Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета построили цифровую модель, которая с точностью до 95 процентов предсказывает износ наиболее уязвимых частей мостов — опорных элементов с полимерными вставками, работающих как «суставы».
Исследование поддержано Минобрнауки РФ. Мосты в России эксплуатируются в экстремальных условиях: перепады температур, вибрация и растущие нагрузки. Слабое место конструкции — опорные части с полимерными вставками, которые чаще всего выходят из строя. Одним из перспективных решений для таких узлов является сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Учёные Пермского политеха создали математическую модель, которая впервые позволяет прогнозировать износ этого полимера с учётом реальных климатических условий и сложного характера деформации, сообщает ТАСС.
Полимерные вставки помогают мостовым пролётам гасить вибрацию и смещаться под нагрузкой в необходимых пределах. Традиционно для этих целей использовали тефлон, но наиболее современным и перспективным считается высокомолекулярный полиэтилен. При этом полимерные материалы неизбежно изнашиваются быстрее всего.
Для создания «цифрового двойника» антифрикционной прослойки учёные провели комплекс экспериментов. Образцы сверхвысокомолекулярного полиэтилена испытывали в диапазоне температур от минус 40 до плюс 80 градусов, сжимали с разной скоростью, при разных температурах, а также подвергали циклическим нагрузкам. На основе этих данных создали цифровую модель, учитывающую упругость, вязкость и пластичность материала. Расхождение между расчётами модели и реальными экспериментами составило менее 5 процентов, что означает точность прогноза более 95 процентов.
Модель применили к сферической опорной части железнодорожного моста — узлу, соединяющему пролёт с опорой. Именно такие сооружения испытывают самые интенсивные нагрузки: многократные проходы составов и экстремальные перепады температур. Расчёты показали, что самое уязвимое место — зона, где прослойка выступает над нижней стальной плитой. После двух тысяч проходов поездов пластические деформации в этой зоне достигают 9 процентов. Материал уже необратимо изменил свою структуру, но разрушения ещё не произошло, что позволяет вовремя запланировать ремонт.
