Ученые Южно-Уральского государственного университета совместно с учеными Королевского университета Саудовской Аравии получили новые данные о прочности перспективных материалов, необходимых для авиационной промышленности. Результаты исследования опубликованы в марте 2019 года в журнале «Materials Science and Engineering: A», входящем в наукометрическую базу данных Scopus (Q1).
Изучение материалов будущего
Переход к «Индустрии 4.0» помогает увеличить эффективность производства благодаря внедрению «умного» оборудования. При переходе к интеллектуальному производству важную роль играют новые совершенные материалы, свойства которых до конца не исследованы, хотя в их изучении и был достигнут значительный прогресс. Например, совместный проект по изучению свойств новых сверхпрочных и сверхлегких материалов ЮУрГУ и Королевского университета Саудовской Аравии.
«В марте 2019 года наша исследовательская группа опубликовала статью в журнале "Materials Science and Engineering: A", входящем в наукометрическую базу данных Scopus (Q1). Статья посвящена исследованию скорости деформации растяжения на высокотемпературную деформацию и разрушение катаного композита Al-15 vol% B4C, который получают литьем под давлением. Нами была рассчитана зависимость напряжения от скорости деформации и энергии активации и предположено, что процесс деформации обусловлен эффективным напряжением», – поясняет руководитель проекта, старший преподаватель кафедры технологии автоматизированного машиностроения Политехнического института ЮУрГУ Данил Пименов.
Этот материал на основе алюминия является очень перспективным для авиации, так как он легкий и сверхпрочный. Но для реального использования на производстве должны быть известны его физико-механические параметры. В статье ученых ЮУрГУ и их коллег из Саудовской Аравии исследованы прочностные свойства данного композитного материала при повышенных температурах. Полученные результаты опубликованы в виде справочной информации и позволят конструкторам промышленных и авиационных предприятий использовать его в дальнейшем.
Искусственный интеллект для обработки металла
Сотрудничество ЮУрГУ и Королевского университета Саудовской Аравии началось еще в 2016 году.
«Профессор Adel Taha Abbas (Адель Таха Аббас) из Королевского университета Саудовской Аравии занимается изучением новых перспективных материалов. В своей лаборатории он мог производить эксперименты преимущественно для токарной и фрезерной обработки. Однако перед ним стояла задача обработать полученные экспериментально данные современными методами, используя искусственный интеллект, интеллектуальный анализ данных и технологии машинного обучения. Поэтому в 2016 году он обратился к нам», – отмечает Данил Пименов.
Данил Пименов, старший преподаватель кафедры технологии автоматизированного машиностроения
Перед ученым стояла задача совместить инженерные знания с технологией Data Mining. Важно было интегрировать эти методы для конкретных задач по обработке экспериментальных данных.
Кроме того, требовалось освоить методы оптимизации с учетом целого комплекса параметров (многопараметрическая оптимизация): «Технологу, работающему на станке с числовым управлением (ЧПУ), важно получить конкретные режимы обработки металла: скорость резания, подача, глубина и т.д. Задача оптимизации – из спектра значений дать наиболее оптимальные по тем или иным критериям. Нам удалось решить задачу интеграции искусственного интеллекта (с помощью нейронных сетей) с многопараметрической оптимизацией, т.е. были подобраны оптимальные режимы для сокращения времени при токарной обработке высокопрочной стали».
Доцент кафедры литейного производства Иван Ердаков со студентами ЮУрГУ
Успех проведенного исследования позволил продолжить сотрудничество на новом уровне. В 2018 году со стороны King Saud University к работе присоединились доктор Mahmoud Sayed Soliman (Махмуд Саид Солиман) и доктор Magdy Mostafa El Rayes (Магди Мостафа Эль-Райес), со стороны Южно-Уральского государственного университета продолжили совместные разработки старший преподаватель Данил Пименов и доцент кафедры литейного производства Иван Ердаков. Причем учеными ЮУрГУ была использована интеграция искусственного интеллекта с многопараметрической оптимизацией режимов токарной обработки. По результатам сотрудничества в 2018 году были опубликованы две статьи в высокорейтинговых научных журналах «Materials» (Q1) и «Metals» (Q1).
«В первой статье была подробно описана технология обработки магниевого алюминиевого сплава AZ61, обладающего высокой прочностью, пластичностью и коррозионной стойкостью, который часто используется в современном авиастроении и автомобилестроении. Во втором случае мы исследовали процесс обработки твердотельной заготовки, полученной из переработанной стружки алюминиевого сплава 6061, который также часто используется который в авиастроении, яхтостроении, в оптических приборах и медицинских имплантах».
Встреча ученых ЮУрГУ с проф. Adel Taha Abbas (слева) и руководителем секции доктором Abdullah Alabdulkarem (справа) в Королевском университете Саудовской Аравии
Ученые Южно-Уральского государственного университета посетили Королевский университет Саудовской Аравии, расположенный в городе Эр-Рияде, где им была предоставлена возможность присутствовать на лабораторных испытаниях, проводимых аравийскими коллегами.
В будущем совместная работа будет продолжена. Уже запланировано проведение перспективного исследования современных титановых сплавов Ti-6Al-4V, которые широко используются в авиастроении, автомобилестроении, нефте- и газодобывающей отрасли и медицинских имплантах.
Подробнее со статьями ученых можно ознакомиться здесь:
- "Effect of tensile strain rate on high-temperature deformation and fracture of rolled Al-15 vol% B 4 C composite"
- "ANN Surface Roughness Optimization of AZ61 Magnesium Alloy Finish Turning: Minimum Machining Times at Prime Machining Costs" в журнале "Materials" (Q1)
- "Artificial Intelligence Monitoring of Hardening Methods and Cutting Conditions and Their Effects on Surface Roughness, Performance, and Finish Turning Costs of Solid-State Recycled Aluminum Alloy 6061 Сhips" в журнале "Metals" (Q1).