наматывают на форму и заставляют затвердевать под действием высоких температур. Так создается бесшовная сверхпрочная оболочка, надежно защищающая контейнер с веществом внутри от повреждений.
Тем не менее, при производстве новых изделий с разными схемами намотки и материалами часто возникают проблемы: реальная форма отличается от проектной, появляются скрытые дефекты и падает прочность. Причина в том, что существующие методы расчетов не учитывают или слишком упрощают поведение оправки: как ведет себя материал при нагреве, где возникают напряжения, как слои материала оболочки взаимодействуют друг с другом и оправкой. Технологические погрешности накапливаются и в конечном счете могут привести к дефектам, снижению прочности конструкции и даже утечкам потенциально опасных веществ.
Ученые Пермского Политеха разработали комплексную расчетную методику, которая учитывает, как ведут себя материалы при разных производственных условиях – и под нагрузкой, и при нагреве. Это особенно важно при длительной намотке и обработке высокими температурами.
Сначала политехники провели серию экспериментов. Образцы материалов оправки и композиционной оболочки испытали на растяжение, сжатие и релаксацию (как материал «расслабляется» под нагрузкой, когда напряжение в нем медленно начинает спадать). Проверяли при разных температурах – от комнатной до той, которой композитный материал достигает при термообработке на производстве – 150°C. На основе полученных данных ученые создали специальную компьютерную программу, которая помогает предсказывать возможные дефекты в композитных материалах еще на стадии разработки. Эта программа разработана с использованием современных технологий моделирования, что позволяет значительно повысить надежность и безопасность готовых изделий.
Точность модели и алгоритма была испытана на реальной конструкции из композита. Ученые провели расчеты и получили данные о распределении напряжений и температур в процессе ее производства.
– Когда оболочку наматывают и нагревают, оболочка прижимается к оправке со всех сторон. Мы выяснили, что температура при этом распределяется равномерно (от 138 до 155 °C), сжатие сильнее всего в местах закреплений (25-30% от предела прочности) – все это в пределах нормы. Однако расчеты показали, что при охлаждении на концах появляются зоны, где оболочка может отслоиться. Алгоритм в данном случае предсказывает вероятность появления расслоений в композиционном материале, – рассказывает Ляйсан Сахабутдинова, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.
Выводы алгоритма, разработанного учеными Пермского Политеха, помогут прогнозировать возможные дефекты, а, следовательно, оптимизировать технологические параметры (например, скорость намотки или температуру термообработки). Это позволит снизить риск брака при производстве крупногабаритных оболочек для хранения газов, химикатов и горючего топлива.
Telegram 
Дзен 
VK Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
В МФТИ предложили решение «трудной проблемы сознания»: как материальный носитель порождает сознание? Автор исследования Игорь Пивоваров представляет сознание живого организма как сложную иерархическую систему из различных уровней саморепрезентации, последовательно формирующихся в процессе эволюции. Предлагая ответ на один из главных философских вопросов, эта теория также может использоваться в качестве концептуальной базы для развития искусственного интеллекта.
Разработчики из РТУ МИРЭА создали программный модуль, который на основе параметров технологического процесса, органолептических показателей качества сырья, а также его физико-химических и реологических характеристик прогнозирует итоговую оценку вкуса кондитерских изделий. В качестве входных данных используются температура, давление, расход технологических потоков, скорость работы оборудования и перемещения продукта, влажность, кислотность, содержание сухих веществ, вязкость, консистенция и другие параметры, поступающие от производственных датчиков и средств лабораторного контроля. Сегодня оценка вкуса на производстве часто проводится субъективно, с привлечением экспертов-дегустаторов, что требует времени и не позволяет оперативно корректировать технологический процесс. Разработанная программа, использующая многослойную нейронную сеть, позволяет рассчитывать прогнозную оценку вкуса непосредственно в ходе производства и своевременно формировать рекомендации по корректировке технологических и режимных параметров.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно