Ученые ПНИПУ выяснили, как точнее прогнозировать износостойкость тефлона в мостовых сооружениях
Полимерные материалы широко используются в быту и промышленности. Например, политетрафторэтилен (более известный как тефлон), модифицированный при помощи гамма-лучей, применяется в опорных частях пролетного строения мостов. Эти конструкции компенсируют нагрузки, действующие на мостовое сооружение, вызванные ветром, проезжающим транспортом, температурой внешней среды и т.д. Определить износостойкость деталей из тефлона помогает предварительный расчет и моделирование поведения материала. Однако в существующих подходах не учитывают влияние динамических нагрузок, а значит, они не отражают реального поведения тефлона при активной эксплуатации. Ученые ПНИПУ реализовали подход, который позволяет описывать динамические свойства гамма-модифицированного тефлона и точнее прогнозировать его износостойкость.
Исследование опубликовано в журнале «Polymers», 2023. Разработка проводилась при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (№ 22-29-01313).
Гамма-модифицированный тефлон широко используется в мостовых опорных частях в качестве антифрикционного материала – уменьшает коэффициент трения и снижает износ деталей. При этом он подвергается воздействию больших перепадов температур (от −60°С до +60°С) и циклических нагрузок, направленных в разные стороны.
Применение полимерного материала в опорной части мостового сооружения
Пример работы конструкции при сейсмических нагрузках
– В настоящее время тефлон изучают в основном как упругое или упругопластическое тело, что не учитывает все характеристики материала. Для описания его реального поведения необходимо использовать более сложные модели, которые могут описывать его поведение во времени. В рамках работы проведена идентификация математической модели гамма-модифицированного тефлона как тела Максвелла, что позволило нам описать поведение материала в динамической постановке. В дальнейшей перспективе мы можем описывать жизненный цикл работы полимерного материала в целом, и на определенном временном промежутке в частности, – рассказывает ассистент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Анастасия Богданова.
Чем отличается упругопластическое тело от вязкоупругого? Как поясняют ученые, упругое тело полностью восстанавливает форму и объем после снятия нагрузки. Упругопластическое тело при малых деформациях ведет себя как упругое, но с определенным увеличением нагрузки в нем появляются остаточные деформации. Вязкие тела во время приложения нагрузки деформируются линейно. Представленные 3 модели используются для анализа прочности материалов в статических нагрузках (не зависят от времени). А вязкоупругие тела способны восстанавливать свои изначальные характеристики с течением времени (день, неделя, месяц и т.д.), что является реальным поведением полимерных материалов.
– В ходе экспериментов при помощи специального оборудования мы деформировали и нагружали образцы из модифицированного тефлона для определения его упругих, динамических, фрикционных (связанных с воздействием силы трения) и других свойств материала. Затем мы создали специальный алгоритм, который без участия человека выстроил математическую модель, описывающую поведение тефлона с учетом вязкости. Этот алгоритм позволит описывать математические модели и других полимерных материалов, после проведения соответствующих экспериментальных исследований, – рассказывает старший преподаватель кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Юрий Носов.
В результате ученые определили, какая модель точнее отражает поведение материала под динамическими нагрузками. В случае вязкоупругой модели погрешность составила всего 0,5-1%, в то время как у упругопластической модели – 5-20%. Ученые пришли к выводу, что вязкоупругая модель позволяет прогнозировать работоспособность конструкции на всех этапах ее жизненного цикла (от изготовления до многолетней эксплуатации), а упругопластическая – подходит только для предварительной оценки прочностных характеристик конструкции.
– Правильное описание поведения материала позволяет качественно прогнозировать работоспособность деталей и конструкций. Благодаря этому можно на ранних этапах отслеживать проблемные места в эксплуатации конструкции и своевременно принимать меры по их устранению. Помимо этого, использование математической модели в синергии с компьютерным инжинирингом, значительно снизит экономические и временные затраты на решения по модификации или изменении конструкций, – отмечает заместитель директора Передовой инженерной школы «Высшая школа авиационного двигателестроения», доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Анна Каменских.
Тефлон и композиты на его основе широко используются в машиностроении, нефтегазовой промышленности, электротехнике, медицине и др., при производстве электронных компонентов и оборудования, например, конденсаторов, резисторов, переключателей и т.д. Результаты исследования могут быть использованы для более точного прогнозирования поведения и стойкости конструкций с применением гамма-модифицированного тефлона.
Моя работа
В Питере шаверма и мосты, в Казани эчпочмаки и казан. А что в других городах?
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.
Реклама АО «Кордиант», ИНН 7601001509
Veritasium: тайна синхронизации
Как спонтанный порядок возникает из хаоса? Дерек расскажет про явления синхронизации в нашей жизни. На примере с резонансом на новеньком мосту в Лондоне в 2000м году, когда, казалось бы, все проектировщики в курсе про то, как синхронный марш может разрушить мост. Объяснит, как синхронизируются метрономы на подвижной платформе. Как идеально соотносятся периоды вращения спутников вокруг планет на примере Юпитера. Про реакцию Белоусова-Жаботинского, как яркий пример химической автоколебательной реакции. А также как понимание явления синхронизации может помочь при сердечных аритмиях. И что помимо применения редукционизма науке важно научиться объединять составные части явлений и понимать их работу, как единого целого, которая обычно не равна просто сумме его частей.
