Учёные из Новосибирского государственного университета представили программный комплекс «Николь-кристалл», созданный для моделирования и предсказания характеристик никелевых сплавов, которые активно используются в авиационной промышленности, энергетике и турбиностроении. Эта работа была выполнена в Центре компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами», который функционирует на базе НГУ при поддержке Фонда НТИ. Об этом CNews сообщили в университете.
Новое программное обеспечение даёт возможность заранее, ещё до начала лабораторных опытов, оценивать важнейшие физико-механические свойства сплавов, включая упругость, тепловое расширение и стойкость к экстремальным температурам. Такой подход способен ускорить создание инновационных материалов и сократить расходы на их тестирование.
«Наша цель — создание так называемых цифровых двойников материалов. Это цифровая копия реального вещества, которая учитывает максимально широкий спектр параметров, критически важных для его функционирования в определённых условиях», — отметил старший научный сотрудник Физического факультета НГУ, ведущий научный сотрудник Центра НТИ НГУ, доктор химических наук Даниил Колоколов.
Основное внимание в проекте уделено жаропрочным никелевым сплавам, применяемым, например, для изготовления лопаток авиационных и энергетических турбин. Эти материалы представляют собой сложные многокомпонентные системы, где содержание различных добавок может достигать десятков процентов. Поиск оптимального состава в таких случаях требует анализа огромного количества возможных комбинаций.
«Если технолог подбирает состав экспериментально, ему приходится проверять тысячи, а порой и десятки тысяч вариантов. Наша программа позволяет задать любой состав сплава и за сравнительно небольшое время получить прогноз его ключевых свойств, причём в комплексе, а не по отдельности», — пояснил исследователь.
«Николь-кристалл» базируется на методах атомистического моделирования и численных расчётах, основанных на фундаментальных физических законах. Алгоритмы программы были откалиброваны с использованием экспериментальных данных и информации из авторитетных международных баз, таких как Materials Project. Это даёт возможность моделировать системы, состоящие из десятков и сотен тысяч атомов, и получать достаточно точные оценки макроскопических свойств материала.
Как отмечают создатели, программа может применяться не только для анализа уже существующих сплавов, но и для конструирования совершенно новых составов.
«Мы исходим из базовой кристаллической структуры никеля и можем вводить легирующие элементы в любых пропорциях. По сути, программа позволяет «изобретать» новые сплавы с требуемыми характеристиками», — добавил Колоколов.
Разработка уже привлекла внимание промышленных предприятий, работающих с никелевыми материалами.
«Производителям подобных материалов крайне необходимы собственные, автономные средства для компьютерного моделирования, — отметил исследователь. — Иностранное программное обеспечение и информационные ресурсы в настоящее время зачастую оказываются недоступными, при этом ключевое значение имеет не только сама система, но и способность её модификации в соответствии со специфическими потребностями клиента».
Оформив регистрацию программного продукта в качестве интеллектуальной собственности, коллектив создателей продолжает совершенствовать его.
«Базовый набор функций уже реализован, однако дальнейший прогресс будет определяться сотрудничеством с промышленными компаниями. Мы стремимся развить этот инструмент до состояния, когда он окажется по-настоящему практичным и популярным в производственной сфере», — подчеркнул Колоколов.
