Современный уровень развития техники требует создания новых материалов, обладающих особыми свойствами. К таким материалам относят волокнистые композитные материалы, или, как их принято называть, композиты. Кандидат технических наук Олег Кудрявцев и аспирант Михаил Жихарев работают на кафедре «Техническая механика» Политехнического института ЮУрГУ, где под руководством доктора технических наук, профессора Сергея Борисовича Сапожникова занимаются моделированием различных композитных материалов при ударных нагрузках.
Композиты произвели революцию во многих отраслях промышленности и стали популярными в высокотехнологичных изделиях, которые при малом весе должны характеризоваться высокой стойкостью к механическим нагрузкам.
«Благодаря таким свойствам, композиты могут применятся практически во всех отраслях промышленности. Например, в современной ракетно-космической отрасли повсеместно используются новые материалы и технологии. Мировое авиастроение в настоящее время активно осуществляет переход от металлов к композитным материалам. Крупнейшие авиастроительные корпорации, такие как Boeing, Airbus, Сухой, Иркут, заменяют алюминий и другие материалы при производстве деталей самолетов на высокоэффективные композиты низкой плотности для снижения массы своих самолетов. Современные композиты применяются при производстве пассажирских и грузовых поездов. Также композиты широко используются в спорте, например, для изготовления лыжных палок, ракеток для тенниса и бадминтона, велосипедных рам», - рассказывает аспирант Михаил Жихарев.
Михаил Жихарев
Молодые учёные работают с композитными материалами, определяют их механические характеристики, проводят расчёты. Суперкомпьютерные мощности ЮУрГУ, его научный потенциал и современные лаборатории позволяют им решать самые сложные задачи.
«Мы занимаемся разработкой защитных структур для индивидуальной и коллективной защиты, таких, как бронежилеты, щиты, бронирование легкой техники. Тема моих научных интересов связана с изучением поведения керамо-композитных структур при баллистическом ударе. Это требует умения моделировать быстротекущие высоконелинейные процессы деформирования и разрушения материалов», – говорит инженер-исследователь Олег Кудрявцев.
Олег Кудрявцев
Параллельно Михаил Жихарев занимается ремонтными работами. Одно из его изобретений – это технологии ремонта с помощью ультразвука.
«Мы проводим баллистические испытания и оцениваем повреждения композитного материала. Потом переходим к этапу моделирования и проводим расчеты, так как баллистические эксперименты очень дороги и занимают продолжительное время, - рассказывает Михаил. - Мы на простых экспериментах отрабатываем наши модели, потом эти модели расширяем и используем для поиска наилучшей комбинации материалов. Затем проводим верификационные испытания. Таким образом, мы избавляемся от большого и широкого промежуточного этапа испытаний. Также я занимаюсь тем, что оцениваю остаточную прочность материалов после баллистических повреждений. Важно знать насколько она снизилась, особенно, если разрушения не видны под слоем краски, потому что прочность всей конструкции даже при небольших повреждениях может значительно снизится в результате удара».
В 2014 Олег Кудрявцев и Михаил Жихарев в составе группы учёных Южно-уральского государственного университета выиграли грант Российского научного фонда «Разработка ударостойких композитных материалов и конструкций для плавающих бронеавтомобилей». Общей целью проекта являлось создание предэскизного проекта плавающего автомобиля с броней из керамики и полимерных волокнистых композитов. Предполагалось, что автомобиль будет модульным с секциями из сэндвич-структур с легким заполнителем, обеспечивающими гашение энергии пуль и конструктивную жесткость. За время работы над грантом молодые учёные разработали методики расчета всех элементов автомобиля, создали модели поведения керамо-композитных материалов при ударе и полную 3D модель этого автомобиля со всеми агрегатами.
Исследователи ведут активную публикационную деятельность. За последние 4 года у них вышло несколько статей в 3 журналах, входящих в Top 10% по версии Scopus: International Journal of Impact Engineering, Materials and Design, International Journal of Mechanical Sciences. Молодые учёные Южно-уральского государственного университета планируют продолжать свою научную деятельность в данной сфере, так как это перспективное направление имеет огромное значение для развития отечественной промышленности.
В 2016 году Олег Кудрявцев и Михаил Жихарев стали победителями конкурса «Поддержка молодой науки», проведенного в Южно-Уральском государственном университете в рамках Проекта 5-100.