Новая модель рассчитает срок службы колес поездов и шасси самолетов

Ученые выяснили, что сталь марки 20 после 800–5000 циклов растяжения перестает необратимо деформироваться и начинает работать как пружина. Они создали математическую модель, которая точно предсказывает этот переход, — это поможет рассчитывать срок службы колес поездов, шасси самолетов и лопаток турбин.

Новая модель предскажет момент, когда деталь перестанет изнашиваться

Источник: Magnific

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института проблем машиноведения РАН выяснили, как сталь марки 20 ведет себя под многократными нагрузками.

Этот материал широко используют в машиностроении. Ученые провели эксперименты со стальными стержнями и образцами в форме гантели, подвергая их циклическому растяжению, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Оказалось, что при первых сотнях циклов материал пластически деформируется — его форма необратимо меняется. Но после 800–5000 циклов сталь переходит в стабильное состояние: она перестает накапливать пластические деформации и работает как пружина, возвращаясь в исходную форму после каждого цикла. Для инженеров это означает, что после преодоления «порога стабилизации» деталь больше не изнашивается пластически, а ее ресурс ограничивается только усталостными процессами, которые развиваются медленнее.

Вместо того чтобы закладывать избыточный запас прочности, который приводит к утяжелению конструкции и трате лишнего металла, с помощью новой модели специалисты смогут заранее рассчитать реальный срок работы детали и вовремя ее заменить. Это означает меньше аварий и внезапных поломок техники, экономию материалов и, в конечном счете, сохранение здоровья и жизни людей

Нина Селютина

старший научный сотрудник кафедры теории упругости им. Н.Ф. Морозова СПбГУ, доктор физико-математических наук

Авторы создали математическую модель, которая предсказывает, когда наступает переход к стабильному состоянию. Она учитывает чувствительность материала к частоте и интенсивности нагрузки и перераспределение внутренних напряжений за счет движения микроскопических дефектов.

Модель пригодится для расчета срока службы деталей, испытывающих переменные нагрузки: колеса поездов, шасси самолетов, лопатки турбин на электростанциях и элементы автомобильных подвесок. В будущем ученые планируют расширить модель на взаимное влияние пластичности и роста трещин и создать универсальный инструмент для инженеров.

Исследование поддержано грантом РНФ. Результаты опубликованы в International Journal of Plasticity.

Ранее Наука Mail писала о том, что сибирские ученые представили ИИ для поиска дефектов металла по фото.