Исследователи ПНИПУ разработали математическую модель, которая позволяет с высокой точностью прогнозировать износ полимерных элементов мостов при перепадах температур и нагрузках. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Речь идет об опорных частях мостов — узлах, которые работают как "суставы", позволяя конструкции выдерживать вибрации и смещения.
Внутри них используются полимерные вставки, снижающие трение и нагрузку на металл. Именно эти элементы чаще всего выходят из строя.Проблема в том, что мосты в России эксплуатируются в экстремальных условиях: от –40 до +50 °C. За короткое время конструкции могут переживать резкое охлаждение и нагрев, а также постоянные динамические нагрузки от транспорта. В таких условиях полимер начинает не только деформироваться, но и теряет способность полностью восстанавливать форму.
Традиционные методы испытаний не учитывают одновременно все эти факторы. В лаборатории материалы обычно тестируют либо при постоянной температуре, либо при однотипной нагрузке. В реальности же воздействие всегда комплексное.
В качестве перспективного материала ученые рассматривают сверхвысокомолекулярный полиэтилен — прочный и износостойкий полимер с низким коэффициентом трения. Однако до сих пор не было инструментов, позволяющих точно предсказать его поведение в реальных условиях эксплуатации.
Чтобы решить эту задачу, исследователи провели серию экспериментов: образцы материала испытывали при температурах от –40 до +80 °C, с разной скоростью нагружения и в циклическом режиме.
"Суть разработки — в создании "цифрового двойника" антифрикционной прослойки.
Мы изучили, как материал ведет себя при одновременном воздействии температуры и нагрузки", — рассказала доцент ПНИПУ Анна Каменских.На основе полученных данных ученые создали модель, которая учитывает сразу несколько свойств материала — упругость, вязкость и пластичность. Проверка показала, что расхождение с экспериментами составляет менее 5%, то есть точность превышает 95%.
Затем модель применили к реальной конструкции — опорной части железнодорожного моста. Расчеты показали, где возникают максимальные напряжения и какие зоны наиболее подвержены разрушению.
"Самым уязвимым оказалось место контакта полимерной прослойки со стальной плитой. После 2000 циклов нагрузки деформации там достигают 9%", — отметила научный сотрудник ПНИПУ Анастасия Богданова.
Это означает, что материал в этих зонах уже изменяет структуру, хотя разрушение еще не происходит. Такие данные позволяют заранее выявлять риски и планировать ремонт.
По словам авторов, разработка дает инженерам новый инструмент — возможность моделировать поведение конструкции до ее создания. Это позволит адаптировать мосты под конкретные климатические условия и увеличить срок их службы.
Свежие комментарии