Создана предсказывающая поведение умных сплавов при землетрясениях модель

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 23 июня. /ТАСС/. Ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с коллегами из Института проблем машиноведения РАН создали первую модель, позволяющую точно прогнозировать, как сплавы с памятью формы (СПФ) будут защищать конструкции от разрушительных вибраций и сейсмических воздействий. Разработка пригодится в строительстве и машиностроении, сообщили ТАСС в пресс-службе СПбГУ.

"Мы разработали механическую модель СПФ, которая может использоваться при проектировании новых, более эффективных виброзащитных и сейсмозащитных устройств. Благодаря учету тепловых процессов модель позволяет получать более точные результаты, что позволит разработчикам выбрать более подходящие сплавы и режимы их эксплуатации", - привели в пресс-службе слова доцента кафедры теории упругости им. Н. Ф. Морозова СПбГУ, старшего научного сотрудника ИПМаш РАН Федора Беляева.

Уточняется, что сплавы с памятью формы - это уникальные материалы, способные "запоминать" свою исходную форму и возвращаться к ней даже после деформации. Благодаря этому они применяются в системах, защищающих здания, мосты и промышленные конструкции от вибраций и землетрясений. Свойства этих сплавов зависят от температуры: при нагреве и охлаждении они меняют свою структуру, становясь то более жесткими, то более гибкими. Это позволяет настраивать их для решения разных задач.

"В своей работе мы провели моделирование одномерной колебательной системы - крутильного маятника с учетом влияния ключевых факторов на температуру рабочего тела: температуры окружающей среды, теплообмена и скорости нагружения. Мы промоделировали эксперименты, выявляющие влияние каждого из факторов на эффективность работы виброзащитного устройства", - объяснил Беляев.

По данным пресс-службы, эксперименты показали, что СПФ по-разному ведут себя в зависимости от условий нагрева и охлаждения. Когда сплав медленно деформируют при постоянной температуре, и когда делают это быстро, разница в нагреве может достигать 20 градусов. При быстром воздействии материал становится заметно жестче. Также большое значение имеет, как именно охлаждается сплав. Если он просто остывает на воздухе, его поведение близко к адиабатическому случаю, когда теплообмена не происходит. Однако если подвергнуть СПФ водному охлаждению, то скорость теплообмена возрастает, и способность гасить вибрации значительно улучшается.

Также важно учитывать скорость воздействия: при резких ударах материал хуже справляется с вибрацией, но если его предварительно немного охладить, эта проблема исчезает. Наилучшие результаты в управляемых системах виброзащиты показали два подхода. Первый - быстро охлаждать сплав, заставляя его переходить в низкотемпературную фазу, с высокими демпфирующими способностями. Второй - сначала резко нагреть материал до перехода в высокотемпературную фазу, а затем охлаждать до начального состояния.