#конструкции

Бетон — самый популярный строительный материал. По данным BusinesStat, в 2023 году его производство в России выросло на 10 процентов и составило 66,6 миллионов кубометров. Из него изготавливают элементы зданий, которые подвергаются значительным нагрузкам, воздействию влаги, солей и другим внешним факторам. Подземные сооружения, фундаменты и стены подвалов находятся в постоянном контакте с водой. Материал из-за своей пористой структуры хорошо поглощает влагу, она ослабляет его и образует трещины. Кроме этого, вода при замерзании в бетоне увеличивается в объеме, что разрушает его структуру, а следовательно и само строение. Ученые Пермского Политеха нашли способ решить эту проблему с помощью подбора оптимального расхода специальных добавок, которые повышают водонепроницаемость бетона.

Активная цифровизация сфер деятельности человека снижает время создания новых конструкций в любой отрасли — от строительной до оборонной, за счет разработки их численных аналогов. Для создания эффективного, приближенного к реальной конструкции цифрового двойника необходимо основательно подходить к описанию математических моделей материалов, используемых в конструкции. Ученые ПНИПУ разрабатывают программно-аппаратный комплекс, который позволит качественно и количественно описывать поведение различных материалов. Это значительно снизит погрешность между цифровым аналогом и реальной конструкцией. С его помощью станет возможным эффективно реализовывать различные технологические решения и снизить затраты на изготовление итогового продукта.

Композиционные материалы широко применяются в авиационной, автомобильной, строительной и других отраслях промышленности в связи с их высокой прочностью, малой массой и устойчивостью к коррозии. Для повышения надежности конструкций из композитов важно учитывать, как при их эксплуатации накапливаются повреждения в структуре материала. Ученые Пермского Политеха разработали модель и изучили процессы разрушения слоистого композита при его закритическом деформировании. Это особая стадия, возникающая после достижения максимальной нагрузки. Модель позволит точнее прогнозировать поведение конструкций, что повысит безопасность технических объектов.

Полимерные материалы широко используются в быту и промышленности. Например, политетрафторэтилен (более известный как тефлон), модифицированный при помощи гамма-лучей, применяется в опорных частях пролетного строения мостов. Эти конструкции компенсируют нагрузки, действующие на мостовое сооружение, вызванные ветром, проезжающим транспортом, температурой внешней среды. Определить износостойкость деталей из тефлона помогает предварительный расчет и моделирование поведения материала. Однако в существующих подходах не учитывают влияние динамических нагрузок, а значит, они не отражают реального поведения тефлона при активной эксплуатации. Ученые ПНИПУ реализовали подход, который позволяет описывать динамические свойства гамма-модифицированного тефлона и точнее прогнозировать его износостойкость.

На территориях с большими перепадами высот, например, в горах или возле рек строительство сопряжено с дополнительными мероприятиями по инженерной защите, такими как укрепление склонов, либо устройство подпорных удерживающих сооружений. Для обустройства таких мест необходимо учитывать ограниченность пространства и выделение больших территорий под застройку. Сейчас в таких случаях чаще всего используют конструкции из железобетона, но их строительство очень дорогой и трудоемкий процесс, поэтому поиск других более выгодных вариантов является актуальной задачей. Студентка Пермского Политеха совместно с научным руководителем предложили наиболее эффективный и экономичный способ строительства инженерных защит на склонах.

В ответственных конструкциях авиационного, космического и нефтехимического производства используют полимерные композиционные материалы. В частности, часто применяют слоисто-волокнистые и пространственно-армированные композиты. Из них изготовляют лопатки, корпуса и фюзеляжи авиадвигателей. В процессе эксплуатации они находятся под комплексным воздействием внешних нагрузок. К ним относятся птицы и камни на взлетно-посадочной полосе, град. Это влияет на механические свойства конструкций. Ученые Пермского Политеха создали методику, с помощью которой впервые можно проводить испытания полимерных композитов в условиях комбинированного воздействия различных нагрузок и температур в процессе эксплуатации. Это позволит отслеживать прочность, долговечность и оценивать ресурс важных промышленных конструкций. Методика поможет расширить данные о механическом поведении отечественных авиационных композитов.

Исследователи из Пермского Политеха разработали уникальную технологию, которая позволяет мгновенно отслеживать разрушение ответственных конструкций. Это можно будет сделать с помощью Smart-слоев – оптоволоконных «нитей», которые внедряются внутрь изделий из композитных материалов, а также их можно крепить на поверхность готовых конструкций. Разработка, у которой пока нет аналогов в мире, поможет проводить мониторинг состояния изделий в режиме реального времени без остановки рабочего процесса производства.

Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях. Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России.

В атомной промышленности для обеспечения безопасности оборудования используют уплотнительные элементы. В мировой практике их чаще производят из более безопасных и прочных материалов – например, терморасширенного графита. Но его внедрение требует множества испытаний, стоимость которых достигает одного миллиона рублей за эксперимент. Исследователи из Пермского Политеха создают модель материала, которая позволит прогнозировать его поведение и экономить средства предприятий.

Технология исследователей Пермского Политеха позволит снизить вес конструкций самолетов и ракет, сохранив их прочность. Более «легкие» изделия при этом уменьшат стоимость продукции, а заодно и расход топлива.