Горячее
Лучшее
Свежее
Подписки
Сообщества
Блоги
Эксперты
#Круги добра
Войти
Забыли пароль?
или продолжите с
Создать аккаунт
Я хочу получать рассылки с лучшими постами за неделю
или
Восстановление пароля
Восстановление пароля
Получить код в Telegram
Войти с Яндекс ID Войти через VK ID
Создавая аккаунт, я соглашаюсь с правилами Пикабу и даю согласие на обработку персональных данных.
ПромокодыРаботаКурсыРекламаИгрыПополнение Steam
Пикабу Игры +1000 бесплатных онлайн игр Битва Героев: RPG - увлекательная игра в жанре РПГ.

Битва Героев: RPG

Приключения, Фэнтези

Играть

Топ прошлой недели

  • SpongeGod SpongeGod 1 пост
  • Uncleyogurt007 Uncleyogurt007 9 постов
  • ZaTaS ZaTaS 3 поста
Посмотреть весь топ

Лучшие посты недели

Рассылка Пикабу: отправляем самые рейтинговые материалы за 7 дней 🔥

Нажимая кнопку «Подписаться на рассылку», я соглашаюсь с Правилами Пикабу и даю согласие на обработку персональных данных.

Спасибо, что подписались!
Пожалуйста, проверьте почту 😊

Помощь Кодекс Пикабу Команда Пикабу Моб. приложение
Правила соцсети О рекомендациях О компании
Промокоды Биг Гик Промокоды Lamoda Промокоды МВидео Промокоды Яндекс Директ Промокоды Отелло Промокоды Aroma Butik Промокоды Яндекс Путешествия Постила Футбол сегодня
0 просмотренных постов скрыто
2
PNIPU
PNIPU
20 дней назад

В Пермском Политехе разработали метод, который сделает водородный транспорт безопаснее⁠⁠

Человечество активно развивается в направлении водородной энергетики, стремясь снизить зависимость от ископаемого топлива, минимизировать выбросы парниковых газов и повысить энергетическую безопасность. Уже к 2025 году около 30 стран приняли национальные программы по развитию водородной энергетики, а совокупный объем инвестиций в эту область превысил 150 миллиардов долларов. Эксперты полагают, что замена дизельных авто на водородные снизит выбросы на 80-90%, а водородные самолеты способны уменьшить углеродный след на 50-75%. Однако при использовании водорода в двигателях внутреннего или внешнего сгорания (к последним можно отнести авиадвигатели), происходит взаимодействие с металлом, что наиболее опасно при высоких температурах. Это может вызвать их разрушение, в результате чего возникает риск пожара или взрыва с тяжелыми последствиями для пассажиров. Ученые Пермского Политеха впервые выяснили, как водород влияет на металлы в условиях экстремальных температур (800°C и выше), в которых работают двигатели самолетов и машин. Это продвинет авиационную, машиностроительную и нефтегазовую отрасли в безопасном использовании водорода в качестве источника энергии.

На изобретение получен патент № 2842903. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

CO2 – основной парниковый газ, задерживающий тепло в атмосфере и вызывающий экстремальные погодные явления, повышение уровня моря и риск глобального потепления. Человек неосознанно влияет на развитие этой проблемы каждый день. Так, водитель за рулем среднего легкового автомобиля, не подозревая об этом, оставляет выброс в атмосферу около 120-134 граммов CO2 на километр пробега. Это около 1,8–2 тонн углекислого газа в год.

Один из перспективных способов сократить это воздействие — перейти на водородное топливо. При его использовании двигатель выделяет только безвредный водяной пар, а не CO2. В авиации такая замена могла бы снизить выбросы углекислого газа на 90% и больше. Но здесь возникает сложность: водород будет неизбежно контактировать с металлическими деталями — будь то топливные или криогенные баки, двигатели автомобилей и самолетов.

В современных двигателях и турбинах постоянно растут рабочие температуры и давление, что ускоряет взаимодействие водорода с металлами. Ученым важно понять, что происходит в этот момент: простое физическое растворение водорода или полноценная химическая реакция с металлом, которая может резко ослабить материал. Без ответа на этот вопрос невозможно безопасно развивать водородный транспорт.

Существующие методы изучения таких процессов либо недостаточно точны, либо не работают при реальных высоких температурах, свойственных для эксплуатации в авиационных двигателях, промышленных реакторах и энергосистемах — от 600 до 800°C и выше. Ученые из Пермского Политеха разработали способ, который позволяет воссоздавать эти условия и точно измерять, как металлы и сплавы ведут себя в контакте с водородом.

Суть метода в отслеживании микроскопических изменений температуры с помощью двух синхронно нагреваемых датчиков (термопар). Экспериментальная установка представляет собой стальной блок с кварцевой камерой внутри, куда помещается образец металла. Сначала в камеру подается гелий – инертный газ, который не взаимодействует с материалом. Затем вся система прогревается до 800°C. Когда температура стабилизируется, гелий быстро заменяют на водород и металл вступает в реакцию, то есть выделяет или поглощает тепло.

Эффекты реакции при этом не превышают сотых долей градуса. Ранее именно в этом и состояла основная трудность – выделить минимальные изменения температуры на фоне экстремального нагрева. Решение состояло в отказе от регуляторов температуры и в создании предсказуемых условий с помощью внешней печи под стабилизированным напряжением. Благодаря этому удалось создать ровный «тепловой фон», и датчики смогли зафиксировать крошечные колебания градусов Цельсия там, где водород контактирует с металлом.

– Может показаться, что такие расчеты можно провести и теоретически, с помощью компьютерных моделей.  Однако табличные данные и программные пакеты существуют в основном для чистых, простых металлов. По «поведению» в таких условиях они существенно отличаются от сплавов, используемых в авиации и машиностроении. С помощью нашей методики мы изучили титановый (более 98% титана) и кобальтовый сплавы, которые применяют для авиадвигателей и деталей клапанов. Первый при контакте с водородом поглощал тепло и охлаждался на 0,53°C. Второй – остывал на 0,15°C. А вот практически чистый губчатый титан (99,8%), наоборот, нагревался на 0,47°C. Уловить такие изменения на фоне температуры в 800 градусов невероятно сложно, но наша методика позволяет это сделать, – комментирует Николай Углев, старший научный сотрудник кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидат химических наук.

Так, по результатам исследования можно сказать, что атомы титана принципиально по-разному ведут себя в этих условиях. В зависимости от сплава они нагреваются или охлаждаются при одинаковых температурах.

На основе эксперимента можно сделать предварительный вывод о том, что титановые и кобальтовые сплавы больше подходят для контакта с водородом при высоких температурах, то есть будут более эффективны в водородной авиации и машиностроении. В этих отраслях сплавы содержат до 8-10 различных компонентов, и предсказать их поведение в контакте с водородом без точных данных почти невозможно.

Разработка ученых ПНИПУ поможет создавать более устойчивые к водороду материалы для двигателей, топливных систем и трубопроводов, что повысит надежность и безопасность водородной авиации, автомобилей и энергетики будущего. Это не только фундаментальное достижение в материаловедении, но и реальный шаг к экологически чистым технологиям.

