Инженеры сравнили конструкцию моста с человеческим организмом: в теле человека удары гасит хрящевая ткань, а в мосту эту функцию выполняют антифрикционные полимерные прослойки. Они снижают трение металла и компенсируют вибрации. Однако традиционные материалы, например тефлон, занимающий около 60% мирового рынка, плохо работают при высоких нагрузках из-за текучести.
Альтернативой выступает сверхвысокомолекулярный полиэтилен — пластик, стойкий к износу. Проблема в том, что стандартные лабораторные тесты (сжатие с постоянной скоростью или нагрев до определенной температуры) не отражают реальную картину. В действительности мост за ночь промерзает, днем нагревается на солнце, а под весом машин в полимере возникают необратимые деформации.
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали математическую модель, которая впервые учитывает одновременное воздействие тепла и давления. Как рассказали в Минобрнауки РФ, исследователи провели серию экспериментов, сжимая образцы при температурах от –40 до +80 °C с разной скоростью.
Суть разработки заключается в создании «цифрового двойника» антифрикционной прослойки «мостового сустава». Мы испытывали материал при охлаждении от максимальной до минимальной температуры, анализируя, как полимер реагирует на комплексное тепловое и силовое воздействие
Проверка показала, что расхождение между расчетами модели и реальными испытаниями составило менее 5%. Ученые применили разработку к сферической опорной части железнодорожного моста. Расчеты выявили, что после 2000 циклов прохода составов в зоне контакта пластика со стальной плитой пластические деформации достигают 9%. Материал не разрушается, но уже необратимо меняет структуру. Это позволяет инженерам заранее усиливать опасные участки при проектировании, адаптируя конструкцию под конкретный климат и интенсивность движения. Исследование опубликовано в журнале «Applied Mechanics».
Ранее пермские ученые создали прочный полимербетон из доступных компонентов.
