Российские ученые упростили процесс проектирования сложных конструкций для самолетов и машин

Исследователи из Пермского национального исследовательского политехнического университета (Пермского Политеха) разработали методологию, благодаря которой можно будет проектировать детали со сложной внутренней структурой. Разработка пригодится в производстве отечественных самолетов, автомобилей, а также в сфере тяжелого машиностроения. Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования России.

Ранее, в 2016-2018 гг., в процессе выполнения работ совместно с АО «ОДК-Авиадвигатель» по Постановлению Правительства РФ № 218 были созданы новые облегченные детали. Сейчас ученые Пермского Политеха предложили более совершенную методологию проектирования. С помощью 3D-печати и аддитивных технологий создаются изделия и конструкции с уникальными свойствами. При этом их форму и внутреннюю структуру разрабатывают под конкретные условия производства. Используя математические алгоритмы, ученые оптимизировали детали и конструкции таким образом, чтобы изделия были легче, прочнее и надежнее аналогов.

Два материала в одной конструкции могут обладать разной упругостью, прочностью и весом. Поэтому важно создать рациональную структуру, которая эффективно выдержит нагрузки. Для этого ученые Пермского Политеха использовали алгоритмы мультиматериальной топологической оптимизации. Методика проектирования также позволила определить зоны, пригодные для формирования ячеистой структуры, при этом часть детали заполняют сплошным материалом, а другую часть — ячейками.

Ученые проанализировали механическое поведение ячеистых структур различных типов, определили возможные ограничения при изготовлении изделий с помощью методов аддитивного производства и подтвердили эффективность применения ячеек в сложных конструкциях.

«Современные возможности 3D-печати позволяют создавать детали со структурой и свойствами материалов, которые изменяются в объеме изделия. Кроме того, можно получить конструкции с ячеистой структурой, которая будет обеспечивать уникальные свойства материала. Чаще всего для этого используют один металл. Мы предложили методологию, которая поможет создавать эффективные изделия одновременно из нескольких материалов. Она позволит автоматизировать технологический процесс их проектирования», — рассказывает доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха, ведущий научный сотрудник Центра аддитивных технологий, кандидат технических наук Петр Максимов.