Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали инновационную IT‑модель, предсказывающую поведение металлического сплава при нагреве. Это позволяет значительно сократить время и ресурсы, ранее затрачиваемые на многочисленные испытания.
Модель ориентирована на жаропрочные сплавы, включая никелевые, которые широко используются в ключевых отраслях машиностроения. Их характеристики зависят не только от химического состава, но и от режима термообработки. Инженеры годами подбирают оптимальные параметры, чтобы избежать разрушения металла, а стоимость одной неудачной партии может достигать миллионов рублей. Существующие компьютерные модели либо слишком упрощены, либо требуют значительных вычислительных ресурсов.
Специалисты Пермского политеха создали модель, предсказывающую поведение сплава при нагреве с точностью до 99%. Это позволяет сократить месяцы испытаний до нескольких часов компьютерного моделирования.
Новый метод основан на описании реальной геометрии структуры с помощью многогранников Лагерра – особого класса трехмерных ячеистых разбиений, точно повторяющих форму реальных зерен и субзерен в металле. Каждый элемент в модели представлен отдельным многогранником, что позволяет учитывать форму, размер и расположение субзерен, а также их взаимодействие с упрочняющими частицами при нагреве.
Для проверки корректности модели ученые провели вычислительные эксперименты на высоко востребованном жаропрочном сплаве Inconel 718, применяемом в авиационных двигателях, нефтехимическом оборудовании и атомной энергетике. В модели имитировали нагрев виртуального образца в диапазоне 200‑340 градусов и сравнивали результаты с лабораторными данными. Максимальное отклонение расчета от реальных показателей составило не более 1,15%, а на этапе настройки параметров – всего 0,42%. Это подтверждает высокую точность цифрового моделирования, сравнимую с микроскопическими наблюдениями.
Заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ Никита Кондратьев отметил: «Наша модель учитывает топологию структуры, контактное взаимодействие зерен и влияние упрочняющих частиц. Это позволяет физически обоснованно описывать процессы рекристаллизации без значительных вычислительных затрат. По сути, мы создали «цифровой микроскоп», позволяющий исследовать перестройку структуры металла без дорогостоящих экспериментов».
Источник: ТАСС
распечатать статью
