Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Техника/технологии Интервью

Диффузия, нагрев, деформация: для чего в МАИ изучают связь нестационарных полей

11 февраля 2021 года / Московский авиационный институт (МАИ) / Aviation EXplorer
 

В конце минувшего года были названы имена победителей конкурса на получение стипендии Президента РФ, которая присуждается молодым учёным и аспирантам, ведущим исследования по приоритетным для российской науки направлениям. Одним из успешных конкурсантов, удостоенных стипендии на 2021–2023 годы, стал старший преподаватель кафедры 311 «Прикладные программные средства и математические методы» Московского авиационного института Сергей Давыдов.

Работа молодого учёного посвящена масштабной теме: моделированию нестационарных связанных полей и поведения материалов в части теплопереноса, диффузии, напряжений и деформаций. Это фундаментальный проект, результаты которого могут применяться, среди прочего, для расчёта технологических процессов, связанных с соединением разных типов материалов между собой (ионная имплантация, диффузионная пайка и т.п.), а также построения моделей влияния различных факторов на рабочие качества сложных технических изделий, в том числе перспективных авиационных. Об особенностях своего исследования Сергей Давыдов рассказал пресс-службе МАИ.

- Что такое нестационарные связанные поля, и каким образом ваше исследование помогает предсказать поведение материалов при воздействии тех или иных факторов?

Речь идёт о связанности таких понятий, как деформация, температура и концентрация вещества в отношении физических тел, в том числе твёрдых. Например, появление деформаций приводит к переносу массы из одних точек в другие. С другой стороны, нагрев может вызывать деформации. При этом деформации ведут к возникновению тепловых явлений. Получается единый «клубок» — это и есть связанность полей.

Под нестационарными подразумеваются поля, меняющиеся со временем. То есть в своей работе я рассматриваю обобщённые ситуации, возникающие при непостоянном процессе, который может устанавливаться, исчезать и менять свою интенсивность. Изучение нестационарных процессов более интересно, нежели стационарных, хоть и намного сложнее.

В данном случае цель — понять, что будет происходить с нашим материалом со временем: какие напряжения, деформации будут появляться в нём, как перераспределится концентрация, как будет происходить нагрев и так далее.

- Как давно ведётся эта работа и чем она уникальна?

В Московском авиационном институте интерес к изучению связанных полей появился в конце нулевых годов. Исследования в этой области начали Владимир Анатольевич Вестяк и Андрей Владимирович Земсков под руководством Дмитрия Валентиновича Тарлаковского. Сама по себе тема связанности не новая: первые экспериментальные данные о связи деформации с диффузией появились в начале ХХ века, а с температурой — пару веков назад. Однако комплексная задача изучения нестационарных связанных полей и получения аналитических решений была поставлена впервые.

Важная особенность работы состоит в том, что практически вся она выполняется аналитически с минимальным использованием компьютерных методов. Аналитические методы получения решений отличаются надёжностью, проверяемостью и доказуемостью, а также возможностью относительно лёгкого и быстрого воспроизведения результата как на компьютере, так и без него. Численные же решения требуют набора верификационных мероприятий, для чего как раз можно использовать аналитические решения. В обратную сторону это правило обычно не действует, и в этом состоит фундаментальное преимущество аналитических методов.

Я начал работу над этой темой в 2013 году, будучи студентом третьего курса. Моя первая публикация вышла в 2014 году в научном журнале «Учёные записки Казанского университета». Потом текст был переведён на английский язык для издания Lobachevskii Journal of Mathematics. То есть первая же статья сразу имела значительный успех.

- Начиная с 2015 года, вы практически ежегодно получали государственную поддержку в виде стипендии Президента и Правительства РФ. Также проект неоднократно поддерживался грантами Российского фонда фундаментальных исследований. Что делает направление вашей работы столь значимым с точки зрения государства?

Эта работа носит фундаментальный характер и направлена на решение принципиальных физико-математических задач. При этом полученная модель может применяться практически к любым материалам и использоваться в разных областях, для которых актуальны вопросы деформации, переноса массы и тепла.

Важно отметить, что коэффициенты всех характеристик модели являются постоянными, а сама модель — линейной. Это значит, что описана общая модель, куда можно подставить известные характеристики для определённой среды, такие как плотность, теплопроводность и другие. Таким образом, модель может в первом приближении довольно точно просчитывать многокомпонентные материалы по типу стали, дюралюминия, сплавов титана... Главное, чтобы деформация, изменения температуры и концентрации не превышали нескольких процентов от начального состояния.

Точные и верифицированные математические модели позволяют существенно экономить на экспериментах, позволяя заранее сузить диапазон варьируемых параметров. И это относится не только к теме связанных полей.

- В каких областях и для чего могут использоваться результаты работы?

