Разработка ученых Пермского Политеха поможет избежать обрушения мостов

Исследование ученых Пермского Политеха поможет увеличить долговечность мостов. Они изучили, как ведут себя под действием внешней среды материалы, из которых производят прослойки их опорных частей. Это позволит избежать обрушения мостов и снизить финансовые и временные затраты на их ремонт.

ПНИПУ

# композитные материалы

Крымский мост / ©Getty images / Автор: Екатерина Лебедева

Ученые выполнили работу при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Результаты работы они опубликовали в журналах IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Advances in Intelligent Systems and Computing book series: Digital Science и Integrated Science in Digital Age.
«Количество автомобилей и железнодорожного транспорта с каждым годом увеличивается, и требования к ответственным элементам мостов также возрастают. Опорные части испытывают постоянные нагрузки от мостового пролета, находятся под действием теплового расширения и сжатия, усадки и сейсмических возмущений.

Экспериментальные исследования антифрикционных полимеров. a) твердость по Бринеллю; b) одноосное напряженное состояние; c) одноосно-деформированное состояние / ©Пресс-служба ПНИПУ

Чтобы продлить срок службы мостов, в качестве прослойки для их опорных частей используют современные антифрикционные материалы и композиты. Но данных об их механических свойствах и моделях «поведения» пока недостаточно», – рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха Анна Каменских.

Численная модель эксперимента. a) сжатие с ограничениями; b) свободное сжатие / ©Пресс-служба ПНИПУ

Ученые исследовали «поведение» в опорных частях мостов более 30 перспективных полимерных и композиционных материалов. В частности, они изучили сверхвысокомолекулярные полиэтилены, модифицированный флоропласт и композиты на их основе. С помощью параметризированной численной модели сферической опорной части моста исследователи выяснили, как форма прослойки и свойства материалов влияют на деформацию и разрушение конструкций.

Фрагмент слоя антифрикционного материала со смазкой. a – трехмерная геометрия, b – вид спереди и c – вид сверху с геометрическими характеристиками ячейки периодичности / ©Пресс-служба ПНИПУ

Они сравнили опорные части с прослойками толщиной от 4 до 8 миллиметров. Ученые выяснили, что увеличение толщины прослойки до 6-8 миллиметров снижает деформирование элементов конструкции, а наиболее эффективными материалами для их создания стали модицифированный фторопласт и высокомолекулярный полиэтилен.

Контактное давление при 90 МПа (1 – контакт без смазки; 2 – контакт со смазкой; a – прослойка 4 мм, b – 6 мм, c – 8 мм) / ©Пресс-служба ПНИПУ

Исследователи изучили опорные части мостов на базе производства пермской компании «АльфаТех», которая заинтересовалась проектом. Результаты работы ученых Пермcкого Политеха уже используют при проектировании новых элементов мостовых сооружений. Результаты численных и натурных экспериментов и инженерных расчетов помогли усовершенствовать конструкции мостов.

Конечно-элементные модели сферического подшипника с учетом и без учета смазки / ©Пресс-служба ПНИПУ

«Модели поведения материалов под действием внешней среды перспективны для применения не только в строительстве, но и в машино-, авиа- и автомобилестроении. Кроме того, их можно использовать в биомеханике и медицине – например, при моделировании «поведения» коленных суставов или эндопротезов бедра», – поясняет Анна Каменских.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.