Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали математическую модель, которая позволяет изучить изменения структуры материала электродов при возникающих во время полета космического аппарата нагрузках. Исследование позволит доработать конструкцию отечественного ионного двигателя на этапе проектирования и снизить риск разрушения электродов во время работы космических роботов, кораблей и станций.
Электроды — тонкие круглые перфорированные пластины. При выводе объекта на околоземную орбиту они могут соударяться из-за воздействующей вибрации, что в дальнейшем ведет к их разрушению и влияет на работу двигателя. Математическая модель поможет проанализировать, как повреждаемость материала влияет на прочность и величину амплитуды колебаний электродов.
«Для анализа повреждаемости материала электродов и прогнозирования влияния деградации упругих свойств на амплитуду колебаний мы создали двухуровневую расчетную модель. Первый уровень позволяет найти вероятности повреждений зерен и их объемные доли, а затем перерасчитать упругие свойства композита. На втором компьютерная модель электрода нагружается, и определяются поля распределения макронапряжений и макродеформаций. На каждом шаге решения идет обмен информацией между этими уровнями и становится видно, как в зависимости от накопленных повреждений изменяются свойства материала. Исследование демонстрирует, что моделирование структуры необходимо для прогнозирования его поведения на макроуровне», — рассказал аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Егор Разумовский.
Статья с результатами работы ученых ПНИПУ опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника» за 2024 год.
Исследование проведено в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Наука и университеты»).
