ПНИПУ: решена ключевая проблема компьютерного моделирования металлов

Алюминий и его сплавы — основа современной промышленности. Однако при термомеханической обработке — прокатке, ковке, прессовании — внутренняя кристаллическая структура металлов претерпевает сложные изменения. Эти процессы влияют на прочность, пластичность и долговечность изделий. Ученые Пермского Политеха разработали модифицированную двухуровневую статистическую модель, которая корректно описывает эволюцию структуры металла при переменных температуре и скорости деформации — условиях, характерных для реальных технологических процессов.

Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Внутренняя структура металлов состоит из множества кристаллических зерен. Именно их размер, форма, ориентация и распределение определяют механические свойства материала. При нагреве и деформировании зерна меняются, образуются дефекты, растут внутренние напряжения. Это может снижать прочность, пластичность и трещиностойкость деталей.

Новая модель ПНИПУ позволяет отслеживать, как меняются структура и механические параметры материала (например, предел текучести и анизотропия свойств), если в процессе обработки резко меняются скорость или температура. По сути, это "цифровой микроскоп", который описывает деформацию на разных масштабных уровнях — от дефектов в отдельных зернах до поведения всего образца.

Модель протестировали на сложных сценариях: резких скачках температуры и скорости и изменении текстуры — ориентации кристаллических решеток при деформировании. Во всех случаях расчеты хорошо совпали с экспериментами.

"Верификация показала, что модель успешно описывает изменение структуры и свойств материала даже при резких переходах, характерных для реальных условий обработки", — отметил Алексей Швейкин, проректор по науке и инновациям и ведущий научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования ПНИПУ.

Интеграция новой модели в цифровые цепочки проектирования позволит предприятиям выбирать оптимальные режимы обработки, уменьшать вероятность дефектов, увеличивать прочность и ресурс деталей и снижать затраты на испытания. Особенно это важно для авиационной и транспортной отраслей, где прочность и легкость конструкций критичны.