Новые результаты учёных Сколтеха помогут улучшить моделирование дефектов в композитных материалах

«Композитные материалы изучают уже много десятков лет, однако несмотря на прогресс, до сих пор остаётся большой разрыв между расчётами и экспериментальными данными. Нашей целью было сократить этот разрыв, — рассказал первый автор исследования Милад Джафарипуриа, аспирант программы «Математика и механика» в Сколтехе. — Композитные материалы состоят из двух компонентов: волокон и полимеров. В реальности волокна имеют волнистую форму, но в моделировании разрушения волоконного пучка им всегда придавали прямую форму для упрощения вычислений. Нам удалось учесть в модели, что волокна не обязательно расположены параллельно друг другу: они могут быть разнонаправленными, могут переплетаться. Всё это влияет на точность расчетов и оценку прочности материалов».

«Инженерия научилась бороться с отдельными трещинами — эта область в зарубежной науке известна как fracture mechanics. Дефекты обнаруживают во время регулярных инспекций, их вырезают из обшивки самолёта, а на это место вставляют заплатку, — рассказал соавтор работы Сергей Абаимов, ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха. — Но есть более опасные случаи — так называемая damage mechanics, когда в материале появляется огромное количество микродефектов, которые нельзя увидеть невооруженным глазом, а отправлять огромные воздушные суда на рентген невозможно. Поскольку материал может быть перенасыщен такими трещинами, это может привести к катастрофе: трещину никто не видит, самолёт продолжает летать, а потом как гром среди ясного неба один из элементов конструкции разваливается. Против таких ситуаций тоже принимаются меры безопасности по дублированию выполняемых элементами конструкции функций, но вопрос предсказания подобных типов разрушения по-прежнему остаётся открытым».

«Новое и последующие исследования помогут сделать эту модель более реалистичной, — продолжил Сергей Абаимов. — Наше достижение — в том, что мы впервые смогли промоделировать разрушение в волоконном пучке при реалистичной форме волокон, а когда есть модель, можно выработать различные практические подходы к решению проблемы обнаружения дефектов».