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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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