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.
В Перми построили математическую модель образования повреждений в титановом сплаве
Титан и титановые сплавы — важнейший компонент для многих сфер промышленности. Из них изготавливают сотни различных вещей: от протезов и зубных имплантатов до солнечных батарей и радиоантенн. Титан считается одним из самых прочных металлов в мире, однако даже он подвержен процессам разрушения. Прогнозируя возникновение микроповреждений в титановой детали, обычно используют «классические» критерии разрушения – максимальные значения напряжений, энергии или деформаций, которые деталь может выдержать. Однако этот метод не учитывает внутреннюю структуру материала, например, особенности и дефекты его кристаллической атомной решетки. Ученые ПНИПУ создали математическую модель разрушения титанового сплава, учитывающую его внутреннее строение, и выяснили, при каких условиях в нем возникают повреждения.
Исследование опубликовано в сборнике материалов конференции 30th Russian conference on mathematical modelling in natural sciences. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Ученые Пермского Политеха исследовали сплав Ti-6Al, обладающий гексагональной плотноупакованной (ГПУ) кристаллической решеткой. Элементарная ячейка или «кирпичик» этой структуры представляет собой шестигранную призму. Атомы и ионы металла в каждой ячейке решетки сосредоточены в основаниях призмы, а также в ее центральной части. Материалы, обладающие ГПУ решеткой, демонстрируют ярко выраженное различие свойств (прочность, пластичность, электропроводность и так далее) в разных направлениях.
Сплав Ti-6Al отличается высокой прочностью, но имеет низкий порог для протекания пластической (необратимой) деформации, главным механизмом которой является скольжение дислокаций. Дислокации – это дефекты кристаллической решетки, представляющие собой линии в объеме материала, вблизи которых нарушено правильное расположение атомов. Скольжение – один из способов движения дислокаций, ее эстафетное перемещение от одних атомов кристалла к другим.
Представьте, что перед вами лежит ковер – это кристалл атомной решетки титанового сплава, в какой-то части ковра образовалась складка – дефект или по-другому дислокация. Люди ходят по ковру, и эта складка перемещается от одной части ковра к другой, заставляя ближайшую к ней часть полотна искривляться. Когда дислокаций становится слишком много, растет риск, что они трансформируются в трещины и начнется процесс разрушения кристалла сплава.
Для титановых сплавов с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой характерны специфичные разрушения – фасетки квазискола. Это образование относительно ровного (плоского) участка разрушения, наряду с признаками хрупкого разрушения имеет признаки пластической деформации (гребни).
Политехники изучили условия, при которых в сплаве Ti-6Al возникают такого рода повреждения. Микротрещины зарождаются при неудачном соседстве «жесткого» и «мягкого» зерен. Если зерно (область, где ориентация кристаллической решетки изменяется) плохо ориентировано для начала скольжения (перемещения дислокаций от одних атомов к другим), то такое зерно называют «жестким», иначе – «мягким». При их неудачном расположении относительно друг друга в «мягком» зерне происходит пластическая деформация и скольжение дислокаций (вспоминаем ковер со складкой), из-за этого дефекты скапливаются у границы зерен. В результате высоких напряжений на границе в «жестком» зерне образуются участки разрушения материала.
«Уже при 80-100 дислокациях в «мягком» зерне напряжение в «жестком» зерне становится критическим, это говорит о том, что скопления дислокаций вблизи границ зерен оказывают прямое влияние на разрушение материала», – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ Никита Князев.
Затем политехники построили математическую модель формирования повреждений в сплаве Ti-6Al, которая позволит вычислять повреждения в «жестком» зерне с учетом внутренней структуры соседнего «мягкого зерна».
«Математическая модель может применяться для прогнозирования зарождения трещины в титановых сплавах по механизму разрушения, связанному с образованием скоплений дислокаций на границе двух зерен «неудачной» ориентации. Построение подобных моделей особенно актуально для описания поведения деталей авиационных двигателей при эксплуатации, поскольку разрушение лопаток и дисков вентилятора зачастую протекает по рассмотренному механизму», – подводит итог доцент кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ Павел Волегов.
Проблема снижения прочности материала из-за возникновения повреждений – один из наиболее актуальных вопросов при производстве, обработке и эксплуатации металлов и сплавов. Результаты исследования могут быть использованы во всех отраслях, где применяются титан и титановые сплавы: химической промышленности (реакторы, трубопроводы), военной промышленности (бронежилеты, корпуса подводных лодок), ракетостроении, автомобильной, сельскохозяйственной и пищевой промышленности, в медицине, ювелирных изделиях и так далее.
Telegram 
Дзен 
VK Под рыжим верхним слоем с виду обычного камня открылся целый калейдоскоп довольно неожиданных оттенков. Это особенно интересно с учетом того, где лежит камень — в марсианском кратере, который по всем признакам когда-то был озером.
В мире давно идет борьба с пьянством, все больше стран пропагандируют умеренное потребление алкоголя или полный отказ, поскольку это несет большие экономические и медицинские преимущества. Между тем все больше наблюдений указывают на присутствие спирта в диких плодах, нектарах, соках. Не исключено, что в живой природе он гораздо более распространен, чем это известно. Международный коллектив ученых в новом обзоре обобщил все доступные факты и пришел к выводу, что этанол, вероятно, стал одним из эволюционных факторов для многих видов.
Кавказ с его богатыми рудными залежами стал ключевым регионом для бронзового века, а также родиной пастушеских обществ, впоследствии преобразивших генетический, языковой и культурный ландшафт большей части Евразии. Однако происхождение охотников-собирателей, населявших горы, и их связь с окружающими народами остаются белым пятном. В новой работе большой международный коллектив ученых представил результаты анализа ДНК из погребений, охватывающих период в шесть тысяч лет.
Финансовое благополучие человека зависит от разных факторов. Новое крупное исследование на примере норвежских жителей показало, как изменения в структуре семьи и смена поколений сказываются на благосостоянии людей.
Под рыжим верхним слоем с виду обычного камня открылся целый калейдоскоп довольно неожиданных оттенков. Это особенно интересно с учетом того, где лежит камень — в марсианском кратере, который по всем признакам когда-то был озером.
Инженерная компания из Дубая LEAP71 сообщила, что спроектированный нейронной сетью Noyron и напечатанный в 3D-формате из меди ракетный двигатель успешно прошел первые испытания на полигоне в Великобритании. Возможно ли это — рассказал эксперт МАИ, старший преподаватель кафедры «Космические системы и ракетостроение» Иван Рудой.
Полторы тысячи лет назад климат в Северном полушарии резко изменился. В Дании так похолодало, что там стало невозможно заниматься сельским хозяйством. Авторы нового исследования считают, что именно этот период был прообразом Фимбульвинтера — зимы, предшествующей Рагнарёку.
Сейчас Япония привлекает людей со всего мира, но так было не всегда. На протяжение десяти тысяч лет архипелаг оставался изолированным от остального мира, пока туда не начали прибывать первые «мигранты» с континента. Это показал генетический анализ останков человека эпохи Яёй.
Финансовое благополучие человека зависит от разных факторов. Новое крупное исследование на примере норвежских жителей показало, как изменения в структуре семьи и смена поколений сказываются на благосостоянии людей.
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