Показать полностью
ПНИПУ Ученые Энергия Энергетика (производство энергии) Наука Научпоп Текст
8
34
PNIPU
PNIPU
23 дня назад
Наука | Научпоп

Ученые Пермского Политеха выявили новые факторы опасности вулканов для авиадвигателей⁠⁠

Ученые Пермского Политеха выявили новые факторы опасности вулканов для авиадвигателей ПНИПУ, Авиация, Вулкан, Двигатель, Извержение, Авиационный двигатель, Научпоп, Длиннопост

Тепловое состояние лопатки при запылении отверстий перфорации после воздействия критической концентрации вулканического пепла на крейсерском (а), номинальном (б) режимах.

Ежегодно по всему миру происходит до 60 извержений вулканов, пепел которых представляет серьезную угрозу для авиации. Это микроскопические частицы горной породы и стекла, которые накапливаются на элементах двигателя и способны привести к его полному отключению прямо во время полета. Попадание самолетов в вулканические облака строго контролируется авиационной безопасностью, однако такие случаи все-таки бывают. И несмотря на всю важность проблемы, вопрос последствий этого изучен не полностью. Ученые Пермского Политеха провели уникальное научное исследование и раскрыли, в каких случаях полет через пепел безопасен, а в каких он может привести к прогарам и разрушению лопаток газовой турбины. Результаты помогут усовершенствовать системы охлаждения отечественных силовых установок нового поколения.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника».

Большинство столкновений самолетов с вулканическим облаком заканчиваются без сильных повреждений. Однако в мировой практике зарегистрированы случаи, когда высокая концентрация пепла приводила к отказу двигателей пролетающих воздушных судов. Он накапливается в виде стекловидных отложений на сопловом аппарате турбины, тем самым засоряя межлопаточный канал, по которому движется газовый поток с высокой энергией. Это снижает устойчивость двигателя и приводит к его выключению. Такой инцидент произошел, например, в 1982 году, когда после воздействия пепла вулкана Галунггунг в Индонезии у самолета Boeing 747 в полете практически одновременно выключились все четыре силовые установки. И только мастерство экипажа позволило избежать катастрофы.

Сегодня ситуацию с облаками вулканического пепла отслеживают метеоспутники и метеостанции. Все данные оперативно обрабатываются, поставляются в аэронавигационные службы по всему миру, и каждому вулкану присваивают свой цветовой код, который обозначает уровень опасности для авиации. В связи с этой информацией авиакомпании корректируют маршруты полетов, чтобы избежать столкновения с пеплом, так как даже его небольшая концентрация может повредить элементы воздушного судна. Так, например, извержению Ключевского вулкана в августе 2025 года, и также выбросу пепла вулкана Шивелуч 11 апреля 2023 года на Камчатке сразу был присвоен наивысший «красный» код авиационной опасности. Это означает, что полеты на близлежащих территориях запрещены.

Если процессы формирования пепловых отложений на сопловом аппарате двигателей уже были хорошо известны, то некоторые особенности негативных последствий при запредельных уровнях концентрации пепла, исследованы не так подробно. В частности, перегрев ключевого элемента авиационного двигателя – лопатки турбины.

Ученые Пермского Политеха детально исследовали, как попадание вулканического пепла в двигатель самолета влияет на тепловое состояние лопаток турбины и приводит к деградации свойств теплозащитного покрытия.

Сопловые лопатки – это детали, которые направляют и ускоряют газы, выходящие из камеры сгорания, на рабочие лопатки, вращающие вал двигателя. Созданный высокоскоростной поток обеспечивает движение самолета. Лопатки постоянно находятся под прямым воздействием газов, раскаленных до температуры 1500 градусов. Чтобы они выдерживали такие экстремальные условия, их изготавливают из специальных высокопрочных и жаростойких материалов, а также оснащают теплозащитным покрытием и системой охлаждения – множеством микроотверстий, через которые подается холодный воздух, создающий защитную пленку от горячих газов.  

– Стекловидные отложения пепла наиболее интенсивно аккумулируются на всех сопловых лопатках первой ступени турбины и перекрывают отверстия. Очевидно, что такое засорение ухудшает качество пленочного охлаждения и приводит к значительному нагреву элементов. Чтобы понять, как именно происходит этот процесс и какие его последствия, мы провели 3D-моделирование сопловой лопатки авиационного двигателя ПД-14 на разных режимах его работы в условиях воздействия вулканического пепла с различным уровнем концентрации и времени воздействия, – объясняет Николай Саженков, доцент кафедры «Авиационные двигатели», руководитель группы молодежного проектно-технологического бюро ПИШ ВШАД ПНИПУ, кандидат технических наук.

Первоначально ученые оценили температурное состояние сопловых лопаток при штатной работе до попадания двигателя в вулканическое облако для трех режимов работы ПД-14 – крейсерский (основной), номинальный (набор высоты) и полетный малый газ (посадка). Далее определяли перекрытие каждого охлаждающего отверстия пеплом и повторно вычисляли тепловое состояние.

Расчеты проводили для двух различных концентраций пепла на входе в двигатель: по нормам авиационной безопасности – 4 мг/м³ в течение одного часа – незначительное и безопасное воздействие для двигателя; и по критической концентрации – 100 мг/м³ в течение 3-6 мин, аналогичной воздействию пепла вулкана Галунггунг на двигатели.

– Результаты показали, что при концентрации согласно сертификационным нормам и при выборе режима малого газа внешний вид лопатки практически не меняется и отверстия не перекрываются. Тогда как при критической концентрации на номинальном и крейсерском режиме отверстия сильно запыляются, их проходная площадь уменьшается от 33 до 70%. Из-за этого качество и объем воздушного охлаждения существенно снижается, и теплозащитное покрытие лопатки максимально нагревается до 1297 градусов, что на 97 градусов превышает предельно допустимое значение, – поделился эксперт ПНИПУ.

Моделирование позволило узнать, что пепел в минимальном количестве, соответствующем нормам авиационной безопасности, не опасен. Стекловидные отложения аккумулируются лишь на 0,14% от общей площади лопатки. Критическая же концентрация пепла, превышающая нормативные требования почти в 250 раз, закупоривает отверстия и до 56% уменьшает расход холодного воздуха. Это приводит к критическому перегреву теплозащитного покрытия, а также основного материала лопатки.

– Полученные результаты убедительно подтверждают общие рекомендации Международной организации гражданской авиации о том, что в случае попадания самолета в облако вулканического пепла необходимо немедленно уменьшать тягу двигателя до малого газа. Такое действие позволяет избежать осаждения стекловидных отложений на лопатки турбины и избежать их повреждения. Далее экипажу следует принять меры, чтобы как можно быстрее выйти из облака вулканического пепла. Для этого необходимо выполнение разворота воздушного судна на 180° с таким снижением, какое позволяет рельеф местности, – рассказывает Николай Саженков.

Исследование ученых Пермского Политеха повысило осведомленность научной и авиационно-технической общественности о дополнительных возможных рисках при нахождении магистрального самолета в облаке вулканического пепла.

Показать полностью
ПНИПУ Авиация Вулкан Двигатель Извержение Авиационный двигатель Научпоп Длиннопост
3
12
PNIPU
PNIPU
23 дня назад
Наука | Научпоп

Ученые Пермского Политеха и ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера разработали конструкцию для лечения пародонтита⁠⁠

Ученые Пермского Политеха и ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера разработали конструкцию для лечения пародонтита ПНИПУ, Стоматология, Зубы, Пгму, Пародонтоз, Научпоп, Длиннопост

Общий вид устройства. 1 - элементы шины трапециевидной формы, 3 - твердые ткани зубов.

Заболевания пародонта – одна из самых распространенных стоматологических проблем в мире. По оценкам ВОЗ, более 90% населения имеет ту или иную форму болезни, а от тяжелой степени пародонтита страдает более 1 млрд человек. Это воспалительный процесс, который поражает твердые и мягкие ткани, окружающие зубы, что приводит к их подвижности, а в запущенных случаях – к потере. Лечение заболеваний тканей пародонта требует комплексного подхода, один из которых включает стабилизацию их положения с применением шинирования. Оно позволяет рационально распределить жевательную нагрузку и сохранить функциональную целостность зубочелюстной системы. Однако традиционные шинирующие системы имеют свои недостатки, среди которых хрупкость материала, не эстетичность, трудность гигиенического ухода. Ученые ПНИПУ и ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера разработали инновационную конструкцию для шинирования из высокопрочного диоксида циркония. Устройство отличается возможностью локальной коррекции элементов без полной замены, а также совмещает высокую биосовместимость, эстетику и функциональность. Разработка прочно фиксирует подвижные зубы и предотвращает прогрессирование воспалений и вторичных деформаций зубных рядов, что открывает новые возможности лечения пародонтита.

На изобретение получен патент.

Пародонт – это комплекс тканей, которые окружают зубы. Плотно прилегающие эластичные связки удерживают их на месте, амортизируют жевательную нагрузку и препятствуют проникновению инфекций. Интересно, что зубы не приклеены к кости, а могут совершать небольшие движения – в норме допустимы легкие смещения до 0,2 мм. Однако при различных патологиях их подвижность усиливается. Например, пародонтит из-за тяжелой формы воспаления вызывает разрушение связок и кости. Это приводит к дальнейшей подвижности зубов и, в конечном счете, удалению. 

Процедура шинирования позволяет стабилизировать подвижность зубов на ранних стадиях. Она объединяет их в единую систему с помощью стоматологической шины, выполненной из различных материалов (обычно композитных или металлических) и необходимой протяженности, в зависимости от степени тяжести заболевания.

– При всей своей эффективности традиционные методы шинирования имеют некоторые недостатки, наиболее частые – это поломка. При переломе конструкции в одном месте необходима ее полная замена, так как она зачастую выполнена единым фрагментом. Кроме того, применяемые для изготовления шин полимерные материалы склонны к растрескиванию и повреждениям от механических нагрузок, содержат в составе мономеры, пластификаторы, красители и пигменты, а также их свойства, такие как усадка, эластичность, тепловое расширение и теплопроводность, могут ухудшаться в процессе носки. Металлические же – не обладают эстетичностью, – рассказывает Оксана Шулятникова, профессор кафедры ортопедической стоматологии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера, доктор медицинских наук.

Ученые Пермского Политеха и ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера разработали новый тип шинирующей конструкции из диоксида циркония. Технология минимизирует препарирование твердых тканей зубов и обеспечивает взаимодействие с каждым элементом по отдельности.

Циркониевая керамика сегодня считается эталоном в стоматологическом протезировании. Это соединение, которое получают из природного минерала циркона. Сам по себе он мягкий, что позволяет создавать из него изделия любой формы, но после обработки он приобретает твердость, как у стали. Этот материал обладает уникальным свойством – автоматическим повышением прочности в ответ на механическое воздействие. Это делает его незаменимым для создания зубных протезов, подвергающихся постоянным жевательным нагрузкам. Кроме того, он абсолютно биосовместим, что исключает риск аллергии и воспалительных реакций. Также кристаллическая структура материала делает его максимально близким по цвету к натуральной зубной эмали.

Керамика на основе диоксида циркония уже активно используется для изготовления несъемных конструкций: микропротезов, мостовидных протезов и коронок. Но для шинирования зубов ее ранее не применяли.

– Особенность нашей конструкции заключается в том, что пациенту формируют небольшие углубления в форме трапеции на боковых и внутренних поверхностях подвижных зубов. Далее по ним делают точные слепки, на основе которых создают 3D-модель будущей шины и с помощью специальной программы вытачивают необходимую форму из диоксида циркония. Полученные отдельные элементы трапециевидной формы припасовывают к тканям зубов и фиксируют их, тем самым соединяя два соседних зуба. Места соединений полируют, чтобы не было неровностей, – объясняет Оксана Шулятникова.

Применение такого способа изготовления позволяет добиться максимального соответствия шинирующей конструкции с «пазами» в зубных тканях. Точность достигает 10–20 микрометров, тогда как у металлических шин, изготовленных методом литья, – 50–70 микрометров.

Разработчики отмечают, что трапециевидная форма элементов шины обеспечивает щадящее препарирование зубов, что снижает риск повреждения эмали. А использование отдельных циркониевых элементов дает возможность при необходимости их быстрой замены по отдельности, не прибегая к снятию всей конструкции.

– Кроме этого, проведенные исследования in vitro показали нам, что диоксид циркония способен подавлять рост бактериальных пленок, которые неизбежно образуются на зубах и искусственных материалах в полости рта – пломбах и протезах. Этот факт, в том числе, помогает контролировать воспаление тканей пародонта, – комментирует Владислав Никитин, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

В настоящий момент проводятся клинические испытания устройства для шинирования. Инновационная разработка ученых Пермского Политеха и ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера не только обеспечивает качество ортопедических конструкций, но и делает лечение заболеваний пародонта более комфортным для пациента.

Показать полностью
ПНИПУ Стоматология Зубы Пгму Пародонтоз Научпоп Длиннопост
1
PNIPU
PNIPU
29 дней назад

Ученые Пермского Политеха выяснили, как новые стандарты могут повысить товарооборот с Китаем на 14%⁠⁠

Ученые Пермского Политеха выяснили, как новые стандарты могут повысить товарооборот с Китаем на 14% ПНИПУ, Товарооборот, Торговля, Грузоперевозки, Грузовик, Длиннопост

Сравнение действующих параметров допустимых осевых нагрузок и полной массы транспортных средств в России и Китае.

Китай остается ключевым торговым партнером России. Товарооборот между странами растет с каждым годом и за 2024 год составил 245 млрд долларов. Более 70% экспорта приходится на углеводороды, также растут поставки руды, алюминия, неорганической химии и удобрений. Значительная часть грузов перевозится тяжелым автомобильным транспортом. Однако нормы весовых показателей грузовиков в РФ и КНР отличаются – в России их полная масса ограничена сильнее, чем в Китае. Это сказывается на объеме перевозимого товара и эффективности логистики. Ученые Пермского Политеха изучили международный опыт и предлагают пересмотреть отечественные стандарты трансграничной торговли, чтобы увеличить товарооборот. Предложенные решения сократят издержки на дорожную инфраструктуру, повысят возможности перевозок до 14%, ускорят и упростят логистику между странами.

Статья опубликована в журнале «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование выполнено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Основные грузоперевозки из России в Китай осуществляются с помощью автопоезда, состоящего из автомобиля-тягача и одного или нескольких больших прицепов. Весь основной вес транспорта и перевозимых товаров принимают на себя оси. Это элементы, соединяющие два колеса между собой, например, бывают грузовики с пятью и шестью осями, то есть с пятью и шестью парами колес. Чем больше осей, тем больше груза можно перевезти, но и тем выше давление на дорожное покрытие и выше риск аварий. Чтобы дороги не разрушались, а транспорт оставался устойчивым, законодательство строго регулирует два параметра: нагрузку на одну ось и общий вес автопоезда.

Однако сейчас в России и в Китае действуют разные весовые стандарты для грузовиков. Если допустимая нагрузка на одну ось в странах примерно одинаковая (115 килоньютон – около 11 тонн), то полный разрешенный вес автопоездов значительно отличается. Например, китайский пятиосный грузовик может перевозить до 43 тонн, а шестиосный – до 49 тонн. Тогда как в России эти показатели ограничены 40 и 44 тоннами соответственно. Такая разница говорит о том, что отечественные перевозчики вынуждены увеличивать количество рейсов для доставки того же объема груза. Это повышает затраты и нагрузку на дорожную инфраструктуру.

Для проверки массы автомобиля и нагрузки на оси существуют посты весогабаритного контроля. Их устраивают непосредственно на дорогах или рядом с ними на специально подготовленных площадках. Бывают передвижные (спецавтомобиль с оборудованием) и стационарные, которые работают как под контролем оператора, так и автоматически. Несмотря на такие нормы, риски получения штрафа и лишения лицензии на грузоперевозки все равно находятся нарушители, пытающиеся провезти груз весом выше допустимого.

– Существуют даже уловки, использующиеся водителями автопоездов для занижения веса. Например, заезд на платформу только частью осей (передними или задними), оставляя другие за пределами. Тогда система фиксирует только вес части грузовика, показывая заниженную общую массу. Также встречаются манипуляции со скоростью и траекторией грузовика. Например, когда водитель проезжает по самому краю весовой платформы, где чувствительность датчиков может быть ниже, или резко ускоряется или тормозит, что позволяет «обмануть» датчики. Конечно, чаще всего так пытаются хитрить лишь на автоматических постах, где нет оператора, – рассказывает Антон Добрынин, доцент кафедры «Автомобильные дороги и мосты» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Учитывая тесное торговое сотрудничество двух стран, оптимизация российско-китайских автомобильных грузоперевозок имеет большой потенциал. Ученые Пермского Политеха изучили международный опыт, включая нормы ЕС и Китая, и рассчитали, как можно привести к единому стандарту трансграничные перевозки, чтобы сделать их более эффективными.

– Унифицировать весовые показатели России и Китая можно, увеличив допустимую нагрузку на ось до значения 130 килоньютон (около 14 тонн). Мировая практика показывает нам, что это реально. Например, во Франции осевая нагрузка составляет 130 килоньютон, но общая масса грузовика ограничена 40–44 тоннами. Финляндия же пошла дальше, разрешая полную массу автопоезда до 72 тонн и изучая возможность ее повышения до 90 тонн, что позволит значительно увеличить объем перевозимого груза. Это говорит о том, что современные дорожные покрытия и конструкции грузовиков способны выдерживать большие нагрузки без риска разрушения и тех и других, – комментирует Антон Добрынин.

Учитывая международный опыт, эксперты провели сравнительные расчеты осевой нагрузки в КНР и РФ для пятиосного и шестиосного автопоезда. Результаты показали большую разницу между допустимой величиной груза и фактической, которую грузовик может выдержать в реальности. Она составила 10 и 14% для пяти- и шестиосного транспорта. Это значит, что автопоезд может безопасно, без риска перегруза, перевозить больший вес, чем разрешено по нормам РФ.

На основе расчетов ученые предлагают два ключевых изменения. Во-первых, повысить допустимую нагрузку на ось до 130 килоньютон. Во-вторых, скорректировать отечественные стандарты допустимого веса автопоездов до 43 тонн для пятиосного и 49 – для шестиосного, что соответствует нормам Китая.

Такие изменения позволят на 10 и 14% увеличить величину перевозимого груза за один рейс без риска разрушить покрытие, а также снизить логистические издержки за счет увеличения грузоподъемности и упростить трансграничный товарооборот.

Исследование ученых Пермского Политеха по унификации стандартов грузоперевозок способствует более тесному экономическому сотрудничеству между Россией и Китаем. 

Показать полностью 1
ПНИПУ Товарооборот Торговля Грузоперевозки Грузовик Длиннопост
10
64
PNIPU
PNIPU
1 месяц назад
Наука | Научпоп

Ученые Пермского Политеха разработали инновационный тренажер для безопасного обучения электриков в виртуальной реальности⁠⁠

Ученые Пермского Политеха разработали инновационный тренажер для безопасного обучения электриков в виртуальной реальности ПНИПУ, Виртуальная реальность, Электричество, Энергетика (производство энергии), Научпоп, Длиннопост

Пример работы с оборудованием на 3D-тренажере

Человеческий фактор – одна из ведущих причин аварийных ситуаций в промышленной отрасли. Ежегодно в среднем 10-20% случаев технологических нарушений на предприятиях электроэнергетической системы связаны с ошибочными действиями персонала. Недостаток знаний в технике безопасности и особенностях работы может привести не только к финансовым потерям, но и к угрозе жизни людей из-за возможных возгораний и пожаров на электростанциях. Традиционное обучение специалистов в образовательных учреждениях и на специальных учебных полигонах может обходиться до 100 тысяч рублей на человека. При этом оно в основном дает общие знания и не позволяет отработать их на конкретных объектах с учетом их специфики. Ученые Пермского Политеха представили уникальный 3D-тренажер, с помощью которого можно в трехмерной копии реальной подстанции отрабатывать различные сценарии взаимодействия с объектами электроэнергетики. Разработка способствует безопасному обучению действующих специалистов и студентов, а также снижению уровня аварийных ситуаций на предприятиях.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления», 2025.

Электроэнергия – это основа жизни современного общества. Сегодня от ее доступности и стабильности зависит экономика страны, развитие технологий и базовые потребности человека. Распределение электроэнергии – это сложный многоэтапный процесс, который включает в себя ее генерацию, преобразование, передачу по сетям высокого напряжения и конечное поступление к потребителям – предприятиям, жилым домам, транспортной системе, уличному освещению.

Несмотря на автоматизацию и цифровизацию отрасли, при обслуживании объектов на электростанциях случаются ошибки, вызванные человеческим фактором. Они могут приводить как к локальным нарушениям электроснабжения, так и к сбоям всей электростанции и даже чрезвычайным ситуациям, связанным с возгоранием или взрывом.

Основная причина таких ошибок часто заключается в недостаточной подготовке работников к практике, нарушении регламентов и техники безопасности. У молодых специалистов обычно отсутствуют навыки работы с реальным оборудованием предприятия, и отрабатывать как стандартные, так и внештатные ситуации приходится уже на месте, в рабочих условиях.

Технологии виртуальной реальности – это эффективный ресурс для повышения компетенции у действующего персонала и обучения студентов практическим знаниям. Такой 3D-тренажер ученых ПНИПУ позволяет полностью погрузиться в достоверную копию одной из электрических подстанций. В программе реализованы сценарии взаимодействия с оборудованием, что позволяет изучать технику безопасности без риска для жизни с использованием VR технологии.

–Тренажер разработан на платформе Unity. Сначала осуществлялось полное сканирование местности на территории электрической подстанции, а далее создание 3D-модели каждого элемента проекта – внешней среды объекта, электротехнических устройств, внутренних помещений подстанции и предметов для взаимодействия. Они, в свою очередь, формируются в виртуальное пространство с возможностью управления инструментами и передвижения. Такой подход позволил добиться максимального погружения, – объясняет Александр Семенов, старший преподаватель кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ.

Подобные устройства виртуальной реальности активно развиваются в России и внедряются в промышленные процессы на базе отдельных предприятий. Но чаще всего это закрытые проекты, охраняемые коммерческой тайной, и в основном разрабатываемые для решения конкретных задач определенного производства.

Ученые отмечают, что при создании 3D-тренажера каждый сценарий в программе прописывался отдельно. Также есть возможность добавления в нее абсолютно любых функций, однако в первую очередь внедрялись операции, которые: наиболее часто встречаются в оперативной деятельности персонала; направлены на выявление пробелов в знаниях техники безопасности; могут привести к опасным чрезвычайным ситуациям и существенным экономическим затратам.

Так, в VR пользователь может выбрать необходимые инструменты и средства защиты и приступить к выполнению какой-либо задачи. Например, самостоятельно попробовать вывести измерительный трансформатор напряжения в ремонт. Для этого программа предлагает выбрать правильную последовательность действий – какие действия совершить и что именно необходимо проверить для выполнения задачи. В случае ошибочных действий указываются конкретные причины провала.

Аналогичным образом реализуются и другие сценарии, например, оперативное переключение электрооборудования, подключение нового объекта или моделирование потенциально опасных ситуаций (короткого замыкания, возгорания). С помощью VR можно обучать персонал правильным действиям без риска для жизни.

Разработчики провели пилотное внедрение 3D-тренажера в производственный процесс. Начальные результаты уже показали снижение аварийных событий с участием человека на 3%, а в долгосрочной перспективе – это эффективный инструмент для системной минимизации рисков.

Ученые отмечают, что для корректной разработки и внедрения подобных 3D-тренажеров на предприятия важно анализировать аварийные ситуации, вызванные человеческим фактором, и выделять те, которые могут быть эффективно устранены с их помощью. Некоторые аварии могут быть вызваны не недостатком знаний персонала, а усталостью, стрессом или организационными факторами, что снижает роль тренажеров в качестве универсального решения.

– На текущем этапе развития наш 3D-тренажер может использоваться в учебных целях на предприятиях и в организациях высшего и среднего специального образования. Уже планируется его внедрение в ПНИПУ для обучения студентов по профилю «Электроснабжение». Наша разработка может стать инструментом проверки и совершенствования знаний на постоянной основе, а также использоваться для аттестации и переаттестации персонала предприятий по электробезопасности, – поделился Святослав Полежаев, студент кафедры микропроцессорных средств автоматизации ПНИПУ.

3D-тренажер ученых Пермского Политеха позволяет безопасно отрабатывать навыки работы с электрооборудованием в виртуальной реальности. Такой нетрадиционный подход открывает новые возможности обучения действующих и будущих специалистов и способствует снижению аварийности, вызванной человеческим фактором.

Показать полностью 1
ПНИПУ Виртуальная реальность Электричество Энергетика (производство энергии) Научпоп Длиннопост
14
32
PNIPU
PNIPU
1 месяц назад
Наука | Научпоп

Ученый Пермского Политеха рассказал, как эволюционировали зубные пломбы и что лучше выбрать сегодня⁠⁠

Ученый Пермского Политеха рассказал, как эволюционировали зубные пломбы и что лучше выбрать сегодня ПНИПУ, Стоматология, Зубы, Длиннопост

Jonathan Borba/Unsplash

По данным ВОЗ, почти 3,7 миллиарда человек страдают заболеваниями полости рта. Кариес остается одной из самых распространенных стоматологических проблем в мире, но благодаря развитию реставрационной стоматологии сегодня врачи могут не просто остановить разрушение зуба, но и полностью восстановить его анатомическую форму и функциональность. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие материалы для пломбирования безопасны и долговечны, а от каких лучше отказаться беременным и детям, как генетика определяет цвет зубов и почему не все добьются белоснежной улыбки, как выбрать технологию отбеливания и можно ли это делать дома, в каких случаях спасают коронки, а в каких – протезы, какие продукты разрушают эмаль и почему лечить зубы так дорого.

Пломбировочные материалы прошли долгий путь эволюции — от токсичных свинцовых в 19 веке до современных высокотехнологичных композитов, способных имитировать естественную эмаль с ювелирной точностью.

На протяжении большей части 20 века главным материалом для пломб была амальгама — сплав серебра, олова, меди и ртути. Несмотря на прочность и долговечность (такие пломбы служат 10-15 лет), она имеет существенные недостатки: токсичность ртути, высокую теплопроводность и неестественный металлический цвет. Несмотря на все явные минусы, ее крайне редко, но все еще используют в силу дешевизны. Если у вас стоит такая пломба, удалять ее без необходимости не стоит: риск высвобождения ртути при сверлении выше, чем от целой пломбы. Но при замене лучше выбрать качественный материал.

Цемент, композит или керамика: что выбрать для разных зубов

– Сегодня для пломбирования эффективно применение композитных материалов на основе пластмассы или смол, содержащих частички стекла для повышения прочности или пигменты для точного подбора оттенка под цвет зубов. Такие пломбы выглядят естественно, практически полностью сливаясь с собственной эмалью. Наиболее популярны из них светоотверждаемые — фотополимерные. В состав входят частицы кремния и циркония, иногда даже наноалмазы. Ключевое преимущество таких материалов в пластичности, которая позволяет стоматологу точно смоделировать поверхность зуба во время послойного нанесения. Для затвердения используется специальная синяя лампа. Такие пломбы обладают биологической безопасностью, высокой устойчивостью к нагрузкам и долговечностью – могут спокойно прослужить до 15 лет. Некоторые даже содержат фтор, который помогает защитить зуб от повторного кариеса, – рассказывает Владислав Никитин, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Предшественниками композитных пломб были цинк-фосфатные, силикатные цементы и акриловые пластмассы.

– Широкое распространение получили пластмассовые пломбы из акрила или эпоксидной смолы. Они выгодно отличаются от цементных материалов быстрым затвердеванием, высокой пластичностью и хорошими показателями прочности. Однако необходимо учитывать, что пластмасса является пористым материалом и не рекомендуется устанавливать такие пломбы при глубоких кариозных повреждениях. Они могут стать благоприятной средой для скопления бактериального налета, способного привести к ряду серьезных заболеваний. Также под воздействием красящих веществ такая пломба может кардинально поменять цвет, – объясняет ученый ПНИПУ.

Но акриловые пластмассы не рекомендуются детям и беременным женщинам. Основная проблема этих материалов заключается в содержании метилметакрилата, который может вызывать раздражение пульпы зуба, аллергические реакции и даже местные воспалительные процессы в полости рта. Для беременных это создает дополнительную токсическую нагрузку, а у детей повышает риск осложнений из-за повышенной чувствительности формирующихся тканей.

При выборе материала для лечения зуба также нужно обращать внимание на место для постановки пломбы. Например, для передних зубов больше подойдут композиты, подбирающиеся индивидуально под цвет эмали, тогда как для задних подойдут пластмассовые и цементные.

– Для моляров – задних зубов – иногда используют специальный стоматологический цемент. Он не несет эстетической функции, но защищает внутреннюю часть зуба от воздействия внешней среды после лечения кариеса или других повреждений. Также его могут использовать в качестве временной пломбы для защиты зуба после лечения каналов и до момента установки постоянной пломбы. Однако сегодня предпочтение все же отдают более прочным композитным материалам, – отмечает эксперт ПНИПУ.

Одним из самых эстетически привлекательных и надежных пломбировочных материалов признаны керамические пломбы. Они ставятся в виде накладки, полностью повторяют форму зуба и практически не имеют недостатков, но используются достаточно редко. Это связано с длительным сроком изготовления в лабораторных условиях и высокой стоимостью – до 40 тысяч рублей за зуб.

При установке пломб немаловажным фактором для пациента является цена. Самыми дорогостоящими считаются пломбы из керамики, далее идут композитные, акриловые, а самые демократичные – цементные, которые при этом уступают в прочности.

Коронки и протезы – есть ли разница?

Хотя и коронки, и зубные протезы служат для восстановления зубов, между ними есть принципиальные различия.

– Коронки используют, когда нужно укрепить или восстановить один поврежденный зуб. Их изготавливают из прочных материалов – чаще всего это металлокерамика (металлический каркас с керамическим покрытием) или современный диоксид циркония. Металлокерамика дешевле (от 10 000 рублей), но может просвечивать металл у десны, а циркониевые коронки (от 25 000 рублей) выглядят естественнее и служат дольше, – объясняет ученый ПНИПУ.

Зубные протезы применяют при отсутствии нескольких зубов или целого ряда. Они бывают съемными и несъемными. Для несъемных протезов, как и для коронок, часто выбирают диоксид циркония – он прочный и эстетичный. Съемные протезы обычно делают из акрила – это самый доступный вариант (от 15 000 рублей), который легко подгоняется под цвет зубов, но менее долговечен и комфортен.

Главное отличие в назначении: коронки сохраняют корень зуба, а протезы заменяют утраченные зубы полностью. Выбор зависит от ситуации: для одного зуба лучше коронка, при множественных отсутствиях – протез.

Как продлить срок службы

– Если же говорить о долговечности стоматологических конструкций, то она напрямую зависит от их типа. Пломбы служат в среднем 10 лет, съемные протезы – от 5 до 10 лет. Для коронок этот период сильно зависит от материала и может составлять от 5 до 15 лет и более. В этом вопросе большое значение имеет уход за полостью рта и регулярность посещения стоматолога, – добавляет эксперт ПНИПУ.

Также на срок службы пломбы влияет техника ее установки и состояние зуба. Например, если зуб имеет трещины, то пломба простоит меньше, или если в зубе, в который уже установлена пломба, развивается кариес. Чрезмерное сжатие зубов или скрежетание также могут привести к скорой замене пломбы.

Цвет зубов определяет генетика

Цвет зубов закладывается на генетическом уровне еще во время внутриутробного развития. Гены определяют не только толщину и степень прозрачности эмали, но и естественный оттенок дентина – плотной ткани, составляющей основу зуба. Именно дентин, просвечивающий через полупрозрачную эмаль, дает основной тон. У одних людей он имеет теплый желтоватый оттенок (чаще встречается у европеоидов), у других – сероватый (характерен для некоторых азиатских популяций), а у третьих – молочно-белый (чаще у людей с очень плотной непрозрачной эмалью).

Интересно, что генетика также влияет на структуру эмали: у некоторых людей от природы присутствуют микротрещины или повышенная пористость, что делает зубы более восприимчивыми к пигментации извне. Кроме того, наследственность может определять активность ферментов, отвечающих за минерализацию зубных тканей – например, при генетически обусловленном несовершенном амелогенезе эмаль формируется неполноценной, с желтовато-коричневым оттенком.

– Зубы изначально у всех не идеально белоснежные, но из-за возрастного истончения эмали, потребления сигарет, кофе, чая, пищевых красителей или внутренних повреждений зубы приобретают более желтый оттенок. Современные технологии отбеливания позволяют осветлить эмаль на несколько тонов, но дают разный эффект для разных людей: если естественный тон дентина темный, осветлить зубы до голливудской белизны будет сложнее, чем при генетически светлой основе. Отбеливание зубов считается безопасным методом, но при использовании качественных материалов. Процесс может сопровождаться краткосрочным повышением чувствительности зубов, раздражением десен и неравномерным цветом после отбеливания, если уже есть пломбы, – объясняет Владислав Никитин.

Долгое время для отбеливания использовались химические реактивы – кислоты, щелочи, эфиры. Эти методы отошли в прошлое из-за агрессивного воздействия на зубы: кислоты и щелочи не только разрушали пигменты, но и разъедали саму эмаль, вызывая ее истончение, повышенную чувствительность и даже химические ожоги пульпы.

Лазер, капы или гель: какой способ отбеливания лучше

– Сегодня в стоматологии применяют только безопасные составы. Например, кислородное отбеливание в виде геля на основе перекиси водорода (15-40%) с добавлением необходимых для зубов минералов. При попадании на зубные ткани под действием специальной лампы или LED-активатора препарат распадается и высвобождает атомарный кислород. Он, в свою очередь, вступает в реакцию с пигментами, разрушает их. Главное преимущество – моментальный результат (осветление на 4-8 тонов за 1 процедуру), но не рекомендуется при тонкой эмали, – отмечает эксперт ПНИПУ.

Более щадящим, но дорогостоящим способом, является лазерное отбеливание. В этой технологии также используется гель, но с меньшей концентрацией перекиси, который активируется лазерным лучом. Лазер ускоряет химическую реакцию, одновременно «запечатывая» дентинные канальцы, что снижает риск гиперчувствительности. Преимущества: высокая точность (можно обрабатывать отдельные зубы), минимальный нагрев тканей, эффект до 10 тонов. Недостатки: требуется 2-3 сеанса, не подходит при множественных пломбах/реставрациях (они не отбеливаются и будут выделяться).

Применяются еще отбеливающие капы – пластиковая индивидуальная накладка на зубы, заполненная гелем с низкой концентрацией перекиси (5-10%). Из плюсов – минимальная чувствительность. Из минусов – длительный период ношения, может занять 2-4 недели по несколько часов в день или по ночам.

– Метод отбеливания необходимо подбирать индивидуально с врачом. Процедуру желательно выполнять не чаще двух раз в год, чтобы избежать повреждения зубной эмали. Эффект может держаться от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от индивидуальных особенностей пациента и его диеты, – отмечает Владислав Никитин.

Как безопасно отбелить зубы в домашних условиях

– В первую очередь, важно соблюдать регулярную чистку зубов два раза в день. Эффективно использование отбеливающей зубной пасты и ополаскивателя для рта, которые лучше выбирать со стоматологом. Также существует вариант отбеливания с помощью пищевой соды, смешанной с лимоном. Однако не рекомендую проводить такую процедуру, так как есть риск серьезного повреждения эмали, – комментирует эксперт ПНИПУ.

Сегодня маркетплейсы предлагают большой выбор различных отбеливающих полосок и паст, которые обещают быстрый и продолжительный эффект. Но важно помнить, что пользоваться ими нужно с осторожностью, то есть строго следовать инструкциям на упаковке, а перед применением желательно получить консультацию у своего стоматолога. Бесконтрольное и чрезмерное применение отбеливающих средств может привести к нежелательным последствиям – вызвать повышенную чувствительность зубов (реакцию на холодное и горячее), деминерализацию эмали (появление белых пятен) и даже химические ожоги десен. Поэтому нужно отслеживать процесс отбеливания у врача.

Какие продукты разрушают эмаль, а какие – укрепляют зубы

Зубная ткань содержит множество минералов, которые обеспечивают ее твердость и прочность. Эмалевый верхний слой нужен для защиты внутренних зубных структур от механических, химических и температурных повреждений, а также предотвращения негативного воздействия патогенных бактерий.

– Повреждение эмали, обнажение внутреннего слоя, недостаток минералов, заболевание десен и кариес могут повысить чувствительность зубов. Это сделает их восприимчивыми к пище, температурам и чистке. Частое использование абразивных паст и питание могут усугубить ситуацию. При повышенной чувствительности не следует употреблять кислые продукты (цитрусы, помидоры, ягодные соки, газировку), сладости, горячие блюда и напитки, – комментирует Владислав Никитин. 

Для укрепления зубной эмали проводят процедуру реминерализации – восстановления необходимого содержания минералов – кальция и фосфора. Стоматологи используют специально разработанные лекарственные составы. Их наносят на поверхность и удерживают несколько минут.

Снизить восприимчивость зубов самостоятельно помогают специальные зубные пасты и гели, обогащенные нужными минералами – фтором, кальцией, калием (нитрат/хлорид). Следует избегать в составах абразивов - карбонат кальция, сода, активированный уголь; SLS (лаурилсульфат натрия), перекись водорода/карбамида, а также кислот – яблочной, лимонной и других.

Если чувствительность связана с раздраженными деснами, нужно сменить зубную щетку на более мягкую.

Некоторые продукты могут способствовать естественной реминерализации зубов. К таким относятся молоко, йогурты, сыры, шпинат, брокколи, орехи и семена.

Почему лечить зубы так дорого?

Высокая стоимость стоматологического лечения связана с несколькими факторами и главный из них – не зарплата врача, как мы привыкли думать.

– Проведение диагностики зубочелюстной системы человека (от рентгенографии до КТ и МРТ) может достигать нескольких тысяч рублей. Значительно влияет стоимость зуботехнических материалов, зачастую импортных. Дороговизна также складывается из организационных расходов: аренда помещений с соблюдением строгих санитарных норм, стерилизация инструментов и утилизация медицинских отходов, лицензия на специализированное ПО для проектирования ортодонтических конструкций, например, моделирования прикуса и других. Оплата труда стоматолога занимает меньшую долю в общей стоимости лечения, – объясняет ученый ПНИПУ.

Какое будущее ждет отечественную стоматологию

Доля отечественных стоматологических материалов в среднем составляет 1/3 от объема, применяемых в России. Это обусловлено более развитой стоматологической промышленностью зарубежных производителей, активным внедрением новых технологий и более отлаженной системой поставок.

– Однако в данный момент в России ведутся активные исследования и разработки инновационных материалов для стоматологии. Например, изучается возможность применения различных наночастиц для улучшения прочности, устойчивости к бактериям и долговечности стоматологических материалов. Также в перспективе создание резорбируемых полимеров для временного пломбирования, которые могут полностью безопасно разлагаться в организме, разработка новых видов керамики для протезов и коронок, обладающих большей прочностью, и материалов с антибактериальными свойствами для предотвращения развития кариеса в месте установки коронок и протезов, – комментирует Владислав Никитин.

Показать полностью
ПНИПУ Стоматология Зубы Длиннопост
4
7
PNIPU
PNIPU
1 месяц назад
Наука | Научпоп

От мороза до жары: Ученые Пермского Политеха и Сколтеха выяснили, как стеклопластик выдерживает экстремальные температуры и нагрузки⁠⁠

От мороза до жары: Ученые Пермского Политеха и Сколтеха выяснили, как стеклопластик выдерживает экстремальные температуры и нагрузки ПНИПУ, Композитные материалы, Стеклопластик, Авиация, Температура, Научпоп, Длиннопост

Поля продольных перемещений на поверхности образцов с двух противоположных сторон при испытаниях на а – растяжение; б – сжатие; в – кручение; г – комбинированное.

Композитные материалы, такие как стеклопластики, активно применяются в строительной, транспортной и нефтегазовой отраслях, например, при изготовлении мостов, элементов кузовов, деталей судов, лопастей и корпусов летательных аппаратов. Это инновационный ресурс, способный заменить на промышленном рынке традиционный металл. Сфера его применения в России с каждым годом растет на 10-15%. Это конструкция на основе полимера и стеклянных волокон, которые усиливают ее, делают долговечнее и при этом гораздо легче по сравнению с алюминием и сталью. Однако композиты эксплуатируются в экстремальных условиях, где от прочности материала зависит все. Эксперты Пермского Политеха и Сколтеха провели комплексные испытания стеклопластиков и выяснили, как на них влияют сложные режимы нагрузки и разные температуры. Ученые объяснили, почему заморозка материала до –40 градусов увеличивает его стойкость на 10-15%, а повышенные температуры, наоборот, снижают на 20-25%. Результаты исследования способствуют созданию более надежных композитных конструкций для российской промышленности.

Статья опубликована в журнале «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», 2025. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-0136.

Композитом называют материал, созданный из двух и более компонентов, которые вместе работают лучше, чем по отдельности. В состав входит связующее (полимер, эпоксидная смола или металл), которое скрепляет составляющие и задает форму изделию, и армирующий элемент – наполнитель, отвечающий за жесткость и прочность конструкции. Обычно применяют стеклянные, углеродные или базальтовые волокна. В итоге получается легкий и высокопрочный материал. 

Главная особенность стеклопластиков в том, что с их помощью можно значительно снизить вес высоконагруженных ответственных деталей, при этом не теряя прочность. Кроме того, они коррозионностойкие и долговечные. Их уже применяют в мостах, ветрогенераторах, элементах автомобилей и самолетов. Однако их термостойкость ограничена, и до сих пор плохо изучено, как стеклопластики ведут себя в условиях больших перепадов температур и сложных нагрузок.

На протяжении всего срока службы конструкции из стеклопластиков находятся в неоднородном напряженном (нагруженном) состоянии, которое приводит к образованию дефектов, а со временем и к разрушению материала. Поэтому перед процессом внедрения любых композитов в уже существующие изделия проводят комплексные исследования их поведения в условиях, приближенных к реальным. То есть моделируют разные виды нагрузок на деталь: подвергают нагреву, заморозке, сжатию, скручиванию. Это позволяет заранее выявить пределы материала, слабые места, где образуются трещины, и предсказать, как он себя поведет при эксплуатации.

Ученые Пермского Политеха и Сколковского института науки и технологий экспериментально выяснили, как стеклопластик разрушается при сложных комбинированных нагрузках и как на это влияет широкий диапазон температур.

Для исследования эксперты изготовили трубчатые образцы из стеклопластика с трехслойной структурой: внешние слои составляли хаотично расположенные стеклянные волокна, а центральный – однонаправленные.

Образцы подвергали различным нагрузкам на растяжение, сжатие, кручение и комбинированным воздействиям (например, одновременное сжатие и кручение). Сначала тестировали изделия при нормальной температуре (20 градусов), потом повторяли эксперимент при нагреве до 60 градусов и заморозке до –40. В процессе фиксировали образующиеся дефекты с помощью трехмерной цифровой оптической системы и сравнивали результаты.

Испытания при нормальных температурах показали, что материал выдерживает высокие нагрузки, но прочность зависит от режима нагружения. Например, при кручении и комбинированных воздействиях на поверхности образцов появляются множественные трещины. Растяжение же вызывает образование магистральной (приводящей к полному разрушению) трещины.

Интересно, что добавление небольшой доли кручения к растяжению или сжатию даже немного повышает прочность стеклопластика из-за выпрямления волокон.

– Повышенные температуры привели к образованию трещин по всей поверхности образцов и снижению прочности на 20-25%. Тогда как заморозка материала до –40 градусов, наоборот, увеличила его стойкость на 10-15%. Образцы не разрушились даже при максимальной нагрузке в 10 тонн. Это связано с тем, что от нагрева полимерная основа материала размягчается, а от холода становится более жесткой, – поделился Олег Староверов, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение» ПНИПУ, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат технических наук.

Полученные результаты говорят о том, что стеклопластик выдерживает перепады температур, но наиболее эффективно использование материала, с точки зрения прочности, в холодных регионах, где его устойчивость к нагрузкам только растет. Так, например, перспективно применение композита в арктических проектах, на морских платформах и трубопроводах, а также в космической и авиационной технике, где экстремальные атмосферные условия – норма.

Ученые ПНИПУ и Сколтеха определили, как температуры влияют на разрушение стеклопластиков, что позволяет предсказать, как они себя поведут в реальных обстоятельствах – от самых холодных регионов России до самых жарких. Новые знания дают возможность повысить качество производства композитов, чтобы они становились еще прочнее, а также эффективно подбирать материал для конкретных задач, климатических зон и нагрузок, не допуская аварий.

Показать полностью 1
ПНИПУ Композитные материалы Стеклопластик Авиация Температура Научпоп Длиннопост
0
28
PNIPU
PNIPU
1 месяц назад
Наука | Научпоп

Ученые Пермского Политеха и Китая впервые разработали экологически чистую кислоту для добычи нефти в экстремальных условиях⁠⁠

Ученые Пермского Политеха и Китая впервые разработали экологически чистую кислоту для добычи нефти в экстремальных условиях ПНИПУ, Добыча нефти, Кислота, Научпоп, Пав, Длиннопост

David Thielen, Unsplash

Более 50% нефтяных запасов России относятся к трудноизвлекаемым, когда нефть находится в микроскопических порах плотных горных пород глубоко в недрах земли. Обычные методы добычи не справляются, поэтому прибегают к нетрадиционным. Он вступает в химическую реакцию с минералами, растворяет их и создает новые трещины для лучшего движения нефти к скважине. Но на глубине в экстремальных условиях обычные составы работают плохо: проникают неглубоко, оставляют вредные осадки. Ученые Пермского Политеха вместе с китайскими коллегами разработали новую уникальную «умную» кислоту. Она не только сама умеет находить путь в труднодоступные места пласта, но также термоустойчивее на 14% и полностью разлагается, не загрязняя скважину. Это решение повысит эффективность добычи, уменьшит экологическую нагрузку, а также на 55% снизит эксплуатационные потери раствора по сравнению с аналогами.

Статья представлена в журнале «Scientific Reports», 2025.

Сегодня углеводороды приходится добывать из глубокозалегающих плотных горных пород, где температура достигает 160 градусов, а сложная неоднородная структура плохо пропускает жидкость. В таких условиях приток нефти будет медленным, поэтому в пласт закачивают специальные кислотные составы, которые растворяют породу и создают новые пути для движения флюида.

Но обычные кислотные растворы в экстремальных условиях работают плохо. Важно, чтобы состав медленно прокладывал путь, и химическая реакция растворения минералов проходила равномерно. Однако из-за высокой температуры кислота становится слишком активной. Она успевает растворить только самые проницаемые породы вблизи стенок скважин, а с более плотными и удаленными не справляется. Также это приводит к существенному снижению технологической эффективности кислотной обработки, так как кислота нейтрализуется у стенок скважин и не создает нужных трещин в глубине пласта. Ученые ищут решение этой проблемы, разрабатывая новые составы, способные эффективно работать в сложных условиях глубоких месторождений.

Специалисты Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая создали особую кислоту, которая способна сама находить путь в труднодоступные места, создавая длинные каналы для нефти, а после извлекаться, не оставляя в пласте вредных осадков. В основе состава находятся поверхностно-активные вещества, которые делают кислоту «умной».

Это химические соединения, которые улучшают контакт нефти с поверхностью горной породы. Жидкости на их основе можно использовать без лишних добавок. Кроме того, под воздействием сырой нефти или природного газа они легко разлагаются, не нанося существенного вреда пласту. Использование таких веществ позволяет контролировать высоту трещины, увеличивать ее длину и снижать трение в трубопроводе, что делает их подходящими для глубокой высокотемпературной стимуляции пласта.

– Поверхностно-активные вещества в 5-15% растворе соляной кислоты образуют вязкоупругую экологически чистую структуру. Как она работает: попадая в нефтеносный пласт, молекулы образуют множество частиц, которые сильно повышают вязкость состава до 50 мПа·с, делая его похожим на гель. По сравнению с аналогами, он не уходит в только высокопроницаемые породы, а равномерно растворяет минералы и образует сеть трещин. После такой обработки под воздействием нефти или пластовой воды вязкость геля максимально снижается до менее чем 10 мПа·с. Это позволяет раствору стать более текучим, что в дальнейшем, при запуске скважины в работу, позволяет легко извлечь его остатки, не закупоривая трещины и не загрязняя пласт, – объясняет Владимир Поплыгин, директор Когалымского филиала ПНИПУ, кандидат технических наук.

Исследователи провели экспериментальное сравнение предложенной кислоты с аналогами. Результаты показали, что благодаря гелеобразованию, разработка почти на 55% снижает потери раствора. Это предотвращает большой расход вещества и позволяет создавать более протяженные трещины в пласте.

– Также оказалось, что скорость химической реакции между нашим составом и горной породой ниже, чем у гелевой и обычной соляной кислоты. Это полностью подтверждает, что наш состав на основе поверхностно-активных веществ достаточно медленно и стабильно разъедает породу, – поделился Владимир Поплыгин.

Эксперты отмечают, что разработанный состав демонстрирует отличную совместимость с соляной кислотой и стабильную устойчивость к высоким температурам. Он сохраняет повышенную вязкость при 160 градусах, характерных для глубокозалегающих нефтяных пластов. Тогда как другие существующие кислотные системы эффективны лишь при 140 градусах. Это говорит о повышении термостойкости разработки на 14,3%.

Инновационное экологически чистое вещество ученых ПНИПУ и Китая открывает новые возможности для освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Новый «умный» кислотный раствор эффективен для проведения качественного гидроразрыва пласта и может стать ключевым инструментом в повышении уровня нефтедобычи в сложных геологических условиях.

Показать полностью 1
ПНИПУ Добыча нефти Кислота Научпоп Пав Длиннопост
4
Посты не найдены
О нас
О Пикабу Контакты Реклама Сообщить об ошибке Сообщить о нарушении законодательства Отзывы и предложения Новости Пикабу Мобильное приложение RSS
Информация
Помощь Кодекс Пикабу Команда Пикабу Конфиденциальность Правила соцсети О рекомендациях О компании
Наши проекты
Блоги Работа Промокоды Игры Курсы
Партнёры
Промокоды Биг Гик Промокоды Lamoda Промокоды Мвидео Промокоды Яндекс Директ Промокоды Отелло Промокоды Aroma Butik Промокоды Яндекс Путешествия Постила Футбол сегодня
На информационном ресурсе Pikabu.ru применяются рекомендательные технологии