В МАИ создали методику исследования прочности технических конструкций нового поколения

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

Инженеры Московского авиационного института создали уникальную для России методику прочностного анализа элементов воздушных судов и другой сложной техники. Она предназначена для расчета допустимой нагрузки на критически важные детали самолёта – такие как крыло, фюзеляж и части двигателя – на этапе проектирования. Её потенциал также может быть востребован в машиностроении и судостроении, в энергетике при создании турбин и трубопроводов.  

Работа ведётся на кафедрах 203 «Конструкция и проектирование двигателей» и 904 «Инженерная графика». Суть проекта состоит в совмещении классического экспериментального метода фотоупругости, который основан на изменении оптических свойств прозрачного материала при нагрузке на него, и современных технологий 3D-печати. Это даёт возможность значительно ускорить и повысить точность оценки.

– Методика предполагает создание на 3D-принтере экспериментальных моделей – уменьшенных или увеличенных геометрически подобных копий деталей, прочность которых мы хотим проверить. В качестве материала используются прозрачные полимеры, которые при механическом воздействии меняют свои оптические свойства – благодаря этому можно буквально увидеть, как распределяются нагрузки внутри образцов. Если просветить детали поляризованным светом, в них появляются характерные цветные полосы, отражающие картину внутренних напряжений. По схожему принципу работает тепловизор, только мы фиксируем не температуру, а механические нагрузки, – отмечает участник проекта, инженер и аспирант кафедры 203 МАИ Роман Сабитов.

Такой подход позволяет конструктору быстро выявить наиболее нагруженные зоны исследуемого объекта, скорректировать его форму или толщину и таким образом повысить его прочность и устойчивость к разрушению.

Ранее для получения экспериментальных моделей применялось литьё из смол. Их нагревали, а после разливали по ёмкостям сложной формы и ждали застывания, что занимало недели. Любая ошибка влекла за собой остановку процесса и переделывание с нуля. Теперь благодаря 3D-печати подготовка модели занимает всего несколько часов. Это делает эксперимент надёжнее, гибче и позволяет проверять сложные по геометрии детали, которые трудно поддаются исключительно численным расчётам.

С помощью технологии также можно проверять корректность работы новых отечественных программных комплексов для прочностного анализа.

— В условиях санкций и ухода с рынка ведущих западных компаний, предоставлявших такие решения, становится критически важным развитие российских аналогов. Наш подход позволяет проводить независимую экспериментальную проверку корректности вычислительных моделей, тем самым обеспечивая дополнительное тестирование новых российских разработок и ускоряя их внедрение в промышленность, — отмечает Роман Сабитов.