ТАСС, 1 декабря. Химики разработали методику механических испытаний сложных материалов, с помощью которой можно точно предсказывать, в каких точках и как они начнут разрушаться. Об этом пишет пресс-служба НИТУ "МИСиС" со ссылкой на статью в научном журнале Polymers.
"С помощью тестов на полиэтилене мы научились строить "живые карты" деформаций внутри сложного пористого материала по мере его нагружения. Анализ этих микродеформаций позволил выявить зоны, где деформации концентрируются при испытании образца, а значит и при работе изделия. Ранее такие узкие зоны предполагались только теоретически", – прокомментировал результаты работы один из ее авторов, доцент НИТУ "МИСиС" Алексей Салимон.
Полимеры давно стали главным конструкционным материалом современной цивилизации. Их популярность связана с тем, что механические и физические свойства полимерных конструкций можно легко модифицировать, меняя структуру или условия синтеза этих веществ. Благодаря этому одно и то же сырье можно использовать для изготовления гибких резинок и высокопрочных пластиковых конструкций.
Ученых давно интересует, можно ли без изначальных знаний о структуре предсказать, насколько прочной будет та или иная полимерная конструкция или любой другой сложный материал. Сейчас есть лишь теоретические методы подобных предсказаний, которые на практике можно применять далеко не всегда.
Универсальный подход
Экспериментируя с очень пористой, но прочной разновидностью полиэтилена, созданной в НИТУ "МИСиС" в качестве замены для костей и хрящей лица и черепа человека, Салимон и его коллеги разработали универсальную методику, которая позволяет получать подобные данные фактически для любого сложного материала.
Ученые выяснили, как можно быстро предсказать характер разрушений и деформаций подобных изделий. Для этого они с помощью электронного микроскопа наблюдали за тем, как по таким изделиям распределяется механическое напряжение. Сопоставление фотографий поверхности материала по мере повышения нагрузки на него позволяет очень точно предсказывать, где и как появятся микротрещины и прочие повреждения, способные в конечном итоге вывести изделие из строя.
Используя этот подход, исследователи проследили за формированием повреждений в созданном им пористом полэтилене. В результате они пришли к выводу, что при сжатии в этом материале возникают особые полосы деформации, которые постепенно удлиняются и захватывают весь его объем. В будущем это позволит материаловедам создать новые, более прочные разновидности этого полимера, учитывающие данную особенность его поведения при нагрузке.
Подобным же образом, как отмечают исследователи, можно изучать свойства и предсказывать характер разрушения не только полимеров, но и других сложных материалов, в том числе нефтеносных горных пород. В ближайшее время российские ученые намерены создать набор из программного обеспечения и оборудования, который позволит систематически проводить подобные исследования.