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.
Ранее в России нашли способ добывать главный металл энергетики прямо на нефтяных месторождениях.
