Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси совместно с Белорусским национальным техническим университетом разрабатывает программные продукты, ориентированные на моделирование структуры материалов. Об этом корреспонденту TUT.by сообщил Петр Витязь, первый заместитель Председателя Президиума НАН Беларуси.

Основная задача, которая стоит перед разработчиками – получить программное обеспечение, которое позволит создавать реалистичные структурные модели материалов и сплавов с целью изучения их физических свойств. Разработка позволит изучать свойства материалов в виртуальной среде еще до того, как они будут получены на практике. Она значительно упростит научные исследования в области материаловедения, а также найдет свое применение в реальном секторе экономики. В научном мире сейчас идет гонка за пальму первенства в области получения новых экономически выгодных полупроводниковых, сверхпроводящих и сверхтвердых материалов. Такой программный продукт может стать весомым аргументом в этой борьбе. Особо ценен он будет в металлургии, автомобилестроении и в строительной отрасли.

Не секрет, что фактические свойства (плотность, твердость, прочность, деформируемость, температура плавления и т.д.) того или иного материала зависят от его атомной структуры. Даже если химический состав двух совершенно разных веществ идентичен. Классические примеры подобного явления – алмаз и графит, которые по природе своей – тот же углерод, но различия между ними проявляются из-за принципиально разного расположения атомов в кристаллах. Металлурги подтвердят, что добавление буквально долей процентов посторонних химических элементов в тот или иной материал может радикально изменить его физические свойства. Так, например, содержание в стали углерода – не более двух процентов, однако он придает сплаву повышенную прочность и твердость, но снижает его пластичность и вязкость.

Среди ученых всего мира в последнее время огромный интерес вызвало изучение наноматериалов. Один и тот же химический элемент на микроуровне и наноуровне может демонстрировать совершенно разные эффекты. Компьютерное моделирование при проектировании новых веществ и сплавов с размером зерна менее 100–200 нанометров поможет белорусским ученым создавать материалы с совершенно радикальными свойствами.

При этом усилия белорусcких ученых не ограничатся одной лишь статической структурной моделью. «В цифру» также будут переведены многие технологические процессы, такие как литье, термическая обработка, нанесение покрытий и т.д. Иными словами, уделяется большое внимание не только тому, каким может быть новый материал, но и тому, как его можно будет получить.

Говоря об экономии времени, которая достигается внедрением компьютерной технологии в производство, Петр Витязь провел параллель с машиностроением, в котором до эпохи компьютерного моделирования срок от проектирования новой модели до создания опытного образца составлял 5 и более лет.

«Сегодня компьютер позволяет виртуально спроектировать машину, виртуально ее испытать, передать виртуальную модель на завод, адаптировать ее под технологический процесс по виртуальным технологическим схемам и подавать информацию на станки, которые изготавливают ту или иную деталь. Благодаря компьютеру срок от идеи до опытного образца сократился до шести месяцев — года. Кроме того, он позволяет рассмотреть не один вариант решений, а множество, посмотреть, какое из них ложится лучше на то оборудование, которое есть на заводе».

По словам Петра Витязя планируется, что на базе БНТУ совместно с НАН Беларуси будет создан учебно-производственный центр виртуального моделирования структур, в котором будут обучаться специалисты по данному направлению. Само программное обеспечение разрабатывается совместными усилиями кафедры «Машины и технология литейного производства» БНТУ и Объединенного института машиностроения. Проверка создаваемых моделей в реальных сплавах или композициях экспериментально будет производиться в Институте порошковой металлургии.

Компьютерное проектирование наноструктур и новых материалов сегодня широко применяется в промышленно развитых странах. Крупнейшие производители процессоров, Intel и AMD, например, пользуются им при проектировании наномасштабных компонентов и отработке технологических процессов их изготовления. Наиболее популярные программные комплексы в этой сфере – TCAD Sentaurus, IntelliSuite, Tsuprem и NanoMod.

Автор: Олег Галкин, TUT.BY