Мы привыкли к тому, что дефекты - это что-то плохое, но на самом деле ими просто нужно уметь правильно пользоваться. Поведение материалов с различными повреждениями изучают в лаборатории механики неупорядоченных сред Института гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН, которая была создана по мегагранту в 2017 году.

Конкурс мегагрантов, инициированный Правительством РФ в 2010 году, направлен на финансовое обеспечение и стимулирование развития науки. Обязательное условие проекта - возглавить его должен влиятельный зарубежный ученый. Целями мегагрантов считается создание лабораторий, способных конкурировать с ведущими лабораториями мира, и трансфер в экономику перспективных разработок.

- Дефекты, пусть даже небольшие, есть во всех видах материалов: это становится причиной их сложного механического поведения, - рассказывает руководитель проекта, сотрудник лаборатории физики Высшей Нормальной школы Лиона (Франция) Стефан Сантуччи. - Идея нашей работы в том, что если мы очень хорошо знаем структуру объекта, то можем рассматривать его в более крупных масштабах. Для этого нужно подробно охарактеризовать материалы, узнать все об их дефектах и научиться с ними взаимодействовать.

Возьмем, к примеру, кусок скалы. При определенной нагрузке его часть в какой-то момент отломится, а получившийся скол будет иметь шероховатую поверхность - это связано с микротрещинами, которые изначально были в породе. Как именно будет распространяться разлом - большой вопрос для ученых.

- Линии, по которым идет фронт разрушения, не бывают прямыми, - объясняет заместитель директора ИГиЛ СО РАН по научной работе доктор физико-математических наук Евгений Валерьевич Ерманюк. - Динамика этого процесса очень сложна: трещина продвигается рывками, а их статистика похожа на турбулентность. Каждый маленький рывок - это скачок, функционирующий, как маленькая лавина, причем скорость продвижения таких микролавин на небольших расстояниях вдоль фронта трещины отличается в разы. Но самое интересное, что данные, которые мы получаем, экспериментируя с небольшими моделями, могут быть применимы и к объектам колоссальных размеров, таких как литосферные плиты. Например, наблюдаемая в экспериментах Стефана Сантуччи статистика очень напоминает статистику землетрясений.

По словам Стефана Сантуччи, у лаборатории есть связи и с коллегами-биологами: дело в том, что даже раны в живых организмах заживают схожим образом, теми же условными "рывками" - то есть используемые методы позволяют работать с совершенно разными объектами. Это приводит к тому, что фундаментальное исследование, направленное на экспериментальное и теоретическое изучение сложных сред с неупорядоченной структурой, может стать заделом для самых разнообразных технологических решений.

Всего в проекте задействованы тридцать человек, работающих над разными задачами. Одна из групп исследует течение пен: сегодня не существует моделей, которые полностью описывали бы их сложную и необычную реологию, а ведь это важно, например, для пожаротушения. Другой коллектив изучает гемодинамику - движение крови в сосудах головного мозга - и сотрудничает со специалистами Национального медицинского исследовательского центра им. академика Е.Н. Мешалкина, иногда даже принимая участие в операциях.

Третье важное направление деятельности созданной по мегагранту лаборатории - разработка математических моделей, описывающих процессы при гидроразрыве пласта, с помощью чего в нефтегазовой промышленности увеличивают интенсивность добычи углеводородов. Суть метода заключается в том, что в скважину закачивается специальный гель при высоком давлении (это вызывает появление трещины в нефтеносном пласте), и затем туда на определенном этапе примешивается проппант (песок). Когда давление сбрасывается, стенки трещины смыкаются на обладающей высокой проницаемостью прослойке проппанта, и образуется канал для притока нефти.

Цель ученых состоит в создании программного обеспечения, которое будет на основе данных о геологии скважины и реологии геля рассчитывать все необходимые параметры гидроразрыва и сделает процесс наиболее эффективным. Еще несколько лет назад эту работу в России проводили зарубежные сервисные компании, но санкции сильно затруднили такое сотрудничество - именно поэтому возникла необходимость в создании отечественных технологий. Благодаря востребованности тематики и научным наработкам директор ИГиЛ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Валерьевич Головин смог привлечь дополнительное финансирование со стороны государства и нефтяных компаний.

Несмотря на то, что Стефан Сантуччи - самый молодой руководитель лаборатории, созданной по мегагранту (на момент начала проекта ему было 39 лет), у ученого уже есть опыт работы с прикладными задачами. Так, несколько лет назад он сотрудничал с косметической фирмой L'Oréal.

