В Южно-Уральском государственном университете создали специальную компьютерную программу, которая позволит прогнозировать деформации и условия разрушения композитных материалов под нагрузкой. Это поможет проверить насколько та или иная укладка слоёв подходит для использования в авиадвигателестроении. Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Mechanics of Composite Materials издательства Springer (Q2).
Более легкий и прочный материал
Доктор технических наук, профессор кафедры технической механики Аэрокосмического факультета Сергей Сапожников и магистрант первого курса Егор Лешков выполнили исследование в рамках гранта РНФ. Проект называется «Разработка новых полимерных волокнистых композитных материалов с управляемой нелинейностью механического поведения и методов проектирования из них элементов турбовентиляторных двигателей».
«Одной из современных мировых тенденций при разработке авиационных двигателей является замена металлических сплавов на композитные материалы, что позволяет добиться значительного снижения веса изделия и повышения эксплуатационных характеристик. Для авиации особый интерес представляет использование полимерных композитных материалов при изготовлении рабочих лопаток и защитных кожухов турбореактивных двухконтурных двигателей, поскольку это способствует снижению массы не только самих элементов, но и сопрягаемых деталей за счет снижения передаваемых инерционных и динамических нагрузок», – говорит Сергей Сапожников.
Данный проект направлен на решение проблемы повышения доли полимерных композитных материалов в конструкции современных отечественных авиационных двигателей. Для достижения целей проекта необходима разработка новых высокоэффективных волокнистых композитов и совершенствование методов расчетной оценки механического поведения элементов из этих материалов.
Эксперименты и результат
Экспериментальная часть проекта была выполнена на оборудовании Лаборатории экспериментальной механики НИИ Опытного машиностроения ЮУрГУ.
«Мы разработали новый вариант математической модели деформирования и разрушения тканевого композита. Была написана специальная программа для получения диаграмм деформирования гибридных композитов на основе однонаправленных и тканевых слоёв. На примере органо-углекомпозитов при помощи расчётов и экспериментов показана возможность получения уникальных высокопрочных гибридов», – поясняет Егор Лешков.
Такие новые материалы будут востребованы в авиастроении, обеспечивая нечувствительность к случайным ударным повреждениям, например, от града или бетонной крошки с взлетно-посадочной полосы. Это позволит значительно повысить надёжность авиационной техники, снизить массу крыльев и фюзеляжа новых самолётов без потери прочности. Разработанная авторами компьютерная программа даст возможность конструкторским бюро быстрее проектировать слоистые композиты для изделий с заданной прочностью.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).