"На текущий момент это крупнейшая материаловедческая база данных эластомерных материалов в России. Также разработана программа для расчета теплофизических свойств полимерных композиционных материалов и имитационного моделирования поведения огне- и теплозащитных материалов. Все три инструмента станут цифровым помощником разработчика эластомеров, позволят в разы ускорить процесс создания новых материалов для многих отраслей промышленности", - говорится в сообщении.
Проект "Компьютерное материаловедение многокомпонентных наноструктурных эластомерных материалов с заданными свойствами для экстремальных условий эксплуатации" включает два этапа: разработку программно-информационного обеспечения нового поколения с использованием методов искусственного интеллекта для решения задач компьютерного материаловедения эластомерных материалов; и разработку новых эластомерных материалов с использованием созданных программ.
"Сейчас завершены работы по первому этапу, которые были начаты в 2024 году, - создан программно-аппаратный комплекс, состоящий из трех инструментов - базы данных, программы для расчета теплофизических свойств полимерных материалов и модуля имитационного моделирования поведения материалов при экстремальных нагрузках", - отмечается в сообщении.
При включении рецептуры в банк данных специалисты уточняют рецептуры и оценивают их качество. В базе отражены как ингредиенты (состав), так и свойства эластомеров, технологические режимы.
При отсутствии рецепта с заданными свойствами процесс проектирования нового рецепта предполагается вести с использованием интерактивной программы создания рецептур эластомерных материалов, которая использует базу данных свойств входящих в состав компонентов.
Так как в рецептуростроении эластомерных материалов используется большое число компонентов, программа должна провести выбор наилучшего сочетания компонентов в составе (провести перебор большого числа вариантов (более ста тысяч) и выбрать оптимальный, что существенно облегчает и ускоряет процесс создания нового состава.
Также ВолгГТУ и НГУ параллельно ведут работу по второму этапу, то есть созданию эластомеров, полимерных материалов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации - при высоких температурах, давлении, в сложных средах. Такие материалы находят применение в различных областях, среди которых нефтедобыча, нефтехимия, двигателестроение, космическая техника и т.д.
Эластомеры (резины) - это полимерные материалы, обладающие высокой эластичностью. В настоящее время применяются практически в любой технике - авиационной, автомобильной, в отраслях судостроительной, нефтяной и других.
Источник: Интерфакс
Виктор Каблов, д.т.н., профессор ВПИ (филиал) ВолгГТУ, кафедра ВТПЭ:
"Эластомеры — сложные по структуре многокомпонентые материалы, в состав каждого из них входит до 20 компонентов, находящихся в сложном физико-химическом взаимодействии. На разработку одного рецепта нового материала уходит не менее 6 месяцев и требуется порядка 1 млн рублей. Разных рецептур только в области резинотехнических изделий около 10000, и идет постоянная разработка сотен новых материалов, появляются новые ингредиенты. При этом эффективность многих материалов часто далека от необходимых требований из-за низкой проработанности. Сейчас создание материалов ведется в основном эмпирическими методами, количество экспериментов, проводимых в ходе разработки некоторых материалов, может превышать 10 тыс. В условиях стремительного развития многих отраслей такой подход неэффективен — проведение экспериментов стало дороже в десятки раз, а время разработки при эмпирическом подходе недопустимо большое.
Таким образом, мы сталкиваемся с двумя проблемами, которые необходимо решать. Первая — это информационная, когда нам необходимо в короткие сроки найти нужный материал. Вторая — технологическая, когда нам необходимо ускорить процесс создания новых материалов, с большей точностью прогнозировать их свойства и моделировать поведение при воздействии различных внешних факторов. На решение этих двух задач и направлен наш проект. Наша задача состоит в том, чтобы банк отвечал не только на вопрос, какой материал, но и на вопрос, каким образом его сделать. В результате такие банки становятся цифровыми станками в руках технологов. В моей практике были случаи, когда консорциумы опытных технологов не могли решить проблему с разработкой нового материала. Мы «вытаскивали» из банка данных имеющиеся решения и находили выход из ситуации. Таким образом, банк данных становится одним из важных элементов компьютерного материаловедения.
Такие свойства, как теплоёмкость, теплопроводность, температура, плотность, можно рассчитать экспериментально. То есть взять определенный материал и провести испытания, но для этого требуется дорогостоящее оборудование и значительные временные ресурсы. В современных условиях будет эффективнее, если мы, зная состав, могли бы автоматизировать процесс расчета теплофизических свойств. На мой взгляд, мы достаточно успешно решили эту задачу: мы вводим в программу состав, и в течение нескольких секунд она рассчитывает четыре главных параметра — теплоёмкость, теплопроводность, температуру и плотность.
Изучение поведения материала, например, огне- или теплозащитного, который работает в очень тяжёлых, экстремальных условиях, — это чрезвычайно дорогостоящее мероприятие, и оборудование — стенды для проведения подобных испытаний — не всегда доступны. Мы разработали программу, которая позволяет рассчитать и спрогнозировать поведение материала в определенных условиях. Вводя 18 параметров, которые отражают свойства материала и различные факторы воздействия (температура, время), мы рассчитываем необходимую толщину теплозащитного покрытия. Причем нужно учитывать, что это полимерный материал, который в процессе нагрева вспучивается, разлагается и поглощает тепло. Это так называемые «умные» материалы, которые адаптируются к внешним воздействиям и в результате цепочки химических превращений в условиях, например, высоких температур, эти воздействия нивелируют. Таким образом, тепло тратится на химические реакции, которые поглощают тепло, и в результате температура на необогреваемой стороне не растёт. Этот механизм схож с тем, как работают живые организмы."
