 |
Ученые Пермского Политеха создали компьютерную модель, которая в 5 раз точнее рассчитывает надежность опорных частей мостов
Подшипники являются важными элементами мостовых сооружений, обеспечивающими подвижность и долговечность опор. Ученые Пермского Политеха разработали высокоточную компьютерную модель опорной части моста, которая позволяет оценить надежность конструкции в пять раз точнее, чем существующие методы.
В России более 42 000 мостов общей длиной свыше 20 000 километров. Надежность этих сложных инженерных сооружений критически важна, особенно с учетом необходимости выдерживать не только стандартные нагрузки, но и сейсмические воздействия (землетрясения), которых с каждым годом становится все больше.
Ключевую роль в обеспечении безопасности играют специальные опорные части, выполняющие функцию «суставов» моста. Эти устройства позволяют конструкции гибко реагировать на различные воздействия — от сезонных перепадов температуры до мощных подземных толчков. Наибольшей эффективностью отличаются сферические опорные части, где основная работа по гашению колебаний приходится на полимерный слой, расположенный между стальными чашами.
Однако уход с российского рынка мировых лидеров в производстве таких опор создал серьезную угрозу для строительства и эксплуатации мостов в сейсмически активных регионах, к которым относятся, например, Крым и Дальний Восток. Данное обстоятельство сделало разработку отечественных технологически совершенных аналогов задачей национального масштаба.
При этом существующие решения демонстрируют недостаточную эффективность. Стандартные опорные части, рассчитанные на 30-40 лет службы, зачастую не выдерживают реальных нагрузок в условиях землетрясений. Главная проблема заключается в том, что современные методы проектирования не позволяют точно прогнозировать поведение материалов при многократных мощных воздействиях, что приводит к преждевременному износу, дорогостоящим ремонтам и повышенным рискам для безопасности.
Ученые Пермского Политеха создали высокоточную компьютерную модель опорной части моста («цифровой двойник»), которая в 5 раз точнее существующих методов рассчитывает ее надежность. С помощью нее исследователи проанализировали, как на долговечность опор влияют два ключевых параметра: способ крепления полимерного слоя и его толщина.
Эксперты испытали три способа соединения пластиковой прокладки со стальными плитами опорной части инженерной конструкции. Первый — жесткое скрепление, когда детали становятся практически единым целым. Второй — сцепление с шероховатой поверхностью, обеспечивающее плотное прилегание с ограниченной подвижностью. Третий — скольжение по гладкой поверхности, позволяющее полимерному слою плавно сдвигаться для перераспределения нагрузок. Для каждого типа соединения определяли оптимальную толщину полимерного слоя скольжения от 4 до 12 мм.
— Результаты показали, что наиболее эффективным способом соединения является сцепление с шероховатой поверхностью. Именно этот вариант обеспечивает оптимальный баланс между прочностью и подвижностью конструкции. А оптимальная толщина полимерного слоя составила 4-8 мм. Более толстая прокладка деформируется под нагрузкой и снижает безремонтную работу опорной части моста, — рассказал Юрий Носов, научный сотрудник лаборатории цифрового инжиниринга машиностроительных процессов и производств Передовой инженерной школы Пермского Политеха, Руководитель гранта РНФ № 25-29-00470.
Особое внимание ученые уделили изучению полимерного слоя скольжения. В ходе экспериментов было обнаружено, что под постоянным давлением материал начинает медленно «течь». Это свойство, называемое ползучестью, со временем и разницей температуры меняет поведение опоры.
Для комплексного анализа всех этих факторов — от типа соединения до эффекта ползучести — исследователи разработали численный аналог опорной части мостового сооружения.
Чтобы оценить влияние ползучести, ученые создали в рамках этой модели две версии: простую, которая этот эффект игнорирует (традиционные методы), и сложную (вязкоупругую) — учитывающую ползучесть. Испытания в широком температурном диапазоне (от -40 до +80 °C) позволили подтвердить точность и усовершенствовать именно сложную модель, научив ее принимать во внимание влияние термосилового воздействия.
— Анализ данных показал, что традиционный метод расчетов, не учитывающий ползучесть, дает очень высокую погрешность — до 70%. На практике это означает, что при реальной просадке опоры на 0,1 мм старый метод может «предсказать» значение в 0,17 мм, что при пересчете на напряженно-деформированное состояние может привести к завышенным значениям прочности конструкции. Усовершенствованная же модель оказалась в разы точнее: ее погрешность не превышает 13-20%. В том же сценарии она покажет результат 0,11-0,12 мм, что очень близко к действительности, — прокомментировала Анна Каменских.
Благодаря точному прогнозированию поведения материалов, новая модель открывает возможность прогнозировать работу опорной части моста, с большей эффективностью, которая превосходит традиционные решения в 5 раз.
Разработка пермских ученых вызывает интерес производственной компании ООО «АльфаТех». С ее помощью производитель может оптимизировать форму и технологию обработки опорных частей мостовых сооружений.
Контактное лицо: Фазлетдинова Эллина Руслановна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 14:09, 01.10.2025
Количество просмотров: 82
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха поделились 7 фактами о картофеле, которых вы не знали, ПНИПУ, 23:14, 30.05.2026, Россия |
46 |
| 30 мая отмечается Международный день картофеля. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько тонн этого продукта производят в мире, почему это не овощ, можно ли отравиться ягодами с растения, чем полезен для здоровья, почему его лучше есть остывшим и можно ли при похудении, а также почему именно его первым вырастили в космосе. |
|
|
|
