Группа ученых Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ) и Новосибирского государственного университета (НГУ) создала цифровую платформу для проектирования эластомеров — полимерных материалов с высокой эластичностью, таких как резина. Созданный учеными цифровой комплекс включает три взаимосвязанных модуля, которые кардинально меняют традиционный подход к проектированию эластомерных материалов.
- Основу системы составляет обширная база данных, содержащая более 5000 проверенных рецептур эластомеров. Это крупнейшее в России собрание материаловедческих данных подобного рода. Каждая рецептура проходит тщательную верификацию, а встроенные алгоритмы машинного обучения позволяют выявлять скрытые закономерности между составом и свойствами материалов.
- Особое внимание разработчики уделили созданию программы расчета теплофизических свойств. Этот инструмент за считанные секунды определяет 16 ключевых характеристик материала, включая теплопроводность, теплоемкость и плотность. Такие расчеты традиционно требовали дорогостоящего оборудования и длительных экспериментов.
- Третий компонент системы — модуль имитационного моделирования — позволяет прогнозировать поведение материалов в экстремальных условиях. Это особенно важно для отраслей, где эластомеры работают при высоких температурах и давлениях: авиастроения, космической техники и нефтедобычи.
Как отмечает руководитель проекта, профессор ВолгГТУ Виктор Каблов:
Такие свойства, как теплоёмкость, теплопроводность, температура, плотность, можно рассчитать экспериментально. То есть взять определенный материал и провести испытания, но для этого требуется дорогостоящее оборудование и значительные временные ресурсы. В современных условиях будет эффективнее, если мы, зная состав, могли бы автоматизировать процесс расчета теплофизических свойств. На мой взгляд, мы достаточно успешно решили эту задачу: мы вводим в программу состав, и в течение нескольких секунд она рассчитывает четыре главных параметра — теплоёмкость, теплопроводность, температуру и плотность.
Уже сейчас технологией заинтересовались ведущие предприятия нефтехимической и резинотехнической промышленности. НГУ предлагает потенциальным партнерам два варианта сотрудничества: приобретение лицензии на программное обеспечение, либо воспользоваться услугой абонентского обслуживания, которая включает техническую поддержку разработок партнёра.
Мы разработали программу, которая позволяет рассчитать и спрогнозировать поведение материала в определенных условиях. Вводя 18 параметров, которые отражают свойства материала и различные факторы воздействия (температура, время), мы рассчитываем необходимую толщину теплозащитного покрытия. Причем нужно учитывать, что это полимерный материал, который в процессе нагрева вспучивается, разлагается и поглощает тепло. Это так называемые «умные» материалы, которые адаптируются к внешним воздействиям и в результате цепочки химических превращений в условиях, например, высоких температур, эти воздействия нивелируют. Таким образом, тепло тратится на химические реакции, которые поглощают тепло, и в результате температура на необогреваемой стороне не растёт. Этот механизм схож с тем, как работают живые организмы.
Следующим этапом работы станет создание новых видов эластомеров, способных выдерживать экстремальные эксплуатационные условия. Эти материалы найдут применение в перспективных разработках аэрокосмической отрасли и энергетики.
Читайте ещё материалы по теме:
Аэрозольный принтер для печати микросхем и нейроимплантов разработан российскими учёными