В ПНИПУ разработали модель для полного контроля производства и эксплуатации пластмассовых изделий
В современном мире из пластмассы сделано буквально все: от посуды, упаковок и запчастей до промышленного оборудования, протезов и строительных элементов. При производстве таких изделий пластик часто подвергают разным нагрузкам (растяжению, сжатию, высоким температурам). Поэтому важно заранее определять, как поведет себя материал. Это позволяет создавать уникальные изделия с памятью формы. Для этого проводят расчеты в математических моделях, но существующие физические соотношения охватывают узкий диапазон характеристик — точность моделирования снижается. Ученые ПНИПУ разработали модель, которая описывает поведение пластмассы в широком спектре температур. Это повысит эффективность изделий и позволит при проектировании проводить виртуальные эксперименты без дорогостоящих натурных испытаний.
Статья опубликована в журнале «Научно-технический вестник Поволжья». Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Существует несколько способов создания пластиковых изделий. Многие из них основаны на воздействии температур на материал. Например, нагревают полимерные гранулы и заливают в формы для изготовления посуды, приборных панелей и даже деталей LEGO. Иногда используют термопластичные трубки, которые раздувают горячим воздухом внутри формы заготовки. Этот способ популярен для создания бутылок, бочек и топливных баков. При 3D-печати нагревают термопластичную полимерную нить, из которой послойно выращивают промышленные детали для автомобильной и авиаотрасли.
Полимер, из которого создают пластмассовые объекты разных форм и масштабов, обладает эластичностью и способен возвращаться к нужным формам после деформаций и воздействия высоких температур. Такой эффект памяти позволяет контролировать изменение материала при производстве, моделировать нужный вид изделия. Для этого важно собрать полные данные о механическом поведении полимера с помощью различных программ.
Чтобы описать поведение материала важно найти золотую середину между простотой и возможностью определить максимальное количество свойств. Простые математические модели не достаточно точно и качественно решают эту задачу, а ввод в нее дополнительных конструкций для более полного описания полимера делает программу слишком сложной и громоздкой. Политехники объединили две математических модели – вязкоупругую и гиперупругую, которые по отдельности уже есть в вычислительном программном пакете, и разработали свою.
«Наша цель – создать модель для описания поведения полимера в широком спектре температур, который включает его отвердевшее состояние, гиперупругое и переходное. Это расширит возможности определения поведения материала при различных тепловых нагрузках.
Существующие модели для пластиков обычно охватывают какой-то узкий температурный диапазон, а мы хотим учесть весь в одной. Кроме того, модель должна описывать известные эффекты, наблюдаемые на практике. Например, эффект памяти формы, резиноподобное поведение при нагреве выше интервала отвердевания, различие при отклике на растяжение и сжатие», – объясняет научный сотрудник кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Юлия Фасхутдинова.
Для полученной модели необходимо определить новые механические константы (характеристики) так как значения, применяемые ранее, для совмещенной модели не подходят. Ученые провели эксперимент, испытав полимерные образцы до 100 процентов деформаций при различных температурах (120, 140 и 160 ℃). Определяли зависимости напряжения материала от растяжения и сжатия.
«В результате для каждого значения температуры мы получили осредненную кривую напряжений, по которой можно рассчитать корректирующий коэффициент для известного нам набора параметров гиперупругой модели, чтобы ее можно было совместить при расчетах с вязкоупругой моделью. Это позволит с высокой точностью моделировать поведение материала на всем протяжении жизненного цикла изделий: от производства до эксплуатации; а также придумывать новые сложные детали и прогнозировать их поведение в работе», – поделилась Юлия Фасхутдинова.
Например, с помощью полученной модели можно рассчитывать давление прижатия полимерной изолирующей муфты. Или определять причину несовершенства геометрии какого-либо изделия при производстве, а численное моделирование поможет подобрать варианты технологических параметров. Сделав выбор в пользу наилучшего, повысится качество детали.
Модель, разработанная учеными Пермского Политеха, эффективно описывает поведение полимерного материала в зависимости от температуры. Благодаря ей упрощается процесс проектирования новых изделий и сертификации уже имеющихся, появляется возможность повысить качество выпускаемой продукции.
Telegram 
Дзен 
VK Британские ученые обнаружили, что кофеин активирует древний молекулярный регулятор метаболизма — систему AMPK. Этот механизм регулирует устойчивость клеток к стрессу, ремонт ДНК и контроль роста. Открытие объяснило, почему кофеин связывают с более здоровым старением.
За всю свою историю радиус Меркурия мог уменьшиться намного больше, чем считалось. Поскольку часть следов этого процесса до сих пор оставалась незамеченной, прежние оценки могли быть серьезно занижены.
Новые элементы, обнаруженные в атмосфере газового гиганта KELT-20b, расширили представления о химическом составе этого мира. Спектральные сигналы показали, что атмосфера экзопланеты серьезно различается на утренней и вечерней сторонах.
Особо чистый германий — полупроводниковый материал с минимальным содержанием примесей, который активно используют в ядерной физике, медицине и оборонной промышленности. Российские ученые предложили новую технологию, позволяющую получить монокристаллы германия особой чистоты.
За всю свою историю радиус Меркурия мог уменьшиться намного больше, чем считалось. Поскольку часть следов этого процесса до сих пор оставалась незамеченной, прежние оценки могли быть серьезно занижены.
Артем Оганов стал иностранным членом Национальной академии наук Республики Армении. В прошлом этой чести также удостоился физик Юрий Оганесян.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
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.
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