Многоуровневые микроструктурные модели неупругого деформирования и разрушения моно- и поли-кристаллических жаропрочных сплавов при сложном термомеханическом нагружении
| Название НИОКТР | Многоуровневые микроструктурные модели неупругого деформирования и разрушения моно- и поли-кристаллических жаропрочных сплавов при сложном термомеханическом нагружении |
|---|---|
| Аннотация | Возрастание требований энергоэффективности, экономичности и экологичности, предъявляемых к современным авиационным и стационарным газотурбинным установкам приводит к необходимости повышения рабочей температуры газа, и, как следствие, к разработке и использованию новых монокристаллических жаропрочных сплавов на никелевой основе, получивших широкое применение на практике при изготовлении рабочих и направляющих лопаток газотурбинных установок. Однако их механические свойства исследованы достаточно слабо. Поэтому возникает актуальная для практики необходимость экспериментального и теоретического исследования неупругого поведения монокристаллических материалов в широком диапазоне изменения температур при произвольной кристаллографической ориентации, многоосном напряженном состоянии и сложных программах нагружения. Термоусталостные повреждения являются основными причинами разрушения монокристаллических лопаток при эксплуатации. В настоящее время отсутствуют экспериментально обоснованные критерии термоусталостного разрушения для монокристаллических материалов. Оценка термоусталостной малоцикловой прочности рабочих и направляющих лопаток требует детального описания процессов неупругого деформирования и определения напряженно-деформированного состояния с высокой степенью точности. Это приводит к необходимости разработки и экспериментальной верификации уточненных определяющих уравнений анизотропного материала с усложненными реологическими свойствами. Основными целями проекта являются: ● разработка многоуровневых микроструктурных моделей неупругого деформирования монокристаллов повышенной точности, достигаемой на основе учета эволюции фазового состава, специфики механизмов деформирования и разрушения на различных структурных (нано-микро-мезо-макро) уровнях при высокой температуре; ● разработка критериев разрушения монокристаллических жаропрочных сплавов при сложном циклическом термомеханическом нагружении на основе выполнения систематических экспериментальных и теоретических исследований; ● анализ условий зарождения и распространения трещин термической усталости в монокристаллических сплавах. При формулировке уравнений эволюции внутренних переменных и законов накопления повреждений используются методы гомогенизации с учетом эволюции gamma-gamma' микроструктуры сплава (образование рафтинговых структур при высокотемпературной ползучести), учитывается наличие октаэдрических и кубических систем скольжения, анизотропия механических свойств, разносопротивляемость при растяжении/сжатии, кинетика дислокационных ансамблей. Идентификация параметров многоуровневых микроструктурных моделей производится на основе нейросетевых технологий. В целях обеспечения возможности проведения расчетов неоднородного напряженного состояния в конструкциях с нетривиальной геометрией (охлаждаемых лопатках, образцах с концентраторами, компактных образцах с трещинами, элементарных представительных объемах gamma-gamma' микроструктур и др.) и сравнения с результатами эксперимента производится программная конечно-элементная реализация разработанных моделей монокристаллического материала. Многоуровневое моделирование процессов деформирования диссипативных гетерогенных сред реализовано на основе суперкомпьютерных технологий. Использование уточненных моделей монокристаллического материала открывает возможности для совершенствования решений сложных и актуальных для практики задач, таких как оптимизация формы каналов охлаждения монокристаллических лопаток, уточненный анализ прочности и долговечности дисков газовых турбин, распространение термоусталостных трещин, анализ поведения поликристаллических материалов с учетом эволюции микроструктуры и специфики прочности межзеренных границ, оценки долговечности при многоцикловой усталости при сложном пассивном нагружении вследствие микроструктурных неоднородностей, приводящих к накоплению микропластических деформаций. |
| Доступ к ОКОГУ исполнителя | False |
| Количество связанных РИД | 0 |
| Количество завершенных ИКРБС | 0 |
| Сумма бюджета | 21000.0 |
| Дата начала | 2025-05-29 |
| Дата окончания | 2027-12-30 |
| Номер контракта | 25-19-00921 |
| Дата контракта | 2025-05-29 |
| Количество отчетов | 3 |
| УДК | 539.214 539.374 539.52 |
| Количество просмотров | 13 |
| Руководитель работы | Семенов Артем Семенович |
| Руководитель организации | Фомин Юрий Владимирович |
| Исполнитель | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО" |
| Заказчик | Российский научный фонд |
| Федеральная программа | Отсутствует |
| Госпрограмма | — |
| Основание НИОКТР | Грант |
| Последний статус | 2025-12-22 08:18:12 UTC, 2025-12-22 08:18:12 UTC |
| ОКПД | Работы оригинальные научных исследований и экспериментальных разработок в области естественных и технических наук, кроме биотехнологии |
| Отраслевой сегмент | — |
| Минздрав | — |
| Межгосударственная целевая программа | — |
| Ключевые слова | анизотропия; микроструктура; трещина; поврежденность; гомогенизация; термоусталость; рэтчеттинг; гистерезис; эволюция фазового состава; вязкопластичность монокристаллов |
| Соисполнители | — |
| Типы НИОКТР | Поисковое (ориентированные фундаментальные) исследование |
| Приоритетные направления | — |
| Критические технологии | — |
| Рубрикатор | 30.19.25 - Пластичность; 30.19.57 - Прочность материалов; 30.19.51 - Прочность машиностроительных конструкций; 30.19.29 - Разрушение; 30.19.27 - Ползучесть. Реология. Теория дислокаций |
| OECD | — |
| OESR | Прикладная механика |
| Приоритеты научно-технического развития | а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта; |
| Регистрационные номера | — |