- К моему американскому коллеге пришли с вопросом "Можете ли вы создать гель, который на 50 % будет состоять из газа и при этом оставаться стабильным годами?". У него не было на тот момент никаких четких идей, но он ответил "Да, конечно!", - вспоминает Сантуччи. - В итоге мы придумали процесс "капсулирования пузырьков": то есть некую "механическую раковину" вокруг пузырей, которая их стабилизирует и препятствует росту больших пузырьков за счет более мелких благодаря разнице внутренних давлений. Это интересный продукт с точки зрения физики и химии, и он может быть использован не только в косметической промышленности, но и во многих других областях!

Стефан - специалист в области динамики деформации, течения и разрушения неупорядоченных сред, имеющих внутренние дефекты, поэтому тематика лаборатории совпадает со сферой его научных интересов. По словам ученого, основное преимущество мегагранта в том, что он освобождает от необходимости постоянно заниматься поисками финансирования и дает возможность сосредоточиться на самом исследовании.

- Я не могу сказать, что моя работа в России чем-то отличается от обычной, ведь я занимаюсь тем же, чем и всегда: провожу эксперименты, ищу ответы, - рассказывает Стефан Сантуччи. - Конечно, у нас есть некоторые трудности: например, я не говорю по-русски. Зато здесь многие знают английский, поэтому мы легко понимаем друг друга. Нам также пришлось столкнуться с бюрократическими проблемами, но в остальном все в порядке. Для меня это скорее захватывающе - некоторый вызов, приключение. Дело в том, что большую часть работы ученого составляют поездки на конференции, дискуссии с людьми со всего мира: искать и сравнивать новые идеи, подходы - часть нашей работы. Да, мы часто спорим, не соглашаемся, но это путь к открытиям.

Наталья Бобренок

Источники

О пользе дефектов
Наука в Сибири (sbras.info), 26/12/2017

Похожие новости

  • 21/09/2018

    В Новосибирске построят «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике»

    В рамках проекта «Академгородок 2.0» сибирские ученые предлагают построить центр коллективного пользования «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике».
    80
  • 07/09/2017

    Юбилей ИГиЛ СО РАН собрал научный форум

    В новосибирском Академгородке проходит Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы механики сплошных сред и физики взрыва», посвященная 60-летию Института гидродинамики им.
    1032
  • 28/04/2017

    Новосибирские ученые предложили агрегат для трамбования грунта

    ​На международном форуме "Городские технологии" директор Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Головин презентовал гидравлические молоты и агрегат для глубокого трамбования грунта, которые могут использоваться для городского строительства.
    891
  • 24/08/2018

    Дмитрий Маркович: наш проект нацелен на обеспечение лидерства в области аэрокосмических технологий

     Междисциплинарный исследовательский комплекс аэрогидродинамики, машиностроения и энергетики, который инициирован в рамках проекта «Академгородок 2.0» несколькими ведущими академическими институтами Новосибирского научного центра СО РАН, поможет специалистам решать научные проблемы, связанные со всеми стихиями: воздухом, огнем, землей и водой.
    201
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    1695
  • 29/08/2016

    Российские ученые первыми испытали детонационный ракетный двигатель

    ​Россия первой успешно испытала детонационный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) нового поколения на экологически чистом топливе, сообщает Фонд перспективных исследований (ФПИ)."Специализированная лаборатория "Детонационные ЖРД", созданная ФПИ в 2014 году на базе НПО "Энергомаш" - ведущего российского предприятия космической отрасли, провела первые в мире успешные испытания полноразмерного демонстратора детонационного жидкостного ракетного двигателя на топливной паре кислород-керосин", - говорится в сообщении фонда.
    1394
  • 21/09/2018

    Новосибирские ученые будут бороться с кавитацией

    ​Ученые рассчитывают, что им удастся вовлечь в проект частных инвесторов, заинтересованных в решении этой проблемы. - Кавитация - это процесс образования и схлопывания пузырьков, которые возникают когда вода обтекает гидрокрылья.
    78
  • 03/02/2018

    Ученые новосибирского Академгородка представили новейшие достижения СО РАН

    ​​Перед Днем российской науки-2018 три крупнейших института СО РАН – Институт ядерной физики им. Будкера, Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт гидродинамики им. Лаврентьева  – открыли свои двери для посетителей.
    1012
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    2265
  • 31/01/2018

    Два института СО РАН в Новосибирске запустили совместный суперкомпьютер

    Исследования в лаборатории механики неупорядоченных сред, созданной благодаря мегагранту в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, требуют сложных и трудоемких вычислений. Для их проведения НИИ приобрел новейший суперкомпьютерный кластер — его работу будут обеспечивать специалисты Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.
    440