Два проекта МИЭМ поддержаны Российским научным фондом в рамках конкурса малых отдельных научных групп
Недавно были подведены итоги конкурса малых научных групп, направленного на поддержку и развитие научных коллективов, которые занимают лидирующие позиции в определенных областях наук. Организатором конкурса является Российский научный фонд.
Гранты по конкурсу выделяются на осуществление фундаментальных и поисковых научных исследований в 2026–2027 годах по всем отраслям знаний классификатора РНФ.
Каждый проект подразумевает проведение исследований в целях развития новых тематик и формирование исследовательской команды от 2 до 4 человек. Не менее половины коллектива должны составлять молодые ученые до 39 лет. Размер одного гранта — до 1,5 млн рублей ежегодно.
В МИЭМ поддержаны два проекта. О предстоящих исследованиях рассказывают их руководители.
Проект «Исследование химического потенциала воды в смектитовых глинах в зависимости от межслоевого расстояния»
Рассказывает руководитель проекта Василий Писарев, доцент, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа.
Смектитовые глины - адсорбенты, которые широко используются, в том числе в быту, фармацевтике. Их важное свойство – способность хорошо впитывать воду с растворенными в ней веществами – активно применяется во многих отраслях, в том числе при строительстве хранилищ радиоактивных отходов, рассчитанных на столетия. Емкости с деактивированными отходами дополнительно изолируются слоями специально подготовленной глины, чтобы глинистый слой продолжал удерживать опасные вещества даже при разгерметизации или разрушении этих емкостей. Важным фактором при этом является наличие грунтовых вод, из которых глина в хранилище по естественным причинам будет в себя набирать воду. То, как происходит этот процесс, значительно влияет на качество хранения в целом.
Глина вбирает воду до тех пор, пока химический потенциал воды внутри нее меньше, чем химический потенциал воды, находящейся снаружи. Когда химпотенциалы воды внутри и воды снаружи становятся равны, глина насытилась водой. Предложить вычислительные методы, моделирующие и рассчитывающие количество воды, попадающей до момента насыщения, - задача нашего проекта.
Вычислительные методы – не единственный возможный путь исследований. Так, одновременно с нами коллеги из ИБРАЭ (Институт проблем безопасного развития атомной энергетики) РАН проводят собственное экспериментальное исследование с той же целью. Эксперимент проходит в специальной камере с контролируемыми влажностью, температурой и давлением.
Вычислительный метод потенциально дешевле, плюс для проведения полноценного эксперимента требуется значительное время. С другой стороны, использование вычислений также может оказаться весьма затратным по времени: в ходе работ нам предстоит это понять. Все вычисления будут проводиться с помощью суперкомпьютера университета, располагающего нужными вычислительными мощностями. Часть данных для исследования есть в открытых источниках – это, например, общеизвестные данные о структуре типового смектита, бентонита из Вайоминга. Важно отметить, что мы будем исследовать состав конкретной глины – там свои формулы, свой состав, свой процент алюминия, железа, магния. С этими данными нам помогли коллеги из ИБРАЭ.
На сегодня у нас уже достаточно много наработанных методических материалов, которые помогут нам в исследовании. Подробнее можно ознакомиться в нашей статье, размещенной в журнале «Радиоактивные отходы».
Проект «Разработка научного и программного обеспечения проектирования технологий листовой пневмоформовки»
Рассказывает руководитель проекта Сергей Аксёнов, доцент, старший научный сотрудник, заместитель директора МИЭМ по научной работе.
Нам предстоит разработать методы, алгоритмы и программное обеспечение для проектирования технологических режимов пневмоформовки - процесса, позволяющего получать сложные тонкостенные детали из легких сплавов, которые используются в качестве конструкционных и функциональных элементов авиационной и космической техники, научного оборудования и медицинских протезов.
Как это происходит: берется лист из титанового или алюминиевого сплава, вставляется в полый штамп, нагревается и под действием давления газа надувается, заполняя пространство штампа и принимая требуемую форму. Плюсы технологии заключаются в высокой точности получаемых изделий, мягкости требований к износостойкости штампов, хороших механических свойствах получаемых изделий, которые достигаются без использования дополнительной термомеханической обработки. Это выгодно отличает технологию от традиционных способов холодной штамповки.
Важной особенностью является зависимость распределения толщины конечной детали от режима давления, используемого для ее производства. Нельзя просто открыть вентиль и выдуть нужную деталь. При таком подходе оболочка просто порвется. Давление в камере должно контролироваться, а режим его изменения во времени тщательно выверяется с учетом особенностей детали и механических свойств материала при температуре формовки.
Научная задача заключается в разработке методов расчета режимов давления, обеспечивающих наиболее равномерное распределение толщины конечного изделия. Она решается посредством компьютерного моделирования процесса формовки на основе дифференциальных уравнений механики сплошной среды. Наша команда занимается разработкой программного обеспечения, позволяющего решать такие уравнения и моделировать различные процессы обработки материалов давлением. Данный проект позволит адаптировать ПО под задачи проектирования технологий листовой пневмоформовки с целью повышения качества и расширения номенклатуры получаемых деталей.