Проект КСУП-2602

практико-ориентированный

Разработка имитационной модели композитного материала, позволяющей на основе конечно-элементного анализа оптимизировать его физико-механические параметры при заданной микроструктуре по требованиям стейкхолдера – Лаборатории молекулярного имиджинга и фотоакустики ИФПМ СО РАН.

1) построение конечно-элементной модели композита;
2) численный анализ физико-механических параметров при варьировании объёмной доли включений и их геометрии;
3) создание приложения (в среде COMSOL) для автоматизации расчётов с возможностью изменения параметров без доступа к полной модели;
4) верификация модели по экспериментальным данным лаборатории МИиФ ИФПМ СО РАН.

Основной стейкхолдер: научно-исследовательское подразделение - лаборатория МИиФ ИФПМ СО РАН.
Перспективные стейкхолдеры: предприятия, разрабатывающие композитные материалы биомедицинского назначения, производители аграрных удобрений.

Проект направлен на создание вычислительной модели гетерогенного композитного материала с учётом микроструктуры (матрица + поры+ включения). В рамках работы реализуется конечно-элементный анализ напряжённо-деформированного состояния, тепловых и упругих характеристик.

Разрабатываемая имитационная модель позволяет вариативно изменять геометрию включений, их объёмную долю, ориентацию, свойства фаз и, на основе серии численных экспериментов, находить оптимальные сочетания параметров, обеспечивающие заданные эксплуатационные свойства с ограниченным количеством натурных испытаний.

Результаты проекта — работоспособное приложение в среде COMSOL, которое лаборатория МИиФ ИФПМ СО РАН использует для прогнозного расчёта свойств новых композитов без проведения полномасштабных натурных испытаний. Приложение позволяет сотрудникам лаборатории самостоятельно варьировать объёмную долю, форму и ориентацию включений, получая значения модуля упругости, предела прочности и эффективной плотности. Имитационная модель сокращает время и стоимость доводки материала по сравнению с полномасштабным физическим экспериментом. Возможна интеграция с CAD/CAE-системами для сквозного проектирования деталей из композитов.

Набор конечно-элементных моделей в среде COMSOL с параметризацией структуры композита. Рекомендации по выбору оптимальной микроструктуры (матрица + поры+ включения) для достижения целевых характеристик материала.