Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг»: Разработка новых материалов и технологий в целях импортозамещения и опережающего развития. Этап 2024 г.

Актуальность данного исследования обусловлена решением проблем импортозамещения, стоящих перед отечественной промышленностью, где огромную роль играет применение передовых технологий и разработка инноваций. Проводимые исследования объединяют совместными задачами науку, технику, производство, потребление, применение интеллектуальных ресурсов, создание высокотехнологичных производств, финансовую систему и приоритеты экономики. Фронтирные инженерные задачи в интересах высокотехнологичной промышленности с обеспечением импортозамещения: 1. Создание решения фронтирных задач (передовые цифровые и производственные технологии, новые материалы) в области развития строительной инфраструктуры в районах многолетних мерзлых грунтов, в том числе с применением композиционных материалов 2. Проработка новой нормативной технической документации для внедрения и применения разработанных продуктов и решений 3. Развитие кросс-отраслевого применения материалов в рамках решения задач по импортозамещению 4. Создание современных цифровых моделей эксплуатационных процессов (коррозионных, металлургических, трибологических и так делее) для оценки применимости материалов в рамках фронтирных задач В результате введённых ограничений против РФ у ряда предприятий возникла потребность в поставках материалов, используемых в процессе производства. Разрыв логистических цепочек привёл к потребности производства этих материалов в стране. Для сокращения сроков создания технологий производства необходимо использование цифровых инструментов как при проектировании, так и при сертификации. ПАО «Северсталь» является крупным производственным предприятием, и в рамках проекта планируется значительное расширение разработок новых продуктов (материалов). К работам планируется привлекать большое число магистрантов и аспирантов. В проекте будет уделено особое внимание разработке технологии производства зубьев ковшей экскаваторов для горнодобывающей техники. Для повышения износостойкости зубьев ковшей экскаваторов ПАО «Северсталь» будут выполнены работы: - анализ производства зубьев ковшей экскаваторов в МЦ ССМ «Тяжмаш», разработка предложений по повышению износостойкости зубьев; - моделирование влияния химического состава на работоспособность металла зуба; - адаптация оптимального химического состава и способов обработки зубьев, с учетом возможностей существующего оборудования; - разработка рекомендаций по выбору режима термической обработки металла зубьев с учетом экономической целесообразности; - исследований влияния дополнительной̆ обработки поверхности зуба на его износостойкость с определением глубины упрочненного слоя для каждого метода и с учетом экономической целесообразности применения подходов. В проекте будут исследованы вопросы разработки производственной технологии композитной сваи для использования в зонах Арктики и многолетних мерзлых грунтов и разработки мобильных композитных дорожных плит для освоения зон крайнего севера и Арктики. Основные результаты проекта: Усовершенствованные методы оценки качества, методики испытаний новых материалов и прогнозирование ресурса. Новые марки сталей для предотвращения коррозии нефтепромысловых трубопроводов и оборудования, в том числе композитных конструкций, полипропиленов, стеклопластиков и базальтопластиков. Технология производства зубьев ковшей экскаваторов для горнодобывающей техники; Технология композитной сваи для использования в зонах Арктики и многолетних мерзлых грунтов; Технология производства мобильных композитных дорожных плит для освоения зон крайнего севера и Арктики. «Композитная свая для арктических месторождений» Будут выполнены работы: - исследованы свойства полимерно-композитных материалов и условий эксплуатации сваи - определены технические характеристики выбранных материалов и основных параметров технологии производства. - выполнена разработка методики выбора материала - выбрана группа перспективных оптимальных материалов для проведения работ на основании результатов испытаний по согласованной методике -выбраны ключевые характеристики для проведения испытаний материалов и стандартов их определения (разработка программы испытаний). - проведен анализ работоспособности существующих решений - проведен анализ доступности компонентов (армирующих материалов, смол и добавок). - сформированы требования к полигону натурных испытаний и подготовка площадки в заданной климатической зоне - проведение предварительных лабораторных и натурных испытаний, имеющихся на рынке изделий - для предварительно выбранных составов – проведено исследование физико-механических и других свойств материалов - проведен анализ результатов испытаний: Выбор технологий изготовления сваи. - разработан эскиз проекта конструкции сваи. Разработана методика изготовления опытных образцов сваи. - разработана конструкция сваи - проведены испытания макетных образцов сваи в соответствии с согласованными методиками и условиями (в том числе в зоне многолетнемерзлых грунтов) - проведено сравнение эксплуатационных характеристик сваи в зависимости от технологии производства (намотка, пултрузия) и материалов. Сравнение сваи из полимерно-композитных материалов с аналогами из стали. - создана цифровая модель сваи для моделирования монтажа и эксплуатации сваи в вечномерзлых грунтах. - разработана конструкция наконечника, оголовка сваи и технологии скрепления. - проведены испытания материала наконечника, оголовка и элементов соединений наконечника и оголовка со сваей. - разработаны эскизно-технические решения по изготовлению сваи. - выбран оптимальный метод монтажа свай (в том числе цифровая модель). Проведены опытных работ по монтажу свай по выбранной методике в полевых условиях Арктического региона РФ. На этапе 2024 года будет проведена разработка моделей изделий, Сформирована программа лабораторных и натурных испытаний. Разработана программа прототипирования материалов в лабораториях СПбПУ.