Транспортные системы крупных городов развиваются стремительными темпами, и это ставит перед инженерами новые вызовы. Особое внимание уделяется мостовым конструкциям, которые должны выдерживать растущий поток автомобилей и экстремальные климатические условия, передает inbusiness.kz со ссылкой на пресс-службу Пермского государственного национального исследовательского университета (Пермский Политех).
Одним из важных элементов, обеспечивающих надежную работу мостов, являются подшипники, которые позволяют конструкциям гибко адаптироваться под нагрузку, предотвращая повреждения при вибрациях и температурных колебаниях. Мостовые подшипники используют специальную смазку, снижающую трение и продлевающую срок службы конструкции. Но если смазка используется некачественная или вовсе отсутствует, это может привести к заклиниванию подшипников, трещинам и даже обрушению мостов.
Для того чтобы правильно подобрать смазку, ученые проводят исследовательскую работу, моделируя поведение смазочных материалов в разных условиях. Группа ученых из Пермского государственного национального исследовательского университета разработала новую математическую модель, которая помогает более точно учитывать все факторы, влияющие на работу смазок, и таким образом снизить риск аварий на мостах.
Статья, посвященная результатам работы, была опубликована в научном журнале Materials.
Как отметили в пресс-службе Пермского Политеха, Одним из ключевых факторов в работе мостовых конструкций являются подшипники, которые испытывают постоянные нагрузки и должны быть защищены от износа. Смазочные материалы, такие как ЦИАТИМ-221 и ЦИАТИМ-21F, играют важную роль в снижении трения и предотвращении износа. ЦИАТИМ-221 состоит из силиконового масла и загустителя, который создает защитный слой и защищает от воды и коррозии. В свою очередь, ЦИАТИМ-21F — это усовершенствованная версия с добавлением нано-ПТФЭ (тефлона в виде микроскопических частиц). Микрочастицы значительно снижают трение, выдерживают высокие нагрузки и продлевают срок службы подшипников и других конструкций, где регулярное обслуживание невозможно.
Чтобы подобрать оптимальную смазку для конкретных условий эксплуатации, ученые создали цифровые модели смазочных материалов. Моделирование позволяет исследовать, как смазка будет вести себя под воздействием различных факторов, таких как нагрузка, температура и скорость.
Однако существующие модели часто не учитывают всех особенностей поведения смазочных материалов при различных температурах и скоростях деформации, что затрудняет точное прогнозирование их поведения. Ученые Пермского Политеха предложили усовершенствованную компьютерную модель, которая позволяет более точно учитывать вязкость и пластичность смазок, что даёт возможность точно прогнозировать их поведение в реальных условиях.
"Для начала мы исследовали поведение смазок ЦИАТИМ-221 и ЦИАТИМ-221F при температурных режимах от -40 до +80 °C и частотах, возникающих в мостах при высоких и низких скоростных движениях. Мы установили, что добавление тефлона повышает устойчивость смазки к деформации на 20%. Эти результаты мы ввели в наш программный комплекс, который использует расширенный алгоритм. Он учитывает такие параметры, как температура, скорость нагрузки и изменение свойств материала со временем", — рассказал старший преподаватель кафедры "Вычислительная математика, механика и биомеханика" ПНИПУ Юрий Носов.
"Новая модель прогноза поведения смазочных материалов показала погрешность менее 1%. Мы также обнаружили, что смазки ведут себя как твердое тело во всем диапазоне температур, что повышает их устойчивость в процессе работы подшипника. Это особенно важно при резких температурных колебаниях. Численная модель позволяет оптимизировать конструкции подшипников для эксплуатации в условиях сурового климата, что особенно актуально для мостов в северных регионах, где перепады температур могут составлять до 120 °C", — добавила заместитель директора по образовательной деятельности Передовой инженерной школы Пермского Политеха, кандидат технических наук Анна Каменских.
Результаты работы ученых открывают новые возможности для проектирования долговечных и надежных мостовых конструкций. Разработанная модель поможет инженерам выбирать подходящую смазку для мостов, различных типов техники и даже для космических аппаратов. Модель также поможет прогнозировать износ смазочных материалов, что позволит предотвратить поломки и продлить срок службы инфраструктуры.
Читайте по теме:
Ученые создали экологичную технологию очистки макулатуры
