Concordia: 3D-модель напряжений у надрезов в шесть раз быстрее нелинейного расчёта на стальном образце

Айхан Инс, профессор кафедры машиностроения, промышленной и аэрокосмической инженерии школы Gina Cody Университета Конкордия, разработал трёхмерную расчётную модель для металлических деталей при повторяющихся нагрузках. Согласно релизу, опубликованному на EurekAlert 4 ноября 2026 года, модель рассчитывает деформацию металла в объёме вокруг отверстий, канавок и других геометрических переходов. В компьютерном сравнении на сравнительно простом стальном стержне с надрезом расчёт занял 4,5 минуты, а более детальная нелинейная симуляция с учётом остаточной деформации потребовала 28 минут. Это примерно в шесть раз быстрее. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Почему важна область под поверхностью

Мелкие элементы, например отверстие в оси автомобиля, при повторяющихся нагрузках становятся точками высоких напряжений, где развиваются усталостное повреждение и трещины. Деталь может растягиваться, сжиматься, изгибаться и скручиваться, иногда одновременно. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Упрощённые методы, созданные за десятилетия, эффективно считают отклик материала в таких критических точках, но предсказывают только то, что происходит на поверхности. Детальные нелинейные симуляции показывают окружающий материал, но требуют значительных вычислительных ресурсов, особенно при множестве историй нагружения, материалов или вариантов конструкции. Инс объединил несколько механических моделей в одну схему, которая считает распределение сил и деформацию металла во всей трёхмерной области рядом с критическим местом. Она работает и тогда, когда одновременно действуют несколько видов нагрузки, меняющихся во времени. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Дэниел Куявски из Университета Западного Мичигана, не участвовавший в работе, назвал её «важным вкладом в продвинутый анализ надрезов». По его словам, метод «даёт потенциальный мост» между расчётами в отдельных точках и оценкой повреждений в окружающем материале. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Объём проверки и дальнейшие шаги

Авторы сравнили модель с детальными нелинейными симуляциями для одного стального материала и одного стержня с надрезом при трёх схемах нагружения. Полные нелинейные расчёты усложняются с ростом размера модели и сложности нагрузок, поэтому Инс ожидает ещё большего выигрыша для крупных деталей. Это ожидание пока не проверено. eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗

Команда планирует изучить другие материалы и геометрии и проверить прогнозы в физических экспериментах. Эти испытания покажут, насколько широко метод применим к реальным деталям. Работа опубликована в журнале Theoretical and Applied Fracture Mechanics (DOI 10.1016/j.tafmec.2026.105851). eurekalert.orgEurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