Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Повысить качество производства оптоволокна позволит матмодель ученых Пермского Политеха
Одним из перспективных направлений в развитии передовых наукоемких отраслей промышленности является производство оптических волокон. Однако, как и любой производственный процесс, изготовление волокна сопровождается внешними возмущениями, которые нельзя предсказать заранее, но они могут негативно сказаться на его качестве, в частности на сохранении его геометрии и свойств. В этой связи важно не просто смоделировать процесс, но и проследить, насколько он чувствителен к случайным воздействиям. Поэтому ученые Пермского Политеха разработали математическую модель вытяжки специальных кварцевых волокон и провели анализ устойчивости, что позволило определить стабильные режимы производства.
Исследование было проведено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования в рамках программы деятельности НОЦ «Рациональное недропользование». Статья, опубликованная в журнале Algorithms, способствует обеспечению технологического суверенитета России.
Оптоволокно — это стеклянные нити, позволяющие передавать световой сигнал на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Область его применения расширяется с каждым днем. Оптоволокно используют в коммуникационных технологиях, навигации, медицине, нефтегазовой промышленности, геологии и приборостроении. Стоит отметить, что современный мир остро нуждается в производстве не просто «классического» оптического волокна (поперечное сечение – круг), но и световодов различной структуры. Одним из таких «особенных» волокон является микроструктурированное волокно, которое представляет собой конструкцию из полых кварцевых трубок-капилляров.
«Процесс изготовления оптических волокон является дорогостоящим и довольно сложным. На первом этапе необходимо расплавить кварцевый песок и сформировать из него капилляр. Затем капилляры вытягивают с помощью высокоточной механической системы – башни вытяжки – за счет чего оптоволокно превращается в тонкие нити. Заготовка диаметром 2-4 сантиметра преобразуется в волокно диаметром всего в несколько микрон.
При этом важно сохранить оптические и геометрические характеристики волокна, иначе продукция будет бракованной. Однако, процесс вытяжки может сопровождаться внешними, неконтролируемыми возмущениями, которые, в свою очередь, могут оказать негативное воздействие, как на качество готовой продукции, так и на процесс изготовления целиком, вплоть до разрыва вытягиваемой струи. Чтобы не допускать подобного и была разработана наша математическая модель», — рассказывает старший преподаватель кафедры «Прикладная математика» Анна Деревянкина.
«Характеристики получаемых кварцевых волокон зависят от множества факторов. Прежде всего, это качество заготовки, наличие в ней внутренних дефектов. Также на стабильность процесса вытяжки влияют выбранные технологические режимы производства, параметры печи, которая нагревает заготовку. Критически важным параметром является так называемая кратность вытяжки – соотношение скоростей вытягивания волокна и подачи кварцевой заготовки», — поясняет доцент кафедры «Прикладная математика», кандидат физико-математических наук Дарья Владимирова.
Ученые создали модифицированную модель вытяжки капилляра, которая учитывает силы инерции, вязкое трение и поверхностное натяжение, а также все виды теплопередачи. Также на основе полученной модели был проведен анализ устойчивости рассматриваемого процесса. В результате удалось установить, что с увеличением кратности вытяжки процесс становится менее стабильным, что приводит к резкому снижению качества получаемого волокна.
«Разработанная нами модель впервые позволила определить влияние параметров нагревательного элемента – распределение температуры печи и ее радиуса – на устойчивость процесса. Также была выявлена зона нагрева, в которой формируется волокно более высокого качества. Благодаря всем этим новым результатам удалось повысить стабильность процесса вытяжки в несколько раз», — комментирует полученные результаты профессор кафедры «Прикладная математика», профессор, доктор технических наук Владимир Первадчук.
Полученные математические модели как самого процесса вытяжки капилляра, так и её устойчивости способствуют сокращению брака при изготовлении оптоволокна. Они позволили определить эффективные технологические режимы производства, а значит, оптоволокно станет более дешевым и качественным. Указанные разработки уже используются при изготовление специальных волокон на ПНППК. А также есть интерес со стороны разработчиков оборудования для вытяжки специальных световодов.
Telegram 
Дзен 
VK С помощью инфракрасного космического телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы обнаружили у суперземли L98-59d признаки вторичной атмосферы со следами серы. Экзопланета обращается вокруг относительно близкого к Солнцу красного карлика и, по мнению исследователей, обладает сильной вулканической активностью.
Международная исследовательская группа обнаружила у животных на зверофермах в Китае 125 вирусов, включая 36 новых. После пандемии Covid-19 ученые предупреждали, что выращивание таких млекопитающих, как норки, для меховых изделий может облегчить проникновение патогенов из дикой природы и спровоцировать вспышки инфекционных заболеваний.
Галактики гораздо больше, чем кажутся. Их звездная масса погружена в чрезвычайно разреженное газовое облако из атомарного водорода, простирающееся на сотни килопарсек. В этом гало сосредоточено примерно 70 процентов их видимой массы. Ученые впервые представили спектр внутренней области окологалактической среды одной из близких к нам галактик.
В движении звезд, пролегающих сквозь Млечный Путь, существуют закономерности. К такому выводу астрономы пришли, обнаружив таинственную рябь, которая простирается на четверть диска Галактики. Данные, полученные с помощью спутника Европейского космического агентства Gaia, указали на то, что рябь образовалась в результате древнего межгалактического столкновения.
Группа ученых из НИУ ВШЭ научилась диагностировать тревогу и депрессию по пульсу. Оказалось, что при умственной нагрузке сердечный ритм у людей со склонностью к ментальным расстройствам отличается от ритма здоровых людей, особенно при выполнении задач повышенной сложности. Изменения можно отследить даже с помощью пульсоксиметра или умных часов.
Как образовалась Луна? Казалось бы, мы должны знать ответ, ведь у нас есть более тонны образцов ее породы и результаты многочисленных исследований, проведенных как с орбиты, так и на поверхности спутника Земли. Международная группа ученых проанализировала данные исследований и пришла к выводу, который вряд ли понравится сторонникам самой популярной гипотезы.
Месторождения самородного золота приурочены главным образом к кварцевым жилам. Считается, что оно осаждается из горячих магматических растворов, внедряющихся по трещинам в горных породах. Однако образование крупных скоплений золота представляет собой минералогическую загадку. Австралийские ученые предположили, что дело — в пьезоэлектрических свойствах кварца, которые под действием частых землетрясений способствуют образованию больших скоплений драгоценного металла.
На юге Шотландии расположена деревня, издавна связанная с легендой о Мерлине — великом волшебнике, наставнике короля Артура. Ранее эта история, как и многие другие части артуровского цикла, не имела никаких археологических подтверждений — только крайне запутанные упоминания в древних манускриптах. Теперь ситуация изменилась.
Предприятия Научного дивизиона госкорпорации «Росатом» и группа строительных компаний «Реформа» заключили договор о сотрудничестве и впервые применили для демонтажа высотных металлических конструкций — кранов-перегружателей — мобильный лазерный комплекс. МЛК, разработанный в стенах одного из институтов «Росатома», не имеет аналогов в стране.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно