ПНИПУ: В России разработали модель, предсказывающую износ «суставов» мостов

Фото из открытых источников

Исследователями ПНИПУ разработана математическая модель, позволяющая с высокой точностью рассчитывать износ полимерных элементов мостов в условиях перепадов температур и высокой нагрузки. Об этом «Газете.Ru» рассказали в пресс-службе образовательного учреждения.

Опорные части мостов — узлы, функционирующие как «суставы», они дают возможность конструкции выдерживать вибрации и смещения. Внутри них традиционно используют полимерные вставки, призванные снижать трение и иные нагрузки на металл. Но эти-то элементы чаще всего и выходят из строя.

В России мосты эксплуатируются в экстремальных условиях: от –40 до +50 °C. За краткое время конструкции нередко переживают резкие перепады температур, а также испытывают постоянные динамические нагрузки от транспорта. Полимер в таких условиях не только деформируется, но и утрачивает способность к полному восстановлению формы.

Привычные методики испытаний не в состоянии учитывать параллельно все эти факторы. В лаборатории материалы традиционно тестируются при постоянной температуре или при однотипной нагрузке. Но на деле воздействие всегда комплексное.

Перспективным материалом ученые считают сверхвысокомолекулярный полиэтилен, обладающий высокими параметрами прочности и износостойкости, с малым коэффициентом трения. Но до сих пор не было инструментария, позволяющего в точности рассчитать его поведение в реальных условиях эксплуатации.

Исследователями была проведена серия экспериментов: образцы материала испытывались при температурах от –40 до +80 °C, при разной скорости нагружения и в циклическом режиме. Суть задачи: создать «цифровой двойник» антифрикционной прослойки. Специалисты изучали, как материал ведет себя при параллельном воздействии температуры и нагрузки, поясняют авторы разработки.

На базе полученных данных была создана модель, учитывающая сразу несколько свойств материала: упругость, вязкость и пластичность. Тесты показали, что точность превышает 95%.

Затем модель была применена к реальной опорной части железнодорожного моста. Расчеты выявили места, где возникают максимальные напряжения и зоны, наиболее подверженные разрушению.

Самой уязвимой оказалась зона контакта полимерной прослойки со стальной плитой. 2000 циклов нагрузки приводят к деформации там в 9%. Эти данные помогут заранее выявлять риски и планировать ремонт.