Суперкомпьютеры в НИУ БелГУ помогли в создании высокопластичного титана
Компания «Т-Платформы» сообщила об использовании численного моделирования на суперкомпьютерах «T-Edge 32» и «Нежеголь» в НИУ «БелГУ» в работах по созданию нового биосовместимого нанокристаллического титана.
Новейший высокопроизводительный вычислительный комплекс «Нежеголь», разработанный компанией «Т-Платформы», был введён в эксплуатацию в Белгородском государственном национальном исследовательском университете (НИУ «БелГУ») в апреле 2012 г. С его помощью проводятся научно-практические исследования наноматериалов, предназначенных для создания стоматологических и ортопедических имплантов с улучшенной биосовместимостью, и проектируются новые промышленные материалы с заданными свойствами. Важным результатом работы учёных стала существенная экономия бюджетных средств на проведении дорогостоящих натурных экспериментов при создании нового биосовместимого нанокристаллического титана посредством их замены численным моделированием на суперкомпьютере.
Для изготовления стоматологических и ортопедических имплантов раньше традиционно применялся зарубежный сплав Ti-6Al-4V и отечественный сплав близкого химического состава. Несмотря на содержание в них вредных для живого организма химических элементов (алюминия и ванадия), использующихся для достижения высокопрочного состояния, эти сплавы и сегодня широко применяются в медицине. Благодаря взаимодействию группы ученых-экспериментаторов (под руководством профессора Колобова Ю.Р. и кандидата наук Иванова М.Б.) и сотрудников лаборатории теоретических исследований и компьютерного моделирования (заведующий лабораторией, профессор Липницкий А.Г.), в том числе специализирующихся в области применения суперкомпьютерных технологий, удалось объяснить и обосновать процессы, способствующие достижению более высокой прочности, пластичности и надёжности разработанного и запатентованного сотрудниками Центра наноструктурных материалов и нанотехнологий НИУ «БелГУ» биосовместимого (безвредного для живого организма) нелегированного титана (титан марки ВТ1–0) с модифицированной нанокристаллической структурой.
Полученный материал превосходит указанный выше легированный титановый сплав по прочностным характеристикам, а его пластичность на скручивание выше конкурентного более чем в два раза. На практике винт импланта, изготовленный из легированного сплава, разрушается при скручивании на угол 100 градусов, в то время как образец из модифицированного титана устойчив при вращении вокруг своей оси вплоть до угла в 250 градусов и сохраняет при этом прочностные характеристики.
В настоящее время проводятся компьютерные эксперименты по моделированию поведения титановых материалов при работе в условиях живого организма. Важно отметить, что уникальная возможность прогнозировать поведение материалов, особенно наноструктурированных, в живом организме в течение многих десятилетий сегодня возможна только при проведении компьютерных экспериментов.
Суперкомпьютерный центр в НИУ «БелГУ» был спроектирован и оборудован компанией «Т-Платформы» «под ключ». Новый кластер, занимающий 36-е место в российском суперкомпьютерном рейтинге ТОП-50, основан на блейд-системе V-Class, специально разработанной компанией для высокопроизводительных вычислений. В своей работе ученые университета используют пакеты прикладного программного обеспечения ABINIT и VASP для квантово-химических расчетов, а также пакет Wien2k для расчетов спектров характеристических потерь энергии электронами при прохождении электронного пучка через материал, сообщили CNews в компании «Т-Платформы».
«Получение наноструктурного титана будет способствовать развитию отечественной медицинской промышленности и повышению ее конкурентоспособности на мировом рынке, — комментирует Иван Неласов, научный сотрудник Научно-образовательного и инновационного центра «Наноструктурные материалы и нанотехнологии» НИУ «БелГУ». — Уже сегодня у нас успешно работает предприятие «Металл-деформ», поставляющее заготовки для изготовления имплантов из этого материала на Казанский медико-инструментальный завод и на другие предприятия. В настоящее время компания «Конмет» (г. Москва) открыла в нашем городе свой филиал и строит цех по производству медицинских имплантов на площадке Белгородского университета. Хотелось бы отметить, что нашим успехам в этой области сопутствовало применение суперкомпьютеров компании «Т-Платформы», первый из которых, «T-Edge 32», был поставлен в НИУ «БелГУ» ещё в 2007 г.».
© CNews
