Найдено инновационное решение для более надежной термоусадки

Разработанная учеными Пермского Политеха компьютерная модель впервые в мире позволяет максимально точно рассчитать усилие сжатия термоусадочной полимерной трубки

Почти все современные термоусадочные изделия делают из сшитого полиэтилена, поскольку материал обладает необходимой упругостью и вязкостью. Чтобы заранее понять, как трубки из этого материала поведут себя при усадке и насколько плотно охватят трубу или кабель, инженерам нужны точные расчеты. Для этого они используют математические модели, которые, по сей день, не умеют правильно учитывать оба свойства сразу, что приводит к медленной течи, коррозии или прорыву.

Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали компьютерную модель, которая впервые в мире позволяет точно рассчитать усилие сжатия термоусадочной трубки, даже если она растянута в два раза больше своего исходного размера. Исследование опубликовано в журнале Mechanics of Solids.

Чтобы проверить точность созданной математической модели, которая одновременно учитывает и упругость, и вязкость материала, ученые провели параллельные испытания: реальные — в лаборатории, и виртуальные — в компьютерной программе. Для экспериментов выбрали три температуры — 120, 140 и 160°С. Именно в этих пределах сшитый полиэтилен переходит в высокоэластичное состояние, когда он становится мягким и податливым, и активнее всего проявляется эффект памяти формы. При более низких показателях материал слишком жесткий, при более высоких — может начать разрушаться. Поэтому для проверки модели взяли именно этот рабочий диапазон, в котором трубки реально используются.

В обоих случаях образцы нагревали до этих температур и растягивали, фиксируя, как меняется напряжение в материале. Расчетные кривые, полученные на компьютере, совпали с данными реальных экспериментов — это подтвердило, что модель работает верно.

Затем исследователи применили разработанную методику для конкретной инженерной задачи — расчета давления, которое термоусадочная трубка оказывает на цилиндрическую поверхность (например, на трубу) при усадке. Созданную математическую модель материала они загрузили в специальную инженерную программу, которая позволяет проводить прочностные расчеты на компьютере, не изготавливая физические образцы.

На практике это будет выглядеть следующим образом. Производитель вводит данные под свою конкретную задачу. Например, нужно выпустить партию трубок для ремонта тонких проводов в бытовой технике. Он задает в программе диаметр 3 мм, толщину стенки 0,3 мм и температуру нагрева 150°С — калькулятор показывает, с какой силой трубка обхватит провод. Если давление слишком высокое и может повредить изоляцию, инженер сразу увеличит диаметр или уменьшит толщину стенки.

Pstu.ru.
Фото: Пресс-служба Пермского Политеха