Революционный метод прогнозирования усталостного разрушения авиадвигателей разработан российскими учёными

Коллектив исследователей из МФТИ и Института автоматизации проектирования РАН представил инновационный метод моделирования усталостного разрушения материалов, критически важный для авиационной и машиностроительной отраслей. Разработанный подход сочетает сеточно-характеристические расчеты с технологией перекрывающихся сеток, что позволяет детально анализировать процесс деградации материалов под воздействием высокочастотных нагрузок. Результаты исследования опубликованы в журнале Mathematical Models and Computer Simulations.

Новый подход российских ученых позволяет моделировать динамику напряжений и деформаций в каждом цикле нагружения, а также отслеживать накопление микроповреждений. Для этого применяется функция повреждения Ψ, которая количественно описывает степень деградации материала.

Исследователи использовали сеточно-характеристический метод в сочетании с технологией перекрывающихся сеток («Химера»). Это позволяет фокусировать вычислительные ресурсы на зонах с высокой концентрацией напряжений, таких как отверстия в пластинах, где чаще всего зарождаются трещины. Для ускорения расчетов ученые также разработали процедуру масштабирования, сводящую трехмерную задачу к двумерной. Это значительно сокращает время вычислений без существенной потери точности. Метод уже протестирован на примере пластины с отверстием, и его результаты согласуются с данными коммерческого ПО Ansys. Технология может быть полезна при проектировании авиационных двигателей, турбин и других конструкций, подверженных вибрациям.

Усталостное разрушение — одна из ключевых причин выхода из строя деталей авиадвигателей и других высоконагруженных конструкций. Оно развивается постепенно: микротрещины накапливаются под воздействием циклических нагрузок, что в итоге приводит к внезапному разрушению. Традиционные методы оценки усталостной прочности либо используют упрощенные модели, либо фокусируются на уже сформировавшихся макротрещинах, игнорируя ранние стадии повреждений.

В будущем ученые планируют адаптировать метод для анализа композитных материалов и сложных геометрических структур.

Читайте ещё материалы по теме:

Учёные Пермского Политеха создали экологичный носитель для очистки сточных вод из отходов нефтепереработки

Уникальное соединение технеция было создано учёными ИФХЭ РАН

Модифицированные российскими учёными квантовые алгоритмы могут ускорить разработку лекарств и других материалов