24.06.2021
В последнее десятилетие особенно заметна потребность в новых материалах для исследования космоса, развития электроники и атомной энергетики. Какими качествами обладают современные материалы и как с ними работать? «Первому цифровому» рассказали эксперты компании «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», крупнейшего на российском рынке дистрибьютора систем инженерного анализа.
Денис Хитрых, директор центра разработок и исследований «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», выделяет девять основных трендов современного материаловедения:
1) разработка экологичных материалов;
2) применение материалов с эффектом памяти формы;
3) аддитивное производство (позволяет получать металлические и неметаллические функциональные изделия, которые не требуют механической постобработки);
4) облегчение веса конструкции (за счет использования композиционных материалов);
5) продвинутые композиты (для них характерно использование высокоэффективных смол и армирования из высокопрочного волокна);
6) инженерия поверхности (объединяет методы направленного изменения свойств поверхностных слоев материалов, например, неподверженных обледенению);
7) графен (в сочетании с атомами других материалов он позволяет получить материал с новыми свойствами);
8) информатика материалов (прогнозирование материалов будущего);
9) интеллектуальное управление материалами.
Уже есть ряд успешных стартапов, которые работают с этими технологиями. Индийская компания Spectalite производит биоразлагаемые и перерабатываемые соединения на основе сельскохозяйственных отходов и возобновляемых ресурсов. Голландский стартап ARCEON создает инновационные высокотемпературные композиты (HTRC) для спутников и деталей ракетных двигателей, выдерживающих температуру до 1500 K. А испанская компания Graphenano тестирует графен не только в аккумуляторах, но и для создания корпусов/салонов автомобилей.
Композиционные материалы можно разделить на три большие группы: потребительские, промышленные и продвинутые. Продвинутые композиты используются в основном в аэрокосмической отрасли, включая военную и коммерческую авиацию – доля использования этих материалов в ней уже превышает 50%.
Самолеты-невидимки и беспилотные летательные аппараты используют преимущества радиолокационной прозрачности композитов, кроме того, усовершенствованные композиты применяются для защиты от взрыва и баллистической защиты.
В нефтегазовой и нефтехимической промышленности композитные материалы применяются при изготовлении сосудов высокого давления. ПАО «Транснефть» недавно запустило проект, в рамках которого планирует изменить свои бизнес-процессы и перевести большой парк оборудования различного типа на композиты.
Сегодня существует множество инструментов, позволяющих значительно упростить процесс получения композиционных материалов. В их числе экосистема моделирования Ansys, включающая выбор композиционного материала, анализ микроструктуры, получение общих глобальных характеристик, моделирование процессов укладки и пр. Такой подход позволяет не только ускорить создание материалов нового поколения, но и решать важные задачи, стоящие перед промышленными предприятиями. К примеру, обеспечить безболезненный переход с традиционных материалов на композиционные, снизить затраты на материалы и увеличить эффективности их использования.
Критически важен выбор подходящего материала из сотен тысяч, существующих на рынке, и его сопровождение на всем жизненном цикле. Профессор Эшби из Кембриджского университета разработал методологию, позволяющую полностью систематизировать этот процесс. Сегодня она представлена в системе управления информацией о материалах Ansys Granta. Ее применение позволяет выбрать подходящий материал, повысить эффективность изделия и производства, а также снизить затраты на материалы. Ряд других решений Ansys – Composite PrepPost, Mechanical и LS-DYNA, с их помощью можно моделировать технологические процессы производства деталей из композитов, тем самым дополняя и упрощая процесс работы.
