Ученые Пермского Политеха предложили методику высокоточного определения параметров материала

Термомеханическая обработка – важный этап изготовления изделий из металлов и сплавов во многих отраслях промышленности. Она помогает придать им нужную форму, а также значительно улучшить механические свойства (прочность, пластичность), коррозионную стойкость и ряд других характеристик. Основным процессом при такой обработке является рекристаллизация – перестроение зеренной структуры материала, приводящее к существенному изменению его свойств. Для детального описания этого процесса разработана модель, включающая целый набор параметров. Ученые Пермского Политеха предложили способ их определения, обеспечивающий наиболее точное соответствие между расчетом и экспериментом.

Статья опубликована в научном рецензируемом журнале «Russian Physics Journal» № 4 за 2024 год. Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках реализации нацпроекта «Наука и университеты» (в рамках выполнения госзадания, проект № FSNM-2021-0012).­­­­

Термомеханическая обработка подразумевает совокупность операций деформации, нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов с целью получения необходимой структуры и свойств. При такой обработке реализуется множество различных механизмов перестроения структуры, один из ключевых – рекристаллизация, во время которой образуются малодефектные зерна. В ходе обработки они растут, поглощая соседние более дефектные зерна. В результате формируется структура с новыми свойствами.

Ранее ученые ПНИПУ разработали многоуровневую модель для описания указанных процессов. Модель содержит набор соотношений и параметров, позволяющих детально учитывать действующие механизмы изменения структуры. Однако для получения достоверных численных результатов необходимо наиболее точно определить параметры модели при сопоставлении с экспериментальными данными.

Ученые Пермского Политеха провели идентификацию параметров разработанной модели с применением численных методов оптимизации. Идентификация проводилась в два этапа. На первом этапе получены приблизительные оценки значений параметров. На втором – производилось их уточнение через решение оптимизационной задачи по уменьшению отклонения экспериментальных и расчетных данных.

– Процедура оптимизации позволяет получать физически обоснованные значения параметров модели. После ее реализации соответствие численных и экспериментальных данных приблизилось к 1%, что подтверждает точность и корректность процедуры. Преимущество предложенного способа заключается в возможности проведения идентификации только с использованием экспериментальных диаграмм деформирования в случае отсутствия дополнительных данных о структуре, – комментирует Никита Кондратьев, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ.

Исследование ученых ПНИПУ позволит наиболее корректно прогнозировать изменение структуры и свойств материала в результате термомеханической обработки. Это дает возможность проектировать функциональные материалы и детали из них с оптимальными для эксплуатации характеристиками и снизит риски производства некачественных изделий.