В январе в рамках республиканской коллегии минстроя в КГАСУ открылся научно-образовательный центр международного уровня «Долговечность — Озакка чыдамлык» с участием раиса Республики Татарстан Рустама Минниханова, министра строительства и ЖКХ РФ Ирека Файзуллина, мэра Казани Ильсура Метшина, министра строительства, архитектуры и ЖКХ Республики Татарстан Марата Айзатуллина, президента АН Республики Татарстан Рифката Минниханова, министра образования и науки Республики Татарстан Ильсура Хадиуллина и др. Профессор КГАСУ, академик АН Республики Татарстан Альфред Сулейманов рассказал «БИЗНЕС Online» об истории создания научного направления по прогнозированию долговечности строительных материалов и конструкций и о роли центра в решении этих задач.
Музей истории КГАСУ и НОЦ «Долговечность — Озакка чыдамлык» — соседи
«Мы разработали методологию ускоренной оценки надежности и долговечности»
— Альфред Мидхатович, давно ли вы в науке и что вас привело в эту научную тематику?
— Еще будучи студентом КИСИ (ныне КГАСУ), я работал в лаборатории нелинейной механики оболочек Казанского физико-технического института (филиал АН СССР). Там, несмотря на молодость, мне доверяли экспериментальные работы: изготовление моделей оболочек, их тензометрирование под различными режимами напряженно-деформированного состояния и многое другое. Окончив КИСИ, я пришел в научную группу Валерия Николаевича Куприянова, которого считаю своим учителем. Тогда в его лаборатории только начинали зарождаться работы по разработке методик для моделирования условий эксплуатации и прогнозированию работоспособности оболочек из композиционных материалов. Меня эта научная тема очень увлекла, поскольку любая созданная нами методика требовала для ее реализации разработки уникального аппаратурного обеспечения для моделирования условий эксплуатации изделия, а создание новой экспериментальной установки и сейчас для меня является чрезвычайно интересной научно-технической задачей.
— Расскажите о методологии и научных основах создания строительных материалов и конструкций с прогнозируемой долговечностью.
— Если коротко и популярно — в процессе эксплуатации на материал или конструкцию действуют различные эксплуатационные факторы, в том числе механическая нагрузка, температура, УФ-радиация солнца, вода и жидкие агрессивные среды.
Достоверную информацию о работоспособности строительных материалов и конструкций можно получить методами их экспозиции в натурных условиях эксплуатации. Однако такой подход требует длительного времени, соизмеримого со сроками службы изделия (15–20 лет).
В целях создания инструментария по прогнозированию надежности и долговечности различных материалов и конструкций и, таким образом, обеспечения безопасности их эксплуатации нами разработана методология по ускоренной оценке их надежности и долговечности в заданных условиях эксплуатации по форсированным лабораторным режимам испытаний.
В основе разработанной методологии лежит принцип трансформации энергетических значений факторов, ответственных за деградацию и разрушение материалов и конструкций, в адекватные лабораторные режимы ускоренных испытаний.
Динамические нагрузки тоже входят в методику испытаний на долговечность
Здесь определяющим является максимальное сокращение времени испытания при обеспечении единства механизма процессов старения и разрушения материалов и конструкций в натурных и ускоренных лабораторных условиях.
При этом испытание на надежность и долговечность входит в общую концепцию синтеза материалов и конструкций, который представляет из себя цикл, включающий:
- создание цифрового двойника материала или конструкции (с их валидацией и верификацией) и проведение численных экспериментов по оптимизации структуры и состава материала для заданных условий эксплуатации;
- создание физических моделей образцов (конструктивно подобных) двойника материала или конструкции на основе разработанных виртуальных моделей;
- испытание созданных моделей образцов двойника материала или конструкции по разработанным режимам ускоренных климатических испытаний на воздействие эксплуатационных факторов в заданном климатическом районе;
- проведение структурных исследований по выявлению механизмов старения и разрушения двойника материала или конструкции в заданных условиях эксплуатации и, таким образом, определение «слабых мест» в структуре и составе созданного композита;
- последующая оптимизация структуры цифрового двойника материала или конструкции по выявленным недостаткам структуры и ошибкам проектирования нового композита;
- проведение повторных циклов до полной оптимизации состава и структуры двойника материала или конструкции с заданной долговечностью.