Перспективно использование результатов в модернизации технологических процессов, построенных на принципах ионной имплантации (внедрение одного материала в другой путём бомбардировки поверхности первого ионами второго) или диффузионной пайки и сварки, которые позволяет соединить друг с другом даже столь различные по своим свойствам материалы, как стекло и алюминий или стекло и кремний. В аэрокосмической отрасли, в первую очередь, результаты будут полезны при создании сверхзвуковых летательных аппаратов, эксплуатация которых неизбежно связана с высоким нагревом.

В настоящее время интерес к результатам исследования проявляют специалисты научно-исследовательской целевой поисковой лаборатории «Центр национальных компьютерных кодов высокоскоростных летательных аппаратов», входящей в состав ФГУП «ЦАГИ».

Темой связанных полей и смежными ей занимаются десятки различных научных центров как в России, так и за рубежом. Каждый год в международных рецензируемых журналах выходит под сотню новых публикаций. Авторами рассматриваются как фундаментальные физические принципы связанных полей, так и вопросы о приложении полученных знаний в технике. Новые математические методы, разработанные пакеты символьной математики, а также доступные гигантские вычислительные мощности привлекают новых учёных в эту область и позволяют уже сегодня достаточно точно моделировать поведение сплошных сред даже в условиях многофакторных воздействий.

- Как вы планируете развивать свою работу в дальнейшем?

В данной теме остаётся огромное количество неразрешенных проблем. Благодаря полученной стипендии класс решаемых задач будет расширен. Моя диссертация была в основном посвящена решению одномерных задач нестационарной связанной термоупругой диффузии. Однако наибольший интерес представляют задачи двух- и трёхмерные. Также наша модель может быть расширена путём добавления других параметров, например электромагнитного поля или эффекта вязкости среды. Задач хватит ещё на сотню дипломов, десяток кандидатских и пару докторских. Так что ждём всех, кто хочет внести свой вклад в науку, на кафедре 311.


Московский авиационный институт (МАИ)



комментарии (0):





Полная или частичная публикация материалов сайта возможна только с письменного разрешения редакции Aviation EXplorer.








Материалы рубрики

В.Шапкин, А.Пухов
Современные факторы создания сверхзвукового гражданского самолета нового поколения
Роман Гусаров
Для кого варится несъедобная каша?
Евгений Жуков
Сколько российских самолётов понадобится для полного импортозамещения
Владимир Мазенко
Самолет, как у президента: что известно про Ил-96, который способен заменить Boeing и Airbus
Евгений Жуков
Что будет с "Боингами" в России и с "Боингом" без России?
Александр Книвель
Гражданское авиастроение вчера, сегодня. А завтра?
Николай Таликов
Ил-114: трудный путь ... в жизнь
Роман Гусаров
Почему Украина не восстановит Ан-225 "Мрия"



Сергей Чемезов
«Удар был сильным, но не отправил нас в нокаут»
Евгений Жуков
Почему западный бизнес против санкций в отношении русского титана
Юрий Слюсарь
«Стране нужны самолеты»
Роман Гусаров
Суперджетом по санкциям
Евгений Алексеев
Как «цифра» меняет двигателестроение
Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 2
Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 1
А.Козлов, А.Сальников
Инновационные технологии в обеспечение создания авиационных двигателей
Ростех
Ка-62: из военных в гражданские
Михаил Короткевич
Использование цифровых технологий в разработке вертолетной техники
Роман Гусаров
О российских системах самолёта МС-21
Роман Гусаров
Валы российских авиадвигателей будет производить робот без участия человека
Юрий Шмотин
Развитие технологии цифровых двойников в ОДК
AVIA.RU
Особенности возвратных форм ТО в период пандемии
Роман Гусаров
ОДК-СТАР разрабатывает высокоинтеллектуальные САУ для ПД-35 
Владимир Карнозов
Международная премьера «Орион-Э»
Роман Гусаров
Шах и мат - беспроигрышная партия
Роман Гусаров
EXPLORER - перелет, отель и развлечения "в одном флаконе"
Роман Гусаров
Технологии РН «Союз-5»
Владимир Карнозов
Роторные двигатели для авиационных гибpидов
Владимир Карнозов
Роторные двигатели взлетят благодаря нано-технологиям
Владимир Карнозов
Авиация «Армии» и «АрМИ»
Роман Гусаров
ВК-1600В - экономичнее, легче, дешевле
Роман Гусаров
УЗГА - новый разработчик и производитель самолетов
Роман Гусаров
Самолет получился интересный
Роман Гусаров
Перспективный двигатель ВК-650В
Роман Гусаров
Экскурсия в авиационно-технический центр Корпорации «Иркут»
Роман Гусаров
Лёгкий, тактический, однодвигательный, клиентоориентированый, «Сухой»
Роман Гусаров
"Титановая долина" становится авиастроительным технопарком
Денис Мантуров
О перспективных разработках и мерах господдержки
ОАК/Иркут
МС-21-300/310 - статус программы
Всеволод Елисеев
Двигатели ТВ7-117 – статус программы

 

 

 

 

Реклама от YouDo
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer