Как сообщает информационное агентство ТАСС, российские ученые разработали математические модели, которые описывают процесс разрушения кристаллических материалов на атомарном уровне под воздействием малых, но постоянных нагрузок.

Результаты исследования позволят прогнозировать и лучше понимать процессы разрушения подвижных частей машин и механизмов, например лопастей вертолета или турбинных лопаток, рассказал старший научный сотрудник Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН Алексей Редьков.

«Мы разработали математическую модель, которая описывает процессы разрушения под действием очень малых, но постоянных нагрузок. В результате в материале между атомами формируются и растут поры (пустоты) нано- и микроскопических размеров. Когда поры вырастают достаточно сильно, через них проходит трещина, и материал может разрушиться. Такие явления имеют место во многих конструкциях. Мы описали этот процесс на атомарном уровне и получили формулы, позволяющие предсказать скорость роста пор и тем самым оценить время жизни материала под нагрузкой до его разрушения», – сказал Редьков.

По его словам, для создания модели были рассмотрены различные факторы, влияющие на разрушение: величина приложенной к материалу нагрузки, температура, наличие и исходное содержание дефектов в нем, свойства и тепловая подвижность отдельных атомов и их взаимодействие, которое и приводит к нарушению целостности конструкции. На основании этих данных была сформулирована научная теория, на которой базируется модель для составления прогнозов.

«Часто изменения в механизмах носят практически незаметный характер. Металлическая балка, деталь конструкции (например, лопасть вертолета), может служить длительное время и подвергаться регулярной нагрузке, при этом каких-то проблем оператор может и не замечать. Однако наши модели показывают, что развитие нано- и микропористости в материале имеет накопительный характер, и процесс разрушения может начаться в какой-то момент спонтанно. Благодаря проведенной работе можно прогнозировать состояние как неподвижных конструкций, подверженных нагрузкам, так и различных подвижных частей механизмов и вовремя их заменить, предотвратив поломку или аварию. Помимо этого, понимание всех этих процессов позволяет еще на этапе изготовления вносить в материал добавки, которые будут способствовать увеличению его устойчивости к подобным нагрузкам и тем самым повышать ресурс конечных изделий и механизмов», – отметил Редьков.

Он рассказал, что сейчас ученые работают над повышением точности созданной модели, проект поддержан грантом президента России для молодых кандидатов наук.