🔧 Исследователи Лаборатории иерархически структурированных материалов Центра инженерных систем и наук Сколтеха разработали подход на основе расчётно-экспериментальной корреляции, который делает оценку остаточных напряжений более устойчивой к измерительному шуму. При погрешности до 10% ошибку удалось снизить с 40 до 6 МПа. Результаты опубликованы в журнале Measurement.
Остаточные напряжения влияют на долговечность и сопротивление усталости деталей — особенно вблизи крепёжных отверстий в авиационных и транспортных конструкциях. Один из способов их определить — контурный метод: образец разрезают, измеряют перемещения на поверхности среза и восстанавливают поле напряжений численно. Метод решает обратную задачу, поэтому даже небольшие погрешности данных усиливаются при реконструкции.
Что показали результаты?
🔹 Для уровня шума в 10% ошибка реконструкции составила около 40 МПа для алюминиевого сплава Д16Т.
🔹 Предложенный подход Sur-RECC описывает профиль перемещений гладкой аналитической функцией — гауссовой кривой с квадратичным фоном. Это подавляет высокочастотные отклонения и снижает эффективную ошибку до 5–6 МПа.
Подход проверяли на образцах из сплава Д16Т: двустороннее сферическое деформирование, резка на электроэрозионном станке, измерение деформации методом конфокальной профилометрии. Независимая проверка — рентгеновская дифракция и ионное травление. Параллельно процесс моделировали методом конечных элементов.
Исследование выполнено при участии МАИ и ЦИАМ имени П. И. Баранова, поддержано Минобрнауки России.
Сколтех входит в группу ВЭБ.РФ.
Остаточные напряжения влияют на долговечность и сопротивление усталости деталей — особенно вблизи крепёжных отверстий в авиационных и транспортных конструкциях. Один из способов их определить — контурный метод: образец разрезают, измеряют перемещения на поверхности среза и восстанавливают поле напряжений численно. Метод решает обратную задачу, поэтому даже небольшие погрешности данных усиливаются при реконструкции.
Что показали результаты?
🔹 Для уровня шума в 10% ошибка реконструкции составила около 40 МПа для алюминиевого сплава Д16Т.
🔹 Предложенный подход Sur-RECC описывает профиль перемещений гладкой аналитической функцией — гауссовой кривой с квадратичным фоном. Это подавляет высокочастотные отклонения и снижает эффективную ошибку до 5–6 МПа.
«Традиционно точность экспериментальных данных в контурном методе принимается достаточной на основе сравнения с другими подходами (например, на основе дифракции), но устойчивость и надёжность решения редко оцениваются количественно. Мы создали методику, которая позволяет количественно проследить, как погрешность измерения перемещений влияет на определение полей напряжений. Для выбранного нами представительного уровня шума в 10% ошибка реконструкции составила около 40 мегапаскалей для алюминиевого сплава Д16Т. Предложенный подход (Sur-RECC) описывает профиль перемещений гладкой аналитической функцией — гауссовой кривой с квадратичным фоном. Это позволяет подавить высокочастотные отклонения и в рассмотренном случае снизить эффективную ошибку до примерно 5–6 МПа», — объясняет первый автор статьи, аспирант программы «Инженерные системы» Игорь Зорин.
«Sur-RECC фактически регуляризует решение обратной задачи: он сохраняет гладкую составляющую деформации, существенную для определения макроскопического поля напряжений, и подавляет высокочастотные отклонения. При этом не утверждается, что все локальные колебания связаны с погрешностью измерений — часть из них может быть связана с особенностями материала, резки, или обработки данных. В статье проводится сравнение подходов прямого моделирования и решения обратной задачи для определения остаточных напряжений методами сечения образца, которые чрезвычайно важны для задач оценки распределения внутренних напряжений по толщине. “Предложенная обработка данных позволяет сделать эти подходы более надёжными и устойчивыми к шуму”, — отмечает соавтор статьи, профессор Центра инженерных систем и наук Сколтеха, руководитель Лаборатории иерархически структурированных материалов Александр Корсунский.
Подход проверяли на образцах из сплава Д16Т: двустороннее сферическое деформирование, резка на электроэрозионном станке, измерение деформации методом конфокальной профилометрии. Независимая проверка — рентгеновская дифракция и ионное травление. Параллельно процесс моделировали методом конечных элементов.
Исследование выполнено при участии МАИ и ЦИАМ имени П. И. Баранова, поддержано Минобрнауки России.
Сколтех входит в группу ВЭБ.РФ.
