Ученые Московского физико-технического института в Долгопрудном создали компьютерную модель, которая может точно рассчитать, как именно лед ломается при ударе о корпус корабля. Эта разработка способна сократить дорогостоящие испытания и помочь строить более крепкие и безопасные ледоколы.
В Министерстве инвестиций, промышленности и науки Московской области уточнили, что исследование уже опубликовали в научном журнале Lobachevskii Journal of Mathematics. Об этом сообщает пресс-служба
«Лед — материал сложный. Под нагрузкой он ведет себя то как упругое стекло, то как пластилин, а затем внезапно крошится. То есть не просто ломается, а сначала деформируется и накапливает напряжение. Мы разработали подход, который позволяет учитывать эти эффекты с высокой точностью», — пояснил научный руководитель кафедры вычислительной физики МФТИ, профессор Игорь Петров.
Новая компьютерная модель учитывает ключевые стадии «поведения» льда. Основой для описания стала проверенная математическая модель Прандтля-Рейсса. Чтобы заставить компьютер решить эти сложные уравнения, ученые применили разрывной метод Гарелкина.
Кусок льда в программе разбит на множество мелких ячеек в форме тетраэдров. Обычно они скреплены друг с другом. Новый метод позволяет каждой ячейке вести себя независимо. Когда в цифровом льду, согласно расчетам, должна возникнуть трещина, программа меняет правила взаимодействия между соседними ячейками, словно разрезая связь между ними. Так трещина и появляется в модели.
Ученые уже проверили разработку на двух классических задачах: при быстром ударе с большой силой и медленном продавливании льда тяжелым предметом.
В будущем исследователи планируют усовершенствовать модель, чтобы она учитывала, как на прочность льда влияют его соленость и температура.
Автор: Елизавета Теличенко