"Конструктор" для моделирования композитов создали в НГУ

Новосибирск. 14 октября. ИНТЕРФАКС - Ученые Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению "Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами" (ЦНФМ) на базе Новосибирского госуниверситета разработали "Конструктор нелинейных моделей композиционных материалов", сообщает пресс-служба НГУ.

"В настоящее время готов макет конструктора и прототипы его отдельных модулей, которые проходят тестирование", - говорится в сообщении.

Новое программное обеспечение позволит инженерам строить высокоточные модели, которые учитывают такие типы нелинейного поведения материалов, как вязкоупругость, упругопластичность, накопление повреждений, наведенная анизотропия (различие свойств в зависимости от направления).

Генерируемые конструктором компьютерные модели позволят более рационально использовать прочностные резервы функциональных материалов.

Отмечается, что высоконагруженные материалы ведут себя нелинейно: они могут пластифицироваться, ползти, упрочняться или наоборот накапливать повреждения; материалы как бы "запоминают", что с ними происходило в прошлом.

"Это уже более сложные эффекты, которые слабо представлены в программе стандартных инженерных курсов и которые невозможно описать в рамках линейных моделей", - уточняется в сообщении.

"Сначала наш конструктор создает сигнатуру нелинейной модели - ее принципиальное описание. Далее конструктор позволяет "подцепить" экспериментальные данные, по которым модель настраивается и проверяется ее предсказательная способность. После калибровки генерируется вычислительный алгоритм, реализующий модель на языке C++. Созданный алгоритм, в свою очередь, уже на уровне исполняемого кода встраивается в вычислительные комплексы, с помощью которых анализируется прочность изделий", - приводятся в сообщении слова ведущего научного сотрудника Центра новых функциональных материалов НГУ Алексея Шутова.

Нелинейные модели, сгенерированные конструктором, позволяют делать более точные расчеты, и, как следствие, изделия могут проектироваться с меньшим коэффициентом запаса. Это особенно важно для аэрокосмической отрасли, где ключевым моментом является вес конструкции.

Построение более точных нелинейных моделей актуально и для производителей авиадвигателей (проектирование лопаток турбин и других высоконагруженных деталей), поскольку в условиях конкуренции основное направление - это уменьшение веса с одновременным увеличением экономичности, надёжности и мощности двигателя.

Конструктор, разработанный в НГУ, можно использовать не только для моделирования процессов, которые будут происходить с уже имеющимися материалами, но и для дизайна новых материалов. Для этого в конструкторе есть подмодуль - это так называемые суррогатные модели представительных объемных элементов: предусмотрена возможность строить полноценные цифровые двойники, явно учитывающие микроструктуру композиционного материала.

Представительные объемные элементы позволяют по свойствам отдельных фаз предсказывать механические характеристики новых материалов, которые ещё не получены и не испытаны, а суррогатные модели в сотни тысяч раз ускоряют вычисления.

Разработка найдет применение в авиастроительной и двигателестроительной отраслях, нефтедобывающей промышленности и медицине.