ATREX.RU
Пресс релизы коммерческих компаний и общественных организаций
ATREX.RU
» Пресс релизы сегодняшнего дня
» Архив пресс-релизов
» Авторам от редакции
» Добавить пресс-релиз

Самое-самое //
Пресс-релизы // » Добавить пресс-релиз

Ученые Пермского Политеха 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», 2023. 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 её центральной части. Материалы, обладающие ГПУ решеткой, демонстрируют ярко выраженное различие свойств (прочность, пластичность, электропроводность и т.д.) 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 объёме материала, вблизи которых нарушено правильное расположение атомов. Скольжение – один из способов движения дислокаций, её 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 «жёстким», 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 зёрен «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 т.д.

Контактное лицо: Марина Козаченко (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 20:48, 22.10.2023
Количество просмотров: 76
Страна: Россия

Ученые и старшеклассники Пермского Политеха разработали экологичную альтернативу нефтяным смазкам, ПНИПУ, 22:00, 23.04.2025, Россия
27
Нефтяные смазки используются для снижения износа в двигателях, подшипниках, шарнирах, это важно для автомобилестроения и авиации. Однако их производство вредит окружающей среде. Ученики Политехнической школы под руководством ученых ПНИПУ разработали технологию переработки жиросодержащих отходов в биоразлагаемые смазочные материалы.


Студенты Алтайского ГАУ успешно выступили во Всероссийском конкурсе научного перевода, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 21:18, 18.04.2025, Россия
46
В Санкт-Петербурге прошел II Всероссийский молодежный (с международным участием) конкурс научного перевода «Современные вопросы сельскохозяйственной науки».


Программа ученых Пермского Политеха поможет рассчитать углеродный след мусоровозов, ПНИПУ, 21:14, 18.04.2025, Россия
42
Помимо промышленности, транспорт также влияет на экологию, особенно мусоровозы. Они работают на холостом ходу, потребляют топливо, а их маршруты не всегда оптимальны, что увеличивает выбросы углексилого газа. Ученые Пермского Политеха предложили метод расчета углеродного следа мусоровоза, а также написали для этого специальную программу.


Тольяттинские учёные помогут искать нефть в Арктике, ТГУ, 21:04, 18.04.2025, Россия
43
В ТГУ разрабатывают сейсмоисточник для поиска и разведки нефти и газа в условиях морских шельфов Арктики.


Ученые и старшеклассники Пермского Политеха разработали новый состав минерального удобрения длительного действия, ПНИПУ, 21:04, 18.04.2025, Россия
38
Большинство традиционных минеральных удобрений, которые используется в сельском хозяйстве, быстро растворяются, вымываются из почвы и загрязняют водоемы. Ученики Политехнической школы под руководством ученых ПНИПУ разработали удобрение нового состава: оно повышает урожайность, дольше действует и снижает нагрузку на окружающую среду.


В Алтайском ГАУ представили инновационные технологии кормозаготовки для животноводства, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 21:03, 18.04.2025, Россия
30
В Алтайском государственном аграрном университете состоялся научно-практический семинар «Формула сочного успеха: секреты кормозаготовки от экспертов».


Программа ученых Пермского Политеха позволит студентам и специалистам проще анализировать большие объемы данных, ПНИПУ, 20:50, 18.04.2025, Россия
43
Инженерам и аналитикам часто приходится разбираться в огромном количестве данных. Для этого они применяют технологии машинного обучения, однако это требует глубоких знаний программирования и математики. Ученые из Пермского Политеха создали программу в виде электронной книги, которая помогает легко разобраться в основах классификации данных.


Физкультура в школе должна стать персонифицированной, ТГУ, 19:28, 18.04.2025, Россия
50
К такому выводу пришли учёные, изучив биоэлектрическую активность головного мозга у подростков с разным типом регуляции организма.


Студентка Алтайского ГАУ стала призером IX Международного конкурса студенческих научно-исследовательских работ, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 17:01, 11.04.2025, Россия
246
В Вологде подвели итоги IX Международного конкурса студенческих научно-исследовательских работ «Проблемы и перспективы развития экономики региона в условиях нестабильности»


В ТГУ применили ИИ для повышения надёжности энергосистем, Тольяттинский государственный университет, 23:05, 10.04.2025, Россия
351
Аспирант Евгений Марков из ТГУ разработал методику на основе искусственного интеллекта для точной диагностики дефектов силовых масляных трансформаторов.


Разделы //


Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
Разработано AVart.Стуdия © 2008-2025 atrex.ru
  Rambler's Top100