Новая модель поможет точно определять срок службы деталей самолетов
Ученые из Института автоматизации проектирования РАН и Московского физико-технического института смоделировали структуру и процесс разрушения легких сплавов. Модель позволит определять межремонтный интервал авиационного оборудования и оптимизировать производство комплектующих, что повысит безопасность полетов.
Результаты работы опубликованы в журнале «Вычислительная механика сплошных сред». Литье, сварку, обработку металлов давлением и механообработку широко применяют в промышленности. Методы проверены временем, но изготовить с их помощью детали сложной геометрической формы весьма проблематично. Особые трудности вызывает выпуск тонкостенных изделий с внутренними полостями.
Решить эту проблему машиностроения позволяет селективное лазерное плавление. Его реализацию начинают с построения трехмерной модели детали в системе автоматизированного проектирования. Затем в 3D-принтере лазерным лучом послойно сплавляют частицы порошка, согласно модели. Процесс ведут в инертном газе. При необходимости поверхность детали дополнительно обрабатывают.
При всех неоспоримых преимуществах технологии, материал из сплавленных частиц имеет поры. Их наличие сокращает срок службы изделий. Чтобы определить межремонтный интервал оборудования, нужно знать усталостную прочность, то есть число циклических нагрузок с определенным напряжением, которые выдерживает материал. На сегодняшний день не существует методов оценки усталостной прочности материалов, полученных селективным лазерным плавлением.
По этой причине ученые из ИАП РАН и МФТИ разработали модель плавления порошка под действием лазерного излучения (рисунок 1). В ее основе лежит уравнение изменения во времени теплосодержания системы. При вычислениях они учли следующие параметры процесса: мощность лазера, скорость движения лазерного луча, степень перекрытия сплавляемых слоев и возможное парообразование при сильном нагреве. Результатом моделирования стало математическое описание структуры затвердевших слоев металла. Особое внимание было уделено наличию структурных дефектов.
Чтобы проверить точность модели, ученые изготовили алюминиевый образец методом селективного лазерного плавления и рассмотрели его под оптическим микроскопом. После чего они смоделировали структуру образца при этих же условиях получения. В ходе сопоставления расчетных и опытных данных было установлено их соответствие (рисунок 2).
Моделирование структурных дефектов титанового сплава показало, что при высокой скорости лазерного луча остаются участки с нерасплавленным порошком. С замедлением движения лазера, наоборот, появляются области переплавления материала. Многократный переход вещества из жидкого состояния в твердое вызывают процессы формирования соседних слоев. Следовательно, в зависимости от режима селективного лазерного плавления образуется материал с непроплавленными либо переплавленными участками, расположенными послойно (рисунок 3). Такие локальные дефекты занимают до 30–40% от линейного размера слоя.
На непроплавленных участках размером около 100 мкм часть вещества замещена порой, а оплавленные частицы слабо связаны друг с другом и с окружающим их сплошным материалом. Из-за этого непроплавы имеют значительно меньший модуль упругости, чем бездефектные области. Иными словами, непроплавы сильнее подвержены упругой деформации и становятся центрами зарождения усталостных трещин и каверн (рисунок 4).
В переплавах, благодаря длительному тепловому воздействию, образуются крупные зерна с иным фазовым составом (рисунок 5). Их появление увеличивает микротвердость и модуль упругости переплавов на 10–15% по сравнению с бездефектными областями.
«Мы разработали алгоритмы вычисления усталостной прочности и долговечности образцов, изготовленных методом селективного лазерного плавления, — пояснил Василий Голубев, профессор кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ.— Предложенные решения позволят определить диапазон параметров ведения процесса, при котором уровень усталостной прочности будет наилучшим».
Результаты работы математиков будут использованы для оптимизации производства авиационных комплектующих.
Исследование выполнено в рамках проекта РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Воспоминания не исчезают бесследно: иногда пережитый опыт перестает влиять на поведение, хотя его след продолжает сохраняться в мозге. Ученые решили проверить, можно ли вернуть такую «забытую» память и что произойдет, если напомнить о произошедшем не совсем точно.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
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