26-летний ученый еще только планирует защитить диссертацию на тему «Исследование характеристик сопротивления усталости материалов и расчет ресурса конструкций при асимметричном случайном нагружении», но на региональном уровне его разработки уже признаны академическим сообществом. В рамках Проекта 5-100 молодой ученый выиграл грант конкурса «Поддержка молодой науки – 2016» и опубликовал несколько научных статей, две из которых – в журналах топ-50% Scopus. Сегодня аналогичные изыскания в России больше никем не проводятся, однако они, по мнению инженера-исследователя, необходимы: для того, чтобы продлить срок службы самолетов, автомобилей и поездов, нужно определить усталостные характеристики материала и просчитать его разрушение при воздействии вибрационных сил.
– Абсолютно на все конструкции, будь то автомобиль, летательный аппарат или морское судно, воздействуют вибрации разной интенсивности, – рассказывает Алексей Ерпалов. – Возьмем для примера автомобильный транспорт: при езде по асфальту на машину будут влиять незначительные вибрации, а вот на грунтовой дороге – уже более серьезные. Длительное воздействие вибраций вызывает в конструкциях качественные изменения, чаще всего – усталостного характера. Это означает, что рано или поздно конструкция разрушится. Чтобы заранее просчитать, когда это может произойти, существуют различные методики оценки усталостной долговечности. Один из параметров, влияющих на долговечность, – асимметрия нагружения, которую я и исследую в диссертационной работе.
Проблематикой усталостной долговечности материалов занимались в советские времена такие авторитетные ученые и преподаватели университета как Л.А. Шефер, Н.И. Гриненко, И.Г. Завалич, В.Г. Ежов и другие. Однако тогда, на аналоговой технике, при отсутствии современных ЭВМ невозможно было производить расчеты с необходимой точностью. Сегодня в ЮУрГУ для лаборатории «Экспериментальная механика» закуплены современные электродинамические вибростенды различной мощности, которые дают возможность проводить самые сложные испытания и моментально их оцифровывать.
– Современная наука шагнула далеко вперед, в мире появилась новая электроника, новые разработки, совершенное компьютерное оборудование, которое позволяет намного точнее проводить расчеты и вычислять допущения, по сравнению с тем, что было в советское время. Нужно учесть и современные тенденции к уменьшению материалоемкости и эргономичности конструкций. К примеру, если материал автомобиля легче, значит, машина экономичней, меньше уходит бензина. Однако при этом легкая конструкция должна быть прочной, причем выдерживать не только удары, но и длительные вибрации. Все мои исследования имеют прикладной характер и направлены на повышение точности расчета долговечности конструкций. На их основе мы даем рекомендации, которые в дальнейшем могут быть использованы производителями для совершенствования моделей, – уточняет Алексей Ерпалов.
Разработки молодого ученого успешно применяются в ГРЦ имени Макеева (входит в структуру Роскосмоса), с которым он сотрудничает уже более года. Кроме этого, методики оценки можно внедрять на предприятиях по производству гражданской техники, в авиастроении, судо- или автомобилестроении – например, для повышения долговечности и надежности легковых или грузовых автомобилей.
– Уникальность исследования в том, что основное внимание уделяется асимметричной случайной нагрузке, – подчеркивает инженер-исследователь. – По сути, такие испытания мы можем провести для любой компании, исследовать ее образцы и получить усталостные характеристики материала. Однако сами по себе исследования довольно дорогостоящие: чтобы собрать статистическую базу всего одного вида материала, нужно протестировать его на пяти-шести уровнях нагрузки, сломать около сотни образцов. Только крупные промышленные предприятия могут себе это позволить.
Для каждого испытания Алексей Ерпалов написал и зарегистрировал уникальные программы для ЭВМ. В ближайших планах молодого ученого защитить диссертацию, написанную под руководством доктора технических наук, профессора Леопольда Анатольевича Шефера, вести преподавательскую деятельность на кафедре летательных аппаратов и продолжить научные изыскания по теме, которую, по словам исследователя, можно изучать всю жизнь и результаты которой будут всегда полезны обществу.
