Исследователи из Пермского Политеха представили инновационную компьютерную модель, получившую название «цифровой микроскоп». Эта разработка позволяет с поразительной точностью — около 99% — предсказывать поведение жаропрочного никелевого сплава при нагревании и значительно сокращает процесс испытаний с нескольких месяцев до всего лишь нескольких часов расчетов. Информацию об этом передала пресс-служба ПНИПУ в «Газете.Ru».
Жаропрочные никелевые сплавы имеют ключевое значение в таких ответственных областях, как лопатки авиадвигателей, элементы реакторов атомных электростанций и оборудование нефтехимической промышленности. Прочность этих материалов зависит не только от их химического состава, но и от микроструктуры, состоящей из множества зерен и еще более мелких субзерен. Важно отметить, что для достижения необходимой структуры металл подвергается процессу отжига, и инженерам необходимо заранее предсказать, как будет происходить рекристаллизация — замена дефектных зерен новыми.
Традиционные подходы к подбору режимов проводились методом проб и ошибок, что приводило к выпуску партии за партией. При этом стоимость одной неудачной партии крупных деталей может достигать миллионов рублей, и незамеченный дефект может привести к трещинам в лопатках турбин или даже авариям на производстве. Существующие программные решения часто либо переупрощены, либо требуют недель вычислительных ресурсов.
Новая модель основывается на детальном описании реальной геометрии структуры с помощью уникальных трехмерных ячеек (многогранников Лагерра), которые точно повторяют форму зерен и субзерен. Эффективность модели была проверена на популярном сплаве Inconel 718: в ходе имитации нагрева отклонение расчетных данных от лабораторных не превышало 1,15%.
«Мы фактически создали «цифровой микроскоп», который позволяет исследовать перестройку структуры металла без необходимости в дорогостоящих экспериментах», — пояснил заведующий лабораторией ПНИПУ Никита Кондратьев. Эта методика позволяет также заранее выявлять опасный аномальный рост отдельных зерен, который может стать источником усталостных трещин.
Ранее в России были проведены исследования, которые позволили определить, в каких местах чаще всего возникают опасные нагрузки в авиационных двигателях.
Это интересно:
