КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-29-01357
НазваниеРазработка новых полимерных материалов для деталей беспилотных авиационных систем лесопожарного мониторинга
Руководитель Казанцева Наталия Васильевна, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий
Ключевые слова Аддитивные технологии, ауксетики, механические и физические свойства, беспилотные авиационные системы
Код ГРНТИ29.19.13
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Лесные пожары — актуальная мировая проблема. Только в России, каждый год в пожарах уничтожается более 3 млн гектар леса, гибнут тысячи лесных животных, уничтожаются жилые постройки, выбросами углекислого газа загрязняется окружающая атмосфера. Беспилотные авиационные системы (БАС) способствуют эффективному развитию мониторинга лесных пожаров и их предотвращения. К материалам, из которых изготавливают детали конструкций БАС, предъявляются особые требования, связанные с низким весом, прочностью, экологичностью и огнестойкостью.
Целью данного проекта является комплексный анализ физических и механических свойств искусственных периодических ауксетических метаматериалов, направленный на разработку фундаментальных основ технологии создания новых материалов для беспилотных авиационных систем лесопожарного мониторинга.
В рамках данного проекта предлагается создание CAD-моделей ауксетических материалов различных модификаций для изготовления ячеистых легких и прочных образцов с помощью 3D принтеров, использующих два типа печати SLS и FDM. В проекте впервые будут проведены сравнительные исследования процессов деформации и разрушения, расчет поглощения механической энергии в образцах с ауксетической ячеистой структурой из двух типов полимеров PLA и PETG V0 с помощью физических и компьютерных экспериментов. Будет выполнено имитационное моделирование с помощью программных пакетов COMSOL Multiphysics и ANSYS процесса деформации созданных материалов с ауксетической структурой различной модификации, включая ударные нагружения падающим грузом и воздействие конденсированным энергетическим разрядом. Будет проведен поиск оптимальной модификации, размера и формы ячеек ауксетика, выявлены критические важные места его строения, выявлен характер разрушения полимерных ячеистых структур и его зависимость от модификации ауксетика и способа его изготовления (SLS, FDM). Для выявления характера разрушения ячеистых образцов с ауксетической структурой различной модификации (базовой и хиральной) предполагается впервые использовать сканирующую электронную микроскопию.
Руководитель и научный коллектив предлагаемого проекта имеет большой опыт выполнения научных работ в области аддитивных технологий и материаловедения, что позволяет избежать риска невыполнения проекта.
Ожидаемые результаты
Данный проект предполагает внести существенный вклад в понимание процесса создания новых, легких, огнестойких полимерных материалов и изделий для авиационной охраны лесов от пожаров, а также разработать ряд научных рекомендаций, позволяющих максимально использовать преимущества компьютерного дизайна и технологии 3D печати.
В проекте впервые будет проведено комплексное сравнительное исследование структурного отклика и характера разрушения в легких, огнестойких искусственных периодических ауксетических метаматериалах, полученных с помощью различных методов 3D печати, на внешние энергетические воздействия, включая ударное нагружение и удар конденсированным электрическим разрядом.
В проекте предусмотрено создание компьютерных программ и получение новых метаматериалов с ауксетической структурой различной модификации из двух типов полимеров PLA и PETG V0 двумя аддитивными методами FDM и SLS. В рамках проекта впервые будет выполнен сравнительный анализ микроструктуры напечатанных с помощью 3D принтеров образцов с ауксетической структурой различной модификации (базовой и хиральной) с помощью растровой электронной микроскопии, проведение компьютерных и физических механических испытаний на сжатие, растяжение и ударное нагружение падающим грузом. А также моделирование в программных пакетах Comsol Multiphysics и ANSYS ударного нагружения конденсированным энергетическим разрядом и распределения остаточных напряжений в разработанных ячеистых метаматериалах с различной модификацией ауксетической структуры, с целью выявления критических мест. Будет проведен расчет механической энергии поглощения удара и выявлен характер разрушения ячеистых ауксетических метаматериалов.
Выполнение задач данного проекта может послужить фундаментальной основой создания новых цифровых материалов для беспилотной авиационной охраны лесов от пожаров.
Работа имеет как фундаментальное, так и прикладное значение, необходимость проведения которого
подтверждается интересом к данному исследованию известных российских компаний, занимающихся аддитивными технологиями, например таких, как "ООО СИНКАМ" (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).