 |
Ученые ПНИПУ выяснили, как точнее прогнозировать износостойкость тефлона в мостовых сооружениях
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 и т.д. 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.
Исследование опубликовано в журнале «Polymers», 2023. Разработка проводилась при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (№ 22-29-01313).
Гамма-модифицированный тефлон широко используется в мостовых опорных частях в качестве антифрикционного материала – уменьшает коэффициент трения и снижает износ деталей. При этом он подвергается воздействию больших перепадов температур (от −60°С до +60°С) и циклических нагрузок, направленных в разные стороны.
– В настоящее время тефлон изучают в основном как упругое или упругопластическое тело, что не учитывает все характеристики материала. Для описания его реального поведения необходимо использовать более сложные модели, которые могут описывать его поведение во времени. В рамках работы проведена идентификация математической модели гамма-модифицированного тефлона как тела Максвелла, что позволило нам описать поведение материала в динамической постановке. В дальнейшей перспективе мы можем описывать жизненный цикл работы полимерного материала в целом, и на определенном временном промежутке в частности, – рассказывает ассистент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Анастасия Богданова.
Чем отличается упругопластическое тело от вязкоупругого? Как поясняют ученые, упругое тело полностью восстанавливает форму и объем после снятия нагрузки. Упругопластическое тело при малых деформациях ведет себя как упругое, но с определенным увеличением нагрузки в нем появляются остаточные деформации. Вязкие тела во время приложения нагрузки деформируются линейно. Представленные 3 модели используются для анализа прочности материалов в статических нагрузках (не зависят от времени). А вязкоупругие тела способны восстанавливать свои изначальные характеристики с течением времени (день, неделя, месяц и т.д.), что является реальным поведением полимерных материалов.
– В ходе экспериментов при помощи специального оборудования мы деформировали и нагружали образцы из модифицированного тефлона для определения его упругих, динамических, фрикционных (связанных с воздействием силы трения) и других свойств материала. Затем мы создали специальный алгоритм, который без участия человека выстроил математическую модель, описывающую поведение тефлона с учетом вязкости. Этот алгоритм позволит описывать математические модели и других полимерных материалов, после проведения соответствующих экспериментальных исследований, – рассказывает старший преподаватель кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Юрий Носов.
В результате ученые определили, какая модель точнее отражает поведение материала под динамическими нагрузками. В случае вязкоупругой модели погрешность составила всего 0,5-1%, в то время как у упругопластической модели – 5-20%. Ученые пришли к выводу, что вязкоупругая модель позволяет прогнозировать работоспособность конструкции на всех этапах ее жизненного цикла (от изготовления до многолетней эксплуатации), а упругопластическая – подходит только для предварительной оценки прочностных характеристик конструкции.
– Правильное описание поведения материала позволяет качественно прогнозировать работоспособность деталей и конструкций. Благодаря этому можно на ранних этапах отслеживать проблемные места в эксплуатации конструкции и своевременно принимать меры по их устранению. Помимо этого, использование математической модели в синергии с компьютерным инжинирингом, значительно снизит экономические и временные затраты на решения по модификации или изменении конструкций, – отмечает заместитель директора Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения», доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Анна Каменских.
Тефлон и композиты на его основе широко используются в машиностроении, нефтегазовой промышленности, электротехнике, медицине и др., при производстве электронных компонентов и оборудования, например, конденсаторов, резисторов, переключателей и т.д. Результаты исследования могут быть использованы для более точного прогнозирования поведения и стойкости конструкций с применением гамма-модифицированного тефлона.
Контактное лицо: Марина Козаченко (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:04, 10.10.2023
Количество просмотров: 255
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал, когда ждать Оленью Луну, ПНИПУ, 07:31, 05.08.2026, Россия |
26 |
| С 28 по 29 июля на небе взойдет Оленья Луна – полнолуние, которое ежегодно приходится на середину лета. О том, как атмосфера влияет на цвет, как название связано с коренными народами Северной Америки и почему спутник будет казаться полным целых две ночи, рассказал ученый ПНИПУ. |
|
| Инженеры «Швабе» предложили новые подходы для совершенствования радаров и систем связи нового поколения, Холдинг «Швабе» Госкорпорация Ростех, 07:13, 05.08.2026, Россия |
23 |
| Специалисты холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех прорабатывают новые решения для преодоления одного из ключевых ограничений современных радаров и систем связи. Они позволят эффективнее принимать и обрабатывать большие объемы данных на высоких частотах, что необходимо для создания более быстрых и точных радиолокационных комплексов, а также систем спутниковой и мобильной связи нового поколения. |
|
| Ученые Пермского Политеха развеяли 7 популярных мифов о загаре, ПНИПУ, 15:16, 03.08.2026, Россия |
140 |
| Наступило лето, а значит мы все подвергаемся более интенсивному воздействию солнечных лучей. Ученые Пермского Политеха рассказали, правда ли ультрафиолет лечит акне, как работает автозагар, можно ли использовать масло вместо защитного крема и как сметана и кефир могут усугубить солнечный ожог. |
|
| Ученая Пермского Политеха назвала 7 самых агрессивных сорняков на даче и рассказала, как с ними бороться, ПНИПУ, 15:02, 03.08.2026, Россия |
37 |
| 23 июля в России отмечается День дачника. Ученая ПНИПУ назвала семь самых агрессивных растений, которые распространены во всех регионах нашей страны, и рассказала, какой урон они наносят культурам, что помогает им размножаться с такой силой, как с ними бороться и можно ли извлечь из них пользу. |
|
|
|
