МАИ разрабатывает виртуальные испытания композитов для авиации нового поколения

Инженеры Центра композиционных конструкций Московского авиационного института (МАИ) разрабатывают инновационный метод достоверных виртуальных испытаний полимерных композиционных материалов. Эта работа призвана значительно сократить сроки и стоимость разработки новых летательных аппаратов. Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу вуза.

"При изготовлении современных самолетов производители все чаще используют полимерные композиционные материалы – материалы, которые легче и прочнее металлов и не подвержены коррозии. Однако методы расчета прочности и сертификации конструкций до сих пор были ориентированы на металлы и зачастую не работают для сложной, разнородной структуры композитов. Это вынуждает производителей проводить колоссальный объем дорогостоящих и длительных натурных испытаний, чтобы доказать безопасность нового крыла или фюзеляжа. Суть проекта не просто создать модель, а сделать переход от планового техобслуживания к прогнозному, которое предотвращает проблему до ее возникновения. Такой подход позволит осуществлять более безопасную и экономически эффективную эксплуатацию", – заявила инженер Центра композиционных конструкций МАИ Елизавета Рыжова.

Инженеры намерены создать цифровую систему прогнозирования остаточного ресурса и управления состоянием критически важных композитных конструкций. Система включает два этапа: создание высокоточной модели цифрового двойника и внедрение системы интеллектуального мониторинга с элементами управления ростом трещин.

Принцип действия цифрового двойника основан на комбинации современных вычислительных методов, позволяющих быстро анализировать цифровую микроструктуру материала и предсказывать зарождение микротрещин, описывать, как эти микротрещины сливаются и ветвятся, образуя сложную сеть повреждений, а также эффективно моделировать рост уже сформировавшейся макротрещины, в том числе между слоями.

"Главный принцип в этом этапе – многоуровневое моделирование, связывающее процессы от микроуровня отдельного волокна до макроуровня всего крыла или лопасти винта. Это позволяет с высокой точностью предсказать, где, когда и как начнется разрушение под нагрузкой", – уточняет эксперт МАИ.

Второй этап – инновационная часть, которая выведет проект на новый уровень. Она предполагает объединение цифрового двойника с данными от датчиков, встроенных непосредственно в конструкцию планера. В процессе эксплуатации эти датчики в режиме реального времени будут передавать информацию о состоянии конструкции. Это позволит системе заблаговременно распознавать критические нагрузки и прогнозировать развитие повреждений. В перспективе система сможет не только выдавать предупреждения, но и инициировать работу систем активного контроля для замедления роста трещин или перенаправления нагрузок, что в итоге будет продлевать срок службы конструкций.

На мировом рынке современные методы механики разрушения композитов уже интегрированы в процессы цифрового проектирования и виртуальных испытаний. Однако их развитие часто носит фрагментарный и коммерчески ориентированный характер. В России ведутся научно-исследовательские работы по внедрению подобных методов, однако они носят точечный, несистемный характер и не закрывают потребность в создании сквозного цифрового процесса от проектирования до сертификации.

"На текущий момент в рамках проекта завершен фундаментально-аналитический этап. Проведен всесторонний системный обзор и сравнительный анализ современных методов механики разрушения, их возможностей и ограничений применительно к композитным материалам. Сейчас работа находится на этапе исследований и разработки", – уточнили в вузе.

Специалисты МАИ приступили к созданию и верификации новых гибридных вычислительных моделей, объединяющих сильные стороны разных методов механики разрушения. Параллельно ведется активная экспериментальная работа по натурным испытаниям образцов для подтверждения цифровых моделей. В планах научного коллектива МАИ через два-три года иметь готовую и апробированную методику, а в перспективе пяти лет выйти на создание полноценного отечественного ПО, конкурентоспособного на мировом уровне и готового для внедрения в процессы цифровой сертификации.