В России научились прогнозировать износ «суставов» моста с точностью 95%

Сотрудниками ПНИПУ разработана математическая модель, позволяющая точно прогнозировать износ элементов полимерного моста при изменении температуры и нагрузок. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе учебного заведения.

Проблема в том, что мосты в России эксплуатируются в экстремальных условиях: от –40 до +50 °С. За короткое время конструкции могут испытывать внезапное охлаждение и нагрев, а также постоянные динамические нагрузки от транспорта. В таких условиях полимер не только начинает деформироваться, но и теряет способность полностью восстанавливать свою форму.

Традиционные методы тестирования не учитывают все эти факторы одновременно. В лаборатории материалы обычно испытываются либо при постоянной температуре, либо под однотипной нагрузкой. В действительности воздействие всегда комплексное.

Ученые рассматривают в качестве перспективного материала сверхвысокомолекулярный полиэтилен — прочный и износостойкий полимер с низким коэффициентом трения. Однако до сих пор не было инструментов, позволяющих точно предсказать его поведение в реальных условиях эксплуатации.

Для решения этой проблемы исследователи провели серию экспериментов: образцы материала испытывались при температуре от –40 до +80 °С, с разными скоростями нагружения и в циклическом режиме.

"Суть разработки заключается в создании "цифрового двойника" антифрикционного слоя. Мы изучили, как ведет себя материал при одновременном воздействии температуры и нагрузки", - рассказала доцент ПНИПУ Анна Каменских.

На основе полученных данных ученые создали модель, учитывающую сразу несколько свойств материала – упругость, вязкость и пластичность. Тест показал, что расхождение с экспериментами составляет менее 5%, то есть точность превышает 95%.

Затем модель была применена к реальной конструкции - опорной части железнодорожного моста. Расчеты показали, где возникают максимальные напряжения и какие зоны наиболее подвержены разрушению.

"Самой уязвимой точкой оказалась точка контакта слоя полимера со стальной пластиной. После 2000 циклов нагрузки деформация там достигает 9%", - отметила научный сотрудник ПНИПУ Анастасия Богданова.

Это означает, что материал в этих зонах уже меняет структуру, хотя разрушения еще не произошло. Такие данные позволяют заранее выявить риски и спланировать ремонт.

По словам авторов, разработка дает инженерам новый инструмент — возможность моделировать поведение конструкции еще до ее создания. Это позволит адаптировать мосты к конкретным климатическим условиям и увеличить срок их службы.