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 Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Пока одни исследователи, включая российских, отрицают само наличие угрозы микропластика для мозга, другие продолжают собирать данные по этому вопросу. Более того: они даже предложили способ снизить угрозу для мозга за счет фильтрации крови от частиц пластика.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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