САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 18 июля. /ТАСС/. Ученые Института проблем машиноведения РАН (ИПМаш РАН, Петербург) разработали математические модели, которые описывают процесс разрушения кристаллических материалов на атомарном уровне под воздействием малых, но постоянных нагрузок. Результаты исследования позволят прогнозировать и лучше понимать процессы разрушения подвижных частей машин и механизмов, например лопастей вертолета или турбинных лопаток, рассказал ТАСС старший научный сотрудник ИПМаш РАН Алексей Редьков.
"Мы разработали математическую модель, которая описывает процессы разрушения под действием очень малых, но постоянных нагрузок. В результате в материале между атомами формируются и растут поры (пустоты) нано- и микроскопических размеров. Когда поры вырастают достаточно сильно, через них проходит трещина, и материал может разрушиться. Такие явления имеют место во многих конструкциях. Мы описали этот процесс на атомарном уровне и получили формулы, позволяющие предсказать скорость роста пор и тем самым оценить время жизни материала под нагрузкой до его разрушения", - сказал Редьков.
По его словам, для создания модели были рассмотрены различные факторы, влияющие на разрушение: величина приложенной к материалу нагрузки, температура, наличие и исходное содержание дефектов в нем, свойства и тепловая подвижность отдельных атомов и их взаимодействие, которое и приводит к нарушению целостности конструкции. На основании этих данных была сформулирована научная теория, на которой базируется модель для составления прогнозов.
"Часто изменения в механизмах носят практически незаметный характер. Металлическая балка, деталь конструкции (например, лопасть вертолета), может служить длительное время и подвергаться регулярной нагрузке, при этом каких-то проблем оператор может и не замечать. Однако наши модели показывают, что развитие нано- и микропористости в материале имеет накопительный характер, и процесс разрушения может начаться в какой-то момент спонтанно. Благодаря проведенной работе можно прогнозировать состояние как неподвижных конструкций, подверженных нагрузкам, так и различных подвижных частей механизмов и вовремя их заменить, предотвратив поломку или аварию. Помимо этого, понимание всех этих процессов позволяет еще на этапе изготовления вносить в материал добавки, которые будут способствовать увеличению его устойчивости к подобным нагрузкам и тем самым повышать ресурс конечных изделий и механизмов", - отметил Редьков, добавив, что результаты работы опубликованы в зарубежном журнале CrystEngComm.
Он рассказал, что сейчас ученые работают над повышением точности созданной модели, проект поддержан грантом президента России для молодых кандидатов наук.