Ученые из Новосибирска разработали цифровой инструмент проектирования материалов для авиации и энергетики

В Новосибирском государственном университете создали программу для моделирования и прогнозирования свойств никелевых сплавов, используемых в авиации, энергетике и турбинах. Она позволяет заранее оценивать основные физико-механические свойства сплавов, такие как упругость, температурное расширение и термостойкость, без проведения экспериментов. Это ускоряет процесс разработки новых материалов и снижает расходы на их тестирование.

«Мы решаем задачу создания так называемых цифровых двойников материалов. Речь идет о цифровой реплике реального материала, которая учитывает максимально возможное число параметров, важных для его работы в конкретных условиях», — рассказал старший научный сотрудник физического факультета НГУ, ведущий научный сотрудник Центра НТИ НГУ, доктор химических наук Даниил Колоколов.

В фокусе проекта — жаропрочные никелевые сплавы, из которых изготавливают, в частности, лопатки авиационных и энергетических турбин. Эти материалы представляют собой сложные многокомпонентные системы, где добавки различных элементов могут составлять десятки процентов состава. Подбор оптимального сочетания компонентов в таких случаях требует перебора огромного числа вариантов.

«Если технолог подбирает состав экспериментальным путем, ему приходится проверять тысячи, а иногда и десятки тысяч комбинаций. Наша программа позволяет задать произвольный состав сплава и за относительно короткое время получить прогноз его основных свойств, причем в комплексе, а не по одному параметру», — объяснил ученый.

Программе дали название «НИКОЛЬ-кристалл». Основана она на методах атомистического моделирования и численных расчетах, опирающихся на фундаментальные физические законы. Алгоритмы программы откалиброваны с использованием экспериментальных данных и данных из авторитетных международных баз, таких как Materials Project. Это позволяет моделировать системы, состоящие из десятков и сотен тысяч атомов, и получать достаточно точные оценки макроскопических свойств материала.

По словам разработчиков, программа может использоваться не только для анализа уже существующих сплавов, но и для проектирования принципиально новых составов. «Мы начинаем с базовой кристаллической структуры никеля и можем добавлять легирующие элементы в произвольных соотношениях. Фактически программа позволяет «придумывать» новые сплавы с заданными характеристиками», — отметил Даниил Колоколов.

Ученые сообщают, что разработка уже вызвала интерес у промышленных компаний, работающих с никелевыми материалами.