Hindiya texnologiya instituti (IIT) xodimlari Haragpurdagi olimlar o'zini tiklay oluvchi materiallarning shikastlanishlarni mustaqil tuzatish qobiliyatini bashorat qilish imkonini beradigan tezkor matematik vositani yaratdilar. Ushbu ishlanma uzoq umrli materiallarni loyihalash bilan shug'ullanuvchi muhandislar ishini sezilarli darajada soddalashtiradi.
O'zini tiklay oluvchi materiallarning ishlash prinsipi
Biologik tizimlar, masalan, kesilgan joydan keyin qopqoq hosil bo'lish jarayonidan ilhomlangan o'zini tiklay oluvchi yoki 'aqlli' materiallar jarohatdan so'ng o'zining mexanik mustahkamligini tiklash uchun mo'ljallangan. An'anaviy ravishda bunday materiallar suyuq tiklovchi agent bilan to'ldirilgan mikroskopik kapsulalar yoki kichik qon tomirlari tizimlarini o'z ichiga oladi. Yiqilish yuzaga kelganda va bu mikrokanallar yorilganda, suyuqlik bo'shliqqa kirib, qattiqlashib, materialni qayta yopishtiradi.
Bu yoriqni to'ldirish jarayoni kapilyar effektga bog'liq — suyuqlikning tabiiy singishi. Biroq, bu tabiiy kuch katta shikastlangan hududlarni to'ldirish yoki bir joyga suyuqlikni ko'p marta yetkazib berish uchun yetarli darajada kuchli emas.
Samaradorlikni oshirish usuli
Bu kamchilikni bartaraf etish uchun zamonaviy muhandislar bu mikroskopik tarmoqlardagi suyuqlikka bosim qo'llashni boshladilar. Yaqinda nashr etilgan tadqiqotda olimlar parallel silindrli kanallar bilan to'ldirilgan rezina kabi elastik polimer bo'lgan elastomerga e'tibor qaratdilar. Materialdan foydalanishdan oldin, bu rezina matritsasining tashqi chegarasi siqiladi, bu esa ushlab turilgan suyuqlikda bosim hosil qiladi.
Jiddiy shikastlanish yuzaga kelganda, masalan, kanallar keskin kesilganda, bosim birdan chiqariladi. Siqilgan rezina tezda asl shakliga qaytib, nasos vazifasini bajaradi va tiklovchi suyuqlikni kanallardan bevosita shikastlangan zona tomonga tezda chiqaradi.
Jarayonni matematik modellashtirish
Chiqayotgan suyuqlik miqdori va tezligini aniq hisoblash juda murakkab, chunki bunga suyuqlik va tuzilma o'zaro ta'siri kabi murakkab fizika sohasi ma'lumotlari talab qilinadi. Kichik kanallar devorlari suyuqlik harakatlanayotgan paytda faol ravishda shaklini o'zgartiradi va siqiladi, bu esa oqim tezligiga ta'sir qiladi. Bu muammoni hal qilish uchun tadqiqotchilar jamoasi energiya saqlanish qonuniga asoslangan matematik asosni taklif qildi.
Ular siqilgan rezinada saqlanadigan energiyani, elastik energiya deb ataladigan, hisobladilar va uni viskoz suyuqlik kanal orqali chiqishda yo'qotiladigan ishqalanish energiyasi bilan matematik jihatdan solishtirdilar. Rezina-suyuqlik chegarasi vaqt o'tishi bilan qanday bo'lib ketishini kuzatib borish orqali ular suyuqlikni yetkazib berishning aniq tezligi va hajmini aniqlashga erishdilar.
Yangi yondashuvning afzalliklari
Avval olimlar bu dinamik jarayonlarni simulyatsiya qilish uchun murakkab va juda resurs talab qiladigan uch o'lchovli kompyuter dasturlariga tayanishlari kerak edi. Bunday virtual tajribaning bittasini ishga tushirish ulkan hisoblash quvvati va vaqtni talab qilardi. Yangi matematik usul talab qilingan yuqori aniqlikka erishadi, ammo tegishli sonli simulyatsiyalarga nisbatan kamida ming barobar tezroq ishlaydi.
Bu muhandislarga mikrokanallarning radiusi, rezinaning qattiqligi yoki suyuqlik qalinligi kabi o'zgaruvchilarni real sharoitlarda materialning xatti-harakatini ko'rish uchun darhol o'zgartirish imkonini beradi, bu esa tadqiqot va ishlab chiqishning cheksiz soatlarini tejaydi.
Cheklovlar va qo'llash istiqbollari
Biroq, matematik model murakkab fizikaga kiritilgan soddalashtirishlar bilan bog'liq ba'zi cheklovlarga ega. Hozirgi vaqtda freymvork tiklovchi agent standart Nyuton suyuqligi ekanligini faraz qiladi, ya'ni suv kabi bir tekis oqadi, ketchap kabi bosim ostida qalinlashmaydi. Shuningdek, atrof-muhit rezina matritsasi mukammal bir xil va elastik hamda chiziqli tarzda harakat qilishi taxmin qilinadi. Bundan tashqari, matematika suyuqlik chiqayotgan paytda kanalning ma'lum qismlari bir xil chiziq bo'ylab torayotgani haqidagi farazga tayanadi, bu esa tadqiqotchilar tomonidan dastlabki kompyuter modellari asosida tekshirilgan.
Bunga qaramay, bu yuqori tezlikdagi vositadan keng ko'lamli va juda foydali amaliy qo'llash mavjud. Polimer materiallar yengilligi va sozlash imkoniyati tufayli hamma joyda ishlatiladi, ammo ular vaqt o'tishi bilan sezilmaydigan mikro-yorilish va charchoqqa moyil. Agar shamol turbinasining qanotida yoki tijorat samolyotining struktural elementida yashirin yoriq paydo bo'lsa, bu birdaniga fojiaviy nosozlikka olib kelishi va odamlarning hayotiga xavf tug'dirishi mumkin.
Mustahkam, bosimli o'zini tiklay oluvchi materiallarni ishlab chiqish ancha oson va tezlashgani sababli, bu tadqiqot yanada xavfsiz aerokosmik komponentlar, uzoq umrli elektronika va barqaror infratuzilma yo'liga ochiladi. Ularning xatti-harakatini tez va aniq modellashtirish moliyaviy xarajatlarni kamaytirishga, sanoat plastik chiqindisini kamaytirishga va insoniyatning atrof-muhitga umumiy yukini yengillashtirishga yordam berishi mumkin.