حصل علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية على براءة اختراع لبرنامج كمبيوتر يسمح بالتنبؤ بدقة عالية بالخصائص الفيزيائية والميكانيكية لسبائك الألومنيوم. تم إنشاء هذا التطوير كجزء من الأبحاث التي أجراها متخصصون من جامعة جنوب الأورال الحكومية بالتعاون مع الشركات في المنطقة.
في الهندسة الميكانيكية، الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج أجزاء ذات تكوين معقد هي صب المعدن السائل (تصل حصة الصب في صناعة الأدوات الآلية والمحركات إلى 70-80%). يسمح الصب بتقليل الوقت وتكلفة إنتاج المنتجات ذات الأشكال الأكثر تعقيدًا، ولكنه ينطوي على بعض الصعوبات.
«كما يوضح نائب مدير معهد البوليتكنيك بجامعة جنوب الأورال الحكومية إيفان إرداكوف: كل منتج فريد من نوعه؛ ومن المستحيل الحصول على نفس الهيكل المصبوب بشكل مثالي عدة مرات على التوالي. الميزة المميزة لعمليات الصب هي طبيعتها العشوائية (الاحتمالية) المعبر عنها بوضوح. ويتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه من بين عدة مئات من العوامل التي تؤثر على قيمة معلمة معينة، يمكن تسجيل عدة عشرات منها، في حين أن الباقي يخلق "ضوضاء خلفية" و"يشوه" قيمة المعلمة. لا مفر من وجود تقلبات في درجة الحرارة، والسرعة، ووقت الصب، والأهم من ذلك، يختلف تكوين المعدن المصبوب. كل هذا يؤثر على تبلور السبائك، مما يسبب تكوين المسامات الدقيقة والشقوق الدقيقة، ونتيجة لذلك، يؤدي إلى انخفاض في خصائص الأداء للمنتجات النهائية».
ولأخذ هذه الميزة في الاعتبار، قام العلماء بتطوير برنامج خاص يسمح لهم بمحاكاة المرحلة الرئيسية من تصنيع الأجزاء المصبوبة حتى قبل إطلاق الإنتاج الحقيقي. يأخذ النموذج الحاسوبي في الاعتبار جميع الانحرافات والحوادث المحتملة، بالإضافة إلى العمليات التي تحدث الفراغ داخل الألومنيوم من لحظة سكب السبائك السائلة حتى تتصلب: معدل تكوين مراكز تبلور السبائك، ونسب المراحل المتكونة، وأحجام الحبوب، وأحجام المسام الدقيقة، وغيرها من المعلمات التي تؤثر على قوة المنتج النهائي ومقاومته للتآكل ومتانته.
«يعلق إيفان إرداكوف قائلاً: إن برنامجنا يحاكي بدقة هذه العملية المعقدة "تبلور السبائك". بفضلها، يستطيع المهندسون رؤية مسبقًا ما سيكون عليه هيكل القطعة وما هي الخصائص التي ستحملها. وهذا يعني أنه يمكنهم تحديد المشكلات المحتملة قبل بدء دورة الإنتاج الفعلية واتخاذ الإجراءات اللازمة لمنع العيوب».
تسمح لنا النمذجة المحاكاة بالتنبؤ بجودة الصب ليس فقط من خلال المعلمات الأساسية مثل الصلابة وقوة الشد والاستطالة النسبية، ولكن أيضًا "اللعب" بأقصى قدر من الدقة بالمسار الفعلي لعملية تكوين الهيكل على المستوى المجهري والمتوسط والكبير. إن تطبيق البرنامج في الإنتاج الحقيقي من شأنه أن يقلل تكاليف التطويرات الجديدة، ويحسن جودتها، ويسرع دخولها إلى السوق. وسيسمح البرنامج المقترح، إلى جانب أنظمة التحليل الهندسي الشاملة، للمهندسين بإعادة إنتاج عملية الإنتاج بالكامل في الفضاء الافتراضي، والتحقق من استقرارها وكفاءتها.
تحظى هذه التكنولوجيا الحاصلة على براءة اختراع بطلب خاص في إنتاج الصب ذو الأشكال المعقدة المستخدمة في صناعات السيارات والطيران وبناء السفن. وبحسب مؤلفي المشروع، تم التحقق من فعالية الخوارزمية المطورة من خلال تحليل نتائج أكثر من 30 اختبارًا معمليًا وعدد من العينات الصناعية المصنعة في مواقع الإنتاج الموجودة في المصانع الروسية.