Год назад здесь все было не так содержательно и атмосферно. Единомышленники у стенда с материалами, потерявшими качество
В новом центре студенты КГАСУ будут нарабатывать востребованные компетенции
— Какие прикладные задачи решались вашей научной группой?
— Вначале хотел бы сказать, что в настоящее время ежегодные потери от промышленной аварийности, связанной с разрушением материалов и конструкций, составляют 3–6% мирового ВВП. Причиной является в том числе отсутствие надежного прогностического инструментария. Поэтому важность этой научной работы очевидна.
Скажу о нескольких серьезных проектах, которые были реализованы нашей группой. На основе выработанной методологии по заданию различных предприятий разработано более 30 методик, в том числе государственные стандарты и стандарт организации, а также аппаратурное обеспечение по ускоренной оценке надежности и долговечности различных материалов и конструкций:
- методика и установка прогнозирования долговечности внутренней обшивки космической станции «Мир» (заказчик — НПО «Энергия»);
- методика и установка прогнозирования долговечности воздухоопорных сооружений (заказчик — Загорский филиал НИИРП);
- методика определения гарантийного срока хранения спасательных плотов типа ПСН (заказчик — Уфимский завод РТИ);
- расчет срока службы взлетно-посадочной полосы аэропорта Казань (заказчик — ФГУП «Администрация гражданских аэропортов (аэродромов)»);
- методика и запатентованная установка для прогнозирования долговечности пакеров (устройство для разобщения пластов в скважине при нефтедобыче) (заказчик — АО «КВАРТ»);
- методика и оценка долговечности герметизирующих стыков блоков обделки метро (заказчики — МУП «Казметрострой» и АО «КВАРТ»).
Кстати, мои коллеги (группа Р.З. Рахимова) участвовали в разработке технологии производства блоков обделки казанского метро. Был запроектирован состав бетона, который по своим характеристикам превышал проектные значения, а также были отработаны требования к качеству применяемых материалов. Сегодня нами проводится мониторинг ресурса блоков обделки метро, включающий оценку прочности, деформаций и состояния бетона, с использованием прогнозных функций.
В климатических камерах моделируются искусственные климатические факторы
— А с чем связана необходимость появления нового центра «Долговечность — Озакка чыдамлык» и что он собой представляет?
— Наша лаборатория исторически располагалась в нашем кампусе на улице Ершова. Но, во-первых, площадей стало не хватать, а во-вторых, в рамках парадигмы практико-ориентированного образования было необходимо, чтобы центр располагался в главном кампусе, где в основном проходят занятия студентов.
Хочу отметить, что идея создания центра «Долговечность — Озакка чыдамлык», как и большинства других, и его основная концепция принадлежат нашему ректору Рашиту Курбангалиевичу Низамову, который был мотором нашей команды.
Площадь центра примерно 500 квадратных метров. Состоит из трех локаций:
- ускоренных климатических испытаний;
- технологии изготовления материалов, изделий и конструкций;
- цифрового моделирования материалов, изделий и конструкций.
Научно-образовательный центр, все его локации имеют хорошее оснащение испытательным оборудованием, приборами и программными продуктами: климатические камеры (разработанные по нашему техническому заданию), где моделируются искусственные климатические факторы, которые оснащены программным обеспечением, что позволяет задавать сложные, многошаговые режимы испытаний; установка для воспроизведения динамических механических нагрузок; камера соляного тумана; прессы и разрывные машины, установка для инфузионного формования композитов; смесители; пропарочная и сушильная камеры и др. В исследованиях широко применятся нейросети, искусственный интеллект.
Спасибо за помощь минстрою республики и индустриальным партнерам и особенно девелоперской компании «Унистрой».
Одним из индустриальных партнеров нашего проекта выступила девелоперская группа «Унистрой»
— Какие задачи стоят в ближайшей перспективе?
— В ближайшей перспективе планируется создание полигона для ускоренных и натурных испытаний в нашем лагере на реке Меше. Для реализации этого проекта нами совместно с НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ по заданию минпромторга РФ разработан проект «Национальная сеть климатических центров, станций и площадок».
Ну и, конечно, в полной мере задействовать центр в учебном процессе и дать студентам конкурентные на международном уровне компетенции. Ведь они будущее Татарстана и нашей России!