Мосты, мосты
Пикабушники, ахтунг!
Огромная просьба написать в комментарии, кто может подсказать по экспертизам и разрешениям на использование водных объектов при строительстве.
На новом месте работы начальник наговорил какой-то чуши, а переспросить невозможно *рукалицо*
Жду сенсея
Строители Мостов
Высший порядок из неопределенности
Когда в нашем городе несколько лет назад появились мосты, соединяющие между собой труднодоступные части города — это очень сильно облегчило жизнь — жители вздохнули с облегчением — этих мостов ждали 100 лет, на некоторых сохранившихся старых открытках с надписью «Владивосток будущего» изображены мосты (хотя, конечно, люди представляли их тогда в немного другом виде). Я всегда удивлялся — как люди строят мосты? Это же настоящее чудо — все высчитано до миллиметра, такая гигантская конструкция полностью взаимосвязана и едина — как известно, мост начинают строить с двух сторон — и в середине он соединяется. Можно просто смотреть на фотографии мостов в разных городах мира, и все они вдохновляют своей красотой.
Когда мы несколько лет назад ездили с братом и дядей к родне на Сахалин, мы столкнулись с полной неопределенностью по дороге — вечно что-то шло не так, кульминацией этого стал шторм, в который мы попали, плывя на корабле через маленький пролив между островом и материком. Даже когда мы приехали в место назначения к родне — мы никогда не оставались на одном месте надолго — мы всегда были в движении, ездили по разным городам, потому что, как выяснилось сестра моего дяди и ее муж занимались строительством мостов. Это было странно, но из этой возникшей неопределенности, я начал чувствовать глубокое чувство единства со всем, что есть, находясь в совершенно незнакомых городах и поселках, я просто наблюдал за людьми и испытывал любовь, настоящую любовь, не ту, которая говорит «я хочу тебя». Это было очень радостное путешествие, по дороге мы оказывались в очень удивительных местах — в одном из поселков, который был практически полностью заброшен и все квартиры в домах были пусты, мы также нашли заброшенный завод, который, как выяснилось, построили японцы (Сахалин когда-то принадлежал Японии). Мне рассказывали случай, как через несколько лет после войны в одном из поселков неожиданно выключился свет. Жители ждали несколько дней, пока он включится, но этого не происходило. Тогда они пошли выяснять, почему свет выключился, и в итоге выяснилось, что никто не знает, откуда берется этот свет. Тогда они стали смотреть по проводам — куда они ведут. Когда эти провода привели их к морскому побережью, они остолбенели, увидев, что эти провода уходят под землю в сторону моря. Как выяснилось, японцы, чтобы не строить электростанцию на острове, провели провода через морской пролив.
«Строители Мостов» в реальной жизни — это не только рабочие и архитекторы, но также и люди, которые находятся в контакте с другими людьми, и привносят в эти отношения единство и радость. Это люди, которые могут растворять конфликт, через которых в этот мир втекает любовь и спокойствие. Далай-лама говорит: "Моя религия - это любящая доброта".
Ответ на пост «Слева тротуар, справа велодорожка»
В комментариях всплыла история 2004 г. о нашумевшей международной ошибке при строительстве моста через р. Рейн соединяющем одноимённые местечки Лауфенбург с немецкой и швейцарской сторон. Так сказать, недоперекорректировочка там вышла.
Денег, времени, образованности, педантизма у обеих сторон было предостаточно. Языкового барьера не существовало. О том, что в Швейцарии высоты считают от уровня Адриатики, а в Германии от уровня Северного моря прекрасно знали и внесли корректировку на 27 см в планы ещё за 12 лет до строительства моста.
Тем не менее, то что уровни дорожного полотна не сойдутся на целых 54 см обнаружили при измерении, когда оставалось перекрыть последние 35 м.
Вместо того, чтобы прибавить 27 см их вычли, таким образом удвоив расхождение по высоте. В результате сроки пуска сообщения сдвинулись, стоимость взлетела вверх, а с немецкой стороны уровень подъезда к мосту скопали на 54 см.
Ссылки:
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Hochrheinbrücke
https://www.swissinfo.ch/ger/meereshoehe-ist-nicht-gleich-me...
https://www.bazonline.ch/basel/gemeinden/skurriler-streit-um...
https://www.spiegel.de/panorama/planungspanne-rheinbruecke-m...
Про большие сверла.
Работаю сверловщиком на мостозаводе. Вот такие у нас сверла.
Самое большое, которое нашёл.
Ну и заправка этого сверла (вдруг кому интересно).