Композиты произвели революцию во многих отраслях промышленности и стали часто использоваться в высокотехнологичных изделиях, которые при малом весе должны обладать высокой стойкостью к механическим нагрузкам.
– Благодаря таким свойствам, композиты могут применяться практически во всех отраслях промышленности. Например, в современной ракетно-космической отрасли повсеместно используются новые материалы и технологии. Мировое авиастроение в настоящее время активно осуществляет переход от металлов к композитным материалам. Крупнейшие авиастроительные корпорации, такие как Boeing, Airbus, «Сухой», «Иркут», при производстве деталей заменяют алюминий и другие материалы на высокоэффективные композиты низкой плотности, чтобы снизить массу своих самолетов. Современные композиты применяются при производстве пассажирских и грузовых поездов. Также эти материалы широко используются в производстве спортивного снаряжения – например, для изготовления лыжных палок, ракеток для тенниса и бадминтона, велосипедных рам, – рассказывает Михаил Жихарев.
Молодые учёные работают с композитными материалами, определяют их механические характеристики, проводят расчёты. Суперкомпьютерные мощности ЮУрГУ, его научный потенциал и современные лаборатории позволяют решать самые сложные задачи.
– Мы занимаемся разработкой средств для индивидуальной и коллективной защиты, таких как бронежилеты, щиты, бронирование легкой техники. Тема моих научных интересов связана с изучением поведения керамо-композитных структур при баллистическом ударе. Это требует умения моделировать быстротекущие высоконелинейные процессы деформирования и разрушения материалов, – говорит инженер-исследователь Олег Кудрявцев.
Параллельно Михаил Жихарев занимается ремонтными работами. Одно из его изобретений – это технологии ремонта с помощью ультразвука.
– Мы проводим баллистические испытания и оцениваем повреждения композитного материала. Потом переходим к этапу моделирования и проводим расчеты, так как баллистические эксперименты очень дороги и занимают продолжительное время, – объясняет Михаил. – На простых экспериментах отрабатываем модели, потом их расширяем и используем для поиска наилучшей комбинации материалов. Затем проводим верификационные испытания. Это дает возможность обойтись без длительного промежуточного этапа работы. Также я занимаюсь тем, что оцениваю остаточную прочность материалов после баллистических повреждений. Важно знать, насколько она снизилась, особенно если разрушения не видны под слоем краски, потому что прочность всей конструкции в результате удара может значительно уменьшиться даже при небольших повреждениях.
В 2014 году Олег Кудрявцев и Михаил Жихарев в составе группы учёных Южно-Уральского государственного университета выиграли грант Российского научного фонда «Разработка ударостойких композитных материалов и конструкций для плавающих бронеавтомобилей». Общей целью являлось создание предэскизного проекта плавающего автомобиля с броней из керамики и полимерных волокнистых композитов. Предполагалось, что автомобиль будет модульным, с секциями из сэндвич-структур с легким заполнителем, обеспечивающими гашение энергии пуль и конструктивную жесткость. За время работы над грантом молодые ученые разработали методики расчета всех элементов автомобиля, создали модели поведения керамо-композитных материалов при ударе и полную 3D модель этого автомобиля со всеми агрегатами.
Исследователи ведут активную публикационную деятельность: за последние четыре года у них вышло несколько статей в трех журналах, входящих в Top-10% по версии Scopus: International Journal of Impact Engineering, Materials and Design и International Journal of Mechanical Sciences. Молодые учёные ЮУрГУ планируют продолжать научную деятельность в данной сфере, так как это перспективное направление имеет огромное значение для развития отечественной промышленности.
В 2016 году Олег Кудрявцев и Михаил Жихарев стали победителями конкурса «Поддержка молодой науки», проведенного в Южно-Уральском государственном университете в рамках Проекта 5-100.