Статьи
Инженеры Московского авиационного института создали новую методику прочностного анализа элементов воздушных судов и другой сложной техники, сочетающую классический экспериментальный метод фотоупругости и современные технологии 3D-печати. По словам разработчиков, подход позволяет визуализировать распределение внутренних нагрузок в экспериментальных моделях и ускоряет проверку прочностных характеристик деталей.
Суть методики
Новая методика основана на изготовлении на 3D-принтере экспериментальных моделей — геометрически подобных копий исследуемых деталей, выполненных из прозрачных полимеров. При механическом воздействии такие материалы изменяют оптические свойства: если просветить модель поляризованным светом, в ней появляются характерные цветные полосы, отражающие картину внутренних напряжений. Это даёт возможность «увидеть» распределение нагрузок внутри образцов и оперативно идентифицировать наиболее нагруженные зоны.
Аспирант кафедры «Конструкция и проектирование двигателей» Роман Сабитов пояснил принцип работы: «Если просветить детали поляризованным светом, в них появляются характерные цветные полосы, отражающие картину внутренних напряжений. По схожему принципу работает тепловизор, только мы фиксируем не температуру, а механические нагрузки».
Технологические преимущества и экономия времени
Авторы отмечают, что традиционно для получения экспериментальных моделей применялось литьё смол: процесс требовал прогрева материалов, заполнения сложных форм и ожидания затвердевания, что отнимало значительное время и снижало гибкость эксперимента. Переход на аддитивные технологии позволяет сократить время подготовки модели до нескольких часов, удалить необходимость многократного изготовления форм при ошибках и упростить производство геометрически сложных образцов.
Быстрая изготовляемость и гибкость 3D-печати также делают экспериментальную проверку более надёжной: исследователи могут оперативно изменять форму моделей, проверять влияние конструктивных изменений и корректировать результаты расчётов до запуска дорогостоящих опытных испытаний на реальных образцах.
Применение для сложных и геометрически сложных деталей
Методика особенно востребована при исследовании сложных элементов конструкций, где численные расчёты (метод конечных элементов и другие модели) имеют ограниченную точность или требуют подтверждения экспериментом. В таких случаях изготовленные на принтере прозрачные модели с последующим фотоупругим анализом позволяют выявить локальные концентрации напряжений и принять решения по коррекции формы, усилению или изменению компоновки детали.
Верификация отечественного программного обеспечения
Разработчики подчёркивают практическую значимость метода в контексте необходимости создания и внедрения отечественных вычислительных комплексов для прочностного анализа. «В условиях санкций и ухода с рынка ведущих западных компаний, предоставлявших такие решения, становится критически важным развитие российских аналогов. Наш подход позволяет проводить независимую экспериментальную проверку корректности вычислительных моделей, тем самым обеспечивая дополнительное тестирование новых российских разработок и ускоряя их внедрение в промышленность», — отметил Роман Сабитов.
План работ и дальнейшие шаги
По имеющимся данным, завершение основных исследований и доводка методики запланированы на 2026 год. После завершения экспериментальной фазы команда намерена пройти процедуру патентования и подготовить документы для промышленного внедрения разработанного метода.
Значение для промышленности и машиностроения
Экспериментальная методика, объединяющая фотоупругость и 3D-печать, может стать инструментом оперативной проверки прочности как авиационных компонентов, так и элементов другой сложной техники. Её внедрение предполагает сокращение времени на доводку конструкций, повышение надёжности расчётных моделей и уменьшение затрат на прототипирование и испытания. Кроме того, методика создаёт независимую платформу для оценки качества отечественного программного обеспечения, используемого в конструкторской и расчётной практике.
Суть методики
Новая методика основана на изготовлении на 3D-принтере экспериментальных моделей — геометрически подобных копий исследуемых деталей, выполненных из прозрачных полимеров. При механическом воздействии такие материалы изменяют оптические свойства: если просветить модель поляризованным светом, в ней появляются характерные цветные полосы, отражающие картину внутренних напряжений. Это даёт возможность «увидеть» распределение нагрузок внутри образцов и оперативно идентифицировать наиболее нагруженные зоны.
Аспирант кафедры «Конструкция и проектирование двигателей» Роман Сабитов пояснил принцип работы: «Если просветить детали поляризованным светом, в них появляются характерные цветные полосы, отражающие картину внутренних напряжений. По схожему принципу работает тепловизор, только мы фиксируем не температуру, а механические нагрузки».
Технологические преимущества и экономия времени
Авторы отмечают, что традиционно для получения экспериментальных моделей применялось литьё смол: процесс требовал прогрева материалов, заполнения сложных форм и ожидания затвердевания, что отнимало значительное время и снижало гибкость эксперимента. Переход на аддитивные технологии позволяет сократить время подготовки модели до нескольких часов, удалить необходимость многократного изготовления форм при ошибках и упростить производство геометрически сложных образцов.
Быстрая изготовляемость и гибкость 3D-печати также делают экспериментальную проверку более надёжной: исследователи могут оперативно изменять форму моделей, проверять влияние конструктивных изменений и корректировать результаты расчётов до запуска дорогостоящих опытных испытаний на реальных образцах.
Применение для сложных и геометрически сложных деталей
Методика особенно востребована при исследовании сложных элементов конструкций, где численные расчёты (метод конечных элементов и другие модели) имеют ограниченную точность или требуют подтверждения экспериментом. В таких случаях изготовленные на принтере прозрачные модели с последующим фотоупругим анализом позволяют выявить локальные концентрации напряжений и принять решения по коррекции формы, усилению или изменению компоновки детали.
Верификация отечественного программного обеспечения
Разработчики подчёркивают практическую значимость метода в контексте необходимости создания и внедрения отечественных вычислительных комплексов для прочностного анализа. «В условиях санкций и ухода с рынка ведущих западных компаний, предоставлявших такие решения, становится критически важным развитие российских аналогов. Наш подход позволяет проводить независимую экспериментальную проверку корректности вычислительных моделей, тем самым обеспечивая дополнительное тестирование новых российских разработок и ускоряя их внедрение в промышленность», — отметил Роман Сабитов.
План работ и дальнейшие шаги
По имеющимся данным, завершение основных исследований и доводка методики запланированы на 2026 год. После завершения экспериментальной фазы команда намерена пройти процедуру патентования и подготовить документы для промышленного внедрения разработанного метода.
Значение для промышленности и машиностроения
Экспериментальная методика, объединяющая фотоупругость и 3D-печать, может стать инструментом оперативной проверки прочности как авиационных компонентов, так и элементов другой сложной техники. Её внедрение предполагает сокращение времени на доводку конструкций, повышение надёжности расчётных моделей и уменьшение затрат на прототипирование и испытания. Кроме того, методика создаёт независимую платформу для оценки качества отечественного программного обеспечения, используемого в конструкторской и расчётной практике.